《14.2热机的效率》练习（重点练习计算题目）
一．选择题（共2小题）
1．如图所示，是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是（ ）
A． 鼻孔吸气B． 气沉丹田C． 排山倒海 D． 打完收工
2．如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，下列说法正确的是（ ）
A．该图表示的是排气冲程
B．该冲程是内能转化为机械能的过程
C．该冲程中气缸内气体分子运动剧烈程度增强
D．该冲程中主要是通过热传递的方式改变气缸内物质的内能
二．解答题（共8小题）
3．泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10﹣3m3（假设燃油完全燃烧）．若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力是多大？
（2）专用车牵引力所做的功。
（3）则该专用车的热机效率是多少？
4．随着生活水平的提高，汽车已经进入平常百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会经济的发展；汽车应用了许多物理知识，请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机工作时 冲程将机械能转化为内能。一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程。
（2）在工作时，发动机的温度会升得很高，通常在发动机外装有水套，用水作为冷却剂的主要原因是 。
（3）在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一，有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断，输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 。
5．目前，“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视。
（1）大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶。请你将图中汽油机工作时的能流图补充完整。
（2）请你为提高发动机的效率提出2条建议：A： ，B：
6．杨老师家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW h），已知汽油的热值为4.5×107J/kg．（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW h）表示获得1kW h能量消耗0.2kg汽油）．求：
（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？
7．有一功率为40KW，热机效率为20%的汽车正在一平直的公路上行驶，此时油箱中仅剩下5kg的汽油，如果不考虑热机其他的能量损失，汽车以20m/s的速度向前匀速沿直线行驶，问还可前进多远？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
8．一汽车以某一速度匀速行驶时所受到的阻力为900N，百公里油耗为10L（汽油的密度：ρ汽油＝0.71×103kg/m3，汽油的热值：q汽油＝4.6×107J/kg）．求：
（1）10L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）该车汽油机的效率。
9．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW．若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）发动机所做的功；
（3）消耗汽油的质量。
10．重104N的汽车在水平路面匀速运动，所受阻力为920N，汽车牵引力功率为9.2kW，其汽油发动机效率为20%（汽油热值是4.6×107J/kg），求汽车运动100s内：
（1）发动机对汽车的牵引力多大？
（2）牵引力做了多少功？
（3）汽车通过的距离多长？
（4）发动机消耗汽油质量是多少？《14.2热机的效率》练习（重点练习计算题目）
一．选择题（共2小题）
1．如图所示，是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是（ ）
A． 鼻孔吸气 B． 气沉丹田 C． 排山倒海 D． 打完收工
2．如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，下列说法正确的是（ ）
A．该图表示的是排气冲程
B．该冲程是内能转化为机械能的过程
C．该冲程中气缸内气体分子运动剧烈程度增强
D．该冲程中主要是通过热传递的方式改变气缸内物质的内能
二．解答题（共8小题）
3．泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10﹣3m3（假设燃油完全燃烧）．若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力是多大？
（2）专用车牵引力所做的功。
（3）则该专用车的热机效率是多少？
4．随着生活水平的提高，汽车已经进入平常百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会经济的发展；汽车应用了许多物理知识，请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机工作时 冲程将机械能转化为内能。一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程。
