专项02 热机与热机效率计算专题（重难点训练）物理人教版2024九年级全一册

专项02 热机与热机效率计算专题 一．内燃机工作循环的计算（共7小题） 二．做功次数的计算（共5小题） 三．冲程个数的计算（共5小题） 四．固体和液体的热值计算（共7小题） 五．气体的热值计算（共7小题） 六．热机的效率公式与计算（共10小题） 一．内燃机工作循环的计算（共7小题） 1．汽油机飞轮转速是3600r/min，在1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　） A．15次，60个 B．18次，120个 C．30次，120个 D．900次，30个 2．若汽油机1s内对外做功15次，则其曲轴的转速为 　 　 r/min。为了降低汽油机汽缸的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过 　 　 的方式减少汽缸的内能。 3．小汽车已进入平常百姓家（如图），若汽车在水平路面上快速行驶，由于汽车上下表面空气流动速度不同，汽车对地面的压力和静止时相比会 　 　 （选填“变大”“变小”或“不变”）；汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为水的 　 　 大。若一台单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，则该汽油机飞轮的转速为 　 　 r/min。 4．如图所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去。若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比　 　 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），这是因为当球内气体喷出来时，发生的能量转化情况是　 　 能转化为　 　 能。汽油机在工作时，　 　 冲程与这一情景过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时对外的输出功率为25kW，飞轮转速为5000转/min，则每个工作循环汽油机对外做功　 　 J。 5．一台单缸四冲程柴油机活塞的横截面积为500cm2，活塞的行程是150mm，做功冲程的平均压强是4×105Pa，求： （1）一个做功冲程中气体做的功。 （2）若柴油机每分钟完成600个工作循环，则柴油机的功率多大？ 6．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10﹣3m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为8×105Pa，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 7．某台单缸四冲程内燃机的活塞面积是120cm2，一个冲程是0.3m，做功冲程中燃气对活塞的平均压强是5×105Pa，曲轴的转速是300r/min．求： （1）内燃机每分钟做的功？ （2）其功率是多少？ 二．做功次数的计算（共5小题） 8．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速1200r/min，则它的气缸内燃气每秒钟对外做功（　　） A．20次 B．10次 C．600次 D．1200次 9．×小昕看到爸爸启动摩托车时，转速表如图所示，如果该车使用的是单缸四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机4秒内对外做功的次数为（　　） A．25 B．32 C．50 D．100 10．热机是把内能转化为机械能的装置，如图所示是汽油机的构造示意图，此时为 　 　 冲程，若此单缸汽油机工作时飞轮的转速为3600r/min，则在1s内对外做功 　 　 次。 11．某汽油机飞轮转速是1800r/min，则每分钟对外做功 　 　 次，做功冲程的下一个冲程是　 　；汽缸外用水箱来降低汽缸体温度，因为水具有较大的　 　 。 12．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 习题： 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 　 　 r/min。 解： 汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做2次功。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，即1min转1200圈，所以其飞轮的转速为1200r/min。 错误之处：　　 　　 　　 错因分析：　　 　　 　 　 正确解答：　　 　　 　 　　 　　 　　 　 　　 　　 　 　 　　 　 　　 　 　　 　　 　 　 　　 　 　 三．冲程个数的计算（共5小题） 13．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．汽油机每秒内完成30个冲程 B．汽油机的功率为2025W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为3600N D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J 14．某汽油机飞轮转速是2400r/min，则它1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　） A．30次，60个 B．20次，80个 C．30次，120个 D．15次，60个 15．在沿海地区炎热晴朗天气里易形成海陆风，如图甲所示是风力发电机独特的尾翼结构，能使其旋翼自动迎风，仅在海陆风因素的影响下，夜晚风力发电机出现的情形是 　 　 图（选填“乙”或“丙”）；汽油机中，若飞轮转速是3000r/min，则汽油机1min内完成 　 个冲程，对外做功 　 　 次。 16．随着生活水平的提高，汽车已进入寻常百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。汽车应用了许多物理知识，请你解答：一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1200r/min，此汽油机每秒钟完成 　　 个做功冲程。 17．若汽油机飞轮的转速是2400r/min，每秒钟完成了 　 　 个冲程，每秒钟对外做 　 次功，若每次做功500J，则此内燃机的功率为 　 W。 四．固体和液体的热值计算（共7小题） 18．如图所示，甲、乙、丙的三套装置完全相同，燃料质量、液体质量及液体初温均相同，不考虑热量损失，点燃后燃料稳定燃烧直至尽，同一套装置中液体单位时间内吸热相等，三套装置烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如图丁所示，下列判断正确的是（　　） A．两种液体的比热容之比ca：cb＝1：2 B．两种燃料的热值之比q1：q2＝3：4 C．0∼t1时间段甲、乙液体吸收的热量之比Q甲：Q乙＝1：1 D．0∼t2时间段乙中液体a与0∼t1时间段丙中液体b吸收的热量之比Q乙：Q丙＝1：1 19．新型生物质能燃气炉以热值为1.0×107J/kg的秸秆作燃料。若燃料燃烧的热量全部被水吸收，完全燃烧0.84kg的秸秆可使 　 　 kg的水从30℃上升到70℃。（水的比热为4.2×103J/（kg▪℃））。 20．白洋淀是华北平原上最大的淡水湖泊，对维持生物多样性和调节气候起到了重要作用。广阔的湖水能调节周边的气温，这是由于水具有较大的 　 　 ；实践小组取5kg湖水进行加热，水温从30℃升高了20℃，水吸收的热量相当于完全燃烧 　 　 g酒精放出的热量。， 21．如图甲所示是一艘完全依靠太阳能驱动的船，电池板接收太阳能的功率为1.6×105W。假设接收的太阳能只用来驱动船前进，在一次航行中，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙，航行速度如图丙。（海水密度约为1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求： （1）若船吃水深度为1m，则船底受到水的压强是多大？ （2）第50s至100s，牵引力在这段时间内做的功？ （3）第50s至100s，若船接收的太阳能全部改由燃烧柴油提供，则需要消耗柴油的质量是多少？