第3講內(nèi)能的利用2021-2022學(xué)年九年級物理全一冊課程精煉（人教版）

第3講內(nèi)能的利用【知識要點】一、熱機1.熱機：利用內(nèi)能做功的機械叫熱機。熱機的種類：分為蒸汽機、內(nèi)燃機、汽輪機、噴氣發(fā)動機。內(nèi)燃機：燃料直接在發(fā)動機氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機。內(nèi)燃機根據(jù)其所使用的燃料分為汽油機和柴油機兩類。內(nèi)燃機的工作原理eq\x(\a\al(燃料的,化學(xué)能))燃燒eq\x(\a\al(工作物質(zhì),的內(nèi)能))推動活塞或飛輪eq\x(機械能)比較柴油機汽油機燃料柴油汽油點火方式噴油嘴噴油，壓燃火花塞點火，點燃一個工作循環(huán)吸氣沖程只吸入空氣吸入汽油和空氣的混合物壓縮沖程壓縮程度較大機械能→內(nèi)能壓縮程度較小機械能→內(nèi)能做功沖程壓燃式（柴油遇到高溫高壓的熱空氣而燃燒）點燃式（火花塞點火）（內(nèi)能→機械能）排氣沖程排出廢氣排出廢氣主要特點笨重、效率高輕巧、但效率低效率30%45%20%30%適用范圍載重汽車、火車等小汽車等相同點①都是燃料在汽缸中燃燒；②汽油機的火花塞與柴油機的噴油嘴的工作時刻都是壓縮沖程結(jié)束時；③都是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程構(gòu)成一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)兩周，對外做功一次；③排氣沖程排出廢氣的過程相同；④啟動時都是靠外力先使曲軸轉(zhuǎn)動起來二、熱機效率3．熱值（q）：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫熱值；熱值單位是：J/kg。（1）燃料燃燒放出熱量：Q放＝qm；（Q放是燃料放出的熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m是質(zhì)量，單位是kg。）對于熱值的概念，要注重理解三個關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。①1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；②某種燃料是指熱值與燃料的種類有關(guān)；③完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。（2）熱值表示燃料在完全燃燒時把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)大小，是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、體積、是否完全燃燒無關(guān)．4.熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標(biāo)。公式：5.在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。注意：熱機能量的損失：①燃料未完全燃燒（完全燃燒條件：充足空氣，研磨成細顆粒）；②廢氣排出帶走能量（廢氣的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用潤滑劑，減小摩擦）。三、能量轉(zhuǎn)化與守恒6.能量守恒定律：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變?！镜湫屠}】一、熱機1．如圖為汽油機某一沖程示意圖，下列選項中與其能量轉(zhuǎn)化過程相似的是（）A．用手反復(fù)彎折鐵絲 B．用熱水壺?zé)瓹．壓縮空氣棉花燃燒 D．開水瓶的瓶塞被水蒸氣彈出【答案】D【詳解】A．圖示為汽油機的做功沖程，其能量轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。而用手反復(fù)彎折鐵絲是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故A不符合題意；B．用熱水壺?zé)?，是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能或燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B不符合題意；C．壓縮空氣棉花燃燒是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故C不符合題意；D．瓶塞被水蒸氣彈出是水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為瓶塞的機械能，故D符合題意。故選D。2．如圖所示是四沖程汽油機的剖面圖，關(guān)于其四個沖程的描述正確的是A．吸氣沖程中，汽油和空氣的混合物進入汽缸B．壓縮沖程中，通過做功的方式使汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能減小C．做功沖程中，燃料釋放的能量絕大部分轉(zhuǎn)化為機械能D．排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的極少部分【答案】A【詳解】汽油機在吸氣沖程中，進氣門打開、排氣門關(guān)閉，活塞向下運動，汽油和空氣的混合物進入汽缸，故A正確；在壓縮沖程中，進氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，燃料混合物被壓縮，此過程是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，故B錯誤；在做功沖程中，燃料燃燒釋放的內(nèi)能大部分需要克服摩擦、發(fā)生熱傳遞而散失，只有一少部分轉(zhuǎn)化為機械能，故C錯誤；在排氣沖程中，廢氣帶走了燃料釋放的能量的大部分，故D錯誤．