中考：物理熱學(xué)效率專題突破訓(xùn)練講義

備戰(zhàn)中考：物理熱學(xué)效率專題突破訓(xùn)練講義

專題：熱學(xué)中效率相關(guān)的計算

考點點睛

1.比熱容表達(dá)式

QQ

c=---或c=----

單位

讀作：焦耳每千克攝氏度。（注意加上括號）

2.熱量公式：

吸熱：Q收=cmQ_，0）或%=cm\t

放熱：Q欣=。機仇一，）或。放=cmbt

求質(zhì)量：tn=

cZ

Q------m-------M-------c

單位：

J------kg--------C--------JW-℃）

3.熱值計算公式：

。放（固體、液體）變式：m=—

q

Q-------m--------q

單位：

J-------kg-------J/kg

Q『qv（氣體）變式：v=2

q

Q-------V-------q

單位：

J-----m3------J/m?

4.效率公式：

^7=—xlOO%（適用于液體、固體）、；7=-%xlOO%（適用于氣體）

qmqv

5.常見效率計算

燒水效率:

公式："=票

Q我

水吸收的熱量：。吸=CMA，；燃料完全燃燒時放出的熱量：。放相或。放=4丫

力熱轉(zhuǎn)化效率：解決力熱綜合計算題一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、壓強公

式、浮力公式、機械功和功率、機械效率公式、物體吸熱公式、放熱公式、熱值公式、熱效率公式等：涉

及到的物理規(guī)律有二力平衡條件、液體壓強規(guī)律、阿基米德原理、杠桿平衡條件以及熱平衡方程等。

公式：77=%

。放

h對點訓(xùn)練三

一、選擇題

1.下列關(guān)于熱機效率的描述，正確的是（）

A.熱機的效率越高，消耗的燃燒越少

B.熱機的效率越高，做的有用功越多

C.熱機的效率越高，燃料的熱值越大

D.熱機的效率越高，能量的利用率越大

【解析】熱機的效率越高，說明用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量的比值越大，則能量的

利用率越大，與消耗的燃料多少、做的有用功多少、燃料的熱值無關(guān)；故ABC錯誤，D正確。

故選：D。

2.與汽油機相比較，柴油機（）

A,氣缸頂部無火花塞，吸入氣缸的是空氣，效率較高

B.氣缸頂部無火花塞，吸入氣缸的是柴油，效率較高

C.氣缸頂部有火花塞，吸入氣缸的是空氣，效率較低

D.有火花塞，吸入氣缸的是柴油和空氣的混合燃料，效率高

【解析】汽油機頂部有火花塞，柴油機為噴油嘴，汽油機吸入的是空氣和汽油的混合物物質(zhì)，柴油機吸

入的空氣，柴油機效率高，故BCD不符合題意，A符合題意。

故選：Ao

3.一臺柴油機，一定質(zhì)量的柴油完全燃燒時，放出了7.5X1（）8J的熱量，其中有5.25Xl（）8j的能量以各種

形式損失掉了，可知該柴油機的效率是（）

A.30%B.40%C.48%D.60%

888

【解析】柴油機有效利用的能量為tEWffl=7.5X10J-5.25X10J=2.25X10J,

該柴油機的效率為：1]=-有用X100%=2?25X1彳J*]oo%=3o%。

E總7.5X1O8J

故選：Ao

4.某汽車在一段平直的高速公路上勻速行駛15km,消耗汽油2L,發(fā)動機實際輸出功率為50.4kW,汽油機

效率為35%.已知P汽油=0.8X103kg/ni3；q汽油=4.5X1071/^,假設(shè)汽油完全燃燒。通過計算可知，下列

結(jié)果正確的是()

