第十四章内能的利用 热学综合计算训练 2024-2025学年人教版九年级全一册物理

热学综合计算强化训练 热水器多样化 1．如今太阳能是重点开发利用的能源之一，太阳能热水器也已经走进千家万户。某家庭太阳能热水器有效接收太阳能的面积为2.1m2，太阳能的接收功率为2.4×106J/（m2•h），每天日晒8h，可以使80kg的水的温度从20℃升高到68℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。请回答下列问题： （1）该太阳能热水器日晒8h共接收到的太阳能E是多少？ （2）该太阳能热水器的效率是多少？ （3）如果改用天然气热水器同样加热这些水，加热效率为84%，需要消耗天然气的体积为多少？（已知天然气的热值为q天然气＝3.2×107J/m3） 2．小华家用的天然气热水器铭牌如下表所示，该热水器的铭牌标明了它的热效率，表示该热水器工作时，天然气完全燃烧所消耗的化学能，有多大比例转化为水内能。已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出热水的温度为40℃，天然气的热值为3.2×107J/m3。 (1)小华尝试估测该热水器的热效率，以核对铭牌上的数值是否准确。他把家里自动洗衣机的“水量”设置为40L，用热水器输出的热水注入洗衣机，当注入水的体积达到40L时洗衣机便会自动停止注水。注水前天然气表的示数是2365.89m3，注水后变为2366.05m3。估算该热水器的热效率？（结果保留至1%) (2)若这些天然气完全燃烧所消耗的化学能的 30%用来对 5kg 初温为 30℃的水加热，能使一标准大气压下的水温升高多少？(结果保留整数) (3)已知当时自来水的温度是15℃，热水器输出热水设定的温度为40℃不变。小华在洗澡时将水温调至最高并按额定流量放出热水，洗澡前天然气表的示数是2366.05m3，洗澡后天然气表的示数是2366.55m3。按照铭牌上的等级效率计算他洗一次澡用了多长时间？（此过程中家里没有其他设备使用天然气) 净重 14.3kg 控制方式 微电脑 额定流呈 16L/min 等级效率 84% 气源 天然气 3．图示是李华家新装的天然气热水器，其铭牌如表所示。国家规定能效等级为2级的热水器，其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下这款燃气热水器的能效等级是否达标，于是他将燃气热水器的温度设定在（即水从热水器流出的温度），他家所用的花洒出水量为6kg/min，洗澡用时15min，洗澡前后查看燃气表上显示的余气量分别为165.5m3和165.3m3。已知进入热水器的冷水温度为 [水的比热容，天然气的热值]，求： （1）求消耗的天然气完全燃烧放出的热量； （2）通过计算判定该款热水器能效等级是否达标； （3）该款热水器的额定产热水能力是指每分钟最多让12kg的水升高。当水的初温和出水量与李华测试时相同，求从热水器中流出的水能达到的最高温度。 型号 JSQ25﹣HT1 pro 气源 天然气 额定产热水能力 12kg/min（） 能效等级 2级 净重量 38千克 外形尺寸 700×400×337mm 容积 40L以下 试卷第1页，共3页 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 热水器即热性 1．即热式节能饮水机已在地铁站、学校、宾馆等公共场所广泛使用，如图甲为某学校教学楼层安装的某品牌即热式节能饮水机，其原理如图乙所示。烧开的水很烫不能立即饮用，即热式节能饮水机中的热交换套管很好地解决了这一问题，它的奥秘在于将进水管与出水管贴在一起，利用进水管中的冷水给出水管中的开水降温，同时，进水管中的冷水被预热后送到加热腔中用电加热器烧开。 如图乙，当节能饮水机的出水流量为1L/min时，20℃的自来水经热交换套管后被预热成热水流进加热腔，同时有相同质量的100℃的开水从加热腔流进热交换套管，变成可供直接饮用的30℃温开水流出，热交换管的效率为90%。 （1）1min把100℃的开水从加热腔流进热交换套管，变成可供直接饮用的30℃温开水流出，放出多少热量？ （2）流入加热腔中的热水的温度是多少℃？ （3）若20℃的自来水不利用“热交换套管、加热腔”而是利用天然气加热成100℃的开水，每分钟会消耗多少m3天然气？