3．柴油機和汽油機在一個工作循環(huán)中的四個沖程完全相同的沖程是（）A．吸氣、壓縮 B．壓縮、排氣C．吸氣、壓縮、排氣 D．排氣【答案】D【詳解】吸氣沖程中，汽油機吸入的是汽油和空氣的混合氣體，柴油機吸入的只有空氣，所以吸氣沖程不同；柴油機屬于壓燃式點火，所以在壓縮沖程中，柴油機比汽油機壓縮程度高，所以壓縮沖程不同；汽油機氣缸頂部有個火花塞，柴油機氣缸頂部有個噴油嘴，柴油機采用壓燃式點火，汽油機采用點燃式點火，所以做功沖程不同；排氣沖程只是將廢氣排出，所以柴油機和汽油機在一個工作循環(huán)中的四個沖程完全相同的沖程是排氣沖程；通過以上分析可知，故選D。4．關(guān)于四沖程汽油發(fā)動機內(nèi)部工作描述正確的是（）A．吸氣沖程時，吸入的是空氣B．通過噴油嘴壓燃點火，在壓縮沖程時，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，C．做功沖程時，若每次對外做功1000J，則2400r/min的發(fā)動機的額定功率為20kWD．排氣沖程時，排出的廢氣已經(jīng)沒有內(nèi)能了全轉(zhuǎn)化為機械能了【答案】C【詳解】A．吸氣沖程時，汽油機吸入的是汽油和空氣，柴油機吸入的是空氣，故A錯誤；B．壓縮沖程結(jié)束時，汽油機是利用火花塞點火，柴油機通過壓燃點火，故B錯誤；C．2400r/min的發(fā)動機1s轉(zhuǎn)40r，而汽油機2r對外做功一次，每次對外做功1000J，故1s對外做功故其功率為故C正確；D．排氣沖程時，排出的廢氣溫度很高，內(nèi)能并沒有全轉(zhuǎn)化為機械能，故D錯誤。故選C。5．某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×l05Pa，飛輪lmin轉(zhuǎn)動1800周，當(dāng)汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），下列說法中正確的是A．汽油機每秒內(nèi)完成30個沖程B．汽油機的功率為2025WC．做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力為2.7×l07ND．一個做功沖程中燃氣對活塞做的功為1.35×l05J【答案】B【詳解】A、飛輪lmin轉(zhuǎn)動1800周，則1s轉(zhuǎn)30圈，一圈兩個沖程，所以1s完成60個沖程，故A錯誤；C、燃氣對活塞的平均壓力：，故C錯誤；D、一個做功沖程中燃氣對活塞做的功：；B、lmin轉(zhuǎn)動1800周，要做功900次，功率為：，故B正確；故選B．【點睛】牢記四沖程內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)，曲軸轉(zhuǎn)過兩周，由四個沖程組成，對外做功一次，計算功率時先根據(jù)壓強和面積求壓力的大小，再結(jié)合活塞的行程計算一次做功的多少，進一步求功率．6．小明家的汽車發(fā)動機為四缸汽油機．該發(fā)動機在工作時氣缸內(nèi)的燃氣的平均氣壓為1×106Pa，汽缸的橫截面積為50cm2，活塞的行程長10cm，轉(zhuǎn)速3600r/min．則該發(fā)動機的功率為（）A．15kW B．30kW C．60kW D．75kW【答案】C【詳解】一個氣缸在一個做功沖程中燃氣對活塞做的功:，飛輪轉(zhuǎn)速:3600r/min=60r/s,因為一個工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈,完成4個沖程,做功一次,所以每秒一個氣缸對外做功30次,該柴油機每秒對外做的功:,柴油機的功率為:，四缸汽油機，所以功率是單缸的四倍，為60kW，故C正確．故選C7．關(guān)于在四沖程的柴油發(fā)動機內(nèi)部工作描述正確的是（）A．吸氣沖程時，吸入的是柴油和空氣的混合物B．壓縮沖程時，將機械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，點燃方式采用壓燃式C．做功沖程時，若1000J/次對外做功，則2400r/min的發(fā)動機的額定功率為20kWD．排氣沖程時，將廢氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為排氣門的機械能【答案】BC【詳解】A．吸氣沖程時，柴油機吸入的只是空氣，A錯誤；B．壓縮沖程時，將機械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能，點燃方式采用壓燃式，B正確；C．該發(fā)動機1min轉(zhuǎn)2400r，而柴油機2r對外做功一次，而題中一次對外做功的能量1000J，即柴油機2r對外做功的能量1000J，1min轉(zhuǎn)2400r，1min的能量是發(fā)動機的額定功率發(fā)動機的額定功率是20kW，C正確；D．排氣沖程時，廢氣的內(nèi)能沒有轉(zhuǎn)化為排氣門的機械能，D錯誤。故選BC。8．如圖所示為汽油機的四個沖程，其中機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是圖___________。1min內(nèi)汽油機完成2400個工作循環(huán)，飛輪的轉(zhuǎn)速為___________r/s。