（2）在工作时，发动机的温度会升得很高，通常在发动机外装有水套，用水作为冷却剂的主要原因是 。
（3）在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一，有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断，输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 。
5．目前，“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视。
（1）大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶。请你将图中汽油机工作时的能流图补充完整。
（2）请你为提高发动机的效率提出2条建议：A： ，B：
6．杨老师家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW h），已知汽油的热值为4.5×107J/kg．（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW h）表示获得1kW h能量消耗0.2kg汽油）．求：
（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？
7．有一功率为40KW，热机效率为20%的汽车正在一平直的公路上行驶，此时油箱中仅剩下5kg的汽油，如果不考虑热机其他的能量损失，汽车以20m/s的速度向前匀速沿直线行驶，问还可前进多远？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
8．一汽车以某一速度匀速行驶时所受到的阻力为900N，百公里油耗为10L（汽油的密度：ρ汽油＝0.71×103kg/m3，汽油的热值：q汽油＝4.6×107J/kg）．求：
（1）10L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）该车汽油机的效率。
9．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW．若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）发动机所做的功；
（3）消耗汽油的质量。
10．重104N的汽车在水平路面匀速运动，所受阻力为920N，汽车牵引力功率为9.2kW，其汽油发动机效率为20%（汽油热值是4.6×107J/kg），求汽车运动100s内：
（1）发动机对汽车的牵引力多大？
（2）牵引力做了多少功？
（3）汽车通过的距离多长？
（4）发动机消耗汽油质量是多少？
《14.2热机的效率》练习（重点练习计算题目）
一．选择题（共2小题）
1．如图所示，是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是（ ）
A． 鼻孔吸气 B． 气沉丹田 C． 排山倒海 D． 打完收工
【分析】内燃机四个冲程中的能量转化情况：吸气和排气冲程不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能。
【解答】解：小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，鼻孔吸气相当于吸气冲程，气沉丹田相当于压缩冲程，打完收工相当于排气冲程；排山倒海时对外做功，相当于做功冲程；
故选：C。
【点评】此题主要考查热机的工作循环特点，解答时要明确它的四个冲程（吸气、压缩、做功、排气冲程），压缩冲程、做功冲程能量的转化。
2．如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，下列说法正确的是（ ）
A．该图表示的是排气冲程
B．该冲程是内能转化为机械能的过程
C．该冲程中气缸内气体分子运动剧烈程度增强
D．该冲程中主要是通过热传递的方式改变气缸内物质的内能
【分析】（1）汽油机的四个冲程是吸气、压缩、做功和排气冲程。吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动；压缩冲程两个气门都关闭，活塞向上运动；做功冲程两个气门都关闭，活塞向下运动；排气冲程排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动。
（2）压缩冲程中，压缩汽油和空气的混合物，将机械能转化成内能，使汽油和空气的混合物温度升高、内能增加；但质量不变，由密度公式确定密度变化情况。
【解答】解：
A、图中，汽油机两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程；故A错误；
B、压缩冲程中压缩气体做功，温度升高，内能增加，机械能转化为内能，故B错误；
C、分子热运动的快慢与温度有关，温度升高，分子热运动变剧烈，故C正确；
D、压缩冲程压缩气体做功，所以是通过做功的方式改变物体的内能，故D错误。
故选：C。
【点评】本题考查汽油机的压缩冲程中能量的转化、分子运动情况的了解与掌握，能正确分析气门的开关和活塞的上下运动是解决此问题的突破口。
二．解答题（共8小题）
3．泰安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10﹣3m3（假设燃油完全燃烧）．若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力是多大？
（2）专用车牵引力所做的功。
（3）则该专用车的热机效率是多少？
【分析】（1）专用车匀速运动，车受到的牵引力和阻力为一对平衡力，知道阻力可求牵引力大小；
（2）又知道车行驶的路程，利用W＝Fs求专用车牵引力所做的功（有用能量）；
