跨学科实践 《燃油汽车与电动汽车的对比研究》科素养同步分层练习 -2026-2027学年沪粤版物理九年级上学期

**基本信息** 初中物理新授课同步练，以燃油与电动汽车对比为情境，通过选择、填空、计算三级分层设计，实现从基础概念到综合应用的知识巩固，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|热机结构、效率、能量转化|结合慕尼黑车展等生活情境，考查汽油机柴油机区别、热机效率影响因素，夯实物理观念| |进阶层|热值、比热容、热机冲程、能量密度|联系燃气公交车、电池技术等实际应用，渗透科学态度与责任，如填空第5题提出提高燃油车效率方法| |综合层|压强、浮力、功率、效率综合计算|以两栖突击车、仰望越野车为情境，融合力学与能量知识，培养科学思维与问题解决能力|

跨学科实践 《燃油汽车与电动汽车的对比研究》科素养同步分层练习设计 一、选择题 1．2023年慕尼黑车展，一半是欧洲车，一半是中国车，中国车大放异彩，下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功10次，共有40个冲程 D．在做功相同的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 2．为了减少碳排放，近年来我国电动车产业迅速发展。某电动车充足一次电后，电池储能为，该电动车以10m/s的速度，在水平路面上可以匀速行驶，该过程中电池储能有80%转化为机械能，不计空气阻力，下列说法错误的是（　　） A．电动车匀速行驶的时间为 B．电动车匀速行驶时的机械功率为 C．电动车获得的机械能为 D．电动车匀速行驶时受到的阻力大小为100N 3．如图是新型“油电混合动力”汽车工作时热机的能量走向图。该汽车在启动时，热机可以给车提供动力，同时也给动力蓄电池组充电，蓄电池也为电动机工作提供电能。下列说法正确的是（　　） A．此热机工作的效率为60% B．给蓄电池充电时蓄电池相当于电源 C．热机给蓄电池充电时将电能转化为机械能 D．汽车尾气中的“汽油味”越浓，热机效率越低 二、填空题 4．某市现已把公交车全部换为燃气新能源公交车，新能源公交车选用天然气为燃料，除其燃烧时环境污染小外，　 　较大；给内燃机降温用的防冻液能具有良好的降温效果，是因为它的 　 　较大（两空均选填“热值”、“比热容”或“密度”），防冻液能够防冻，是因为它的凝固点较低。 5．四冲程汽油机工作时，能提供动力的是　 　冲程，若一台飞轮转速为3000r/min的汽油机，它在正常工作时，每10秒钟燃气推动活塞做功　 　次。（已知飞轮转一圈，活塞往返运动一周期）由于电车能量转化效率较高，越来越多的人选择购买电车来代替燃油车，也有部分燃油车车主认为油车跟电车相比，有续航方便、功能稳定等优点，并且可以通过养成好的驾驶习惯以及改进技术等措施来增强燃油车的经济性。对此，请你从设计和使用的角度提出一种可以提高燃油车效率的具体方法：　 　。 6．随着全球对环境保护和可持续性的日益关注，新能源电车成为了替代传统汽车的重要选择。电池技术的进步是新能源电车技术发展的核心。新能源车的电池组能量密度（能量与质量的比值）是指电池在单位体积或单位质量下所能储存的能量大小，它是衡量电池性能的一个重要指标。已知某新能源车电池组的电容量为100kW·h（），质量约90kg，其“能量密度”约　 　J/kg。“能量密度”相当于物理学中的　 　（选填“效率”、“功率”或“热值”）。 三、计算题 7．如图为我军装备的05式两栖突击车。此车配备最大功率为1.29×106W的柴油发动机，履带着地的总面积为10m2。当突击车搭载4名战士演练时，车与人总质量为3×104kg。（g取10N/kg，ρ水取1.0×103kg/m3，q柴油＝4.3×107J/kg）求： （1）两栖突击车在水平地面静止时对地面的压强； （2）两栖突击车漂浮在水面上时排开水的体积； （3）已知两栖突击车发动机效率为50%，当车以最大功率行驶1min时消耗柴油的质量。 8．国产新能源越野车仰望是全球首款创新性配备了应急浮水功能的车。它满载时整车质量约为，在发动机模式下，满载时汽车在地面匀速行驶百公里消耗汽油，受到的阻力是车总重的倍。油电混合模式下续航突破1000km。（q汽油=4.6×107J/kg）若U8在满载时，求： （1）它遇突发涉水情况漂浮在水面受到的浮力； （2）10kg的汽油完全燃烧放出的热量； （3）在发动机模式下行驶时发动机的效率。 9．如题图是一款无人驾驶智能电动车。电动车静止在水平地面上，电动车的总质量为1.2t，车胎与地面接触总面积为0.1m2，电动车的最高时速可达180km/h，此时车的功率为90kW。（q汽油=4.6×107J/kg，g取10N/kg）。