①消耗的汽油的質(zhì)量是2kg

②消耗的汽油完全燃燒放出的熱量是7.2XI07J

③汽車受到的阻力是1680N

④汽車行駛速度是120km/h

A.只有②和③B.只有①和②C.只有①和④D.只芍②和④

【解析】(1)已知消耗汽油的體積V=2L=2Xl(f3m3和密度p=08Xl()3kg/m3,

由密度公式上亨，可求消耗的汽油的質(zhì)量：

m=pV=0.8X103kg/m3X2X103m3=1.6kg,故①錯；

(2)根據(jù)消耗汽油的質(zhì)量m=1.6kg和熱值q汽油=4.5X

由熱值公式q=9，可求耗的汽油完全燃燒放出的熱量：

m

Q=mq=1.6kgX4.5Xl07J/kg=7.2X107J,故②對；

(3)根據(jù)汽油機效率為35%和汽油完全燃燒放出的熱量，由效率公式n—1，

求出機械功W=i]Q=35%X7.2X107J=2.52X107J,

再根據(jù)功的計算式W=Fs,求出力的大小F=T=252、l?7j=]680N,

s15X103m

由平衡力的知識求出阻力f=F=1680N,故③對；

(4)根據(jù)發(fā)動機實際輸出功率為50.4kW和力的大小F=1680N,

由P=Fv求出汽車行駛速度v=E=5°?妹)=5040°W=30mzs=108km/h,故④錯。

F1680N1680N

故選：A?

5.兩臺汽油機，甲的功率是乙的1.5倍，甲的效率為20%,乙的效率為25%,那么甲與乙每小時消耗油量

之比為()

A.6：5B.15：8C.5：6D.8：15

【解析】設(shè)甲的功率為P甲，其效率為n甲，乙的功率為P乙，其效率為1］乙，汽油的熱值為q,做功時間

為3

由題意知：粵＞=1.5,

P乙n乙25%5

甲在時間t內(nèi)做的有用功：w甲=P甲l,

出W甲P甲t

由n=4■可得，甲在時間i內(nèi)消耗的總能量：

Qh甲刀甲

Q田P甲t

(tlQ=mq可得，甲在時間t內(nèi)的耗油量：m甲=」■==----

q「甲q

P乙t

同理可得乙在時間I內(nèi)的耗油量的表達(dá)式：m乙=」一,

n乙q

甲乙兩汽油機在相同時間內(nèi)的耗油量之比：

m甲P甲tPz,tP甲5乙qP甲n乙I,5X5-1Q

m乙"甲qT］乙qP乙th甲qP乙刀甲4

故選：Bo

6.一輛汽車使用的是四沖程內(nèi)燃機，如圖所示是內(nèi)燃機的一個沖程，該汽車以恒定的功率在水平公路上作

直線運動，其速度隨時間時間變化的關(guān)系如圖所示，汽車在行駛過程中所受阻力不變，為4000N.內(nèi)燃

機的效率為40%,汽油的熱值為4.6Xl()7j/kg。下列有關(guān)敘述正確的是()

A.圖甲沖程中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能

B.汽車一直做勻速直線運動

C.在。?20s內(nèi)汽車牽引力所做的功為8X1()5J

D.需要燃燒約0.043kg汽油才能使汽車完成前10s的運動

【解析】A、由圖甲可知，兩個氣門都適閉合的，活塞上行，為壓縮沖程，該過程中機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，