汽油機完成一個工作循環(huán)時，需要吸入2L的燃料，其質(zhì)量為___________kg，這些燃料完全燃燒放出的熱量為___________J。（ρ燃料=1.4kg/m3，q燃料=4.6×107J/kg）【答案】甲802.8×1031.288×105【詳解】[1]汽油機機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是壓縮沖程，圖甲的兩個氣門均關(guān)閉，活塞向上運動，是壓縮沖程；圖乙的進氣門關(guān)閉，排氣門打開，是排氣沖程；圖丙的兩個氣門都關(guān)閉，活塞向下運動，是做功沖程；圖丁的進入門打開，排氣門關(guān)閉，是吸氣沖程。所以應(yīng)選圖甲。[2]由題意知，1s內(nèi)汽油機完成的工作循環(huán)為一個工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)動兩圈，那么飛輪轉(zhuǎn)速2×40r×1s=80r/s[3]2L燃料的質(zhì)量m=ρ燃料V=1.4kg/m3×2×103m3=2.8×103kg[4]完全燃燒這些燃料放出的熱量Q放=mq燃料=2.8×103kg×4.6×107J/kg=1.288×105J二、熱機效率9．甲、乙兩臺汽油機，甲的熱機效率比乙高，則下列說法中正確的是（）A．做同樣多的有用功，甲用的時間少B．做同樣多的有用功，甲消耗的汽油少C．在相同時間內(nèi)，乙消耗的汽油多D．消耗同樣多的汽油，甲做的有用功比乙少【答案】B【詳解】AB．甲的熱機效率比乙高，做同樣多的有用功，甲的燃料完全燃燒時放出的能量較小，但是由于不知道功率大小，不能比較時間的多少，根據(jù)可知，同樣是汽油，熱值相同，甲消耗的汽油質(zhì)量較小，即甲消耗的汽油少，A錯誤、B正確；C．甲的熱機效率比乙高，說明做相同的有用功，甲消耗的汽油少，但不知道相同時間做功的多少，即無法比較甲和乙在相同時間內(nèi)做功的多少，也就無法比較甲和乙消耗汽油的多少，C錯誤；D．消耗同樣多的汽油，即燃料完全燃燒時放出的能量相同，但是甲的熱機效率比乙高，那么甲做的有用功比乙的多，D錯誤。故選B。10．小麗為了測試汽車發(fā)動機的效率，開車以60km/h的平均速度行駛了120km，用去汽油25L，已知汽油的密度為0.7×103kg/m3，熱值為4.6×107J/kg，發(fā)動機的功率為32.2kW，則該汽車發(fā)動機的效率為A．23.6% B．28.8% C．36.5% D．38%【答案】B【詳解】汽車行駛時間：汽車發(fā)動機做功：用去汽油質(zhì)量：汽油完全燃燒放出熱量：發(fā)動機效率：故選B11．有甲、乙兩臺柴油機，在相同的時間內(nèi)，它們所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的質(zhì)量之比是3：2，那么它們的效率之比是A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1【答案】B【詳解】根據(jù)Q=mq求出燃料完全燃燒放出的熱量．它們的效率之比：故本題選B【點睛】此題主要考查的是學(xué)生對熱機效率、熱值計算公式的理解和掌握12．小周駕駛一輛額定功率為21千瓦、效率為30%的汽車在一段平直的公路上勻速行駛，在額定功率下行駛30min至少需要________L汽油（汽油的熱值為3.5×107J/L）；若該汽車受到的阻力為1.05×103N，則汽車行駛的速度為________km/h。【答案】3.672【詳解】[1]小汽車以額定功率勻速直線行駛時間t=30min=1800s牽引力所做的功W=Pt=21×103W×1800s=3.78×107J由，所以小汽車發(fā)動機的效率根據(jù)Q放＝Vq得小汽車至少需要的汽油體積[2]因為汽車在一段平直的公路上勻速行駛，即做勻速直線運動，所以牽引力由得汽車行駛的速度13．有甲、乙兩臺汽油機，若在同一時間內(nèi)甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，則在同樣時間內(nèi)，甲、乙兩汽油機消耗的汽油之比為()A．5︰2B．8︰5C．5︰8D．2︰5【答案】B【解析】由熱機效率公式可得：，，所以；又因為，即甲、乙兩機消耗的汽油質(zhì)量之比是8：5．故選B．【點睛】此題主要考查的是學(xué)生對熱機效率、熱值計算公式的理解和掌握，基礎(chǔ)性題目．本題考查了熱機效率的概念及公式的應(yīng)用，關(guān)鍵是公式及其變形的靈活應(yīng)用。14．下列關(guān)于熱值和熱機效率的描述，正確的是()A．使燃料燃燒更充分，可以增大熱值B．使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率C．燃料燃燒釋放的熱量越大，熱值越大D．熱值和熱機效率都是定值，與外界條件無關(guān)【答案】B【詳解】A．熱值是燃料的特性，與燃燒情況無關(guān)，故A錯誤；B．使燃料燃燒更充分，可以增大有效利用的能量，提高熱機的效率，故B正確；C．熱值是燃料的特性，與放出熱量的多少無關(guān)，故C錯誤；D．熱值取決與燃料種類，與外界條件無關(guān)；而燃料的燃燒情況、能量的損失都會影響熱機效率，故D錯誤．15．現(xiàn)有兩個使用同一種燃料的加熱器，用它們分別對甲、乙兩種不同的物質(zhì)加熱。已知甲物質(zhì)的比熱是乙物質(zhì)的2倍，甲物質(zhì)的質(zhì)量是乙物質(zhì)的，當(dāng)甲物質(zhì)升高的溫度是乙物質(zhì)的時（甲、乙物質(zhì)的物態(tài)都不發(fā)生改變），加熱甲物質(zhì)所用燃料是加熱乙物質(zhì)的，則兩加熱器利用熱能的效率之比是（）A．1：1 B．1：2 C．3：2 D．