（3）已知燃油的热值和燃油的质量，利用燃料完全燃烧放热公式Q放＝mq求燃油放出的热量（总能量）；利用效率公式求该专用车的热机效率。
【解答】解：
（1）因为专用车匀速行驶，在水平方向上受平衡力的作用，
所以F＝f＝3.0×103N。
（2）牵引力所做的功：
W＝Fs＝3.0×103N×5.6×103m＝1.68×107J；
（3）消耗燃油的质量：
m＝ρV＝0.8×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.2kg，
燃油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝1.2kg×4×107J/kg＝4.8×107J；
该专用车的热机效率：
η＝×100%＝×100%＝35%。
答：（1）专用车牵引力是3.0×103N。
（2）专用车牵引力所做的功1.68×107J。
（3）该专用车的热机效率是35%。
【点评】本题涉及的物理知识多，有力学知识二力的平衡、力做功，热学知识热量的计算以及效率等知识点，学生要熟练掌握物理公式，并灵活的运用到计算中去。
4．随着生活水平的提高，汽车已经进入平常百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会经济的发展；汽车应用了许多物理知识，请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机工作时 压缩 冲程将机械能转化为内能。一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 15 个做功冲程。
（2）在工作时，发动机的温度会升得很高，通常在发动机外装有水套，用水作为冷却剂的主要原因是 水的比热容大 。
（3）在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一，有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断，输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 高 。
【分析】（1）四冲程汽油机包括吸气、压缩、做功和排气四个冲程。在压缩冲程活塞压缩燃料，将机械能转化为内能；
在四冲程内燃机中曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次；
（2）作为冷却剂的物质，在吸收相同的热量时，和相同质量的其他物质相比，升高的温度小；
（3）热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。汽油味越淡，说明燃烧的越充分，同样多的汽油（总能量相同），燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，根据效率公式分析判断。
【解答】解：（1）汽油机工作时，在压缩冲程中活塞向上运动，压缩燃料混合物对其做功，所以将机械能转化为内能；
已知四冲程汽油机曲轴转速是1800r/min，所以此汽油机每秒钟转30圈，可完成15个工作循环，对外做15次功；
（2）因为水这种物质的比热容较大，在升高相同温度时，吸收热量最多，所以用水作为冷却剂；
（3）输出功率相同的汽车，燃烧相同的汽油（消耗的总能量相同），汽油味越淡，说明燃烧的越充分，燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。
故答案为：（1）压缩；15；（2）水的比热容大；（3）高。
【点评】此类题目考查知识了内燃机的四个冲程、热机效率和比热容的相关问题，要结合相关知识点进行分析解答，是中考的难点。
5．目前，“节能减排”已引起全球的关注。如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视。
（1）大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶。请你将图中汽油机工作时的能流图补充完整。
（2）请你为提高发动机的效率提出2条建议：A： 保证良好润滑减少摩擦 ，B： 尽量使燃料充分燃烧
【分析】要解决此题，需要掌握热机的各种能量损失：克服机械摩擦消耗的能量、机械散热损失、废气带走的热量；
热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。要提高效率，就要减少热的损失。
【解答】解：燃料燃烧放出的热量，一部分要克服机械摩擦，一部分由气缸直接向外散热，大部分由废气带走，剩余的是用来做有用功的能量。如图所示：
热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。要提高效率，首先使燃料充分燃烧，然后减少燃烧产生能量的损失，保证良好润滑减少摩擦；尽量降低散热；提高其利用率。
故答案为：（1）如上图；
（2）保证良好润滑减少摩擦；尽量使燃料充分燃烧。
【点评】此题主要考查了热机效率的概念及热机工作过程中热量的走向，属于基础题目。
6．杨老师家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW h），已知汽油的热值为4.5×107J/kg．（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW h）表示获得1kW h能量消耗0.2kg汽油）．求：
（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？
【分析】（1）根据Q放＝mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；
（2）根据题意可知，获得1kW h能量消耗0.2kg汽油，根据η＝求出热机的效率。