（q柴油＝4.0×107J/kg） 22．新能源汽车具有节能减排、保护环境等优点。某新能源汽车厂家采用电能、氢燃料等非常规能源作为动力来源。测试员在测试一款新车时开车在一水平地面上匀速行驶了5km，消耗0.15kg的氢燃料，汽车的牵引力为1260N。（）求： （1）汽车发动机牵引力做的功； （2）0.15kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？若这些热量全部用来加热水，可以将多少千克的水温度从20℃加热到70℃。 23．某小组同学在实验室中做“水的沸腾”实验，他们在烧杯中装了质量为1kg、初温为76℃的水，用酒精灯给烧杯中的水加热，并每隔2min记录一次温度计的示数，直到水沸腾一段时间后停止读数，记录的数据如表所示。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg]求： 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 温度/℃ 76 80 84 88 92 96 96 96 （1）将这些水从76℃加热到刚好沸腾时，水吸收的热量。 （2）若酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则把这些水从76℃加热到刚好沸腾时，需要完全燃烧的酒精的质量。 24．为保障今年夏粮丰收增产，我市部分县区利用植保无人机对小麦开展“一喷三防”喷洒作业。如图所示。某品牌植保无人机，加满农药和汽油后总质量为20kg，底部支架与水平地面的接触面积为50cm2。在某次喷洒作业中，该无人机以5m/s的水平速度匀速喷洒3min，消耗汽油71g。已知汽油的热值为4.6×107J/kg，g取10N/kg。求无人机： （1）起飞前对水平地面的压强； （2）3min内飞行的水平路程； （3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量。 五．气体的热值计算（共7小题） 25．我国北方地区冬季用燃煤取暖所造成的大气污染，已越来越引起人们的关注。现在大多数家庭已经改用天然气取暖，以降低对大气的污染。小明家的住房面积约110m2，若将住房的门窗关闭好，用天然气燃烧取暖，并使室温升高10℃，已知天然气的热值为4.4×107J/kg。空气的密度约为1.3kg/m3，空气的比热容为1.0×103J/（kg•℃），所需的天然气约为（　　） A．0.01kg B．0.1kg C．1kg D．10kg 26．“低碳环保”是当今世界环境主题，天然气是一种低污染燃料，在我县已普遍使用。天然气热值为4×107J/m3，若完全燃烧0.42m3的天然气所释放的热量完全被水吸收，能使 　 　 kg的水温度升高20℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 27．如图是杜甫绝句《迟日江山丽》中诗句“沙暖睡鸳鸯”的画面。太阳升起时，沙地比水更暖和，因为沙的比热容比水　 　 。在1标准大气压下，质量为10kg的水温度从30℃升高40℃.吸收热量　 　J。如果这些热量由燃烧天然气来获得，需要完全燃烧　 　 m3天然气（不计热量损失）。[已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q＝4.0×107J/m3] 28．一壶水在炉火上加热，水温升高，其内能 　 　 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。这是通过　 　 方式改变其内能的，在一个标准大气压下，把质量为100kg，温度为20℃的水烧开，若天然气燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要完全燃烧 　 m3的天然气。【已知q天然气＝3.0×107J/m3，水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 29．如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机，该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢5kg，最大起飞质量可达1.5×103kg。已知该飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；该飞机在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2.1×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求：（g取10N/kg） （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内5kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.2h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 30．为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，我县部分农村地区已经用上了天然气烧水煮饭，设天然气热值为4.2×107J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （1）求完全燃烧0.2kg天然气放出的热量？ （2）若这些热量被50kg、30℃的水吸收，能使水的温度升高到多少？ 31．李华家新装的燃气热水器铭牌上标注能效等级为2级。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40℃（即水从热水器流出的温度），某次洗澡用了水90kg，用了天然气0.2m3。已知进入热水器的冷水温度为5℃，求：[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3] （1）0.2m3天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 六．热机的效率公式与计算（共10小题） 32．如图所示为某柴油水泵机组（水泵机组动力由单缸四冲程柴油机提供），正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，该水泵机组的效率为40%，下列说法正确的是（　　）（ρ水＝1.0×103kg/m3，q柴油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg） A．水泵机组对水做的功为1.2×107J B．水泵机组对水做功的功率为3000W C．水泵机组消耗柴油的质量为0.46kg D．单缸四冲程柴油机的压缩冲程将内能转化为机械能 33．甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3：2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2：5 B．5：2 C．5：6 D．6：5 34．如图为某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值q取4.5×107J/kg。以下说法正确的是（　　） A．汽油未完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小 B．完全燃烧10kg汽油可放出4.5×108J的热量 C．在做功冲程，该汽油机气缸中的气体内能增大 D．该汽油机工作效率可达65% 35．截止2023年，全球处于使用状态的汽车数量已突破15亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油约2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧放出的热量为　 　J；汽车刹车时，轮胎温度急剧升高，通过 　 的方式改变物体的内能；设内燃机的效率平均值取30%，开车时正确使用刹车能把内燃机的效率提高1%，汽油的热值4.6×107J/kg。则每辆车每年节约燃油 　 　 kg燃油。 36．《哪吒之魔童闹海》全球热映。电影中哪吒和敖丙能够联手冲破天元鼎，用水火之力生成蒸汽冲破巨鼎的封印过程中的能量转化与汽油机中 　 　 冲程相同。