2：1【答案】A【詳解】由題意可知，=2===由Q吸=cmt可得，甲乙物質(zhì)吸收的熱量之比===由Q放=mq可得，兩加熱器消耗燃料完全燃燒釋放的熱量之比====由=100可得，兩加熱器利用熱能的效率====故A符合題意；BCD不符合題意。故選A。16．隨著科技的發(fā)展和人們生活水平的提高，小汽車成為了人們?nèi)粘３鲂械闹饕煌üぞ咧?。一輛小汽車在平直公路上勻速行駛10km，用時400s，消耗了汽油1.5kg，已知小汽車行駛過程中受到的阻力為1800N，則小汽車發(fā)動機的效率是___。（）【答案】30%【詳解】解：小汽車在平直公路上勻速行駛，所以牽引力汽車前進路程為10km=104m，汽車做功為汽車燃油放出的熱量為小汽車發(fā)動機的效率是答：小汽車發(fā)動機的效率是。17．兩臺四沖程汽油機在相同時間內(nèi)，甲做的有用功是乙的3倍，甲機的熱機效率是20%，乙機的熱機效率是25%，則甲、乙兩機消耗的汽油質(zhì)量之比是________．【答案】15:4【分析】根據(jù)熱機效率公式η=Q有用Q總×100%可知，已知甲做的有用功是乙的【詳解】由熱機效率公式η=Q有用Q總得：Q總甲=Q故答案為：15:4【點睛】本題考查了熱機效率的概念及公式η=18．某臺以汽油為燃料的汽車，發(fā)動機內(nèi)有四個汽缸，其相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示：1min內(nèi)完成的工作循環(huán)2600次92#汽油汽缸內(nèi)汽油和空氣的混合密度1.35kg/m3排氣量1.8L熱值4.6×107（J/kg）發(fā)動機最大功率75kW空燃比14:1(1)汽車發(fā)動機工作時通常用水來冷卻，原因是水的______較大。(2)汽車的排氣量是指發(fā)動機汽缸的工作容積，汽車排氣量越大，功率越大?？杖急戎钙變?nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比。當(dāng)發(fā)動機1min內(nèi)完成的工作循環(huán)為2600次時，發(fā)動機達到最大功率，則根據(jù)表中數(shù)據(jù)求出汽車發(fā)動機的效率是______。（計算結(jié)果保留一位小數(shù)）【答案】比熱容23.2%【詳解】(1)[1]因為水的比熱容較大，所以常用做冷卻劑。(2)[2]做一次功時燃氣的質(zhì)量因為空燃比為14:1，所以做一次功消耗汽油的質(zhì)量1min內(nèi)汽油釋放的熱量該汽車的1min內(nèi)做的有用功該汽車發(fā)動機的效率19．混合動力汽車具有節(jié)能、低排放等優(yōu)點，成為汽車研究與開發(fā)領(lǐng)域的重點，某新型混合動力汽車啟動時，內(nèi)燃機不工作，蓄電池向車輪輸送能量，當(dāng)需要高速行駛或蓄電池電能過低時，內(nèi)燃機啟動，既可以向車輪輸送能量，又可以給蓄電池充電，車速與所受阻力的關(guān)系如圖所示。在某次測試中，蓄電池存滿電能7.6×108J，啟動時，消耗了20%電能輸送給車輪，當(dāng)汽車速度達到50km/h時，由內(nèi)燃機提供能量接下來汽車勻速行駛20km，共消耗燃料14kg，蓄電池充滿。已知內(nèi)燃機效率為40%。（忽略蓄電池和電動機的熱損失，q燃料=4.5×107J/kg）求：（1）汽車受到的阻力f；（2）勻速行駛時，汽車牽引力所做的功；（3）內(nèi)燃機給車輪供能的效率?！敬鸢浮浚?）4000N；（2）8×107J；（3）80%【詳解】（1）由圖可知，當(dāng)汽車速度達到50km/h時，汽車受到的阻力f=4000N。（2）因為汽車做的是勻速直線運動，則F牽=f=4000N汽車牽引力所做的功為W有用=F牽s=4000N×2×104m=8×107J（3）燃料放出的熱量為Q放=mq=14kg×4.5×107J/kg=6.3×108J已知內(nèi)燃機效率為40%，消耗了20%電能輸送給車輪，則汽車做的總功為W總=ηQ放W電=40%×6.3×108J7.6×108J×20%=108J內(nèi)燃機給車輪供能的效率為答：（1）汽車受到的阻力f為4000N；（2）勻速行駛時，汽車牽引力所做的功為8×107J；（3）內(nèi)燃機給車輪供能的效率為80%。20．如左圖所示，某家庭轎車的發(fā)動機為4缸四沖程汽油機，其中一個汽缸的相關(guān)參數(shù)如右圖所示（剖面圖）．汽缸活塞面的直徑為d（cm），連桿長度為l（cm），曲軸的中心與連桿連接點之間的距離為r（cm）．滿負荷工作時，做功沖程燃氣的平均壓強為p（Pa），飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min．當(dāng)汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），經(jīng)歷時間t（s）消耗的汽油質(zhì)量為m（g），設(shè)汽油的熱值為q（J/kg）．求汽油機的效率．（若有運算過程中題目未知但需要用到的物理量請預(yù)先設(shè)定）【答案】【詳解】設(shè)做功沖程中燃氣對活塞平均壓力為F，活塞面積為S因為所以F=pS=p×πd2=pπd2設(shè)做功沖程中活塞的行程為s，一個沖程燃氣對活塞做的功為W1W1=Fs=pπd2×2r=pπd2r設(shè)汽油機功率為P由飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min可知，一個汽缸1s內(nèi)做功30次汽油機燃料完全燃燒放出熱量：Q總=mq設(shè)汽油機的效率為η：.21．我國自主研發(fā)的某品牌汽車進行技術(shù)測試，已知該車在某段長1.2km的水平路面做勻速直線運動，用時40s，汽車在行駛過程中受到的阻力為400N，汽車在此過程中發(fā)動機熱機效率為48%，汽油的熱值q=4.6×107J/kg。