天然气完全燃烧，且不考虑能量损失。 2．小湘家新安装了一台太阳能热水器，装了160L水，经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了60℃。[水的比热容、天然气的热值]。问： （1）在这4h内水吸收了多少热量？ （2）若这些热量由效率为60%的天然气热水器来提供，则需要燃烧多少立方米天然气？ （3）小湘家决定不用热水器加热，而是用水冷发动机流出的热水，水冷的原理是将冷水注入与机器接触的水冷管，冷水吸热升温后被排出，使机器工作温度保持稳定。小湘家有一台每秒输出5.04×104J的能量、效率为30%的发动机，为使其在室温为25℃的环境下正常工作时不能过热，水冷管入水处每秒通入体积为560mL、温度为20℃的冷水，其出水口处的水温为t出。假设该发动机的总散热面积为0.5m2，其中与水冷管接触的面积为0.1m2，其余部分与空气接触，且空气接触的部分只能够带走按面积分配的25％的热量，余下热量全部由水冷管带走。求该发动机正常工作时，水冷管出水口的温度t出。（已知水的比热容为，密度为） 机车动力功率型 1．改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶100km过程中： （1）消耗汽油的质量； （2）6L汽油完全燃烧所放出的热量； （3）发动机所做的功； （4）发动机的效率（百分号前保留整数）。 2．为改善城市空气质量，黄石港区引入了雾炮车洒水除尘。如图为一台正在水平路面上洒水的雾炮车。当雾炮车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动时，其v-t图像如图所示，在第10s末速度达到20m/s，通过的路程为120m。设该车在行驶过程中所受阻力不变，大小为f=4000N。（g取10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，柴油热值取4.0×107J/kg）求： （1）洒水前水箱中水深1m，出水口所受压强； （2）0~10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳？ （3）若柴油机效率为40%，则10~20s内需要消耗柴油的质量。 　 机车高压冲程做功 1．汽车发动机以汽油为燃料，发动机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积。如果发动机有多个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，如图所示发动机有4个汽缸（图中标注1、2、3、4），通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。 （1）某车以平均车速100km/h行驶了100km，共耗油8L，若发动机转速稳定为2000r/min，它的输出功率为P=30kW。参考以上数据，这辆车在此状态下行驶，发动机的效率为多少?（已知汽油的热值为5.0×107J/kg，密度为0.7×103kg/m3） （2）发动机的输出功率与其排量有一定的关系，可据此计算出汽缸在做功冲程中的平均压强。从说明书上查到家中的轿车采用LFX直列四缸发动机，排量为2.0L，请你计算当发动机转速为4000r/min且它的输出功率P=60kW时，做功冲程中汽缸内的平均压强？ 2．若某型号单缸四冲程汽油机的活塞面积取S＝3.0×10﹣3m2，活塞冲程长度为L＝0.06m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p＝1.0×106Pa，活塞以n＝1500r/min做往复运动。 求：(1)汽油机在做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是多少？ (2)汽油机在此工作状态下，燃气每分钟对活塞做的功是多少？ (3)汽油机在此工作状态下，做功的平均功率是多少？ (4)如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么可放出多少热量？ (5)汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（q＝4.6×107J/kg不计摩擦） 3．某辆小轿车油箱里有30kg汽油，司机小王驾车沿高速公路到某地旅游，路程为300km。假设轿车是匀速行驶，且受到的阻力为920N，该轿车的效率为30%，汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）汽车到达目的地牵引力所做的功； （2）通过计算说明汽车行驶途中是否需要加油？ （3）若该轿车发动机为四缸四冲程汽油机，当轿车在高速公路定速巡航时，其曲轴转速保持在1800r/min，每个汽缸中活塞的横截面积为40cm2，活塞的冲程为10cm，做功冲程中燃气作用在活塞上的平均压强为1×106Pa，则这辆汽车在定速巡航时发动机的功率是多少？ 机车空燃比、压缩比 1．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能与品质。现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机，其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸。某四缸四冲程发动机，其相关数据如下表所示： 1min 内完成的工作循环总次数 2000 次 92 号汽油 汽缸内汽油和空气的混合密度 1.25kg/m3 排气量 2.0L 热值 4.6×107J/kg 发动机最大输出功率 69kW 空燃比 14：1 （1）汽车的发动机工作时温度很高，由其外层的水套给其降温，水套里有防冻液 4 升，当防冻液温度从汽车启动时的 20℃升高 50℃时吸收的热量是多少？ （2）全球汽车保有量在迅速增长，截止 2011 年，全球汽车处于使用状态数量已破 10 亿辆。每辆汽车每年耗油 1.8t，汽车内燃机的效率平均取值 29%。如果能把内燃机效率提高 1%，全球每年可以节约多少燃油？ （3）汽车排气量是指发动机汽缸的工作容积，汽车排气量越大，功率越大。空燃比是指汽缸内空气和燃料的质量比。当汽车以 100km/h 的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，根据表中的数据可求得此时汽车发动机的效率为多少？ 2．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质。某辆以92号汽油为燃料的汽车，其发动机的相关数据如表所示。表中空燃比指的是气缸内空气的和燃油的质量比。 （1）汽车以120km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最大，此时汽车1min内做的有用功是多少？ （2）汽车完成一个工作循环时，汽缸内吸入的汽油和空气混合气体的质量是多少？汽油完全燃烧放出的热量是多少？ （3）当汽车以120km/h的速度匀速行驶时，发动机的效率是多大？ 转速r/min 3600次 汽缸内汽油和空气混合气体的密度 1.3kg/m3 汽缸的工作容积 2L 汽油的热值 4.6×107J/kg 发动机最大输出功率 92kW 空燃比 12∶1 3．如图是四冲程汽油机的剖面图。表中所示的是某品牌轿车汽油发动机的部分参数。其中“额定功率”是发动机工作时的最大机械能功率。 “额定转速”是对应额定功率下发动机曲轴的转速。“排气量”是发动机汽缸的工作容积，是指所有气虹内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和。“压缩比”即汽缸总容积（燃烧室容积与排气量之和）与燃烧室容积的比值。“空燃比”即混合气体中空气和汽油的质量比。已知此发动机在额定功率时汽油和空气混合物的密度为1.41kg/、93#汽油的热值为 J/kg。请你根据提供的数据计算这台发动机以额定功率行驶时：（设在排气冲程中将所有废气排出汽缸） （1）1min内发动机做的有用功； （2）一个工作循环吸入汽油和空气混合物的体积； （3）1min吸入汽油的质量； （4）热机的效率（保留2位小数）。 额定功率 100kW 额定转速 5000r/min 排气量 1.8L 压缩比 10：1 空燃比 14：1 无铅汽油 93# 机车耗能储能 1．