求： （1）电动车静止时对水平地面的压强； （2）若电动车以最高时速在平直公路上进行测试，匀速行驶时所受的阻力； （3）在（2）的条件下，电动机效率为90%，匀速行驶2.3km，消耗的电能相当于完全燃烧多少kg的汽油所释放的能量。 答案解析部分 1．【答案】C 【知识点】热机的效率；热机的四个冲程 【解析】【解答】A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故A正确； B．使燃料燃烧更充分，可以做更多的有用功，可以提高热机效率，故B正确； C．四冲程内燃机飞轮转两圈，内燃机完成一个工作循环，经历四个冲程，做功一次，如果四冲程内燃机的转速是600r/min，即1s内飞轮转10圈，内燃机完成5个工作循环，经历20个冲程，做功5次，故C错误； D．根据可知，在做功相同的情况下，热机的效率越高，Q值越小，消耗的燃料越少，故D正确。 故选C。 【分析】A.理解汽油机和柴油机结构和工作过程的相同点和不同点； BD.根据进行分析； C.四冲程内燃机飞轮转两圈，内燃机完成一个工作循环，经历四个冲程，做功一次。 2．【答案】C 【知识点】功率计算公式的应用；热机的效率；速度公式及其应用；功的计算及应用 【解析】【解答】A．根据题意可知， 该电动车以10m/s的速度，在水平路面上可以匀速行驶， 则电动车匀速行驶的时间，故A正确不符合题意； BC．根据题意可知， 该过程中电池储能有80%转化为机械能， 则所做的机械功； 那么机械功率，故B正确不符合题意，C错误符合题意； D．综上所述，汽车受到的牵引力。匀速行驶时，不汽车所受的牵引力与所受的阻力是一对平衡力，即二者大小相等，那么所受的阻力为100N，故D正确不符合题意。 故选C。 【分析】A.根据计算电动车匀速行驶的时间； BC.根据计算电动车获得的机械能，再由求电动车匀速行驶时的机械功率； D.根据W=Fs可得电动车受到的牵引力，然后根据平衡力的知识计算汽车受到的阻力。 3．【答案】D 【知识点】热机的效率 【解析】【解答】A．由图可知热机的机械效率为40%，故A错误； B．给蓄电池充电时，将电能转化为化学能储存起来，蓄电池相当于用电器，故B错误； C．热机给蓄电池充电时将电能转化为化学能，故C错误； D．热机工作过程中，燃气对外做功，将燃气的内能转化为机械能，故D正确。 故答案为：D。 【分析】电动机工作时，将电能转化为机械能；热机工作过程中，燃料燃烧产生的内能转化为机械能；蓄电池在充电时将电能转化为化学能，对外供电时将化学能转化为电能；热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，热机排出的废气损失能量，克服摩擦做功损失能量，机械吸收能量等。 4．【答案】热值；比热容 【知识点】比热容的定义及其计算公式；热量的计算；燃料的热值 【解析】【解答】燃料的热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量。天然气的热值较大，意味着相同质量的天然气完全燃烧能释放更多的热量，适合作为公交车燃料，因此填“热值”。 比热容是物质的一种特性，反映物质吸放热的能力。比热容大的物质，在质量和温度变化相同时，能吸收或放出更多的热量。防冻液的比热容较大，吸收内燃机产生的热量时，温度升高较慢，降温效果好，因此填“比热容”。 故答案为：热值；比热容。 【分析】1、热值的概念及应用 定义：单位质量（或体积）的燃料完全燃烧所放出的热量，符号为q，公式Q放=mq（固体/液体燃料）或Q放=Vq（气体燃料）。 应用：选择热值大的燃料，可在相同质量下获得更多的热量，提高燃料利用效率。 2、比热容的概念及应用 定义：单位质量的某种物质，温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量，符号为c，公式Q=cmt。 应用：比热容大的物质适合做冷却剂（如防冻液、水），因为在吸收相同热量时，温度变化小，冷却效果好。 5．【答案】做功；250；对机器进行良好润滑，使燃油尽量完全燃烧，采用更加科学先进的技术设计制造发电机等。 【知识点】热机的效率；热机的四个冲程 【解析】【解答】四冲程汽油机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，为汽油机提供动力，故能提供动力的是做功冲程。 汽油机工作时，飞轮每转动两周，对外做功一次，若飞轮转速为3000r/min=50r/s，则每10秒钟飞轮转500r，燃气推动活塞做功的次数为250次。 提高燃油车效率的具体方法有：对机器进行良好润滑，使燃油尽量完全燃烧，采用更加科学先进的技术设计制造发电机等。 