在該段測試過程中：（1）汽車做的有用功是多少？（2）汽車的功率為多少？（3）汽油完全燃燒放出的熱量？（4）燃燒了多少汽油？（計算結(jié)果保留兩位小數(shù)）【答案】(1)4.8×105J；(2)1.2×104W；(3)1.0×106J；(4)0.02kg【詳解】解：(1)因為汽車在“水平路面做勻速直線運動”，所以牽引力和阻力是一對平衡力，即F=f=400N此過程中汽車牽引力做的功W=Fs=400N×1.2×103m=4.8×105J(2)汽車牽引力做的功率(3)汽油完全燃燒放出的熱量為總能量。由得(4)由Q=mq得，燃燒的汽油質(zhì)量答∶(1)汽車做的有用功是4.8×105J；(2)汽車的功率為1.2×104W；(3)汽油完全燃燒放出的熱量是1.0×106J；(4)燃燒了0.02kg汽油。22．如圖所示，某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50cm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強是9.0×105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800周，當(dāng)汽油機滿負荷工作（不計摩擦），汽油的熱值為4.6×107J/kg，求：（1）汽油機每完成一次做功沖程，燃氣對活塞做的功；（2）汽油機的平均功率；（3）若此汽油機的效率為30%，求一分鐘耗油量?！敬鸢浮?1)1350J；(2)20250W；(3)88g

【詳解】解：(1)由題可知p=9.0×105Pa，S=30cm2=3×102m2燃氣對活塞的平均壓力為F=pS=9.0×105Pa×3×103m2=2.7×103N活塞在氣缸中移動的距離s=50cm=0.5m一個做功沖程中燃氣對活塞做的功W=Fs=2.7×103N×0.5m=1350J(2)飛輪每轉(zhuǎn)兩圈對外做功一次，所以飛輪轉(zhuǎn)動1800周，要對外做功900次，燃氣對活塞做的總功為W總=W×900=1350J×900=1.215×106J而t=1min=60s汽油機的功率為(3)由可得，消耗汽油完全燃燒釋放的熱量由Q放=mq可得，一分鐘消耗汽油的質(zhì)量答：(1)汽油機每完成一次做功沖程，燃氣對活塞做的功為1350J；(2)汽油機的平均功率為20250W；(3)若此汽油機的效率為30%，一分鐘耗油量為88g。23．一單缸四沖程汽油機，飛輪的轉(zhuǎn)速為600r/min，做功沖程中燃氣對活塞的平均壓強為5×Pa(設(shè)壓強在此沖程中保持不變)，活塞行程為0.2m，活塞的橫截面積為100，求汽油機的做功功率?！敬鸢浮?000W【詳解】解：根據(jù)公式可得，燃氣對于活塞的壓力為燃氣每次做功為汽油機一分鐘內(nèi)做功的次數(shù)為則燃氣一分鐘內(nèi)做的功為汽油機的功率為答：汽油機的做功功率為5000W。24．天然氣灶使用方便、經(jīng)濟環(huán)保．在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，天然氣灶將一壺質(zhì)量為3kg、溫度為20℃的水加熱至沸騰，大約需要10min，此時灶具釋放燃氣的速率為8×10﹣5m3/s．己知：水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），天然氣的熱值為3.5×107J/m3．求：(1)水吸收的熱量(2)燒開這壺水需要天然氣的量(3)天然氣完全燃燒放出的熱量被水吸收的效率．【答案】1.008×106J4.8×10﹣2m360%【詳解】（1）在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點為100℃，即水的末溫t=100℃，則水吸收的熱量：；（2）燒開這壺水需要天然氣的量：；（3）天然氣完全燃燒放出的熱量：，天然氣完全燃燒放出的熱量被水吸收的效率：．三、能量的轉(zhuǎn)化和守恒25．如圖是皮球落地后彈跳過程中，每隔相等時間曝光一次所拍攝的照片。A、B是同一高度的兩點，則A點的重力勢能______B點的重力勢能（選填“大于”“小于”或“等于”）；A點的動能______B點的動能（選填“大于”“小于”或“等于”），此過程中，各種形式的能量的總量______（選填“增大”“減小”或“不變”）?！敬鸢浮康扔诖笥诓蛔儭驹斀狻縖1]A、B兩點高度相同，皮球在運動過程中質(zhì)量不變，所以A、B兩點的重力勢能相等。[2]由圖示知，皮球落地后彈起的高度越來越小，機械能在減小，那么同一高度的A點的機械能大于B點的機械能。而機械能等于動能與勢能之和，所以A點的動能大于B點的動能。[3]在這個過程中，皮球的機械能減小，是因為機械能轉(zhuǎn)化為其它形式的能，而能量不會憑空消失，所以各種形式能量的總量不變。26．某實驗小組用圖所示的裝置粗略測量蠟的熱值q，圖中A桶內(nèi)裝有水，B為下部開了許多通氣孔的罩子(1)要完成本實驗，還需要的測量工具是天平、砝碼和______；(2)罩子B的主要作用是______；(3)實驗收集的數(shù)據(jù)為：A桶中水的質(zhì)量為m水，水的初溫為t1，末溫為t2，蠟燭燃燒前的質(zhì)量為m1，燃燒后的質(zhì)量為m2。則蠟的熱值q=______（水的比熱容為c水）；(4)實驗測出的熱值會比真實值偏小，造成這一偏差的原因可能是______（至少有一個選項正確，將正確選項的字母填在橫線上）。A．蠟燭沒有完全燃燒B．桶A中水的質(zhì)量太多C．桶A吸收了部分熱量D．