现在常州很多公交车都升级换代成了新能源公交车，某新能源公交车空车质量为，轮胎接触地面总面积为，发动机额定功率为，配备能装入氢气的氢气瓶和容量为的动力电池。氢燃料用完后可切换到纯电模式继续运行。（已知取，） （1）某次运行，车上共有人，总质量，求此时公交车对地面的压强是多少？ （2）如果电池充满电并且氢气瓶装满氢气，在额定功率下新能源汽车可以匀速直线运动的最远距离是多少？（发动机的综合效率为，行驶时阻力为） （3）部分新能源公交车还装有动能回收系统，可以将刹车过程中减少的动能的转化成电能，这部分电能除了供车内总功率为的用电器工作之外，其余电能全部储存到蓄电池中，假设某次刹车前车辆动能为，刹停后蓄电池中电能增加了，问刹车过程花了多少时间？ 2．某款油电混合动力小汽车的相关信息如表；在某次水平道路测试中，描绘出了从启动到中速过程，速度与时间的关系图像如图所示；已知v1＝90km/h为中速范围，t1＝20s；该车以中速匀速行驶193km，共消耗汽油10L；中速行驶过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时，内燃机和电动机共同驱动车辆前进；若平均阻力为车重的0.1倍，则 驱动模式 纯电动（输出15kW） 启动、低速 油电混动（输出25kW以上） 中速 纯燃油（输出50kW以上） 高速 汽车质量 1000kg （1）从启动到中速过程，纯电动时牵引力做功是多少？ （2）在水平道路以中速匀速行驶测试中，牵引力做的功是多少？ （3）在水平道路以中速匀速行驶测试中，若该车内燃机的效率为60%，此过程最终使蓄电池增加了多少能量？（忽略蓄电池和电动机的热损失，ρ汽油取0.7×103kg/m3，q汽油＝4.6×107J/kg） 3．如图甲是中国自主研制的首列永磁动力单轨列车，列车安装有高压细水雾灭火系统和制动发电装置。 （1）若测得该列车从甲站出发到达乙站所用的时间为2min，甲、乙两站间的路程为2.4km，则该列车在这两站间行驶的平均速度为多大？ （2）高压细水雾灭火系统的灭火机理： ①窒息作用：细水雾喷入火场后，迅速汽化形成水蒸气，体积急剧膨胀1700~5800倍，在燃烧物周围形成一道屏障阻挡新鲜空气的吸入，火焰将被窒息。 ②高效冷却作用：由于细水雾的雾滴直径很小，在汽化的过程中，能从燃烧物表面或火灾区域吸收大量的热量。按100℃水的汽化热为2257kJ/kg计（汽化热是指在恒定温度下，使某物质由液态转变为气态所需要的热量。），每只喷头喷出的水雾（喷水速度0.133L/s）吸热功率约为多少kW？（不考虑水升温吸收的热量，结果保留整数） （3）列车制动减速的过程中，机械能转化为电能和内能．当列车在平直轨道上制动减速时，电能W1与内能W2之比为9∶16，如图乙是机械能的变化量ΔW与速度变化量Δv的关系图像。若列车从76km/h开始减速，转化成的电能大小为1kW·h，问列车在此过程中： ①产生的内能为多少J？ ②列车的速度将会减小到多少千米每小时？    参考答案 热水器多样化 1．（1）4.032×107J；（2）40%；（3）0.64m3 【详解】解：（1）该太阳能热水器日晒8h共接收到的太阳能为 （2）水吸收的热量为 太阳能热水器的效率为 （3）由 可知，消耗的天然气完全燃烧放出的热量为 由 可知，需要的天然气的体积为 答：（1）该太阳能热水器日晒8h共接收到的太阳能E是4.032×107J； （2）该太阳能热水器的效率是40%； （3）如果改用天然气热水器同样加热这些水，加热效率为84%，需要消耗天然气的体积为0.64m3。 2．(1) 82%；(4) 70℃ 【详解】(1)水的体积： V水=40L=40dm3=0.04m3， 由ρ=得水的质量： m=ρV水=1.0×103×kg/m3×0.04m3=40kg， 水吸收的热量 Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg⋅℃)×40kg××(40℃−15℃)=4.2×106J； (2)使用了天然气的体积： V气=2366.05m3−2365.89m3=0.16m3， 天然气完全燃烧所消耗的化学能： Q放=qV=3.2×107J/m3×0.16m3=5.12×106J； (3)该热水器的热效率： η= =×100%≈82%； (4)由题知， Q放×30%=cm′△t′ 5.12×106J×30%=4.2×103J/(kg⋅℃)×5kg×△t′， 解得水升高的温度： △t′=73℃， t=t0+△t′=30℃+73℃=103℃>100℃(一标准大气压下水的沸点) 所以△t′′=100℃−30℃=70℃． ．