故A錯誤；

B、由圖乙的v?t圖象可知，10s內(nèi)汽車做加速運動，10s后做勻速直線運動，即汽車不是一直做勻

速直線運動，故B錯誤；

C、由圖象可知，10s后汽車做勻速直線運動，速度為v=20m/s,

根據(jù)二力平衡條件可得，此時汽車受到的牽引力：F=f=4000N,

則此過程中汽車發(fā)動機的功率：P=Fv=4000NX20m/s=8X104W；

由題知，汽車以恒定的功率在平直的公路上做直線運動，則在0?20s內(nèi)汽車牽引力所做的功：

W=Pi'=8X104WX20S=1.6X106J；故C錯誤；

6

D、由11=]]一可得，在0?20s內(nèi)汽油完全燃燒放出的熱量：Q放U6X10J=4X]()6J,

Q放T]40%

則在前10s汽油完全燃燒放出的熱量為：Q濃=暴放UX4X106J=2XMJ；

由Q詼nmq可得需要燃燒汽油的質(zhì)量：—絲絆I--0.043kg,故D正確。

q4.6X107J/kg

故選：D。

二、填空題

7.建筑工地上有一臺大型汽車吊，把2001建筑材料從地面吊到21.5m高處，汽車吊做的有用功為J.在

這過程中，汽車吊消耗柴油的質(zhì)量為4.0kg,則完全燃燒4.0kg柴油釋放的內(nèi)能為J,該過程中汽

車吊的機械效率為%,(g取lON/kg；柴油的熱值為q=4.3Xl()7j7kg]

【解析】①m=200t=2Xl()5kg,h=21.5m,

建筑材料的重力為：G=mg=2X105kgX10N/kg=2X106N,

汽車吊做的有用功為：W有n]=Gh=2X106NX21.5m=4.3X107Jo

②m柴油=4.0kg,q=4.3X107J/kg,

78

柴油完全燃燒放出的熱量為：Qtt=mq=4.0kgX4.3X10J/kg=1.72X10J<

③汽車吊的效率為：7]=*有用乂100%=4?3*xioo%=25%。

Q放1.72X108J

故答案為：4.3X107；1.72X108；25o

8.小明暑假去研學(xué)，中間經(jīng)過了湘江某處大橋。大橋全程長約為1700m,她坐的小轎車做勻速直線運動通

過全程，速度為90km/h,受到阻力恒為220N,通過全程所需的時間為s,牽引力所做的功為J；

若通過全程消耗了0.02kg的汽油，汽油機的效率為%.(已知熱值q汽=4.4X107J/kg)

【解析】(1)汽車行駛的速度：

v=90km/h=25m/s，

由丫=且可得，通過全程所需的時間：

t

t_---s-_---1-7-0-0-m---oos；

v25m/s

(2)因為小轎車做勻速直線運動時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力,

所以，牽引力F=f=220N,

牽引力所做的功：

W=Fs=220NX1700m=3.74X105J；

(3)汽油完全燃燒放出的熱量：

Qii=mq汽=0.02kgX4.4X107J/kg=8.8XIO3J,

汽油機的效率：

n=』-=3?74Xl°工義ioo%=42.5%0

Q放8.8X105J

故答案為：68；3.74X105：42.5o

9.如圖所示，此時是汽油機的沖程。已知汽油的熱值是4.6X1071/^,完全燃燒5g汽油所釋放的內(nèi)

能是J,若汽車獲得的機械能是9.2X1()4J,則此汽油機效率為%。

【解析】(1)由圖可知，兩個氣門都關(guān)閉，火花塞點火，活塞向下運動，因此是做功沖程；

(2)5g汽油完全燃燒釋放出的熱量：

375

Qil=qm=5X10kgX4.6X10J/kg=2.3X10J；

(3)汽油機效率：W有用=9.2X10：JX]00%=40%.

Q放2.3X1()5J

故答案為：做功；2.3X105；40o

三、計算題

10.某輛輪式傘兵突擊戰(zhàn)車，其滿載時總質(zhì)量為1.6噸，正以72km/h的速度在水平地面勻速直線行駛時,

發(fā)動機的功率為6Xl（）4w（q汽油ndSXlo'j^g）求：（i）戰(zhàn)車行駛時，受到的阻力;