蠟燭燃燒放出的熱量一部分散失到空氣中【答案】溫度計防止熱散失ACD【詳解】(1)[1]測量蠟的熱值時，根據(jù)的原理進行實驗，而蠟的質(zhì)量用天平進行測量，燃燒焟放出的熱量Q放在忽略熱散失的情況下，等于A桶中內(nèi)水吸收的熱量，而Q吸=c水m(tt0)，所以還需要溫度計來測量溫度。(2)[2]罩子B的作用是防止蠟燃燒放出的熱量散失到空氣中。(3)[3]由題意知，水吸收的熱量Q吸=c水m水(t2t1)而Q吸=Q放，那么蠟的熱值(4)[4]據(jù)，實驗中造成測量的熱值比實際值偏小的原因有：蠟燭沒有完全燃燒，造成放出的熱量偏少，則熱值偏??；桶A中吸收了部分熱量造成水吸收的熱量比實際放出的熱量少，則熱值偏??；蠟燭燃燒放出的熱量一部分散失到空氣中，造成測量的熱量偏少，則熱值偏小。故ACD選項都有可能。27．經(jīng)測算，太陽正射到地球上時，1m2面積上接受太陽熱量的功率為1kW。有一臺太陽能熱水器，其收集太陽熱量的集熱板面積為3×8.0m2，當(dāng)太陽能轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能時轉(zhuǎn)化效率為80%，熱量損失正比于熱水器內(nèi)水溫與室溫的差。假設(shè)此熱水器的進水溫度與室溫均為25℃，當(dāng)熱水器出水口關(guān)閉時，經(jīng)長時間照射，熱水器內(nèi)水溫為85℃，則當(dāng)熱水器以每分鐘6L的流量出水時，其穩(wěn)定的出水溫度為多少？【答案】51℃【詳解】解：太陽能熱水器的能量輸入功率為假設(shè)熱水器的能量損失功率為當(dāng)熱水器出水口關(guān)閉時，經(jīng)長時間照射，熱水器內(nèi)水溫為85℃，這時的能量輸入功率和熱損失功率相等，則可解得當(dāng)熱水器出水時，設(shè)溫度的出水溫度為，則每分鐘的出水質(zhì)量為由能量守恒定律可知即解得，即其穩(wěn)定的出水溫度為51℃。答：當(dāng)熱水器以每分鐘6L的流量出水時，其穩(wěn)定的出水溫度為51℃。28．邵陽市望云山開發(fā)風(fēng)力發(fā)電基地，預(yù)計到2025年全部投入生產(chǎn)，如果該風(fēng)力發(fā)電基地全部建成的話，風(fēng)電裝機總?cè)萘靠蛇_1萬千瓦。風(fēng)力發(fā)電——即是風(fēng)輪機葉片不斷受到風(fēng)力的推動而轉(zhuǎn)動，利用風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化成電能。若風(fēng)力發(fā)電機，每片風(fēng)葉的質(zhì)量為6t，長為40m。下表給出了1kg空氣在不同風(fēng)速下速度（ν）與動能（E）的關(guān)系（空氣密度取1.2kg/m3，圓周率π=3.0）：動能E（J）28183250風(fēng)速v（m/s）246810(1)如果一臺這樣的風(fēng)力發(fā)電機平均每秒可以輸出1.8×105J的電能，則50臺這樣的風(fēng)力發(fā)電機，一年獲得的電能相當(dāng)于完全燃燒多少千克煤所產(chǎn)生的能量？（一年工作時間按3000h計算，煤的熱值為3.0×107J/kg）(2)當(dāng)風(fēng)速為10m/s時，若風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪正面迎風(fēng)，這臺發(fā)電機每秒鐘能對外提供2.88×105J的電能，則它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是多少？【答案】(1)3.24106；(2)10%【詳解】(1)根據(jù)題意，一臺風(fēng)力發(fā)電機平均每秒可以輸出1.8×105J的電能，即功率為1.8×105W，則50臺風(fēng)力發(fā)電機一年獲得的電能為煤燃燒放熱公式則(2)每秒鐘通過風(fēng)輪的空氣質(zhì)量為由表中數(shù)據(jù)可知，1kg空氣在10m/s風(fēng)速下的動能為50J，則總動能為而這臺發(fā)電機每秒鐘實際能對外提供2.88×105J的電能，則它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率為答：(1)一年獲得的電能相當(dāng)于完全燃燒3.24106千克煤所產(chǎn)生的能量；(2)它將風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能的效率是10%。【鞏固練習(xí)】29．下列關(guān)于能源和能量說法中正確的是A．汽車散失的熱量不能收集起來再次開動汽車，說明能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性B．核電站是利用核裂變釋放的能量發(fā)電，核能是可再生的一次能源C．加油機給受油機加油的過程中一起水平勻速飛行，受油機的動能不變D．小孩從滑梯上滑下，感覺臀部很熱，他的動能增大，重力勢能減少，機械能不變【答案】A【詳解】A.因為能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性，所以汽車散失的熱量不能收集起來再次開動汽車，正可以說明能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移具有方向性，故A正確；B.核電站是利用核裂變釋放的能量發(fā)電，核能是一次能源，但核材料不可能在短期內(nèi)得到補充，屬于不可再生能源，故B錯誤；C.加油機給受油機加油的過程中一起水平勻速飛行，受油機的速度不變，但燃油增加了，即總質(zhì)量增大，所以動能增大，故C錯誤；D.小孩從滑梯上滑下，感覺臀部很熱，是部分機械能轉(zhuǎn)化為了內(nèi)能，所以機械能減少，故D錯誤；故選A．30．下列關(guān)于四沖程內(nèi)燃機的說法中正確的是（）A．