(2) 82%；(3) 8min 【分析】(1)知道水的体积，利用求水的质量，再利用求水吸收的热量；求出使用了天然气的体积，利用求天然气完全燃烧所消耗的化学能；该热水器的热效率等于水吸收的热量跟天然气完全燃烧所消耗的化学能之比； (2)根据洗澡前天然气表的示数是2366.05m3，洗澡后天然气表的示数是2366.55m3，可以求出消耗的天然气的体积，根据可以求出放出的热量，再根据可求吸收的热量，再由可求质量，由密度公式可得体积，由16L/min流出可求洗一次澡用了多长时间； 【详解】(1)水的体积 由得水的质量 水吸收的热量 使用了天然气的体积 天然气完全燃烧所消耗的化学能 该热水器的热效率 该热水器的热效率82%。 (2)由题意可得，洗一次澡消耗的天然气的体积 这些天然气完全燃烧放出的热量 水吸收的热量 根据可得水的质量 由可得，水的体积 他洗一次澡用了的时间 他洗一次澡用了的时间8min。 3．（1）1.4×107J；（2）已达标；（3） 【详解】解：（1）由洗澡前后燃气表显示的余气量可得，消耗天然气的体积为 所以消耗的天然气完全燃烧放出的热量为 （2）由题知，洗澡时花洒出水量6kg/min，用时15min，所以洗澡用水的质量为 m水=6kg/min×15min=90kg 洗澡时进入热水器的水吸收的热量为 热水器的热效率为 所以这款天然气热水器达到能效2级标准。 （3）热水器的额定产热水能力为12kg/min，即每分钟流出热水质量m额=12kg，当热水器在额定出水时，水吸收的热量为 测试时，出水量为6kg/min，则每分钟流出热水质量m测=6kg，当热水器在额定出水情况下水吸收的热量全部用来给测试时水吸收热量时，流出水温最高，由可得测试时，水从热水器中流出的最高温度为 热水器即热性 1．（1）2.94×105J；（2）83℃；（3）0.0168m3 【详解】解：（1）由饮水机的出水流量为1L/min可知，每分钟加热水的体积 V=1L=1×10-3m3 水的质量 m=ρ水V=1.0×103kg/m3×1×10-3m3=1kg 这些水从100℃降到30℃放出的热量 Q放=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-30℃)=2.94×105J （2）热交换管的效率为90%，则热量为 Q=ηQ放=90%×2.94×105J=2.646×105J 根据有相同质量的冷水与热水交换，则热水的质量 m2=m=1kg 由Q吸=cm2(t3-t0)得热水的温度 （3）由题意可知天然气完全燃烧放出的热量 Q放′=Q吸′=c水m水Δt′=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J 消耗天然气的体积 2．(1)2.688×107J；(2)1.12；(3)60℃ 【详解】解：（1）已知160L水的质量为160kg，经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了60℃，则水吸收的热量为 （2）由题意知，这些热量由效率为60%的天然气热水器来提供，根据公式 则需要燃烧的天然气为 （3）由题意知，水冷发动机输出能量占总能量的30%，则散失的热量占总能量的70%，则 散失的热量 该发动机的总散热面积为0.5m2，其中与水冷管接触的面积为0.1m2，其余部分与空气接触，则空气接触的面积占全部的 空气接触的部分只能够带走按面积分配的25％的热量，余下热量全部由水冷管带走。则冷水吸收的热量为 水冷管入水处每秒通入冷水的体积 冷水的质量 其出水口处的水温为 机车动力功率型 1．（1）4.2kg；（2）1.932×108J；（3）6×107J；（4）31% 【详解】解：（1）消耗汽油的体积为 V＝6L＝6×10﹣3m3 汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，消耗汽油的质量为 m＝ρV＝0.7×103kg/m3×6×10﹣3m3＝4.2kg （2）完全燃烧6L汽油放出的热量为 Q放＝mq＝4.2kg×4.6×107J/kg＝1.932×108J （3）汽车行驶的路程为 s＝100km＝100×103m＝1×105m 汽车的速度为 v＝72km/h＝20m/s 汽车行驶100km所用的时间为 汽车行驶100km时，发动机所做的功为 W有＝Pt＝12×103W×5×103s＝6×107J （4）发动机的效率为 2．