（2）戰(zhàn)車共行駛23min,若汽油機的效率為30%,求消耗汽油的質(zhì)量。

【解析】（1）戰(zhàn)車行駛時的速度：

v=72km/h=20m/s,

由p=*=E§_=Fv可得，汽車發(fā)動機的牽引力：

tt

4

F^P6X10W^3OOON>

v20m/s

因戰(zhàn)車勻速行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的阻力和牽引力是一對平衡力,

所以，戰(zhàn)車行駛時受到的阻力f=F=3000N；

（2）由P=?可得，戰(zhàn)車行駛23min發(fā)動機做的功：

t

W=Pt=6X104WX23X60S=8.28X107J,

由n=4xioo%可得，消耗汽油完全燃燒釋放的熱量：

Q放

8.28X107J

Q?===2J6x108j

T]30%

由Q",=mq可得，消耗汽油的質(zhì)量：

Q放2.76X108JQ

m=---------=~~J-=6kg。

q汽油4.6X107J/kg

答：（1）戰(zhàn)車行駛時，受到的阻力為3OOON；

（2）戰(zhàn)車共行駛23min,若汽油機的效率為30%,消耗汽油的質(zhì)量為6kg。

11.如圖是某型號的消防車，其部分相關(guān)數(shù)據(jù)如下表，該車通過柴油發(fā)動機提供

噴水動力。在噴水作業(yè)的過程中，（已知柴油的熱值為4.0Xl（）7j/kg,g=10N/kg）求:

型號***消防車

整車質(zhì)量m25t

水箱容積V8m3

噴嘴橫截面4cm2

積S

噴水壓強p1X106Pa

（1）噴嘴處噴水時受到的噴水壓力是多少？

（2）若將滿箱水全部噴到50m高的著火點處，這一過程中克服整箱水的重力做的有用功是多少?

（3）若這次消防車噴水效率是10%,此過程需要消耗柴油的質(zhì)量是多少？

【解析】⑴根據(jù)p=V知，

噴嘴處噴水時受到的噴水壓力為：

F=pS=lX106PaX4X10'4m2=400N；

（2）根據(jù)p譚知，

水的質(zhì)量為：

m=pV=1.0X1（^kg/m3義8n?=8X103kg,

水的重力為：

34

G=mg=8X10kgX10N/kg=8X10N：

克服整箱水的重力做的有用功為：

W=Gh=8XIO,NX50m=4X106J：

（3）根據(jù)n=-知，

燃料完全燃燒放出的熱量為：

T|10%

由Q=mq知，

消耗柴油的質(zhì)量為:

m，=%=4xdj-kg。

7

q4xioj/kg

答：（1）噴嘴處噴水時受到的噴水壓力是400N；

（2）若將滿箱水全部噴到50m高的著火點處，這一過程中克服整箱水的重力做的有用功是4X1（）6J；

（3）若這次消防車噴水效率是10%,此過程需要消耗柴油的質(zhì)量是Ikgo

12.新冠病毒使2020年春的中國成為了一個沒有硝煙的戰(zhàn)場，負(fù)壓救護(hù)車（如圖所示）則是眾多“逆行者”

中的一員。所謂負(fù)壓就是利用技術(shù)手段，使車內(nèi)氣壓低于外界大氣壓，車的醫(yī)療艙每小時可換氣20次,

能過濾分離病毒率達(dá)99.97%,既對車內(nèi)人員起到防護(hù)的作用，也避免了感染車外更多的人。

（1）若車內(nèi)氣壓為外界標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的90%,車頂?shù)拿娣e大約為4m2,車頂受到的內(nèi)外壓力差為多少？（標(biāo)

準(zhǔn)大氣為l.OIXl^Pa）.

（2）若汽車的效率為25%,則平均輸出功率50kW下，速度90km/h,該車百公里（100km）消耗多少

汽油？（結(jié)果保留一位小數(shù)，汽油的密度為0.70Xl（）3kg/m3,熱值4.6X1071/^）。

【解析】（1）車內(nèi)氣壓為外界標(biāo)準(zhǔn)大行壓的90%,則車內(nèi)外的壓強差為:

△p=p(1-90%)=1.01X105PaX0.1=1.01X104Pa：

根據(jù)p=］可知，車頂受到的內(nèi)外壓力差為:

F=ApS=1.01X104PaX4m2=4.04X104N；

（2）負(fù)壓救護(hù)車的速度為v=90km/h=25m/s,負(fù)壓救護(hù)車的功率為P=50kW=50000W；

由功率公式P=±=工巨=Fv變形可得,

負(fù)壓救護(hù)車所受的牽引力:

F=E=§OOO?W=2000N；

v25m/s

負(fù)壓救護(hù)車行駛路程為：s=100km=lX105m,

負(fù)壓救護(hù)車所做的有用功為:

W=Fs=2000NXIX105m=2X108J；

已知發(fā)動機的效率是25%,

由n卡得,

Q放

汽油燃燒放出的熱量:

!Wffi=2X10ij=8xlo8J

QK=

T|25%

由Q放=mq可得，耗油的質(zhì)量為：

8

m=Q^^8X10J^400kg

q4.6X107J/kg23

400.

-----rs

汽油的體積為：V=旦=-----------------=0.0248m3=24.8L。

P0.7X103kg/m3

答：(1)若車內(nèi)氣壓為外界標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的90%,車頂?shù)拿娣e大約為4m2,車頂受到的內(nèi)外壓力差為4.40

4

X10NO

(2)若汽車的效率為25%,則平均輸出功率50kW下，速度90km/h,該車百公里(100km)消耗24.8L

的汽油。

13.2020年1月，陜西迎來了新年的第一場雪。大雪后，芳芳同學(xué)看見鏟雪車在公路上進(jìn)行鏟雪作業(yè)，如

圖所示。他用手機上網(wǎng)查閱到該型號鏟雪車的額定功率是100kW,質(zhì)量是41。(g取10N/kg,q柴油=4.0

X107J/kg,p柴油=0.8義l()3kg/m3)

(1)汽車的輪胎做的寬大是為了;

(2)已知鏟雪車以額定功率保持20km/h的速度在一段長5km的平直路面上鏟雪，求這一過程中鏟雪車

所做的功和受到的阻力大??；

(3)該過程中鏟雪車共消耗了10L柴油，則鏟雪車的效率是多少？(結(jié)果保留到1%)

【解析】(1)汽車的輪胎做的寬大，是在壓力一定時，通過增大受力面積，減小壓強。

(2)由丫=旦可得，鏟雪車前進(jìn)5km所用的時間：

t

t=—=-5呵—=o.25h=900s，

v20km/h

由P=N可得，鏟雪車做的功：

t

W=Pt=100X103WX900S=9X107J,

由W=Fs可得，鏟雪車的推力：

7

F_V9X1QJ=1.8X104N,

s5X1000m

因為鏟雪車做勻速直線運動，推力與阻力是一對平衡力，大小相等,

所以,鏟雪車受到的阻力:f=F=1.8X104N；

(3)消耗柴油的體積V=10L=0.01m3,

由p=g可得，消耗柴油的質(zhì)量：

m=p柴油V=O.8X103kg/m3X0.01m3=8kgo

柴油完全燃燒放出的熱量：

Qw=mq柴油=8kgX4.0X107J/kg=3.2X108J,

則鏟雪車的效率：

n=-^-X100%=9X10JXI00%^28%o

Q放3.2X108J

答：(1)減小壓強；

(2)這一過程中鏟雪車所做的功為9X1()7J；受到的阻力大小為ISXIO'N；

(3)鏟雪車的效率是28%。

14.汽油發(fā)動機工作時，汽油必須和吸進(jìn)的空氣成適當(dāng)?shù)谋壤?，才能形成可以有效燃燒的混合氣體，這就

是空燃比(可燃混合氣體中空氣質(zhì)量與燃油質(zhì)量之比)?？杖急仁前l(fā)動機運轉(zhuǎn)時的一個重要參數(shù)，它對尾

氣排放、發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟(jì)性都有很大的影響。根據(jù)發(fā)動機的類型等因素，每種發(fā)動機的空燃比一