熱機效率越高，所做的有用功就越多B．汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是空氣C．汽車在行駛時，內(nèi)燃機把油料中的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化成有用的機械能D．一單缸四沖程汽油機的飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，則1s內(nèi)該汽油機活塞做功25次【答案】D【詳解】A．機械效率是指有用功占總功的比例大，而不是有用功，故所做的有用功越多，機械效率不一定越高，故A選項錯誤；B．汽油機在吸氣沖程中吸入汽缸的是油和空氣，故B選項錯誤；C．汽車在行駛時，內(nèi)燃機把油料中的化學(xué)能一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，一部分轉(zhuǎn)化為機械能，還有沒有燃燒的油料，化學(xué)能沒有釋放，故C選項錯誤；D．一單缸四沖程汽油機的飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，則/s每轉(zhuǎn)兩圈做功一次，故一共做功25次，D選項正確。故選D。31．小郭同學(xué)想要比較甲物質(zhì)與水的吸熱本領(lǐng)，于是選用了兩套完全相同的酒精燈給質(zhì)量同為200g的物質(zhì)甲和水加熱，它們的溫度隨時間的變化關(guān)系如圖所示，已知酒精的熱值q=3.0×107J/kg，加熱時，酒精燈平均每分鐘消耗0.28g酒精。已知水的比熱容c水=4.2×103J/(kg℃)，則下列說法正確的是（）A．實驗開始時，必須控制甲和水的初溫相等B．前10min，甲吸收的熱量為2.52×103JC．酒精燈的加熱效率為30%D．甲與水的比熱容之比為2：1【答案】C【詳解】A．物質(zhì)吸熱與溫度變化量有關(guān)，故實驗開始時不必控制甲和水的初溫相等，故A錯誤；BD．根據(jù)吸熱公式可知甲物質(zhì)與水吸收的熱量為聯(lián)立并代入數(shù)據(jù)可得則前10min，甲溫度由0升至60℃，則吸收的熱量為故B、D錯誤；C．前10min酒精燈燃燒放出的熱量為則酒精燈的加熱效率為故C正確。故選C。32．某品牌無人駕駛汽車在一段平直公路上勻速行駛6.9km，用時5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽車的牽引力是2000N，燃油的熱值為，假設(shè)燃油完全燃燒。通過計算可知，下列結(jié)果正確的是（）A．消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是B．汽車行駛速度是C．汽車牽引力做功的功率是30kWD．汽車發(fā)動機的效率是【答案】AD【分析】本題以無人駕駛汽車為背景，考查了速度、功、功率、熱值、熱機效率的的計算，綜合性較強，根據(jù)所給物理量分析求解?！驹斀狻緼．1.5kg燃油完全燃燒放出的熱量故A項正確；B．因為5min45合345s，則汽車行駛速度是故B項錯誤；C．汽車牽引力做功的功汽車牽引力做功的功率是故C項錯誤；D．汽車發(fā)動機的效率是故D項正確。故選AD。33．有一種“渦輪增壓”（T型）轎車，通過給發(fā)動機更足量的空氣使汽油更充分地燃燒，比普通轎車（L型）更節(jié)能，排氣更清潔。同樣的汽油加在T型轎車內(nèi)與加在L型轎車內(nèi)相比熱值________（選填“更大”、“一樣大”或“更小”）；為防止發(fā)動機溫度過高，用水進行冷卻，這是利用水的______較大；若散熱器中裝有8kg的水，水溫升高50℃，水吸收的熱量是_________J；若汽油機曲軸的轉(zhuǎn)速為3000r/min，汽油機每秒內(nèi)對外做功______次。[c水=4.2×103J/(kg?℃)]【答案】一樣大比熱容1.68×10625【詳解】[1]熱值與物質(zhì)的種類有關(guān)，那么加在不同轎車內(nèi)的汽油熱值不會改變。[2]用水來做冷卻劑是由于水的比熱容較大，在升高相同的溫度，能帶走更加多的熱量。[3]水吸收的熱量Q=c水m?t=4.2×103J/(kg?℃)×8kg×50℃=1.68×106J[4]汽油機一個工作過程對外做功一次，曲軸轉(zhuǎn)動2次，則汽油機每秒對外做功的次數(shù)34．如圖所示，某單缸四沖程汽油機工作狀態(tài)如圖所示，此時的能量轉(zhuǎn)化是__________；若飛輪的轉(zhuǎn)速為，該汽油機每秒共經(jīng)歷了______________個沖程；汽油機工作時利用水循環(huán)將熱量從高溫的發(fā)動機自發(fā)轉(zhuǎn)移到低溫的水，這一現(xiàn)象說明_____________?！敬鸢浮繖C械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能60能量的轉(zhuǎn)移具有方向性【詳解】[1]從圖中可看到，進氣門、排氣門都關(guān)閉，活塞向上運動，這是壓縮沖程，能量轉(zhuǎn)化是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。[2]由題意可知，飛輪每秒轉(zhuǎn)數(shù)是飛輪轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)，汽油機經(jīng)歷一個工作循環(huán)，即經(jīng)歷4個沖程，1s內(nèi)轉(zhuǎn)30r，經(jīng)歷的沖程數(shù)量是[3]熱量能夠從高溫的物體轉(zhuǎn)移到低溫的物體，汽油機工作時利用水循環(huán)將熱量從高溫的發(fā)動機自發(fā)轉(zhuǎn)移到低溫的水，這一現(xiàn)象說明能量的轉(zhuǎn)移具有方向性。