【解答】已知：汽油的质量m＝0.2kg，热值q＝4.5×107J/kg，有用功W＝1kW h＝3.6×106J，
求：（1）汽油完全燃烧时放出的热量Q放＝？；（2）汽车发动机的效率η＝？
解：（1）汽油完全燃烧时放出的热量“
Q放＝mq＝0.2kg×4.5×107J/kg＝9×106J；
（2）汽车发动机的效率：
η＝×100%＝×100%＝40%。
答：（1）汽油完全燃烧时放出的热量为9×106J；
（2）汽车发动机的效率为40%。
【点评】此题主要考查的是学生对热值、热机效率计算公式的理解和掌握，弄懂最低油耗的含义是解决此题的关键。
7．有一功率为40KW，热机效率为20%的汽车正在一平直的公路上行驶，此时油箱中仅剩下5kg的汽油，如果不考虑热机其他的能量损失，汽车以20m/s的速度向前匀速沿直线行驶，问还可前进多远？（汽油的热值为4.6×107J/kg）
【分析】已知汽油的质量和热值，可利用公式Q＝mq求出热量；已知热机的效率，可利用公式W＝Qη求出功；已知功率，可利用公式t＝求出时间；已知速度，可利用公式s＝vt求时间。
【解答】解：
P＝40kW＝40000W，
Q＝mq＝4.6×107J/kg×5kg＝2.3×108J，
W＝Qη＝2.3×108J×20%＝4.6×107J，
t＝＝＝1150s，
s＝vt＝20m/s×1150s＝23000m＝23km。
答：还可前进23km。
【点评】本题是一道电学与力学的综合应用题，综合应用了热量和速度的计算公式，与生活相连，使学生觉得学了物理有用，且加强了学生的节能环保的意识，注意计算时的单位变换要正确。
8．一汽车以某一速度匀速行驶时所受到的阻力为900N，百公里油耗为10L（汽油的密度：ρ汽油＝0.71×103kg/m3，汽油的热值：q汽油＝4.6×107J/kg）．求：
（1）10L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）该车汽油机的效率。
【分析】（1）根据密度计算公式的推导公式m＝ρ计算出汽油的质量；根据燃料燃烧放出热量公式Q＝mq可计算汽油完全燃烧释放的热量。
（2）求出有用功，利用效率公式求汽油机的机械效率。
【解答】解：（1）V＝10L＝10dm3＝10×10﹣3m3，
由ρ＝得，
m＝ρV＝0.71×103kg/m3×10×10﹣3m3＝7.1kg；
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝qm＝4.6×107J/kg×7.1kg＝3.266×108J；
（2）汽车的有用功：
W有用＝Fs＝900N×100×1000m＝9×107J；
在测试时间内该汽车的效率：
η＝×100%＝×100%≈27%。
答：（1）汽油完全燃烧放出的热量是3.266×108J；
（2）汽车的效率是27%。
【点评】本题考查了功的计算、功率的计算、效率的计算，要求灵活选用公式，涉及到汽油机工作时的能量损耗，属于难题。
9．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20kW．若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25%．求小汽车在这段路程中：
（1）运动的时间；
（2）发动机所做的功；
（3）消耗汽油的质量。
【分析】（1）已知汽车的行驶速度和行驶的距离，根据公式t＝可求运动时间。
（2）已知发动机的实际功率和行驶的时间，根据公式W＝Pt可求发动机所做的功。
（3）汽油完全燃烧释放的热量根据公式Q＝qm可求，还知道小汽车发动机的效率η＝，二式联立可求汽油的质量。
【解答】解：（1）速度V＝72km/h＝20m/s
运动时间t＝＝＝5000s；
（2）发动机所做的功：W＝Pt＝20000W×5000s＝1×108J；
（3）汽油完全燃烧释放的热量Q＝qm，又因为Q＝，
所以m＝＝＝＝8.7kg。
答：（1）运动的时间为5000s；
（2）发动机所做的功为1×108J；
（3）消耗汽油的质量消耗汽油的质量为8.7kg。
【点评】本题考查时间、做功、质量的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，还要注意单位的换算。
10．重104N的汽车在水平路面匀速运动，所受阻力为920N，汽车牵引力功率为9.2kW，其汽油发动机效率为20%（汽油热值是4.6×107J/kg），求汽车运动100s内：
（1）发动机对汽车的牵引力多大？
（2）牵引力做了多少功？
（3）汽车通过的距离多长？
（4）发动机消耗汽油质量是多少？
【分析】（1）水平方向匀速直线运动的物体受到的牵引力与阻力是一对平衡力；
（2）已知牵引力的功率和运动时间，利用公式W＝Pt得到牵引力做的功；
（3）已知牵引力做的功和牵引力的大小，利用功变形公式得到汽车通过的距离；
（4）已知牵引力做的功和发动机的效率，可以得到汽油放出的热量；已知汽油放出的热量和汽油的热值，利用公式m＝得到汽油的质量。
【解答】已知：f＝920N P＝9.2kW＝9200W η＝20% q＝4.6×107J/kg t＝100s
求：（1）F＝？（2）W＝？（3）s＝？（4）m＝？
解：
（1）发动机对汽车的牵引力为F＝f＝920N；
（2）∵P＝，
∴牵引力做的功为W＝Pt＝9200W×100s＝9.2×105J；
（3）∵W＝Fs，
∴汽车通过的距离为s＝＝＝1000m；
（4）汽油机需要的热量为Q＝＝＝4.6×106J，
∵Q＝mq，
消耗汽油的质量为m＝＝＝0.1kg。
答：
（1）发动机对汽车的牵引力为920N；
（2）牵引力做的功为9.2×105J；
（3）汽车通过的距离为1000m；
（4）消耗汽油的质量为m＝＝＝0.1kg。
【点评】此题考查了二力平衡条件的应用、功、功率、效率和热量的计算，是一道力热综合题，考查的规律较大且非常重要，需要熟练掌握基本规律或公式，并能选择应用。
