专题20 内能与热机-2024-2025学年初中物理学科素养能力培优竞赛试题精选（全国通用）

专题20 内能与热机 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．关于生活中的物理现象，下列说法正确的是（　　） A．破镜不能重圆，主要是因为分子之间存在斥力 B．“酒香不怕巷子深”说明分子在不停地做无规则运动 C．60℃的水与40℃的水相比，60℃的水内能更大 D．水和酒精混合后总体积变小，说明分子间有引力 【答案】B 【详解】A．分子间作用力与分子间的距离有关，当分子间距离比较大时，作用力几乎为0。两块镜片之间的距离过大，两个镜片分子间几乎没有引力，无法在分子间作用力作用下聚合成为一个镜片。故A错误； B．酒的分子做无规则的运动，运动到空气中，离酒很远的人也能闻到酒味。故B正确； C．影响物体内能的因素很多，如质量、温度、状态等，无法凭温度一个因素就能比较两个物体内能的大小。故C错误； D．水和酒精混合后体积变小，说明分子间间隙，二者混合时分子填补了这个间隙，使总体积小于二者体积的和。故D错误。 故选B。 2．在两个相同的杯子内盛有质量相等的热水和冷水，将一半热水倒入冷水杯内，冷水杯内的温度升高21℃，若再将热水杯内剩余热水的一半再次倒入冷水杯内，冷水杯内的水温会升高（    ） A．9℃ B． 8℃ C． 6℃ D． 5℃ 【答案】C 【详解】设一杯水的质量为m，热水的初温为t热，冷水的初温t冷，将一半的热水倒入容器中后共同的温度为t，因不计热损失，所以，由Q=cm△t可得：Q放=Q吸，即： cm△t热=cm△t冷， 解得： △t热=2△t冷=2×21℃=42℃， 据此可设t冷=0℃，则t=21℃， t热=21℃+42℃=63℃， 若再将热水杯内剩余热水的一半再次倒入冷水杯内时，相当于同时向冷水中倒杯热水，则： cm（t热-t′）=cm（t′-t冷） 即(63℃-t′)=t′-0 解得： t′=27℃， 所以，冷水温度将再升高： △t=t′-t=27℃-21℃=6℃． 故C符合题意． 3．初三的小明同学体育锻炼完回到教室，用两个相同的杯子从饮水机分别接了部分热水和部分冷水，准备用两杯水混合来得到温度适宜的饮用水。已知热水的初温为93℃。他先将冷水杯内一半的冷水倒入热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内水的温度降低到63℃；他再将冷水杯内剩余冷水的一半倒入热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内的水温降低到57℃；小明最后将冷水杯内剩余的冷水全部倒入热水杯内，摇匀且稳定。则混合前，两杯子内最初的热水和冷水的质量之比和最终混合后水的温度为（　　）（整个过程水没有溢出杯子，不计水的质量变化、状态变化和热量损失） A．1:4  21℃ B．4:1  21℃ C．2:1   53℃ D．1:2   53℃ 【答案】D 【详解】设热水的质量为m1，冷水的质量为m2，冷水的初温为t0，将一半冷水倒入热水中，则冷水吸收的热量等于热水放出的热量，则有 cm1×(93-63)℃=c×m2×(63℃-t0) 此为①式； 再将剩余冷水的一半倒入热水中，同理有 c(m1+m2)×(63-57)℃=c×m2×(57℃-t0) 此为②式。 解①②式得 t0=33℃， 设杯中冷热水混合的最终温度为t，则有 c(m1+m2+m2)×(57℃-t)=c×m2×(t-t0) 此为③式。将t0=33℃，代入③式得 t=53℃ 故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 4．把的某铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为把另一块的同样的铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为如果把同样的铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【详解】把的铁块投入质量为的的水中，热平衡后温度为，则 即 把的同样的铁块投入质量为的的水中，热平衡后温度为，则 即 由得 把的同样的铁块投入质量为的的水中，设热平衡后温度为t，则 由得，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 5．在利用混合法测量铜块的比热试验中，下列情况能导致铜的比热容测量值偏大的是（　　） （1）铜块从沸水中拿出来放入小筒时不小心带入了热水 （2）用天平测量铜块的质量时读数偏大 （3）用量筒测量水的体积后，倒入小筒时没有倒干净 （4）温度计在测量水的初温时，读数比真实值大 A．（1） （3） B．（1） （2） C．（3） （4） D．（2） （3） 【答案】A 【详解】（1）由于将铜块从沸水中拿出来放入小筒时不小心带入了热水，即此时混合后的温度比实际温度要高，即此时水的温度变化要大，铜块的温度变化变小，故据公式Q水吸=c水mΔt水可知，此时水吸收的热量变多，由于Q水吸=Q铜放，所以据公式Q铜放=c铜mΔt铜，由于铜的温度变化变小，即此时Q铜放比实际值变大，Δt铜变小，故此时铜的比热容变大，故（1）符合题意； （2）若在其他值都是准确的情况下，即据Q铜放=c铜mΔt铜可知，若用天平测得铜块的质量变大，此时的测得铜的比热容变小，故（2）不符合题意； （3）用量筒测量水的体积后，倒入小筒时没有倒干净，由于Q水吸=Q铜放，即由于此时水的实际质量变小，即此时水的温度变化变大，而实际据公式Q水吸=c水mΔt计算出来的Q水吸变大，即此时所得的Q铜放变大，据公式Q铜放=c铜mΔt铜可知，在Δt铜一定的情况下，测得c铜变大，故（3）符合题意； （4）温度计在测量水的初温时，读数比真实值大，即会导致水的温度变化小，即据公式Q水吸=c水mΔt计算出来的Q水吸变小，即此时所得的Q铜放变小，据公式Q铜放=c铜mΔt铜可知，在Δt铜一定的情况下，测得c铜变小，故（4）不符合题意。 故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 6．用混合法测定物质的比热的实验中，由于不可避免会有热量的损失（包括小铝筒容量的吸热），那么（　　） A．测出放热物质的比热大干其真实值，测出吸热物质的比热小于其真实值 B．测出放热物质的比热大于其真实值，测出吸热物质的比热大于其真实值 C．测出放热物质的比热小于其真实值，测出吸热物质的比热小于其真实值 D．测出放热物质的比热小于其真实值，测出吸热物质的比热大于其真实值 【答案】D 【详解】混合法测定物质的比热时，由于存在热量损失，则放热物体放出的热量有部分散失，吸热物体吸收的热量小于放出的热量，据知，测得的放热物体的比热比真实值小，测得的吸热物体的比热大于真实值，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 7．有两个温度和质量都相同的金属球，先把甲球放入盛有热水的杯中，热平衡后水温降低了Δt，把甲球取出，再将乙球放入杯中，热平衡后水温又降低了Δt，则甲球比热 c甲和乙球比热c乙大小的关系是（　　） A．