35．熱機一個工作循環(huán)有四個沖程，請你判斷圖中表示的是其中的______沖程；小明通過上網(wǎng)查閱得知某款轎車發(fā)動機輸出功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系如圖乙所示：小明又通過父親了解到，當(dāng)車速是100km/h時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速是2000r/min。平均油耗為9L/100km。分析上述信息可知∶當(dāng)這輛汽車以100km/h勻速行駛時，1小時發(fā)動機所做的有用功為______，此時發(fā)動機的效率約為______。（已知汽油的熱值為4.6×107J/kg；密度為0.8×103kg/m3）

【答案】排氣【詳解】[1]圖中進氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運動，是排氣沖程。[2]當(dāng)這輛汽車以100km/h勻速行駛時，發(fā)動機轉(zhuǎn)速是2000r/min，查表可知發(fā)動機的功率為30kW，1小時發(fā)動機所做的有用功[3]消耗汽油產(chǎn)生的熱量此時發(fā)動機的效率約為36．某單缸四沖程汽油機在1s內(nèi)完成了10個工作循環(huán)，則該汽油機工作時，飛輪的轉(zhuǎn)速為______r/min?此汽油機在一個工作循環(huán)中消耗了6g汽油（汽油的熱值為4.6×107J/kg），已知這臺汽油機的效率為30%，則它在一個工作循環(huán)中輸出的有用機械能為______J，該汽油機的輸出功率為______W?！敬鸢浮?2008.28×1048.28×105【詳解】[1]汽油機在1s內(nèi)完成了10個工作循環(huán)，轉(zhuǎn)了則1min轉(zhuǎn)動則該汽油機工作時，飛輪的轉(zhuǎn)速為1200r/min。[2]已知汽油機在一個工作循環(huán)中消耗的汽油為則汽油釋放出的熱量為有用機械能為[3]輸出功率為37．發(fā)動機是汽車的核心部件，發(fā)動機的質(zhì)量決定了整車的性能和品質(zhì)。某臺以92號汽油為燃料的汽車，其發(fā)動機的相關(guān)數(shù)據(jù)如下表所示，表中空燃比指汽缸內(nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比。1min內(nèi)完成的工作循環(huán)數(shù)2400個汽缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的密度汽缸的工作容機2L汽油的熱值發(fā)動機最大功率73.6kW空燃比13:1(1)如圖所示，內(nèi)燃機一個工作循環(huán)包括四個沖程，四個沖程的順序是乙____________丙；______沖程內(nèi)燃氣給汽車提供動力，其它三個沖程靠______完成。(2)當(dāng)發(fā)動機的功率最大時，汽車的速度為120km/h，汽車保持最大功率行駛1min內(nèi)做的有用功是多少？（________）(3)汽車完成一個工作循環(huán)時，氣缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的質(zhì)量是______kg，當(dāng)汽車保持發(fā)動機最大功率勻速駛時，發(fā)動機的效率是______。【答案】甲丁丁飛輪慣性【詳解】(1)[1][2][3]甲中的兩個氣閥都關(guān)閉，活塞向上運動，所以為壓縮沖程，是第二沖程；乙中的進氣閥打開，活塞向下運動，所以為吸氣沖程，是第一沖程；丙中的排氣閥打開，活塞向上運動，所以為排氣沖程，是第四沖程；丁中的兩個氣閥都關(guān)閉，活塞下運動，所以為做功沖程，是第三沖程。故四個沖程的順序是：乙甲丁丙。[4]其中做功沖程中內(nèi)燃機給汽車提供動力，此沖程中能量的轉(zhuǎn)化是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；其它三個沖程依靠飛輪慣性完成。(2)[5]發(fā)動機的最大輸出功率時間，汽車1min內(nèi)做的有用功(3)[6]汽缸內(nèi)汽油和空氣混合氣體的體積由得，汽油和空氣混合氣體的質(zhì)量：[7]已知空燃比是13:1，則吸入汽油的質(zhì)量完成一個工作循環(huán)時，汽油燃燒釋放的熱量1min內(nèi)完成的工作循環(huán)數(shù)是2400個，則1min內(nèi)汽油燃燒釋放的熱量發(fā)動機的效率38．閱讀文，回答文后問題。航速優(yōu)化化石燃料的廣泛應(yīng)用加快了人類文明的進程，但同時也污染了環(huán)境.因為大量燃燒化石燃料使大氣中CO2濃度增加，引起溫室效應(yīng)而導(dǎo)致全球變暖。人們意識到環(huán)境保護的重要性，開始從各個方面著手減少碳排放．船舶航行大多使用柴油發(fā)動機，航行時受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大減小航行阻力，發(fā)動機對推進設(shè)備做功的功率即推進功率就會大大減小，從而減少燃油消耗。但航速不是越小越好，因為船舶航行過程中除了推進設(shè)備，還有其他輔助設(shè)備工作，需要發(fā)動機做功。航速減小后，一段航程所需的航行時間就會延長，雖然推進功減少，但輔助功增加了。發(fā)動機要做的功包括推進功和輔助功兩部分。航速優(yōu)化就是要找到適合的航速，使發(fā)動機做的總功減少，達到節(jié)能減排的