某国产摩托车的发动机是一台单缸四冲程汽油机，其效率为30%，该车在某段平直公路上匀速行驶10min，燃烧汽油0.5kg，则该汽油机的功率是　 　W；若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功 　 　 次。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 37．诗句“锄禾日当午，汗滴禾下土。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦”描述了农民辛勤劳作的情景，勉励我们日常生活中要节约粮食。随着科技的发展，利用无人机技术监测农作物生长、喷洒农药，大大减轻了农民的工作负担，提高了农业生产的效率。机械迷小华对无人机进行了项目化研究。 （1）喷洒农药功能 如图所示，喷洒作业时，以无人机为参照物，田里的小麦是 　 （选填“运动”或“静止”）的；沿水平直线匀速喷洒农药的过程中，无人机的动能　 　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）对地面的压强 喷洒完农药后，无人机静止在水平地面时对地面的压强为2.5×104Pa，与地面的总接触面积为80cm2，则无人机的质量是多少？（g取10N/kg） （3）汽油机的效率 在某次喷洒农药作业时，无人机以2m/s的速度和9kW的恒定功率沿水平方向匀速直线飞行，为了覆盖一片面积为1000m2的小麦田，无人机消耗汽油0.1kg，则无人机的汽油机的效率是多少？（假设无人机的喷洒宽度为5m，q汽油＝4.5×107J/kg） 38．“六代机”，即第六代喷气式战斗机，是军事航空领域中新一代战机的概念，代表了未来空战技术和战术的发展方向。强说该飞机最大飞行距离达到8000km，该飞机的发动机0.5h内能以恒定的牵引力飞行2000km，输出功率达4×105W，消耗了40kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： （1）40kg航空燃油完全燃烧放出的热量； （2）飞机发动机的效率。 39．如图所示的雾炮车，既可喷洒药液消毒，也可喷洒水雾对街道进行除尘，在一次作业中，雾炮车沿水平地面10min内匀速行驶3km到达作业区域，消耗燃油0.5kg，行驶过程中受到的牵引力恒为2000N，若燃油的热值为3×107J/kg，求雾炮车在该过程中： （1）行驶的速度； （2）牵引力做的功； （3）0.5kg的燃油完全燃烧放出的热量； （4）发动机的热机效率。 40．今年春节期间沈阳遭遇暴雪，对交通造成了一定的影响。如图是一台柴油除雪车清除路面积雪时的场景。已知该除雪车的额定功率是1.2×105W，总质量是6×103kg，除雪车车轮与水平地面的总接触面积为0.3m2。（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg）求： （1）除雪车对水平地面的压强。 （2）当除雪车以额定功率进行除雪作业时，在平直的路面以上1.5m/s的速度匀速前进了1500m，则除雪车所受阻力。 （3）若除雪车的效率为30%，上述除雪过程需要消耗柴油的质量。 41．如图所示是我国自行设计研制的AG600水陆两栖飞机，最大起飞质量为53.5t，最大航程为4500km，飞机发动机的额定功率为2.25×107W，航空燃油的热值为4×107J/kg，g取10N/kg。试问： （1）飞机以最大起飞质量漂浮在水面上时，所受的浮力是多少？ （2）起飞之后，若该飞机在额定功率下以300km/h的速度匀速直线航行10min，则行驶的路程是多少？ （3）题（2）过程中，若飞机发动机的效率为50%，不计能量损失，则飞机消耗的航空燃油的质量为多少？ 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 专项02 热机与热机效率计算专题 一．内燃机工作循环的计算（共7小题） 二．做功次数的计算（共5小题） 三．冲程个数的计算（共5小题） 四．固体和液体的热值计算（共7小题） 五．气体的热值计算（共7小题） 六．热机的效率公式与计算（共10小题） 一．内燃机工作循环的计算（共7小题） 1．汽油机飞轮转速是3600r/min，在1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　） A．15次，60个 B．18次，120个 C．30次，120个 D．900次，30个 【答案】C 【解答】解： 汽油机的转速是3600r/min，即60r/s，因一个工作循环，曲轴转两圈，对外做功一次，所以，该汽油机每秒可以做功30次，完成120个冲程。 故选：C。 2．若汽油机1s内对外做功15次，则其曲轴的转速为 　1800　 r/min。为了降低汽油机汽缸的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过 　热传递　 的方式减少汽缸的内能。 【答案】1800；热传递。 【解答】解： （1）四冲程内燃机的曲轴转2圈，完成4个冲程，并对外做功1次； 汽油机每秒内对外做功15次，曲轴转30圈，则每分钟对外做功900次，曲轴转1800圈，因此曲轴的转速为1800r/min； （2）汽油机工作时，气缸温度升高，汽缸把热量传递给水箱中的水，来达到降温的效果，所以这是通过热传递的方式减少汽缸内能的。 故答案为：1800；热传递。 3．小汽车已进入平常百姓家（如图），若汽车在水平路面上快速行驶，由于汽车上下表面空气流动速度不同，汽车对地面的压力和静止时相比会 　变小　 （选填“变大”“变小”或“不变”）；汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为水的 　比热容　 大。若一台单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，则该汽油机飞轮的转速为 　3000　 r/min。 【答案】变小；比热容；3000。 【解答】解： （1）汽车在水平路面上快速行驶时，相同时间内，空气经过汽车上方的路程比下方路程长，汽车上方的空气流速大、压强小，其下方的空气流速小、压强大，汽车在向上压强差的作用下产生向上的升力，所以汽车对路面的压力变小，小于汽车的重力，此时车对地面的压力比静止时相比会变小； （2）汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质； （3）单缸四冲程汽油机1s内对外做功25次，表示每秒飞轮转动50圈，则该汽油机则其飞轮转速为3000r/min。 故答案为：变小；比热容；3000。 4．如图所示，小明在吹气球时，被吹大了的气球没能用手握住，呼啸着飞了出去。若他及时捡拾起气球，将会感觉到它喷气的嘴部温度和原来相比　变低　 （选填“变高”、“变低”或“没有变化”），这是因为当球内气体喷出来时，发生的能量转化情况是　内　 能转化为　机械　 能。汽油机在工作时，　做功　 冲程与这一情景过程中能量的转化是一致的。汽油机工作时对外的输出功率为25kW，飞轮转速为5000转/min，则每个工作循环汽油机对外做功　600　 J。 【答案】变低；内；机械；做功；600。 【解答】解：（1）气球内的气体向外喷出，气体对外做功，内能减小，球内气体的温度降低，内能转化为机械能。 （2）汽油机的做功冲程中，火花塞放电，点燃混合气体，高温高压的燃气推动活塞做功，也是内能转化成机械能。 （3）1min对外做功：W＝Pt＝25×103W×60s＝1.5×106J， 四冲程汽油机的飞轮转速为5000r/min，即该飞轮每分钟转5000r。 因为一个工作循环，飞轮转2圈，做功1次， 所以1min完成2500个工作循环，对外做功2500次， 则每个工作循环汽油机对外做功： W1W1.5×106J＝600J。 故答案为：变低；内；机械；做功；600。 5．一台单缸四冲程柴油机活塞的横截面积为500cm2，活塞的行程是150mm，做功冲程的平均压强是4×105Pa，求： （1）一个做功冲程中气体做的功。 （2）若柴油机每分钟完成600个工作循环，则柴油机的功率多大？ 【答案】（1）做功冲程中气体做的功为3×103J； （2）柴油机的功率为3×104W。 【解答】解：（1）活塞的横截面积S＝500cm2＝5×10﹣2m2， 由p可得，燃气对活塞的平均压力： F＝pS＝4×105Pa×5×10﹣2m2＝2×104N； 活塞的行程s1＝150mm＝0.15m， 则做功冲程中气体做的功： W1＝Fs1＝2×104N×0.15m＝3×103J。 （2）因为一个工作循环做功一次， 所以，每分钟完成600个工作循环，对外做功次数N＝600， 该柴油机每分钟做的功： W＝NW1＝600×3×103J＝1.8×106J， t＝1min＝60s， 则柴油机的功率： P3×104W。 