【分析】做功冲程将内能转化为机械能，为汽油机提供动力； 汽油机工作时，飞轮每转动两周，对外做功一次； 提高燃油车效率的具体方法有：对机器进行良好润滑，使燃油尽量完全燃烧，采用更加科学先进的技术设计制造发电机等。 6．【答案】；热值 【知识点】燃料的热值 【解析】【解答】 能量密度（能量与质量的比值） ，所以 某新能源车电池组的电容量为100kW·h（），质量约90kg ，其“能量密度”约为 ，和热值单位相同，所以“能量密度”相当于物理学中的热值。 综上 第1空、； 第2空、热值。 【分析】物质的热值为单位质量燃料完全燃烧释放的能量，是物质的基本属性；只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。和题目中能量密度相同，据此填空。 7．【答案】（1）解：两栖突击车静止在水平地面上时，车对水平面的压力等于车受到的重力，即 两栖突击车对水平地面的压强 （2）解：两栖突击车漂浮在水面上时，受到的浮力等于重力，即 故两栖突击车排开水的体积 （3）解：当车以最大功率行驶1min时发动机做的功 已知发动机的效率为50%，在这1min内柴油完全燃烧的热量 故消耗柴油的质量​ 【知识点】燃料的热值；压强的大小及其计算；阿基米德原理 【解析】【分析】(1) 本题考查固体压强计算，水平地面上物体压力等于总重力，再利用压强公式 求解。 (2) 本题考查漂浮条件与阿基米德原理，漂浮时浮力等于重力，变形公式即可求出排开水的体积。 (3) 本题结合功率、热机效率、热值综合计算，先算出发动机有用功，结合效率求出燃料总放热，再根据热值公式算出消耗柴油质量。 （1）两栖突击车静止在水平地面上时，车对水平面的压力等于车受到的重力，即 两栖突击车对水平地面的压强 （2）两栖突击车漂浮在水面上时，受到的浮力等于重力，即 故两栖突击车排开水的体积 （3）当车以最大功率行驶1min时发动机做的功 已知发动机的效率为50%，在这1min内柴油完全燃烧的热量 故消耗柴油的质量 8．【答案】（1）解：车漂浮在水面时受到的浮力等于重力大小：F浮=G=mg=4000kg×10N/kg=4×104N。 答：它遇突发涉水情况漂浮在水面受到的浮力是4×104N； （2）解：根据公式Q=mq可知燃料完全燃烧放出的热量为：Q放=mq汽油=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J。 答：10kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6×108J。 （3）解：因汽车匀速行驶，所以汽车受到平衡力，即F=f=0.046G=0.046mg=0.046×4000kg×10N/kg=1840N， 牵引力做的功：W=Fs=1840N×100×103m=1.84×108J， 发动机的效率：。 答：在发动机模式下行驶时发动机的效率是40%。 【知识点】燃料的热值；热机的效率；物体的浮沉条件及其应用 【解析】【分析】 （1）车漂浮在水面时受到的浮力和自身的重力相等，根据F=G=mg求出其大小； （2）知道燃料的热值，根据Q放=mq求出测试过程中消耗的汽油完全燃烧放出的热量； （3）根据汽车匀速行驶受到的牵引力和阻力为一对平衡力求出牵引力，并利用W=Fs求出牵引力做的功，最后根据可求出发动机的效率。 （1）汽车满载时受到的总重力为 它遇突发涉水情况漂浮在水面时，根据物体的浮沉条件可知，它受到的浮力等于受到的总重力，则受到的浮力为 （2）根据Q=mq可得，10kg的汽油完全燃烧放出的热量为 （3）在发动机模式下，因汽车匀速行驶，所以汽车受到平衡力，受到的牵引力等于受到的阻力，即 牵引力做的功 发动机的效率 9．【答案】解：（1）电动车的总质量为1.2t，即1.2×103kg，则电动车静止在水平地面上时，对地面的压力 由可得，电动车静止时对水平地面的压强 （2）因为 所以电动车的牵引力 电动车做匀速直线运动时，受力平衡，所受牵引力和阻力大小相等，所以电动车所受阻力 （3）电动车行驶的距离为2.3km，即2.3×103m，则牵引力做功 电动机效率为90%，则汽油燃烧释放的热量 故需要的汽油质量 答：（1）电动车静止时对水平地面的压强1.2×105Pa； （2）电动车所受的阻力为1.8×103N； （3）消耗的电能相当于完全燃烧0.1kg的汽油所释放的能量。 【知识点】功率计算公式的应用；燃料的热值；热机的效率；压强的大小及其计算；功的计算及应用 【解析】【解答】（1）水平面受到的压力等于物体的重力，根据F=G=mg，计算压力；利用，计算压强； （2）根据，计算牵引力的大小；结合二力平衡，计算摩擦力； （3）根据W=Fs，计算做功多少，利用，计算热量，根据，计算燃料的质量。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 $