般不同。某氣缸總排量為2OL的4缸發(fā)動機所需的空燃比14：1(氣缸排量指氣缸工作容積之和)，混

合燃?xì)獾拿芏葹長35kg/m3,當(dāng)發(fā)動機曲軸每分鐘轉(zhuǎn)速為2400轉(zhuǎn)時，輸出功率為65kW。

(I)每分鐘汽油機做的有用功；

(2)Imin內(nèi)，汽油完全燃燒放出的熱量(汽油的熱值為4.6Xl()7j/kg)；

(3)汽油機的效率(結(jié)果精確到0.1%)。

【解析】(1)根據(jù)公式P=+可知發(fā)動機Imin內(nèi)做的有用功：

W=Pt=6.5X104WX60S=3.9X106J；

(2)一個工作循環(huán)吸入混合物的體積：V=2L=2Xl(/3m3；

根據(jù)p=與可得一個工作循環(huán)吸入混合物的質(zhì)量：

3333

msi=pV=1,35kg/mX2X10-m=2.7X10kg；

?個工作循環(huán)吸入汽油的質(zhì)量:

33

m；<)=-4-mitt=-^X2.7X10_kg=Axi0-kg；

1+141550

汽油機曲軸轉(zhuǎn)兩轉(zhuǎn)對外做功1次，故Imin鐘氣缸做功的次數(shù)：

『240書=1200次;

2r/^

所以Imin內(nèi)汽油機燃燒汽油的質(zhì)量為：

m油電=nm汕=1200X且X10-3kg=o.216kg；

50

Imin內(nèi)汽油機完全燃燒汽油放出的熱量為：

Q放總=qm油總=4.6X107J/kgX0.216kg=9.936X106J：

(3)該車發(fā)動機的效率：

「W=3?9XJO，［xio。％大39.3%,

Q放總9.936X106；

答：(1)每分鐘汽油機做的有用功為3.9X1()6J；

(2)Imin內(nèi)，汽油完全燃燒放出的熱量全936X1()6J；

(3)汽油機的效率為39.3%。

15.一款無人駕駛汽車在測試時以某一速度在平直的公路上勻速行駛了一段距離，消耗汽油Ikgo汽油機的

效率為30%,那么，在這段行駛過程中。［q汽油=4.5X1071/^,?水=4.2X1()3J/(kg>℃)］求：

(1)1kg汽油完全燃燒放出的熱量是多少？

(2)假設(shè)該汽車在這次行駛過程中，發(fā)動機排出的廢氣帶走的能量占汽油完全燃燒放出的熱量的42%,

這些廢氣帶走的能量全部被質(zhì)量50kg、溫度為20℃的水吸收，水溫能升高到多少攝氏度？(氣壓為1

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)

(3)若汽車在上述路段行駛時受到的阻力是1U00N,那么汽車在這段路上行駛的路程是多少千米？

【解析】(1)1kg汽油完全燃燒放出的熱量：

77

Qtt=mq=lkgX4.5X10J/kg=4.5X10J,

(2)由題意和n=普■可知，水吸收的熱量為：

Q放

Q吸=nQ放=42%X4.5X107J=1.89X107J；

由Q!ft=cmAt得水升高的溫度：

△t=%=______1?89XWJ______

cm4.2X103J/(kg-DXBOkg

1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點是100℃,故溫度為20℃的水吸收這些熱量后，水溫能升高到100℃；

(3)汽油機的效率為30%,則汽油機對汽車做的有用功：

77

亞行用=才QrA=30%X4.5X10J=1.35X10J,

汽車在平直的公路上勻速行駛，則汽車受到的牽引力F=f=1000N,

由W=Fs可得汽車在這段路上行駛的路程：

s=.，35X107j=1.35X13.5km；

F100ON

答：(1)1kg汽油完全燃燒放出的熱量為4.5X1()7J：

(2)假設(shè)該汽車在這次行駛過程中，發(fā)動機排出的廢氣帶走的能量占汽油完全燃燒放出的熱量的42%,

這些廢氣的能量全部被質(zhì)量50kg的水吸收，水溫能升高到100℃；

(3)汽車在這段路上行駛的路程是13.5km。

16..好學(xué)的小明在學(xué)習(xí)了熱能