答：（1）做功冲程中气体做的功为3×103J； （2）柴油机的功率为3×104W。 6．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞横截面积为5×10﹣3m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为8×105Pa，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求： （1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功。 【答案】（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为4000N； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为200J。 【解答】解：（1）由得做功冲程中燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝8×105Pa×5×10﹣3m2＝4000N； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为：W＝Fs＝4000N×50×10﹣3m＝200J。 答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为4000N； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为200J。 7．某台单缸四冲程内燃机的活塞面积是120cm2，一个冲程是0.3m，做功冲程中燃气对活塞的平均压强是5×105Pa，曲轴的转速是300r/min．求： （1）内燃机每分钟做的功？ （2）其功率是多少？ 【答案】解：（1）燃气对活塞的平均压力：F＝pS＝5×l05Pa×120×10﹣4m2＝6000N； 一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝6000N×0.3m＝1800J； 曲轴每转两圈对外做功一次，所以1min转动300周，要做功150次，所以内燃机每分钟做的功： W总＝150×1800J＝2.7×105J； （2）内燃机的功率：P4500W。 答：（1）内燃机每分钟做的功是2.7×105J； （2）其功率是4500W。 二．做功次数的计算（共5小题） 8．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速1200r/min，则它的气缸内燃气每秒钟对外做功（　　） A．20次 B．10次 C．600次 D．1200次 【答案】B 【解答】解：飞轮转速1200r/min，则气缸内燃气每秒钟飞轮转的圈数为 一个工作循环，飞轮转2圈，对外做功1次，故它的气缸内燃气每秒钟完成10个工作循环，对外做功10次。 故选：B。 9．×小昕看到爸爸启动摩托车时，转速表如图所示，如果该车使用的是单缸四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机4秒内对外做功的次数为（　　） A．25 B．32 C．50 D．100 【答案】A 【解答】解：在四冲程汽油机中，完成一个工作循环，飞轮转2圈，对外做功1次。已知转速表显示0.75×1000r/min＝750r/60s＝12.5r/s，则4秒内飞轮转动的圈数为12.5×4＝50圈。因为每2圈对外做功1次，所以4秒内对外做功的次数为50÷2＝25次。故答案为25次。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 10．热机是把内能转化为机械能的装置，如图所示是汽油机的构造示意图，此时为 　压缩　 冲程，若此单缸汽油机工作时飞轮的转速为3600r/min，则在1s内对外做功 　30　 次。 【答案】压缩；30 【解答】解：图示中，两个气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。 飞轮的转速 ， 飞轮每转动两圈，完全四个冲程，对外做功一次，所以1s内对外做功30次。 故答案为：压缩；30。 11．某汽油机飞轮转速是1800r/min，则每分钟对外做功 　900　 次，做功冲程的下一个冲程是 　排气冲程　 ；汽缸外用水箱来降低汽缸体温度，因为水具有较大的 　比热容　 。 【答案】900；排气冲程；比热容。 【解答】解：飞轮转速为1800r/min，四冲程汽油机的一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次，所以该汽油机每分钟对外做功900次，汽油机的四个冲程分别是吸气、压缩、做功和排气冲程，做功冲程的下一个冲程排气冲程； 汽缸外用水箱来降低汽缸体的温度，是因为水具有较大的比热容，在质量和升高的温度都相同时，水吸收的热量多，冷却效果好。 故答案为：900；排气冲程；比热容。 12．小明在学习笔记中记录了如下错题，请你帮助他找出错误之处、分析错因并写出正确解答过程。 错题记录 错题改正 习题： 某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则其飞轮转速为 　2400　 r/min。 解： 汽油机工作1个循环，完成4个冲程，活塞往复2次，飞轮转2圈，做2次功。汽油机1s内对外做功20次，即1s的时间内飞轮转20圈，即1min转1200圈，所以其飞轮的转速为1200r/min。 错误之处：　汽油机工作1个循环做2次功　 错因分析：　汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功　 正确解答：　1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min　 【答案】2400；汽油机工作1个循环做2次功；汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功；1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。 【解答】解：小明在学习笔记中错误之处为：汽油机工作1个循环做2次功； 错因分析：汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功，所以汽油机工作1个循环做1次功； 正确解答：1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。 故答案为：2400；汽油机工作1个循环做2次功；汽油机1个工作循环中只有做功冲程对外做功；1个工作循环中包括4个冲程，飞轮转2圈并对外做功1次，某单缸四冲程内燃机每秒对外做功20次，则汽油机在1s内完成了20个循环，所以1s内转动的圈数为20×2＝40r，则1min转动的圈数为40r/s×60s＝2400r，故该内燃机工作时飞轮的转速为2400r/min。 三．冲程个数的计算（共5小题） 13．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），下列说法中正确的是（　　） A．汽油机每秒内完成30个冲程 B．汽油机的功率为2025W C．做功冲程中燃气对活塞的平均压力为3600N D．一个做功冲程中燃气对活塞做的功为1.35×105J 【答案】B 【解答】解：A、当飞轮lmin转动1800周，即每秒钟转动30周，完成60个冲程，故A错误； BCD．汽油机的汽缸活塞面积为S＝30cm2＝3×10﹣3m2， 燃气对活塞的平均压力为F＝pS＝9.0×105Pa×3×10﹣3m2＝2700N， 一个冲程活塞在汽缸中移动的距离为s＝50mm＝0.05m， 一个做功冲程中燃气对活塞做的功W＝Fs＝2700N×0.05m＝135J， 飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，燃气对活塞做的总功为 W总＝900×W＝900×135J＝121500J， 汽油机的功率为 ，故B正确，CD错误。 故选：B。 14．某汽油机飞轮转速是2400r/min，则它1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为（　　） A．30次，60个 B．20次，80个 C．30次，120个 D．15次，60个 【答案】B 【解答】解： 汽油机的转速是2400r/min，即40r/s，因一个工作循环，曲轴转两圈，对外做功一次，所以，该汽油机每秒可以做功20次，完成80个冲程。 