c甲> c乙 B．c甲 < c乙 C． c甲 = c乙 D．以上三种情况都有可能 【答案】B 【详解】先后将甲、乙两球投入到同一杯水中，水降低的温度相同，水放出的热量相同，在热平衡中 Q物吸=Q水放 所以甲、乙两球吸收的热量相同，而乙球比甲球少升高了Δt，即乙球的末温低；由上述分析可知，质量相同的甲、乙两球，吸收相同的热量，乙球升高的温度低，所以乙球的比热容大。 故选B。 8．将50克、0℃的雪（可看成是冰水混合物）投入到装有450克、40℃水的绝热容器中，发现水温下降6℃，那么在刚才已经降温的容器中再投入100克上述同样的雪，容器中的水温将又要下降（　　） A．7℃ B．8℃ C．9℃ D．10℃ 【答案】C 【详解】热水原来的温度t1＝40℃，热水和质量50g的冰水混合后的温度为 t′＝40℃﹣6℃＝34℃ 不计热量损失，由热平衡方程得到 Q放＝Q熔化吸+Q吸1 设1kg0℃的这种可看成是冰水混合物的雪，熔化成0℃的水时需吸收的热量为q熔化，则第一次，质量为m1、温度为0℃的雪与质量为450g的热水混合后， cmΔt1＝m1q熔化+cm1(t′﹣0℃) 4．2×103J/(kg·℃)×0.45kg×6℃＝0.05kg×q熔化+4.2×103J/(kg·℃)×0.05kg×34℃ 解得q熔化＝8.4×104J/kg； 第二次质量为m2、温度为0℃的雪与质量为（m+m1）的热水混合后，水温又要下降的温度为Δt，则 c(m+m1) Δt＝m2q熔化+cm2[(t′﹣Δt)﹣0℃] c(m+m1) Δt＝m2q熔化+cm2(t′-Δt) 4．2×103J/(kg·℃)×(0.45kg+0.05kg)×Δt＝0.1kg×8.4×104J/kg+4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(34℃﹣Δt) 解得Δt＝9℃。 故选C。 9．将一杯热水倒入盛有冷水的容器中，冷水的温度升高了10℃，再向容器内倒入一杯相同质量和温度的热水，容器中的水温又升高了6℃。如果继续向容器中倒入一杯同样的热水，则容器中的水温会升高（　　） A．5℃ B．4℃ C．3℃ D．2℃ 【答案】B 【详解】设热水和冷水的温度差为t，质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了10℃ 从而可知 ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣① 又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了6℃， 从而可知 ﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣② 则①﹣②得 整理得 解得 代入①式可得 假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知 联立两式解得 则注入3杯水后，水温还会上升 故选B。 10．将质量为 m0 的一小杯热水倒入盛有质量为 m 的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了3℃，然后又向保温容器中倒入一小杯同质量同温度的热水，水温又上升了 2.8℃．不计热量的损失，则可判断 A．热水和冷水的温度差为 87℃，m0：m=1：28 B．热水和冷水的温度差为 69℃，m0：m =1：32 C．热水和冷水的温度差为 54℃，m0：m =1：24 D．热水和冷水的温度差为 48℃，m0：m =1：20 【答案】A 【分析】热传递过程中高温物体放出热量，低温物体吸收热量，直到最后温度相同． 设热水和冷水的温度差为t，知道热水的质量和温度变化、冷水的质量和温度变化，利用热平衡方程Q吸=Q放列出两个等式，进行解答即可． 【详解】设热水和冷水的温度差为t，∵质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了3℃，∴Q吸=Q放， 从而可知,cm×3℃=cm0(t−3℃)，① 又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了2.8℃， ∴Q吸=Q放， 从而可知,c(m+m0)×2.8℃=cm0(t−3℃−2.8℃)，② 则①−②得： 2．8℃cm0=3℃cm−2.8℃cm−2.8℃cm0， 整理得：5.6℃cm0=0.2℃cm， ∴==,即m=28m0， 把它代入①式得： cm0(t−3℃)=c×28m0×3℃， 解得：t=87℃． 故选A. 11．第一次在试管里注入温度为的水，将试管底部浸入温度为的大量水中，试管内的水经过时间被加热到；第二次在试管里注入温度为的等量的水，将试管底部浸入温度为的大量水中，试管内的水经过时间冷却到，不考虑水和空气之间的热交换，则 A． B． C． D．无法确定 【答案】C 【详解】两种情况下，都是将试管底部浸入，第一次时，试管底部的水温度先升高，所以试管底部的水上升，试管里的水主要通过对流被全部加热，而且温度上升比较快，用时间少、即t1较小；第二次时，试管底部的水先降低温度，仍在下面，试管里的水主要通过传导全部致冷，因为水是热的不良导体，温度上升比较慢，用时多、即t2较大，所以。 故选C。 12．两个完全相同的实心球，甲球放在桌面上，乙球悬挂在绳上，使它们吸收热量从同样初温升高相同温度，则正确的判断是（    ） A．两球吸收的热量相等 B．甲球吸收的热量比乙球多 C．甲球吸收的热量比乙球少 D．以上情形都有可能 【答案】B 【详解】若不考虑热膨胀，两球质量相同、升高的温度相同、比热容相同，由吸热公式Q=cm△t可知两球吸热相同。但两球受热后，体积都要膨胀，甲球因放在不导热的桌面上，受热膨胀后，球的重心升高，要克服重力做功而耗费一部分能量；所以用来提高球体温度的能量就减少了一些，甲球吸热后内能的增量就减少了一些。乙球情况刚好与甲球相反，乙球重心的下降引起乙球重力势能的减少，重力对乙球做了功，所以乙球内能的增量要大于“供给的热量”，而两球因膨胀而引起的对大气的做功情况是几乎相同的，所以 △t甲＜△t乙 因此升高相同的温度，甲吸收的热量要多一些。 故选B。 13．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（　　） A．3:4 B．1:1 C．3:2 D．2:1 【答案】B 【详解】由题意可知，，，，由Q吸=cm△t可得，甲、乙物质吸收的热量之比是 两加热器的燃料都相同，那么燃料的热值是相同的，加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，也就是说甲、乙两物质消耗燃料的质量关系是，由Q放=qm可得，两加热器消耗燃料完全燃烧释放的热量之比是 由热机效率公式可知道，两加热器利用热能的效率之比是 两加热器利用热能的效率之比是1∶1。 故选B。 二、多选题 14．现有甲、乙、丙三种初温度相同的液体，其中甲、乙为质量相等的不同液体，乙、丙为质量不等的同种液体。