（1）1×104Pa；（2）4.8×105J；（3）0.05kg 【详解】解：（1）根据液体压强的计算公式可得，出水口所受压强为 （2）根据做功的计算公式可得，0~10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功为 （3）根据热机效率的计算公式可得，则10~20s内需要消耗柴油的质量为 答：（1）洒水前水箱中水深1m，出水口所受压强为1×104Pa； （2）0~10s内汽车发动机产生的牵引力所做的功是4.8×105J； （3）若柴油机效率为40%，则10~20s内需要消耗柴油的质量为0.05kg。 机车高压冲程做功 1．（1）38.6%；（2）9×105Pa 【详解】解：（1）某车以平均车速100km/h行驶了100km，则行驶时间为 根据W=Pt可得，发动机做的有用功为 由密度公式可得，汽车行驶100km消耗汽油的质量为 则这些汽油完全燃烧放出的热量为 发动机的效率为 （2）由题意可知，四缸发动机是每转0.5周对外做功一次，转速为4000r/min，每秒钟的做功冲程数为 设做功冲程中汽缸内的平均压强为p，则有用功功率为 则 答：（1）发动机的效率为38.6%； （2）做功冲程中汽缸内的平均压强为9×105Pa。 2．(1)3000N；(2)1.35×105J；(3)2250W；(4)9.2×105J；(5)14.7% 【分析】(1)知道汽缸的活塞面积和气体的平均压强，利用压强公式求气体膨胀对活塞产生的力； (2)知道活塞移动的距离，根据W=Fs计算气体一次膨胀对活塞做的功；根据活塞的转数求出每分钟做功的次数，从而求出燃气每分钟对活塞做的功； (3)根据求出做功的平均功率； (4)利用热值计算汽油燃烧放出的热量； (5)根据求出汽油机把内能转化为机械能的效率。 【详解】解：(1)由知，气体膨胀对活塞产生的压力为 (2)活塞运动次数n＝1500r/min，汽油机往复运动两次，对外做功一次，所以汽油机每分钟对外做功750次，气体每次膨胀对活塞做的功为 燃气每分钟对活塞做的功为 (3)做功的平均功率为 (4)汽油燃烧放出的热量 (5)汽油机把内能转化为机械能的效率 3．（1）2.76×108J；（2）汽车行驶途中不需要加油；（3）24000W 【详解】解：（1）轿车匀速行驶时，牵引力和受到的阻力是一对平衡力，根据二力平衡条件可知，汽车的牵引力 F＝f＝920N 汽车到达目的地牵引力所做的功 W＝Fs＝920N×300×1000m＝2.76×108J （2）由 知道，汽油完全燃烧放出的热量 由Q放＝mq知道，需要完全燃烧汽油的质量 所以汽车行驶途中不需要加油。 （3）当轿车在高速公路定速巡航时，其曲轴转速保持在 1800r/min＝30r/s 说明曲轴1s转30周，由于四冲程汽油机1个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2周，对外做功1次，所以轿车发动机1s做功15次； 由 知道，燃气作用在活塞上的平均压力 F′＝pS＝1×106Pa×40×10﹣4m2＝4000N 燃气推动活塞一次所做的功 W′＝F′L＝4000N×10×10﹣2m＝400J 则发动机1s内燃气对活塞所做的总功 W总＝4×15W′＝4×15×400J＝24000J 这辆汽车在定速巡航时发动机的功率 机车空燃比、压缩比 1．