故选：B。 15．在沿海地区炎热晴朗天气里易形成海陆风，如图甲所示是风力发电机独特的尾翼结构，能使其旋翼自动迎风，仅在海陆风因素的影响下，夜晚风力发电机出现的情形是 　丙　 图（选填“乙”或“丙”）；汽油机中，若飞轮转速是3000r/min，则汽油机1min内完成 　6000　 个冲程，对外做功 　1500　 次。 【答案】丙；6000；1500。 【解答】解：水的比热容比泥土、沙石的大，白天太阳照射时，水面温度上升得慢，陆地温度上升得快，热空气上升，冷空气补充，风从海面吹向陆地，形成海风，晚上，气温下降，水面温度下降得慢，温度高一些，热空气上升，风从陆地吹向海面，形成陆风，所以夜晚风力发电机旋翼朝向陆地，故选丙图； 飞轮转速是3000r/min，即汽油机的飞轮1min转3000r，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以，该汽油机1min内完成6000个冲程，对外做功1500次。 故答案为：丙；6000；1500。 16．随着生活水平的提高，汽车已进入寻常百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。汽车应用了许多物理知识，请你解答：一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1200r/min，此汽油机每秒钟完成 　10　 个做功冲程。 【答案】10。 【解答】解：一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1200r/min，则该汽油机每秒的转速为20r/s，曲轴每转两圈对外做一次功，则每秒飞轮转20r，完成10个工作循环，对外做10次功，即完成10个做功冲程。 故答案为：10。 17．若汽油机飞轮的转速是2400r/min，每秒钟完成了 　80　 个冲程，每秒钟对外做 　20　 次功，若每次做功500J，则此内燃机的功率为 　1×104　 W。 【答案】。故答案为：80；20；1×104。 【解答】解：热机一个工作循环包含4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次， 飞轮的转速是2400r/min，则每秒转40圈，完成80个冲程； 对外做功20次； 内燃机的功率：。故答案为：80；20；1×104。 四．固体和液体的热值计算（共7小题） 18．如图所示，甲、乙、丙的三套装置完全相同，燃料质量、液体质量及液体初温均相同，不考虑热量损失，点燃后燃料稳定燃烧直至尽，同一套装置中液体单位时间内吸热相等，三套装置烧杯中液体升高的温度随时间变化的图像如图丁所示，下列判断正确的是（　　） A．两种液体的比热容之比ca：cb＝1：2 B．两种燃料的热值之比q1：q2＝3：4 C．0∼t1时间段甲、乙液体吸收的热量之比Q甲：Q乙＝1：1 D．0∼t2时间段乙中液体a与0∼t1时间段丙中液体b吸收的热量之比Q乙：Q丙＝1：1 【答案】A 【解答】A．对比甲、丙两个实验可知，实验所用燃料相同，两种液体a、b加热相同的时间吸收的热量相同，由图丁可知，0∼t1时间段内，液体b的温度变化为Δtb＝T0，液体a的温度变化为Δta＝2T0，a升高的温度是b升高温度的2倍，根据c可知，，即液体b的比热容是液体a的两倍，故A正确； B．对比甲、乙两个实验可知，实验所用液体种类、质量、初温都相同，燃料不相同，燃料完全燃烧提供的热量都被液体a吸收，燃料1时液体a升高的温度为Δta＝2T0，燃料2时液体a升高的温度为Δta′＝1.5T0，两种燃料的热值之比，故B错误； C.0∼t1时间段，甲、乙、丙装置中燃料的种类不同，加热液体的种类和质量相同，相同时间液体升高的温度不同，则0～t1时间内甲丙烧杯中液体吸收热量相等并且都大于乙烧杯中液体吸收热量，Q甲：Q乙≠1：1，故C错误； D．0∼t2时间段，乙中液体a吸收的热量Q乙＝cam×1.5T0，0∼t1时间段，丙中液体b吸收的热量Q丙＝cbmT0， 0∼t2时间段乙中液体a与0∼t1时间段丙中液体b吸收的热量之比，故D错误。 故选：A。 19．新型生物质能燃气炉以热值为1.0×107J/kg的秸秆作燃料。若燃料燃烧的热量全部被水吸收，完全燃烧0.84kg的秸秆可使 　50　 kg的水从30℃上升到70℃。（水的比热为4.2×103J/（kg▪℃））。 【答案】50 【解答】解： 完全燃烧0.84kg的秸秆放出的热量为 根据吸热公式可知水的质量是。 故答案为：50。 20．白洋淀是华北平原上最大的淡水湖泊，对维持生物多样性和调节气候起到了重要作用。广阔的湖水能调节周边的气温，这是由于水具有较大的 　比热容　 ；实践小组取5kg湖水进行加热，水温从30℃升高了20℃，水吸收的热量相当于完全燃烧 　14　 g酒精放出的热量。， 【答案】比热容；14。 【解答】解：（1）湖水对周边气温有一定的调节作用，是因为水的比热容较大，同等条件下，吸收或放出的热量比其他物质多； （2）水吸收的热量：Q吸＝c湖水m湖水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×20℃＝4.2×105J； 根据题意，酒精完全燃烧放出的热量Q放＝Q吸＝4.2×105J； 由Q放＝mq可知，酒精的质量： m酒精0.014kg＝14g。 故答案为：比热容；14。 21．如图甲所示是一艘完全依靠太阳能驱动的船，电池板接收太阳能的功率为1.6×105W。假设接收的太阳能只用来驱动船前进，在一次航行中，太阳能船受到水平方向的牵引力F随时间t的变化关系如图乙，航行速度如图丙。（海水密度约为1.0×103kg/m3，g取10N/kg）求： （1）若船吃水深度为1m，则船底受到水的压强是多大？ （2）第50s至100s，牵引力在这段时间内做的功？ （3）第50s至100s，若船接收的太阳能全部改由燃烧柴油提供，则需要消耗柴油的质量是多少？（q柴油＝4.0×107J/kg） 【答案】（1）若船吃水深度为1m，则船底受到水的压强是1×104Pa； （2）第50s至100s，牵引力在这段时间内做的功为2×106J； （3）第50s至100s，若船接收的太阳能全部改由燃烧柴油提供，则需要消耗柴油的质量是0.2kg。 【解答】解：（1）若船吃水深度为1m，船底受到水的压强为： p＝ρ水gh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×1m＝1×104Pa； （2）由图丙可知，第50s至100s船行驶的速度为0.5m/s，船行驶的距离为： s＝vt＝0.5m/s×50s＝25m； 由图乙可知，第50s至100s内船受到的牵引力为F＝8×104N，则牵引力在这段时间内做的功为： W＝Fs＝8×104N×25m＝2×106J； （3）第50s至100s，船接收的太阳能为： W'＝Pt＝1.6×105W×50s＝8×106J， 若船接收的太阳能全部改由燃烧柴油提供，即Q放＝W'＝8×106J，则需要消耗柴油的质量为： m0.2kg。 答：（1）若船吃水深度为1m，则船底受到水的压强是1×104Pa； （2）第50s至100s，牵引力在这段时间内做的功为2×106J； （3）第50s至100s，若船接收的太阳能全部改由燃烧柴油提供，则需要消耗柴油的质量是0.2kg。 22．新能源汽车具有节能减排、保护环境等优点。某新能源汽车厂家采用电能、氢燃料等非常规能源作为动力来源。测试员在测试一款新车时开车在一水平地面上匀速行驶了5km，消耗0.15kg的氢燃料，汽车的牵引力为1260N。（）求： （1）汽车发动机牵引力做的功； （2）0.15kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？若这些热量全部用来加热水，可以将多少千克的水温度从20℃加热到70℃。 【答案】（1）汽车发动机牵引力做的功是6.3×106J； （2）0.15kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是2.1×107J，若这些热量全部用来加热水，可以将100kg的水温度从20℃加热到70℃。 【解答】解：（1）汽车发动机牵引力做的功： W＝Fs＝1260N×5×103m＝6.3×106J； （2）0.15kg的氢燃料完全燃烧放出的热量： Q放＝mq氢＝0.15kg×1.4×108J/kg＝2.1×107J， 若这些热量全部用来加热水，水吸收的热量Q吸＝Q放＝2.1×107J， 由Q吸＝cmΔt得水的质量： 。 