若对这三种液体分别加热，则可根据它们吸收的热量和升高的温度，在温度—热量图像上分别画出对应的三点甲、乙、丙，如图所示。由此图像得出下列结论中正确的是（　　） A．丙的比热比甲的比热大 B．丙的比热比甲的比热小 C．丙的质量比甲的质量大 D．丙的质量比甲的质量小 【答案】BC 【详解】甲、乙、丙三种初温度相同，故其温度与热量关系图为 AB．由题知甲、乙是质量相同的不同液体，由图可知，当甲、乙吸收相同热量时，乙的温度升高得多，由可知乙的比热容小于甲的比热容；乙、丙是同种液体，因此 故A错误，B正确； CD．由图可知甲、丙吸收相同热量时，甲的温度变化量大于丙的温度变化量，又由AB选项可知甲的比热容大于丙的比热容，由可知，甲的质量应小于丙的质量，即丙的质量大于甲的质量，故D错误，C正确。 故选BC。 三、填空题 15．下图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各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做吸气、压缩和排气工作。 排量 3.0L 输出功率 150kW 转速 6000r/min     （1）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长），转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，单缸排量V= L，该发动机的做功冲程每次做功 J。 （2）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p= Pa。 【答案】 0.75 750 106 【详解】（1）[1]由题意知，四个汽缸工作的总和3.0L，则单缸排量 [2]转速为6000r/min，即100r/s，单缸四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周，做功一次，所以，单缸四冲程内燃机1s内做功50次，4缸四冲程内燃机1s内做功200次。由可得，发动机在1s内做功 W=Pt=150×103W×1s=1.5×105J 则每次做功冲程做功 （2）[3]燃气对活塞所做的功可表示为W =pV，则燃气对活塞的压强 16．如图所示，面积较大的水池内水深为H，水面上浮着一边长为a、质量为m的正方体物块，物块的一半体积浸在水中。现用力将物块缓慢地压入水中直到池底，则从物块刚好浸没水中开始到最终压在池底的过程中，池中水的能量增加了 。 【答案】2mg（H-a） 【详解】当物块的一半体积浸在水中时，根据物体的浮沉条件可知，此时物块所受的浮力等于其自身重力，即为 则有，根据题意可得，。物块完全浸没后所受的浮力为 手对物块的压力为 则从物块刚好浸没水中开始到最终压在池底的过程中，物块下移的距离为 压力F所做的功为 同时物块由水面下降了H-a，因此势能减少了 根据能量守恒可得，压力F对物块做的功和物块下降减少的能量全部用于增加池中的水的能量，则池中水的能量的增加量为 17．兴趣小组同学们一起设计并制作了“简易孔明灯”，结构如图所示，四个铁架台支架撑起一个垃圾袋，使其成为一个长宽各25cm、高30cm下端开口的长方体。在垃圾袋下端燃烧皿中加入适量的酒精，通过烧杯中水位的高度调节燃烧皿的高度，烧杯放在电子秤上实时监测质量的变化。经测量，已知一个垃圾袋的质量为3g，室温为20℃，当孔明灯刚起飞时，电子秤示数变化了0.2g，酒精燃烧放出热量 J，该“垃圾袋”受到的重力为 ，“孔明灯”刚好起飞时，灯内空气温度约为 ℃；从加热到起飞的过程中，加热效率至少为 %。（已知空气的比热容）；酒精的热值；g取10N/kg；垃圾袋的厚度忽略不计；不同温度下空气密度如下表所示） 空气温度/℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 空气密度/ 1.20 1.17 1.15 1.12 1.10 1.07 1.04 1.01 0.98 【答案】 6000 0.03 50 9.75 【详解】[1]当孔明灯刚起飞时，电子秤示数变化了0.2g，则酒精燃烧的质量为0.2g，故酒精完全燃烧放出的热量为 [2]该垃圾袋受到的重力为 [3]垃圾袋排开空气的体积为 孔明灯受到向上的浮力和垃圾袋重力与袋内空气的重力，“孔明灯”刚好起飞时，受力平衡，可得 由于室温为20℃，室内空气密度为，则有 即 解得“孔明灯”刚好起飞时，袋内空气密度。由表可知，“孔明灯”刚好起飞时，灯内空气温度约为50℃。 [4]袋内空气吸收的热量为 则从加热到起飞的过程中，加热效率至少为 四、实验题 18．小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”，他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时要吸收多少热量．于是查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热．他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的砝码、一支实验室温度计（0～100℃）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为﹣18℃．请帮助小明设计一下用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热λ的表达式（水和冰的比热容分别用c水和c冰表示）． 【答案】见解析 【详解】（一）实验步骤： （1）用调好的天平测量小烧杯的质量m1； （2）用小烧杯盛取足量的水，再用天平测量小烧杯和水的质量m2； （3）将水倒入保温桶内，用温度计测量水的温度t1； （4）提前较长时间将用冰格盛适量水放在冰箱冷冻室冻成冰块，用镊子取适量冰块放在小烧杯中，迅速用天平测量出其总质量m3后，立刻将冰块倒入保温桶内的水中，盖紧桶盖； （5）轻轻摇晃保温桶使水温均匀，并仔细听声音，能听出冰块熔化完毕后，打开桶盖，用温度计测出保温桶内水的温度t2． （二）保温桶内原来水的质量m水＝m2﹣m1，其初温为t1，末温为t2， 则其放出的热量Q放＝c水（m2﹣m1）（t1﹣t2）， 冰的质量m冰＝m3﹣m1， 冰从﹣18℃达到熔点0℃时吸收的热量Q冰吸＝c冰（m3﹣m1）×18℃， 冰熔化成水后质量不变，温度从0℃达到t2时吸收的热量Q水吸＝c水（m2﹣m1）t2， 冰熔化时吸收的热量： Q熔吸＝Q放﹣Q水吸﹣Q冰吸＝c水（m2﹣m1）（t1﹣t2）﹣c水（m2﹣m1）t2﹣c冰（m3﹣m1）×18℃， 冰块的熔化热的表达式为： λ＝． 五、简答题 19．有六个完全相同的杯子，其中一个盛满热水，如果要利用杯子的吸热作用把热水的温度降低，可以把热水注入其余的五个冷杯子中，让杯子吸收热水的热量，怎样注入热水可以获得最佳的冷却效果？ [方法一]把热水平均注入五个杯子中，每个杯子分配1/5热水． [方法二]先把热水整杯注入第二个杯子，等杯子不再吸热时，再整杯注入第三个杯子，如此类推，最后注入第六个杯子． （1）你选择哪个方法，写出选择理由． （2）如果热水质量是100g，温度90℃，玻璃杯质量50g，温度10℃，玻璃的比热容为0.84×103J/（kg•℃），请计算能使热水降低到的最低温度？ 【答案】（1）应该选择方法二（2）选择方法二；59.7℃ 【详解】（1）．应该选择方法二．因为方法二中前几个杯子倒入热水后，杯子升高的温度都会比方法一中的杯子温度升的高，表明吸收的热量比第一种方法多，所以热水降温多，故应选择方法二． （2）．方法二中，根据Q吸＝Q放可得， c水m水（90℃﹣t1）＝c杯m杯（t1﹣10℃）, 则第一个杯子升高的温度： t1＝＝82.7℃, 同理，t2＝76.1℃； t3＝70.1℃； t4＝64.6℃； t5＝59.7℃． 所以能使热水降低到的最低温度是59.7℃． 答：热水降低到的最低温度是59.7℃． 六、综合题 20．小亮家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“2.0的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为汽缸排量．如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量．小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机，排量为2.0L；从网上查找到了了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示． 1．根据图21分析，在发动机转速为1000～5000 r/min范围内，它的输出功率与转速大致有怎样的定性关系？ 2．试通过公式推导出在其他参数相同时，轿车发动机的输出功率与其排量的关系． 3．小亮又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为100km/h时，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km．参考图21中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内气体的平均压强是约为多少？（已知汽油的热值为4．6×107J/kg，密度为0.7l×103kg/m3） 【答案】(1)正比；(2)P′= ；(3)9×105Pa 【详解】试题分析：1、从图中可以看出，在1000～5000r/min范围内，图线是一条过原点的直线，即说明输出功率与转速成正比． 2、设做功冲程燃气对活塞的平均压强是p0，发动机排量为V排，每个活塞的受力面积为S，活塞移动距离为L，则V排=4SL，做功冲程中燃气对一个活塞的平均压力为F=p0S， 每完成一个工作循环，在做功冲程中燃气对一个活塞做的功：W=FL=SL= 则每个工作循环中，四个汽缸燃气对活塞做的总功：W=4W0=p0V排 每个工作循环，发动机的转轴转2圈，所用的时间t=2/n， 故发动机转速为n时燃气对活塞做功的功率：P′=． 所以，在发动机转速n、做功冲程汽缸平均压强p0等参数相同时，燃气对活塞做功的功率P与发动机排量V排成正比．当发动机的效率保持不变时，发动机的输出功率P出又与燃气对活塞做功的功率P成正比，因此发动机的输出功率P出与发动机排量V排成正比． 3、由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为2000r/min时，其输出功率约为30kW（取值在29～31kW范围内均可） 设汽车行驶100km，则汽车的所用时间为t==1h=3600s； 故有用功W有=Pt=30kW×3600s=1.08×108J； 总功就是9L汽油完全燃烧所放出的热量Q放=Vρq=9×10－3m3×0.71×103kg/m3×4.6×107J/kg=2.94×108J； 故发动机的效率η===36.7%． 因为输出功率P′=，而V排=2.0×10－3m3，n=2000r/min=33.3r/s；P′=30kW=30000W，故做功冲程汽缸人气体的平均压强约为p0==9×105Pa． 考点：功率，压强，热量的计算，发动机的效率． 21．北京冬奥会上使用的氢燃料电池汽车，是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能E电的80%用于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（请写出计算推理过程） （1）求此过程中产生的电能E电？ （2）燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在气缸内完全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值取q=5×107J/kg。已知每加注1kg汽油所需的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下： ①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量？ ②请判断乙车能否到达B地？ （3）如果动力系统改用汽油机，在某次油品调价中，90号汽油价格每吨降低125元，测算到零售价格每升降低0.09元。据此估算90号汽油的密度为多少？ 【答案】（1）1.125×108J；（2）①1×108J；②乙车不能到达B地；（3） 【详解】解：（1）由二力平衡条件可知，汽车匀速行驶时的牵引力为 汽车牵引力做的功为 此过程中产生的电能为 （2）①由每加注1kg氢燃料所需的费用为30元可知，消耗0.8kg氢燃料的费用为 由每加注1kg汽油所需的费用为12元可知，在与甲车花费相同燃料费用的情况下，乙车消耗的汽油为 乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量为 ②燃烧汽油时汽车获得的机械能为 汽车行驶的距离为 因此乙车不能到达B地 （3）90号汽油价格每吨降低125元，测算到零售价格每升降低0.09元，则每吨汽油的体积 则汽油的密度 答：（1）此过程中产生的电能为； （2）乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量为；乙车不能到达B地； （3）90号汽油的密度为。 七、计算题 22．将一勺热水倒入盛有一些冷水的保温容器内，使得冷水温度升高5℃。然后又向保温容器内倒入同样一勺热水，水的温度又上升了3℃。如果再连续倒入10勺同样的热水，则保温容器内的水温度还得升高多少摄氏度（保温容器吸收热量忽略不计）。 【答案】8℃ 【详解】解：设热水和冷水的温度差为t，质量为m0的一小杯热水倒入盛有质量为m的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了5℃，因为 Q吸=Q放 从而可知 cm0(t-5℃)=cm×5℃① 又向保温容器中倒入一小杯同质量为m0同温度的热水，水温又上升了3℃，所以 Q吸=Q放 从而可知 cm0(t-5℃-3℃)=c(m+m0)×3℃② 则①-②得 3℃×cm0=5℃×cm-3℃×cm-3℃×cm0 整理得 6℃×cm0=2℃×cm 解得m=3m0；代入①式可得t=20℃；假设我们将全部热水一次性注入，则由热平衡方程可知 12m0c(t-Δt)=mcΔt m=3m0 联立两式解得Δt=16℃；则注入后10勺水后，水温还会上升 16℃-5℃-3℃=8℃ 答：水温还会上升8℃。 23．80克水温度降低1℃所放出的热量刚好能使1克0℃的冰熔化为水。现把10克0℃的冰与390克4℃的水混合，当它们达到热平衡时的温度是多少？ 【答案】1.9℃ 【详解】1克0℃的冰熔化为水需要的热量为 Q熔化=Q放水=cm0Δt0=4.2×103J/(kg·℃)×0.08kg×1℃=336J 则10克0℃的冰熔化为水需要的热量为 Q′=10×336J=3360J 熔化10g的冰时使390克4℃的水降低后温度为 由此可知：390克4℃的水使10克0℃的冰熔化成0℃的水时，390克的水降低后的温度为1.95℃；则它们在一起混合时根据热平衡方程得 cm1(t′-t1)=cm2(t2-t′) 4．2×103J/(kg·℃)×0.01kg×(t′-0℃)=4.2×103J/(kg·℃)×0.39kg×(1.95℃-t′) 解得t′≈1.9℃。 答：把10克0℃的冰与390克4℃的水混合，当它们达到热平衡时的温度是1.9℃。 24．质量相等的A和B两固体，它们的初温度均为20℃。把A和B同时放入盛有沸水的大锅炉内后，它们分别以每克每秒12.6焦耳和每克每秒42焦耳的吸热速度吸收热量。已知A和B的比热容分别为2.1×103焦耳／（千克·℃）和3.36×103焦耳／（千克·℃），且在吸热过程中，A和B两个物体均未发生物态变化，求10秒钟后： (1)A物体的温度和它每克吸收的热量； (2)B物体的温度和它每克吸收的热量。 【答案】(1)80℃，126J (2)100℃，268.8J 【详解】（1）A物体在10秒内每克吸热 因为 即 故 则A物体的温度为80℃，它每克吸收的热量为126J。 （2）对B物体，若用与A物体相同的计算方法，每克吸热 B的温度 可见，已超过沸水温度，也就不可能达到此温度，放B物体的最终温度为100℃。所以，B物体每克吸热 则B物体的温度为100℃，它每克共吸热268.8焦。 25．温度不同的两个物体相互接触后将会发生热传递现象。若不计热量的损失，则当两物体达到热平衡状态时，它们的温度相同，且高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量。现有三种不同的液体A、B、C，它们的初温度分别为15℃、25℃、35℃。当A和B液体混合并到达平衡状态时，其平衡温度为21℃；当B和C液体混合并到达平衡状态时，其平衡温度为32℃。求A和C液体混合并到达平衡状态时的平衡温度。 【答案】30.6℃ 【详解】解：A、C液体混合时，有 则 又B、C液体混合时，有 则 可得 A、C液体混合达平衡后，设平衡温度为t 解得t=30.6℃。 答：A和C液体混合并到达平衡状态时的平衡温度是30.6℃。 26．在野外施工中，需要使质量m=4.20kg的铝合金物体升温.除了保温瓶中尚存有温度t=90.0℃的1.200kg的热水外，无其他热源．试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t0=10.0℃升温到66.0℃以上(含66.0℃，并通过计算验证你的方案．已知铝合金的比热容c=0.880×103 J/( kg•℃)，水的比热容c0=4.20×103J/( kg•℃)，不计向周围环境散失的热量． 【答案】详见解析 【详解】操作方案：将保温瓶中t=90℃的热水分若干次倒出来． 第一次先倒出一部分，与温度为t0=10℃的构件充分接触，并达到热平衡，构件温度升高到t1； 将这部分温度为t1的水倒掉，再从保温瓶倒出一部分热水，再次与温度为t1的构件接触，并达到热平衡，此时构件的温度升高到t2； 再将这些温度为t2的热水倒掉，然后再从保温瓶倒出一部分热水来使温度为t2的构件升温，…．直到最后一次将剩余的热水倒出来与构件接触，达到热平衡，最终就可使构件的温度达到所要求的值； 验证：如将1.2kg热水分5次倒出，每次倒出m0=0.24kg，在第一次使热水与构件达到热平衡的过程中： Q1=c0m0（t-t1）， Q1′=cm（t1-t0）， Q1=Q1′， c0m0（t-t1）=cm（t1-t0）， 即：4．2×103J×0.24kg×（90℃-t1）=0.88×103J×4.2kg×（t1-10℃）， 解得：t1≈27.1℃， 同理：t2≈40.6℃，…，t5≈66.0℃． 27．汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比列，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃比（可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比）。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。根据发动机的类型等因素，每种发动机的空燃比一般不同。某汽缸总排量为2.0L的4 缸发动机所需的空燃比14:1，混合燃气的密度为1.35kg/m3，当发动机曲轴每分钟转速为2600转时，输出功率为65kw 。此时该发动机的效率是多少？（汽油的热值为 4.6×107J/kg） 【答案】36% 【分析】4 缸发动机一个工作循环时，曲轴每转2转，共16个冲程，活塞上下往返8次，对外做功4次；根据密度公式求出消耗的汽油质量；再利用热值公式得到汽油完全燃烧释放的热量，根据功率的定义式得到有用功，最后根据热机效率公式得到答案。 【详解】由题意知，四缸汽油发动机曲轴每转2转，各个汽缸均做功1次，所以1分钟发动机做功次数1300次，根据可得1min内消耗的汽油质量 则这些汽油完全燃烧释放的热量 由可得发动机1min做的有用功 则该发动机的效率 答：此时该发动机的效率是36%。 28．如左图所示，某家庭轿车的发动机为 4 缸四冲程汽油机，其中一个汽缸的相关参数如右图所示（剖面图）。汽缸活塞面的直径为 d（cm），连杆长度为 l（cm），曲轴的中心与连杆连接点之间的距离为 r（cm），满负荷工作时，做功冲程燃气的平均压强为 p（Pa），飞轮转速为 3600r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），经历时间 t（s）消耗的汽油质量为 m（g），设汽油的热值为 q（J/kg）；求汽油机的效率。（若有运算过程中题目未知但需要用到的物理量请预先设定） 【答案】 【详解】解：设做功冲程中燃气对活塞平均压力为F，因为，所以 设做功冲程中活塞的行程为s，一个冲程燃气对活塞做的功为W1 设汽油机的功率为P，由飞轮转速为3600r/min可知，一个汽缸1s内做功30次 设汽油机的效率为η 答：汽油机的效率。 29．2010年11月5日，在新疆召开的“引渤入疆”（指引渤海水进入新疆）研讨会，引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是：从天津取水，由黄旗海—库布齐沙漠—毛乌素沙漠—腾格里沙漠—乌兰布和沙漠—巴丹吉林沙漠，走河西走廊，经疏勒河自行流入罗布泊。此路经中最高海拔约为h1=1200m，从罗布泊到下游的艾丁湖，又有近h2=1000m 的落差。此方案是否可行，涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能量的角度来分析这个方案。取g=10N/kg，水的密度ρ=1.0×103kg/m3。 (1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E1至少为多少？ (2)若每年调4×109m3海水入疆，即使把从罗布泊到下游的艾丁湖落差发的电全部用来提升海水，也还需要额外提供电能； ①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能为多少？ ②已知三峡水电站年平均流量Q=5.0×1011m3，水库水面与发电机的水轮机所在位置的平均高度差h=100m，发电站的发电效率η=60%。若“引渤入疆”工程额外需要的电能可以从三峡水电站输送，求在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。 【答案】(1) 2×107J；(2)1.4×107J，18.7% 【分析】能量是守恒的，只是形式的转换，解题时考虑能量转换的占比问题；利用公式E=mgh得到水的重力势能，通过能量的利用得到需要消耗的电能。 【详解】(1)将一吨海水提升到海波1200m，重力势能增加 由于电能的利用率为60%，所以需要耗电 (2)①利用1000m落差，根据能量的利用率可知1t水可以发电 将1t海水输送到艾丁湖，需要额外耗电 ②1t海水的体积为1m3，则每年从渤海湾调4×109m3海水入疆需要额外用电 已知年平均流量 Q=V=5.0×1011m3 由以及可得这些水的重力 已知平均高度差h=100m，则水的重力做功 已知发电站的发电效率为60%，可得，三峡水电站的年发电 “引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例为 答：(1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E1至少为2×107J； (2)①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能为1.4×107J； ②在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例18.7%。 30．氢气﹣汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg，设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25m/s的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，消耗了0.8kg氢气。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为25%。 （1）求轿车行驶过程中受到的阻力； （2）在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率； （3）请通过计算说明小华最终能否到达乙地；（q氢气=1.5×108J/kg、q汽油=4×107J/kg） 【答案】（1）800N；（2）60%；（3）不能 【详解】解：（1）轿车行驶过程中受到的牵引力 因为匀速直线行驶，牵引力与阻力大小相等，则阻力也为800N。 （2）轿车发动机的效率 （3）第二阶段行驶的路程为 第二阶段牵引力做的功 需要汽油的质量为 故小华最终不能否到达乙地。 答：（1）轿车行驶过程中受到的阻力为800N； （2）在使用氢燃料的情况下，轿车发动机的效率为60%； （3）通过计算小华最终不能到达乙地。 试卷第1页，共3页 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题20 内能与热机 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．关于生活中的物理现象，下列说法正确的是（　　） A．破镜不能重圆，主要是因为分子之间存在斥力 B．“酒香不怕巷子深”说明分子在不停地做无规则运动 C．60℃的水与40℃的水相比，60℃的水内能更大 D．水和酒精混合后总体积变小，说明分子间有引力 2．在两个相同的杯子内盛有质量相等的热水和冷水，将一半热水倒入冷水杯内，冷水杯内的温度升高21℃，若再将热水杯内剩余热水的一半再次倒入冷水杯内，冷水杯内的水温会升高（    ） A．9℃ B． 8℃ C． 6℃ D． 5℃ 3．初三的小明同学体育锻炼完回到教室，用两个相同的杯子从饮水机分别接了部分热水和部分冷水，准备用两杯水混合来得到温度适宜的饮用水。已知热水的初温为93℃。他先将冷水杯内一半的冷水倒入热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内水的温度降低到63℃；他再将冷水杯内剩余冷水的一半倒入热水杯内，摇匀且稳定后，热水杯内的水温降低到57℃；小明最后将冷水杯内剩余的冷水全部倒入热水杯内，摇匀且稳定。则混合前，两杯子内最初的热水和冷水的质量之比和最终混合后水的温度为（　　）（整个过程水没有溢出杯子，不计水的质量变化、状态变化和热量损失） A．1:4  21℃ B．4:1  21℃ C．2:1   53℃ D．1:2   53℃ 4．把的某铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为把另一块的同样的铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为如果把同样的铁块投入质量为、温度为的水中，热平衡后温度为（　　） A． B． C． D． 5．在利用混合法测量铜块的比热试验中，下列情况能导致铜的比热容测量值偏大的是（　　） （1）铜块从沸水中拿出来放入小筒时不小心带入了热水 （2）用天平测量铜块的质量时读数偏大 （3）用量筒测量水的体积后，倒入小筒时没有倒干净 （4）温度计在测量水的初温时，读数比真实值大 A．（1） （3） B．（1） （2） C．（3） （4） D．（2） （3） 6．用混合法测定物质的比热的实验中，由于不可避免会有热量的损失（包括小铝筒容量的吸热），那么（　　） A．测出放热物质的比热大干其真实值，测出吸热物质的比热小于其真实值 B．测出放热物质的比热大于其真实值，测出吸热物质的比热大于其真实值 C．测出放热物质的比热小于其真实值，测出吸热物质的比热小于其真实值 D．测出放热物质的比热小于其真实值，测出吸热物质的比热大于其真实值 7．有两个温度和质量都相同的金属球，先把甲球放入盛有热水的杯中，热平衡后水温降低了Δt，把甲球取出，再将乙球放入杯中，热平衡后水温又降低了Δt，则甲球比热 c甲和乙球比热c乙大小的关系是（　　） A．c甲> c乙 B．c甲 < c乙 C． c甲 = c乙 D．以上三种情况都有可能 8．将50克、0℃的雪（可看成是冰水混合物）投入到装有450克、40℃水的绝热容器中，发现水温下降6℃，那么在刚才已经降温的容器中再投入100克上述同样的雪，容器中的水温将又要下降（　　） A．7℃ B．8℃ C．9℃ D．10℃ 9．将一杯热水倒入盛有冷水的容器中，冷水的温度升高了10℃，再向容器内倒入一杯相同质量和温度的热水，容器中的水温又升高了6℃。如果继续向容器中倒入一杯同样的热水，则容器中的水温会升高（　　） A．5℃ B．4℃ C．3℃ D．2℃ 10．将质量为 m0 的一小杯热水倒入盛有质量为 m 的冷水的保温容器中，使得冷水温度升高了3℃，然后又向保温容器中倒入一小杯同质量同温度的热水，水温又上升了 2.8℃．不计热量的损失，则可判断 A．热水和冷水的温度差为 87℃，m0：m=1：28 B．热水和冷水的温度差为 69℃，m0：m =1：32 C．热水和冷水的温度差为 54℃，m0：m =1：24 D．热水和冷水的温度差为 48℃，m0：m =1：20 11．第一次在试管里注入温度为的水，将试管底部浸入温度为的大量水中，试管内的水经过时间被加热到；第二次在试管里注入温度为的等量的水，将试管底部浸入温度为的大量水中，试管内的水经过时间冷却到，不考虑水和空气之间的热交换，则 A． B． C． D．无法确定 12．两个完全相同的实心球，甲球放在桌面上，乙球悬挂在绳上，使它们吸收热量从同样初温升高相同温度，则正确的判断是（    ） A．两球吸收的热量相等 B．甲球吸收的热量比乙球多 C．甲球吸收的热量比乙球少 D．以上情形都有可能 13．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（　　） A．3:4 B．1:1 C．3:2 D．2:1 二、多选题 14．现有甲、乙、丙三种初温度相同的液体，其中甲、乙为质量相等的不同液体，乙、丙为质量不等的同种液体。若对这三种液体分别加热，则可根据它们吸收的热量和升高的温度，在温度—热量图像上分别画出对应的三点甲、乙、丙，如图所示。由此图像得出下列结论中正确的是（　　） A．丙的比热比甲的比热大 B．丙的比热比甲的比热小 C．丙的质量比甲的质量大 D．丙的质量比甲的质量小 三、填空题 15．下图为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各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做吸气、压缩和排气工作。 排量 3.0L 输出功率 150kW 转速 6000r/min     （1）有一台四缸发动机，其主要技术指标如表所示。其中排量等于四个汽缸工作容积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离（即冲程长），转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，单缸排量V= L，该发动机的做功冲程每次做功 J。 （2）在做功冲程里，燃气对活塞所做的功可表示为W=pV，式中p表示燃气对活塞的压强，则p= Pa。 16．如图所示，面积较大的水池内水深为H，水面上浮着一边长为a、质量为m的正方体物块，物块的一半体积浸在水中。现用力将物块缓慢地压入水中直到池底，则从物块刚好浸没水中开始到最终压在池底的过程中，池中水的能量增加了 。 17．兴趣小组同学们一起设计并制作了“简易孔明灯”，结构如图所示，四个铁架台支架撑起一个垃圾袋，使其成为一个长宽各25cm、高30cm下端开口的长方体。在垃圾袋下端燃烧皿中加入适量的酒精，通过烧杯中水位的高度调节燃烧皿的高度，烧杯放在电子秤上实时监测质量的变化。经测量，已知一个垃圾袋的质量为3g，室温为20℃，当孔明灯刚起飞时，电子秤示数变化了0.2g，酒精燃烧放出热量 J，该“垃圾袋”受到的重力为 ，“孔明灯”刚好起飞时，灯内空气温度约为 ℃；从加热到起飞的过程中，加热效率至少为 %。（已知空气的比热容）；酒精的热值；g取10N/kg；垃圾袋的厚度忽略不计；不同温度下空气密度如下表所示） 空气温度/℃ 20 25 30 35 40 45 50 55 60 空气密度/ 1.20 1.17 1.15 1.12 1.10 1.07 1.04 1.01 0.98 四、实验题 18．小明看到一句农谚：“下雪不冷化雪冷”，他很好奇，想具体了解一下冰雪熔化时要吸收多少热量．于是查找了资料，知道“熔化热”的定义是：单位质量的某种晶体，在熔化成同温度的液体时吸收的热量，叫做这种晶体的熔化热．他想用实验测量一下冰的熔化热，于是找来了一些实验器材：一架天平和配套的砝码、一支实验室温度计（0～100℃）、一个有密封盖子的保温桶、一个小烧杯、一把镊子和一个专门用来在冰箱中冻小冰块的塑料冰格，又观察到家里的冰箱面板上显示冷冻室温度恒为﹣18℃．请帮助小明设计一下用这些器材粗测冰块熔化热的方案，要求写出实验的步骤和用测量的物理量计算冰的熔化热λ的表达式（水和冰的比热容分别用c水和c冰表示）． 五、简答题 19．有六个完全相同的杯子，其中一个盛满热水，如果要利用杯子的吸热作用把热水的温度降低，可以把热水注入其余的五个冷杯子中，让杯子吸收热水的热量，怎样注入热水可以获得最佳的冷却效果？ [方法一]把热水平均注入五个杯子中，每个杯子分配1/5热水． [方法二]先把热水整杯注入第二个杯子，等杯子不再吸热时，再整杯注入第三个杯子，如此类推，最后注入第六个杯子． （1）你选择哪个方法，写出选择理由． （2）如果热水质量是100g，温度90℃，玻璃杯质量50g，温度10℃，玻璃的比热容为0.84×103J/（kg•℃），请计算能使热水降低到的最低温度？ 六、综合题 20．小亮家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“2.0的排量”，却很少说“功率”，为此小亮特地从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为汽缸排量．如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量．小亮从说明书上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机，排量为2.0L；从网上查找到了了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示． 1．根据图21分析，在发动机转速为1000～5000 r/min范围内，它的输出功率与转速大致有怎样的定性关系？ 2．试通过公式推导出在其他参数相同时，轿车发动机的输出功率与其排量的关系． 3．小亮又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况好，平均车速为100km/h时，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km．参考图21中的数据，分析这辆汽车在这种状态下行驶时，发动机的效率约为多少？每个做功冲程汽缸内气体的平均压强是约为多少？（已知汽油的热值为4．6×107J/kg，密度为0.7l×103kg/m3） 21．北京冬奥会上使用的氢燃料电池汽车，是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能E电的80%用于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（请写出计算推理过程） （1）求此过程中产生的电能E电？ （2）燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在气缸内完全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值取q=5×107J/kg。已知每加注1kg汽油所需的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下： ①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量？ ②请判断乙车能否到达B地？ （3）如果动力系统改用汽油机，在某次油品调价中，90号汽油价格每吨降低125元，测算到零售价格每升降低0.09元。据此估算90号汽油的密度为多少？ 七、计算题 22．将一勺热水倒入盛有一些冷水的保温容器内，使得冷水温度升高5℃。然后又向保温容器内倒入同样一勺热水，水的温度又上升了3℃。如果再连续倒入10勺同样的热水，则保温容器内的水温度还得升高多少摄氏度（保温容器吸收热量忽略不计）。 23．80克水温度降低1℃所放出的热量刚好能使1克0℃的冰熔化为水。现把10克0℃的冰与390克4℃的水混合，当它们达到热平衡时的温度是多少？ 24．质量相等的A和B两固体，它们的初温度均为20℃。把A和B同时放入盛有沸水的大锅炉内后，它们分别以每克每秒12.6焦耳和每克每秒42焦耳的吸热速度吸收热量。已知A和B的比热容分别为2.1×103焦耳／（千克·℃）和3.36×103焦耳／（千克·℃），且在吸热过程中，A和B两个物体均未发生物态变化，求10秒钟后： (1)A物体的温度和它每克吸收的热量； (2)B物体的温度和它每克吸收的热量。 25．温度不同的两个物体相互接触后将会发生热传递现象。若不计热量的损失，则当两物体达到热平衡状态时，它们的温度相同，且高温物体放出的热量等于低温物体所吸收的热量。现有三种不同的液体A、B、C，它们的初温度分别为15℃、25℃、35℃。当A和B液体混合并到达平衡状态时，其平衡温度为21℃；当B和C液体混合并到达平衡状态时，其平衡温度为32℃。求A和C液体混合并到达平衡状态时的平衡温度。 26．在野外施工中，需要使质量m=4.20kg的铝合金物体升温.除了保温瓶中尚存有温度t=90.0℃的1.200kg的热水外，无其他热源．试提出一个操作方案，能利用这些热水使构件从温度t0=10.0℃升温到66.0℃以上(含66.0℃，并通过计算验证你的方案．已知铝合金的比热容c=0.880×103 J/( kg•℃)，水的比热容c0=4.20×103J/( kg•℃)，不计向周围环境散失的热量． 27．汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比列，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃比（可燃混合气体中空气质量与燃油质量之比）。空燃比是发动机运转时的一个重要参数，它对尾气排放、发动机的动力性和经济性都有很大的影响。根据发动机的类型等因素，每种发动机的空燃比一般不同。某汽缸总排量为2.0L的4 缸发动机所需的空燃比14:1，混合燃气的密度为1.35kg/m3，当发动机曲轴每分钟转速为2600转时，输出功率为65kw 。此时该发动机的效率是多少？（汽油的热值为 4.6×107J/kg） 28．如左图所示，某家庭轿车的发动机为 4 缸四冲程汽油机，其中一个汽缸的相关参数如右图所示（剖面图）。汽缸活塞面的直径为 d（cm），连杆长度为 l（cm），曲轴的中心与连杆连接点之间的距离为 r（cm），满负荷工作时，做功冲程燃气的平均压强为 p（Pa），飞轮转速为 3600r/min，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），经历时间 t（s）消耗的汽油质量为 m（g），设汽油的热值为 q（J/kg）；求汽油机的效率。（若有运算过程中题目未知但需要用到的物理量请预先设定） 29．2010年11月5日，在新疆召开的“引渤入疆”（指引渤海水进入新疆）研讨会，引起了全国舆论的广泛关注。其中一个方案是：从天津取水，由黄旗海—库布齐沙漠—毛乌素沙漠—腾格里沙漠—乌兰布和沙漠—巴丹吉林沙漠，走河西走廊，经疏勒河自行流入罗布泊。此路经中最高海拔约为h1=1200m，从罗布泊到下游的艾丁湖，又有近h2=1000m 的落差。此方案是否可行，涉及到环境、能源、技术等多方面的因素。下面我们仅从能量的角度来分析这个方案。取g=10N/kg，水的密度ρ=1.0×103kg/m3。 (1)若通过管道提升海水，电能效率η=60%，将1t海水提升到海拔1200m处，需要电能E1至少为多少？ (2)若每年调4×109m3海水入疆，即使把从罗布泊到下游的艾丁湖落差发的电全部用来提升海水，也还需要额外提供电能； ①若利用水的落差发电，发电效率也为η=60%，将1t海水输送到艾丁湖，额外需要电能为多少？ ②已知三峡水电站年平均流量Q=5.0×1011m3，水库水面与发电机的水轮机所在位置的平均高度差h=100m，发电站的发电效率η=60%。若“引渤入疆”工程额外需要的电能可以从三峡水电站输送，求在一年中“引渤入疆”工程额外需要的电能占三峡电站发电量的比例。 30．氢气﹣汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg，设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，全程分两个阶段，如图所示。 阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以25m/s的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，消耗了0.8kg氢气。 阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为25%。 （1）求轿车行驶过程中受到的阻力； （2）在使用氢燃料的情况下，求轿车发动机的效率； （3）请通过计算说明小华最终能否到达乙地；（q氢气=1.5×108J/kg、q汽油=4×107J/kg） 试卷第1页，共3页 / 学科网（北京）股份有限公司 $$