（1）8.4×105J；（2）6×107t；（3）27% 【详解】解：（1）防冻液的质量 m=ρV=1×103kg/m3×4×10-3m3=4kg 防冻液温度从汽车启动时的20℃升高50℃时吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×4kg×50℃=8.4×105J （2）内燃机效率提高1%，所以 η2=η1+1%=29%+1%=30% 因为W有用=ηqm，因为内燃机效率提高后有用功是相同的，所以每辆汽车 η1qm1=η2qm2 m2= 每辆汽车每年节约燃油 所以全球可以节约的燃油 Δm总=nΔm=1.0×109×0.06t=6×107t （3）汽车以100km/h速度匀速运动时，1min中内做的有用功 W=Pt=69000W×60s=4.14×106J 做一次功燃气的质量 m燃气=ρ气V=1.25kg/m3×2.0×10-3m3=2.5×10-3kg 因为空燃比是14∶1，所以做一次功消耗的汽油质量 m汽油=2.5×10-3kg×=×10-3kg 1min内汽油燃烧释放的热量 Q=m汽油q=×10-3kg×4.6×107J/kg×2000≈1.53×107J 此时汽车发动机的效率 2．（1）5.52×106J；（2）2.6×10-3kg，9.2×103J；（3）33.3% 【详解】解：（1）汽车1min内做的有用功 W有=Pt=92×104W×60s=5.52×106J （2）汽缸内汽油和空气混合气体的体积等于汽缸的工作容积，即 V=V容=2L=2×10-3m3 汽油和空气混合气体的质量 m=ρV=1.3kg/m3×2×10-3m3=2.6×10-3kg 已知空燃比是12∶1，则吸入汽油的质量 完成一个工作循环时，汽油燃烧释放的热量 Q放=m汽油q=2×10-4kg×4.6×107J/kg=9.2×103J （3）1min内完成的转数是3600转，1个工作循环完成2转，可以完成1800工作循环，1min内汽油燃烧释放的热量 Q放′=1800Q放=1800×9.2×103J=1.656×107J 发动机的效率 3．（1）6×106J；（2）2×10-3m3；（3）0.47kg；（4）27.75% 【详解】解：（1）1min内发动机做的有用功 W有用=Pt=100×103W×60s=6×106J （2）设发动机汽缸的总容积为V，由压缩比可得 (1-)V=1.8L 因在排气冲程中将所有废气排出汽缸，则一个工作循环吸入混合物的总体积 V=1.8L×=2L=2×10-3m3 （3）一个工作循环吸入混合物的质量 m混=ρ混V=1.41kg/m3×2×10-3m3=2.82×10-3kg 一个工作循环吸入汽油的质量 m油=m混=×2.82×10-3kg=1.88×10-4kg 汽油机的额定转速为5000r/min，1min完成的工作循环 ×5000=2500个 1min吸入汽油的质量 m总=2500×1.88×10-4kg=0.47kg （4）热机的效率 η=×100%=×100%≈27.75% 机车耗能储能 1．（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）公交车的总重力为 公交车对地面的压力为 此时公交车对地面的压强为 （2）氢气完全燃烧放出的热量为 新能源汽车的总能量为 由可知，发动机所做的有用功为 汽车匀速行驶时，牵引力与受到的阻力是一对平衡力，根据二力平衡条件可知，牵引力，由可知，在额定功率下新能源汽车可以匀速直线运动的最远距离为 （3）汽车刹车时转化的电能为 用电器消耗的电能为 所以用电器工作的时间为 即刹车过程花的时间为。 2．（1）3×105J；（2）1.93×108J；（3）2×105J 【详解】解：（1）由表格数据可知，纯电动时的功率，由可知，从启动到中速过程，纯电动时牵引力所做的功 （2）汽车受到的阻力 汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，即汽车的牵引力 在水平道路以中速匀速行驶测试中，牵引力做的功 （3）消耗汽油的体积 由可知，消耗汽油的质量 汽油完全燃烧放出的热量 由可知，内燃机转化的有用能量 蓄电池增加的能量 3．（1）72km/h；（2）300kW；（3）①6.4×106J；②40km/h 【详解】解：（1）列车在这两站间行驶的平均速度 . （2）由于喷水速度0.133L/s，每只喷头1s喷出的质量为 m=ρV=1.0×103kg/m3×0.133×10-3m3=0.133kg 每只喷头喷出的水雾吸热功率为 （3）①由题意可得转化的内能为 ②此过程消耗的机械能为 ΔW=W1+W2=3.6×106J+6.4×106J=1×107J 查图乙可知 Δv=10m/s=36km/h 列车的速度将会减小到 v2=v1-Δv=76km/h-36km/h=40km/h $$