答：（1）汽车发动机牵引力做的功是6.3×106J； （2）0.15kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是2.1×107J，若这些热量全部用来加热水，可以将100kg的水温度从20℃加热到70℃。 23．某小组同学在实验室中做“水的沸腾”实验，他们在烧杯中装了质量为1kg、初温为76℃的水，用酒精灯给烧杯中的水加热，并每隔2min记录一次温度计的示数，直到水沸腾一段时间后停止读数，记录的数据如表所示。[c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3×107J/kg]求： 时间/min 0 2 4 6 8 10 12 14 温度/℃ 76 80 84 88 92 96 96 96 （1）将这些水从76℃加热到刚好沸腾时，水吸收的热量。 （2）若酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则把这些水从76℃加热到刚好沸腾时，需要完全燃烧的酒精的质量。 【答案】（1）这些水从76℃加热到刚好沸腾时所吸收的热量为8.4×104J。 （2）需要完全燃烧的酒精质量为2.8g。 【解答】解：（1）从表格数据可知，从第10min开始水的温度就保持96℃不再改变，所以水的沸点为96℃。 这些水从76℃加热到刚好沸腾时所吸收的热量为： Q吸＝c水m水（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（96℃﹣76℃）＝8.4×104J， （2）酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，所以Q放＝Q吸＝8.4×104J； 由Q＝qm得，需要完全燃烧的酒精质量： m2.8×10﹣3kg＝2.8g。 答：（1）这些水从76℃加热到刚好沸腾时所吸收的热量为8.4×104J。 （2）需要完全燃烧的酒精质量为2.8g。 24．为保障今年夏粮丰收增产，我市部分县区利用植保无人机对小麦开展“一喷三防”喷洒作业。如图所示。某品牌植保无人机，加满农药和汽油后总质量为20kg，底部支架与水平地面的接触面积为50cm2。在某次喷洒作业中，该无人机以5m/s的水平速度匀速喷洒3min，消耗汽油71g。已知汽油的热值为4.6×107J/kg，g取10N/kg。求无人机： （1）起飞前对水平地面的压强； （2）3min内飞行的水平路程； （3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量。 【答案】（1）起飞前对水平地面的压强是4×104Pa； （2）3min内飞行的水平路程是900m； （3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量是3.266×106J。 【解答】解：（1）飞机对地面的压力：F＝G＝mg＝20kg×10N/kg＝200N， 对水平地面的压强：p4×104Pa； （2）3min内飞行的水平路程：s＝vt＝5m/s×3×60s＝900m； （3）消耗的汽油的质量为：m＝71g＝0.071kg； 3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量： Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.071kg＝3.266×106J。 答：（1）起飞前对水平地面的压强是4×104Pa； （2）3min内飞行的水平路程是900m； （3）3min内消耗的汽油完全燃烧放出的热量是3.266×106J。 五．气体的热值计算（共7小题） 25．我国北方地区冬季用燃煤取暖所造成的大气污染，已越来越引起人们的关注。现在大多数家庭已经改用天然气取暖，以降低对大气的污染。小明家的住房面积约110m2，若将住房的门窗关闭好，用天然气燃烧取暖，并使室温升高10℃，已知天然气的热值为4.4×107J/kg。空气的密度约为1.3kg/m3，空气的比热容为1.0×103J/（kg•℃），所需的天然气约为（　　） A．0.01kg B．0.1kg C．1kg D．10kg 【答案】B 【解答】解：由题知，住房面积S＝110m2，住房高度h一般为3m，ρ空气＝1.3kg/m3， 住房内的空气质量： m空气＝ρ空气Sh＝1.3kg/m3×110m2×3m＝429kg， 室温升高10℃时空气所吸收的热量： Q吸＝c空气m空气Δt＝1.0×103J/（kg•℃）×429kg×10℃＝4.29×106J 若将住房的门窗关闭好，不计热损失，Q放＝Q吸＝4.29×106J， 由Q放＝mq得需要天然气的质量： m天然气0.0975kg≈0.1kg。 故选：B。 26．“低碳环保”是当今世界环境主题，天然气是一种低污染燃料，在我县已普遍使用。天然气热值为4×107J/m3，若完全燃烧0.42m3的天然气所释放的热量完全被水吸收，能使 　200　 kg的水温度升高20℃。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】200 【解答】解：天然气完全燃烧放出的热量： Q放＝Vq＝0.42m3×4×107J/m3＝1.68×107J； 由题知，水吸收的热量：Q吸＝Q放＝1.68×107J， 由Q吸＝cmΔt可得水的质量： m200kg。 故答案为：200。 27．如图是杜甫绝句《迟日江山丽》中诗句“沙暖睡鸳鸯”的画面。太阳升起时，沙地比水更暖和，因为沙的比热容比水　小　 。在1标准大气压下，质量为10kg的水温度从30℃升高40℃.吸收热量　1.68×106　 J。如果这些热量由燃烧天然气来获得，需要完全燃烧　0.042　 m3天然气（不计热量损失）。[已知水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q＝4.0×107J/m3] 【答案】小；1.68×106；0.042 【解答】解：（1）太阳升起时，质量和初温相同的沙地和水吸收相同的热量时，沙子的比热容比水小，根据公式可知，沙子升高的温度比水大、末温高，沙地比水更暖和。 （2）水吸收的热量： ， 由题意可得，Q放＝Q吸＝1.68×106J， 由Q放＝Vq可得需要完全燃烧天然气的体积： 。 故答案为：小；1.68×106；0.042。 28．一壶水在炉火上加热，水温升高，其内能 　增大　 （选填“增大”、“不变”或“减小”）。这是通过 　热传递　 方式改变其内能的，在一个标准大气压下，把质量为100kg，温度为20℃的水烧开，若天然气燃烧放出的热量全部被水吸收，则需要完全燃烧 　1.12　 m3的天然气。【已知q天然气＝3.0×107J/m3，水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】增大；热传递；1.12。 【解答】解： （1）一壶水在炉火上加热，水吸收热量、温度升高，内能增大，是通过热传递改变水的内能的； （2）在一个标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃， 水吸收的热量： Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×107J， 由题知，Q放＝Q吸＝3.36×107J， 由Q放＝Vq得需要完全燃烧天然气的体积： V1.12m3。 故答案为：增大；热传递；1.12。 29．如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机，该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢5kg，最大起飞质量可达1.5×103kg。已知该飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；该飞机在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2.1×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求：（g取10N/kg） （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内5kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.2h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 【答案】（1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为7.5×104Pa； （2）高压储氢罐内5kg的氢完全燃烧放出的热量为7×108J； （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.2h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为7.5×107J。 【解答】解：（1）飞机静止在水平地面上时的压力： F＝G＝mg＝1.5×103kg×10N/kg＝1.5×104N， 飞机静止时对水平地面的压强： ； （2）氢完全燃烧放出的热量： ； （3）由 可得，飞机匀速巡航的路程： s＝vt＝180km/h×0.2h＝36km＝36000m， 牵引力做的功： 。 答：（1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为7.5×104Pa； （2）高压储氢罐内5kg的氢完全燃烧放出的热量为7×108J； （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.2h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为7.5×107J。 30．为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，我县部分农村地区已经用上了天然气烧水煮饭，设天然气热值为4.2×107J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] （1）求完全燃烧0.2kg天然气放出的热量？ （2）若这些热量被50kg、30℃的水吸收，能使水的温度升高到多少？ 【答案】（1）完全燃烧0.2kg天然气放出的热量为8.4×106J； （2）（2）若这些热量被50kg、30℃的水吸收，能使水的温度升高到70℃。 【解答】解： （1）完全燃烧0.2kg天然气放出的热量： Q放＝m天然气q＝0.2kg×4.2×107J/kg＝8.4×106J； （2）由题知，水吸收的热量：Q吸＝Q放＝8.4×106J； 由Q吸＝cmΔt得，水升高的温度： Δt40℃， 水的末温：t＝t0+Δt＝30℃+40℃＝70℃。 答：（1）完全燃烧0.2kg天然气放出的热量为8.4×106J； （2）（2）若这些热量被50kg、30℃的水吸收，能使水的温度升高到70℃。 31．李华家新装的燃气热水器铭牌上标注能效等级为2级。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40℃（即水从热水器流出的温度），某次洗澡用了水90kg，用了天然气0.2m3。已知进入热水器的冷水温度为5℃，求：[水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3] （1）0.2m3天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 【答案】（1）消耗的天然气完全燃烧放出的热量为1.4×107J； （2）水吸收的热量为1.323×107J；该款热水器能效等级达标。 【解答】解：（1）这些天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝qV＝7.0×107J/m3×0.2m3＝1.4×107J； （2）水吸收的热量：Q吸＝cm水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×90kg×（40℃﹣5℃）＝1.323×107J； 热水器的热效率：η100%100%＝94.5%＞88%，因此该款热水器能效等级达标。 答：（1）消耗的天然气完全燃烧放出的热量为1.4×107J； （2）水吸收的热量为1.323×107J；该款热水器能效等级达标。 六．热机的效率公式与计算（共10小题） 32．如图所示为某柴油水泵机组（水泵机组动力由单缸四冲程柴油机提供），正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，该水泵机组的效率为40%，下列说法正确的是（　　）（ρ水＝1.0×103kg/m3，q柴油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg） A．水泵机组对水做的功为1.2×107J B．水泵机组对水做功的功率为3000W C．水泵机组消耗柴油的质量为0.46kg D．单缸四冲程柴油机的压缩冲程将内能转化为机械能 【答案】B 【解答】解：A、1h所抽送的水的体积为：V＝54m3， 这些水的重力大小：G＝mg＝ρ水Vg＝1.0×103kg/m3×54m3×10N/kg＝5.4×105N， 这些水被提升的高度为h＝20m，所做的功为： W＝Gh＝5.4×105N×20m＝1.08×107J，故A错误； B、水泵机组对水做功的功率为： P3000W，故B正确； C、根据η可得，柴油完全燃烧所放出的热量： Q放2.7×107J， 则消耗柴油的质量为：m′0.59kg，故C错误； D、四冲程柴油机的压缩冲程将机械能转化为内能，故D错误。 故选：B。 33．甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3：2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2：5 B．5：2 C．5：6 D．6：5 【答案】D 【解答】解：已知热机效率公式，那么； 两台汽油机使用相同的汽油，设汽油的热值为q，已知：Q总＝mq， 所以m， 那么甲、乙两台汽油机在t时间内消耗的汽油质量之比为： 。 故选：D。 34．如图为某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值q取4.5×107J/kg。以下说法正确的是（　　） A．汽油未完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小 B．完全燃烧10kg汽油可放出4.5×108J的热量 C．在做功冲程，该汽油机气缸中的气体内能增大 D．该汽油机工作效率可达65% 【答案】B 【解答】解：A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A错误； B、完全燃烧10kg汽油放出的热量Q放＝mq＝10kg×4.5×107J/kg＝4.5×108J，故B正确； C、四冲程汽油机在做功冲程中，高温高压气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，故C错误；D．由图可知，输出的有用功在总能量中所占的比例：100%﹣33%﹣25%﹣7%＝35%，所以内燃机的效率为η＝35%，故D错误。 故选：B。 35．截止2023年，全球处于使用状态的汽车数量已突破15亿辆。设汽车的燃油为汽油，每辆汽车每年耗油约2.1t，若不计热量损失，这些燃料完全燃烧放出的热量为 　9.66×1010　 J；汽车刹车时，轮胎温度急剧升高，通过 　做功　 的方式改变物体的内能；设内燃机的效率平均值取30%，开车时正确使用刹车能把内燃机的效率提高1%，汽油的热值4.6×107J/kg。则每辆车每年节约燃油 　70　 kg燃油。 【答案】9.66×1010；做功；70。 【解答】解：这些燃料完全燃烧放出的热量Q放＝mq＝2.1×103kg×4.6×107J/kg＝9.66×1010J； 汽车刹车时，摩擦生热，轮胎温度急剧升高，是通过做功的方式改变物体的内能； 内燃机效率提高前后，有用功不变，则Q放η1＝Q放′η2， 提高效率后，做同样的有用功，汽油完全燃烧放出的热量Q放′9.35×1010J， 消耗汽油的质量m′2.03×103kg＝2.03t， 节约汽油的质量Δm＝m﹣m′＝2.1t＝2.03t＝0.07t＝70kg。 故答案为：9.66×1010；做功；70。 36．《哪吒之魔童闹海》全球热映。电影中哪吒和敖丙能够联手冲破天元鼎，用水火之力生成蒸汽冲破巨鼎的封印过程中的能量转化与汽油机中 　做功　 冲程相同。某国产摩托车的发动机是一台单缸四冲程汽油机，其效率为30%，该车在某段平直公路上匀速行驶10min，燃烧汽油0.5kg，则该汽油机的功率是 　1.15×104　 W；若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功 　20　 次。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】做功；1.15×104；20。 【解答】解：（1）水火之力生成蒸汽冲破巨鼎封印过程中是内能转换为机械能，该过程中能量转化与汽油机中做功冲程相同； （2）0.5kg汽油完全燃烧放出的热量为：Q＝qm＝4.6×107J/kg×0.5kg＝2.3×107J， 有用功为W＝ηQ＝30%×2.3×107J＝6.9×106J， 功率为P1.15×104W； 飞轮转速为2400r/min可知，飞轮1min转动2400圈；四冲程汽油机的每个工作循环中，飞轮转动2圈，对外做功1次，因此1min对外做功1200次；每秒对外做功次数为20次。 故答案为：做功；1.15×104；20。 37．诗句“锄禾日当午，汗滴禾下土。谁知盘中餐，粒粒皆辛苦”描述了农民辛勤劳作的情景，勉励我们日常生活中要节约粮食。随着科技的发展，利用无人机技术监测农作物生长、喷洒农药，大大减轻了农民的工作负担，提高了农业生产的效率。机械迷小华对无人机进行了项目化研究。 （1）喷洒农药功能 如图所示，喷洒作业时，以无人机为参照物，田里的小麦是　运动　 （选填“运动”或“静止”）的；沿水平直线匀速喷洒农药的过程中，无人机的动能　减小　 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）对地面的压强 喷洒完农药后，无人机静止在水平地面时对地面的压强为2.5×104Pa，与地面的总接触面积为80cm2，则无人机的质量是多少？（g取10N/kg） （3）汽油机的效率 在某次喷洒农药作业时，无人机以2m/s的速度和9kW的恒定功率沿水平方向匀速直线飞行，为了覆盖一片面积为1000m2的小麦田，无人机消耗汽油0.1kg，则无人机的汽油机的效率是多少？（假设无人机的喷洒宽度为5m，q汽油＝4.5×107J/kg） 【答案】（1）运动；减小； （2）无人机的质量是20kg； （3）无人机的汽油机的效率是20%。 【解答】解：（1）如图所示，喷洒作业时，以无人机为参照物，田里的小麦的位置发生变化，是运动的； 沿水平直线匀速喷洒农药的过程中，无人机的质量变小，速度不变，动能减小。 （2）喷洒完农药后，无人机静止在水平地面时对地面的压强为2.5×104Pa，与地面的总接触面积为80cm2，则无人机的重力G＝F压＝pS＝2.5×104Pa×80×10﹣4m2＝200N， 质量m20kg； （3）无人机飞行的路程s200m， 飞行时间t100s， 有用功W＝Pt＝9000W×100s＝900000J， 汽油完全燃烧放出的热量Q放＝q汽油m＝4.5×107J/kg×0.1kg＝4.5×106J， 该车发动机的效率为η20%。 答：（1）运动；减小； （2）无人机的质量是20kg； （3）无人机的汽油机的效率是20%。 38．“六代机”，即第六代喷气式战斗机，是军事航空领域中新一代战机的概念，代表了未来空战技术和战术的发展方向。强说该飞机最大飞行距离达到8000km，该飞机的发动机0.5h内能以恒定的牵引力飞行2000km，输出功率达4×105W，消耗了40kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： （1）40kg航空燃油完全燃烧放出的热量； （2）飞机发动机的效率。 【答案】（1）40kg航空燃油完全燃烧放出的热量为1.8×109J； （2）飞机发动机的效率为40%。 【解答】解：（1）40kg航空燃油完全燃烧放出的热量为：Q放＝mq燃油＝40kg×4.5×107J/kg＝1.8×109J； （2）飞机的发动机做的有用功：W有＝Pt＝4×105W×0.5×3600s＝7.2×108J； 飞机发动机的效率为：η40%。 答：（1）40kg航空燃油完全燃烧放出的热量为1.8×109J； （2）飞机发动机的效率为40%。 39．如图所示的雾炮车，既可喷洒药液消毒，也可喷洒水雾对街道进行除尘，在一次作业中，雾炮车沿水平地面10min内匀速行驶3km到达作业区域，消耗燃油0.5kg，行驶过程中受到的牵引力恒为2000N，若燃油的热值为3×107J/kg，求雾炮车在该过程中： （1）行驶的速度； （2）牵引力做的功； （3）0.5kg的燃油完全燃烧放出的热量； （4）发动机的热机效率。 【答案】（1）行驶的速度为18km/h； （2）牵引力做的功为6×106J； （3）0.5kg的燃油完全燃烧放出的热量为1.5×107J； （4）发动机的热机效率为40%。 【解答】解： （1）雾炮车沿水平地面匀速行驶3km所用的时间，则炮雾车行驶的速度 ； （2）炮雾车行驶过程中受到的牵引力F＝2000N，在力的作用下形式的路程s＝3km＝3000m，则牵引力做的功W＝Fs＝2000N×3000m＝6×106J； （3）0.5kg的燃油完全燃烧放出的热量 ； （4）发动机的热机效率 ； 答：（1）行驶的速度为18km/h； （2）牵引力做的功为6×106J； （3）0.5kg的燃油完全燃烧放出的热量为1.5×107J； （4）发动机的热机效率为40%。 40．今年春节期间沈阳遭遇暴雪，对交通造成了一定的影响。如图是一台柴油除雪车清除路面积雪时的场景。已知该除雪车的额定功率是1.2×105W，总质量是6×103kg，除雪车车轮与水平地面的总接触面积为0.3m2。（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg）求： （1）除雪车对水平地面的压强。 （2）当除雪车以额定功率进行除雪作业时，在平直的路面以上1.5m/s的速度匀速前进了1500m，则除雪车所受阻力。 （3）若除雪车的效率为30%，上述除雪过程需要消耗柴油的质量。 【答案】（1）除雪车对水平地面的压强为2×105Pa； （2）当除雪车以额定功率进行除雪作业时，在平直的路面以上1.5m/s的速度匀速前进了1500m，则除雪车所受阻力为80000N； （3）若除雪车的效率为30%，上述除雪过程需要消耗柴油的质量为10kg。 【解答】解：（1）除雪车对水平地面的压力为：F＝G＝mg＝6×103kg×10N/kg＝6×104N； 除雪车对水平地面的压强为：p2×105Pa； （2）所受牵引力F′80000N； 当除雪车以额定功率进行除雪作业时，在平直的路面以上1.5m/s的速度匀速前进，处于平衡状态，所受阻力f＝F′＝80000N； （3）牵引力所做的功W＝F′s＝80000N×1500m＝1.2×108J， 若除雪车的效率为30%，柴油完全燃烧放出的热量Q放4×108J， 上述除雪过程需要消耗柴油的质量m10kg。 答：（1）除雪车对水平地面的压强为2×105Pa； （2）当除雪车以额定功率进行除雪作业时，在平直的路面以上1.5m/s的速度匀速前进了1500m，则除雪车所受阻力为80000N； （3）若除雪车的效率为30%，上述除雪过程需要消耗柴油的质量为10kg。 41．如图所示是我国自行设计研制的AG600水陆两栖飞机，最大起飞质量为53.5t，最大航程为4500km，飞机发动机的额定功率为2.25×107W，航空燃油的热值为4×107J/kg，g取10N/kg。试问： （1）飞机以最大起飞质量漂浮在水面上时，所受的浮力是多少？ （2）起飞之后，若该飞机在额定功率下以300km/h的速度匀速直线航行10min，则行驶的路程是多少？ （3）题（2）过程中，若飞机发动机的效率为50%，不计能量损失，则飞机消耗的航空燃油的质量为多少？ 【答案】（1）飞机以最大起飞质量漂浮在水面上时，所受的浮力是5.35×105N。（2）起飞之后，若该飞机在额定功率下以300km/h的速度匀速直线航行10min，则行驶的路程是50km； （3）题（2）过程中，若飞机发动机的效率为50%，不计能量损失，则飞机消耗的航空燃油的质量为675kg。 【解答】解：（1）飞机在最大起飞质量时受到的重力： G＝mg＝53.5×103kg×10N/kg＝5.35×105N。 当该飞机以最大起飞质量漂浮在水面时，受到的浮力： F浮＝G＝5.35×105N。 （2）起飞之后，若该飞机在额定功率下以300km/h的速度匀速直线航行10min，则行驶的路程是s＝vt＝300km/h50km； （3）有用功W＝Pt＝2.25×107W×10×60s＝1.35×1010J， 航空燃油完全燃烧放出的热量Q放2.7×1010J， 飞机消耗的航空燃油的质量m′675kg。 答：（1）飞机以最大起飞质量漂浮在水面上时，所受的浮力是5.35×105N。（2）起飞之后，若该飞机在额定功率下以300km/h的速度匀速直线航行10min，则行驶的路程是50km； （3）题（2）过程中，若飞机发动机的效率为50%，不计能量损失，则飞机消耗的航空燃油的质量为675kg。 2 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $