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人教版物理九年级上第十四章第二节细化知识点同步练习——热量与功、功率相关的热机的效率(3)
一、实验探究题
1.(2022九上·惠州期末)小明一家驾车旅行,汽车应用了好多物理知识,请回答下列问题:
(1)加油时闻到汽油味,说明分子在 ;
(2)图示为车发动机的 冲程,其能量转化情况是 ;
(3)若车的总质量为1.5t,匀速直线行驶9km,所受阻力为车重的0.l倍,完全燃烧汽油1L,则1L汽油完全燃烧放出的热量是 J,车所受牵引力是 N,车的工作效率是 %。( 汽油=0.8×l03kg/m3,q汽油=4.5×l07J/kg,g 取10N/kg)
【答案】(1)无则规运动
(2)压缩;机械能转化为内能
(3)3.6×107;1.5×103;37.5%
【知识点】密度公式及其应用;燃料的热值;内燃机的四个冲程;有关热机的计算;重力及其大小的计算;分子热运动
【解析】【解答】(1)给汽车加油时,会闻到汽油味,从物理学角度来看,属于扩散现象,这个现象表明这汽油分子在不停地做无规则运动
(2)图中进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,为压缩冲程,机械能转化为内能。
(3)汽油的体积为
,根据
,汽油的质量为
根据
,1L汽油完全燃烧放出的热量
汽车的重力为
车所受的阻力为
因为汽车匀速行驶,所以牵引力与阻力是对平衡力,故有
牵引力做的功为
车的效率为
【分析】(1)闻到气味说明分子在不停的无规则运动;
(2)汽油机的气门关闭,活塞上行,是压缩冲程,将机械能转化为内能;
(3)根据物体的密度和体积的乘积,计算质量,结合热值,计算热量;根据质量计算物体的重力,结合摩擦力和重力关系,计算摩擦力;利用力和距离的乘积,计算做功多少;根据有用功和总热的比值, 计算热机效率。
二、计算题
2.(2022九下·月考)某校学生乘坐校车到距离9km处的考点参加考试(设道路是平直、均匀材质的路面),校车与所载学生的总质量为9000kg,车轮与地面的接触总面积为0.15m2.问:
(1)校车对地面的压强多大?
(2)若校车以12m/s的速度匀速行驶时受到的阻力为4500N,则校车发动机牵引力的功率是多大?
(3)若校车匀速驶完全程共消耗了4.8kg燃油(假设燃油完全燃烧,燃油的热值为3.2×107J/kg),则校车发动机的效率是多少?
【答案】(1)校车对地面的压力:F1=G=m1g=9000kg×9.8N/kg=8.82×104N,
校车对地面的压强:P1= = =5.88×105Pa;
(2)因为汽车做匀速直线行驶,所以牵引力:F2=f=4500N,
则牵引力功率:P2=F2v=4500N×12m/s=5.4×104W;
(3)牵引力做功:W=F2s2=4500N×9000m=4.05×107J,
燃油完全燃烧放出的热量:Q放=m2q=4.8kg×3.2×107J/kg=1.536×108J,
则发动机的效率:η= ×100%= ×100%≈26.37%.
【知识点】功率的计算;热机的效率;压强的大小及其计算
【解析】【分析】(1)汽车在水平路面上,压力大小等于总重力大小,受力面积为汽车总接触面积,由压强公式计算车对地面压强;
(2)汽车做匀速直线行驶,牵引力等于阻力,由P=Fv计算功率;
(3)牵引力做功为有用功,发动机的效率为。
3.(2022九下·肇州月考)如图所示,为四轮双缸某品牌老年代步车,参数如下表。若代步车在平直公路上以最高速度36km/h匀速行驶(汽油的热值为4.6×107J/kg,汽油密度为0.8×103kg/m3,g=10N/kg)求:
油箱容积 30L
车总质量 500kg
发动机效率 25%
最大功率 8.0×103W
与地接触总面积 0.1m2
(1)该老年车以最高速度匀速行驶时所受的阻力?
(2)一箱油完全燃烧放出的热量是多少?
(3)一箱油能使该车以最高速度行驶多远?
【答案】(1)解:老年车的最大功率为8.0×103W,老年车的最高速度是36km/h,即10m/s,由
可得,老年车匀速运动时的牵引力
老年车匀速运动时受力平衡,牵引力等于阻力,所以匀速行驶时老年车所受阻力为800N。
答:该老年车以最高速度匀速行驶时所受的阻力为800N
(2)解:油箱容积是30L,即0.03m3,油的质量
汽油完全燃烧放出的热量Q放=qm=4.6×107J/kg×24kg=1.104×109J
答:一箱油完全燃烧放出的热量是1.104×109J;
(3)解:发动机效率为25%,由可知,老年车的有用功W=Q放η=1.104×109J×25%=2.76×108J
根据W=Fs可得,老年车可以行驶的路程
答:以最高速度行驶的路程3.44×105m。
【知识点】功率的计算;燃料的热值;热机的效率
【解析】【分析】(1)由可得老年车匀速运动时的牵引力。
(2)利用密度计算公式求得油的质量,再利用Q放=qm求得汽油完全燃烧放出的热量。
(3)由可知老年车的有用功,再根据W=Fs可得老年车可以行驶的路程。
4.(2021九上·凤山期末)随着人们生活水平的提高,轿车已逐步进入我国普通百姓家中。已知某国产轿车每100km消耗8L汽油(1L=10-3m3),汽油的密度为0.71×103kg/m 、热值为4.6×107J/kg。则:
(1)10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是多少J?
(2)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是多少kg?
(3)若该汽车在平直公路上行驶时受到的阻力为1000N,则此汽车发动机的效率为多少?
【答案】(1)解:10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是Q放=m1q=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
答:10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是4.6×108J
(2)解:该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是m2=ρV=0.71×103kg/m ×8×10-3m3=5.68kg
答:该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是5.68kg;
(3)解:汽车在平直公路上行驶时做的功为W=Fs=fs=1000N×105m=108J
消耗的汽油共放出的热量是Q=m2q=5.68kg×4.6×107J/kg=2.6128×108J
汽车发动机的效率为
答:汽车发动机的效率为38.3%。
【知识点】密度公式及其应用;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)利用Q放=qm可求出10kg汽油完全燃烧时所产生的热量。
(2)利用ρ=可求出消耗的汽油质量。
(3)已知汽车行驶时受到的阻力,由二力平衡的条件可得出汽车的牵引力;利用W=Fs可求出汽车牵引力做的有用功,利用Q放=qm求出汽车行驶100km消耗的汽油完全燃烧放出的热量;最后根据可求出汽车发动机的效率。
5.(2021九上·崆峒期末)2020年2月17日,两张“运-20机票”在微信朋友刷屏,“运-20飞机票致敬白衣战士”登上微博热搜榜,无数网友点赞.若运-20在高空中飞行时在恒定的水平推力F的作用下,以的速度沿水平方向匀速航行,需要完全燃烧航空煤油,已知飞机发动机的机械功率是,航空煤油的热值为。试求:
(1)航空煤油完全燃烧放出的热量;
(2)发动机获得的水平推力F;
(3)该飞机发动机的效率。
【答案】(1)解:根据题意知道,燃烧煤油的质量m=4800kg,则煤油完全燃烧放出的热量为Q放=mq=4800kg×4×107J/kg=1.92×1011J
答:4800kg航空煤油完全燃烧放出的热量为1.92×1011J
(2)解:根据题意知道,发动机的功率P=3.2×107W,速度v=720km/h=200m/s
由
知道,发动机的水平推力为
答:发动机获得的水平推力F为1.6×105N
(3)解:该发动机做的有用功为W=Pt=3.2×107W×1×3600s=1.152×1011J
则该飞机发动机的效率为
答:该飞机发动机的效率为60%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率
【解析】【分析】(1)利用Q放=mq可求出煤油完全燃烧放出的热量。
(2)利用可求出发动机的水平推力F。
(3)利用W=Pt可求出发动机做的有用功,再利用求出发动机的效率。
6.(2021九上·瑶海期末)汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶15km,该过程中汽车受到的阻力为1440N,汽油机效率为30%(假设汽油完全燃烧,q汽油=4.5×10J/kg),求汽车行驶15km所消耗的汽油的质量。
【答案】解:汽车做匀速直线运动,汽车受到的牵引力为
汽车牵引力做的功为
汽油机效率为30%,则汽车行驶15km,需要汽油放出的热量为
由得,汽车行驶15km所消耗的汽油的质量
答:汽车行驶15km所消耗的汽油的质量为1.6kg。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】 汽车做匀速直线运动,汽车受到的牵引力 等于阻力,利用W=Fs求得汽车牵引力做的功,进一步利用求得需要汽油放出的热量,最后利用求得汽车行驶15km所消耗的汽油的质量。
7.(2021九上·江都月考)某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶,行驶600s,汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J,消耗汽油2.5kg(假设汽油在发动机气缸内完全燃烧,汽油热值取q=4.6×107J/kg,g=10N/kg)。针对这一过程,求:
(1)汽车行驶的路程;
(2)汽车受到的阻力;
(3)汽车发动机的效率。
【答案】(1)解:汽车行驶的路程为
答:汽车行驶的路程为15×104m
(2)解:因为汽车匀速直线行驶,所以受到的阻力f和牵引力F是一对平衡力,汽车受到的阻力为
答:汽车受到时阻力2000N;
(3)解:2.5kg汽油完全燃烧放出的热量为
汽车发动机的效率为
答:汽车发动机的效率为26.1%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;速度公式及其应用;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据速度和时间的乘积计算路程;
(2)利用功和距离的比值,计算力的大小;
(3)根据燃料的质量和热值的乘积,计算热量,根据功和总热的比值, 计算热机效率。
8.(2021九上·合肥期中)随着经济水平的不断提高,小汽车越来越多地走进了我市普通百姓人家。如表为小明同学家小汽车的有关数据:
小汽车的总质量1500kg 小汽车的额定功率50kW
汽车轮胎与地面接触的总面积0.1m2 100km耗油量8L
水箱中装满水质量2.5kg 汽油的密度0.71×103kg/m3
求:
(1)某次行驶中,若水箱中水温度升高20℃,则水吸收多少热量?
(2)假若小汽车发动机的效率为30%,该小汽车在水平路面上以额定功率匀速直线行驶0.5h,此过程中小汽车消耗的汽油质量是多少?(汽油的热值为4.6×107J/kg,g=10N/kg)
【答案】(1)解:水吸收的热量Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg ℃)×2.5kg×20℃=2.1×105J
答:水吸收热量为2.1×105J;
(2)由 可得,小汽车以额定功率匀速直线行驶0.5h牵引力所做的功W=Pt=5×104W×0.5×3600s=9×107J
由η= ×100%可得,消耗汽油完全燃烧释放的热量Q放= = =3×108J
由Q放=mq可得,需要消耗的汽油m′= ≈6.52kg
答:此过程中小汽车消耗的汽油是6.52kg。
【知识点】热量的计算;燃料的热值;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)利用物体的比热容、质量和温度差的乘积,计算热量;
(2)根据功率和时间的乘积,计算做功多少;利用功和热效率的比值计算燃料放出的热量,结合热值,计算燃料的质量。
9.(2021九上·江宁期中)我国第一款自主品牌的高端豪华轿车“红旗HQ3”在某段平直公路上进行测试,汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min,消耗燃油0.3kg,汽车发动机的牵引力是1000N。燃油的热值为4.5×107J/kg。求:
(1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量Q放;
(2)发动机牵引力的功率P;
(3)发动机的能量转化效率η。
【答案】(1)解:消耗的燃油完全燃烧产生的热量Q放=mq=0.3kg×4.5×107J/kg=1.35×107J
答:消耗的燃油完全燃烧产生的热量为1.35×107J;
(2)发动机牵引力的功率P=Fv=1000N×18m/s=1.8×104W
答:发动机牵引力的功率为1.8×104W;
(3)发动机做的功W=Pt=1.8×104W×5×60s=5.4×106J
则发动机的能量转化效率
答:发动机的能量转化效率为40%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据燃料的质量和热值的乘积计算热量;
(2)利用力和速度的乘积,计算功率大小;
(3)根据功率和时间的乘积计算总功;利用功和总热的比值计算热机效率。
10.(2021九上·岷县期中)一辆正在匀速直线行驶的汽车速度是72km/h,所受阻力为1500N,从甲地到乙地距离150km,已知汽车的总耗油15kg,汽油的热值为4.6×107J/kg,求:
(1)该车从甲地到乙地克服阻力做多少功?
(2)汽车行驶时的功率是多少?
(3)汽车的效率是多少?
【答案】(1)解:汽车从甲地到乙地克服阻力做功
答:该车从甲地到乙地克服阻力做2.25×108J功;
(2)因为汽车在做匀速直线运动,所以牵引力
汽车的速度
则汽车行驶时的功率
答:汽车行驶时的功率是3×104W;
(3)15kg汽油完全燃烧放出的热量
汽车的效率
答:汽车的效率是32.6%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;有关热机的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据力和力的方向上移动距离的乘积,计算做功多少;
(2)根据力和速度的乘积,计算功率的大小;
(3)根据燃料的质量和热值的乘积计算热量,利用功和总热的比值计算热机效率。
11.(2021九上·晋安期中)如图所示,是最新一款无人驾驶汽车原型图。该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离时,消耗汽油 。汽油机的效率为 ,那么,在这段运动过程中,(已知:汽油的热值为 , )求:
(1) 汽油完全燃烧放出的热量是多少?
(2)假设该汽车在这次行驶过程中,发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的 ,这些废气的能量全部被质量 的水吸收,水升高的温度是多少?(水未沸腾)
(3)如果汽油机的效率不变,汽车匀速运动时的阻力为 ,消耗 汽油汽车通过的路程是多少 ?
【答案】(1)解: 汽油完全燃烧放出的热量
答: 汽油完全燃烧放出的热量是 ;
(2)水吸收的热量为
由 得水升高的温度
答:水升高的温度是 ;
(3)汽车匀速运动,牵引力等于所受阻力
汽车做的有用功为
汽车通过的路程为
答:如果汽油机的效率不变,汽车匀速运动时的阻力为 ,消耗 汽油汽车通过的路程是 。
【知识点】热量的计算;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据燃料的质量和热值的乘积,计算热量;
(2)利用热效率计算物体吸收的热量,结合比热容、质量,计算温度差;
(3)根据热机效率计算机器的有用功,利用物体受到的力计算距离。
12.(2021九上·章贡期中)一辆厢式小货车正在运送物资,空车质量为1.5t,满载时载货量为2.5t,满载时百公里油耗为20L,如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶100km,货车受到的阻力是车重的 ,那么在此过程中:(燃油密度为0.8×103kg/m3,燃油热值为5×107J/kg,g取10N/kg)
(1)该货车匀速行驶时受到的阻力大小?
(2)该货车发动机牵引力做的有用功是多少?
(3)燃油完全燃烧放出的热量是多少?
(4)该货车发动机的效率是多少?
【答案】(1)解:小货车装满货物时,总质量
根据重力的计算公式可得,总重力为
故由题意可知,该货车匀速行驶时受到的阻力为
答:该货车匀速行驶时受到的阻力为4×103N
(2)解:汽车做匀速直线运动,由平衡条件得,发动机的牵引力为
根据有用功的计算公式可得,汽车对外输出的有用功为
答:该货车发动机牵引力做的有用功为4×108J
(3)解:由热值的计算公式可得,燃油完全燃烧放出的热量为
答:燃油完全燃烧放出的热量是为8×108J;
(4)解:根据热机效率的计算公式可得,发动机的效率为
答:该货车发动机的效率是为50%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;重力及其大小的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据物体的质量计算重力;结合摩擦力和重力关系,计算力的大小;
(2)根据二力平衡,计算牵引力,结合距离计算做功多少;
(3)根据燃料的热值和质量的乘积,计算做功多少;
(4)根据有用功和总热的比值,计算热机效率。
13.(2021九上·凤山期中)改革开放以来,我国人民的生活水平不断提高,汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km,消耗了汽油4kg,汽车发动机功率为12kw,已知:汽油的热值为q=4.6×107J/kg。求该汽车匀速行驶100km过程中:
(1)消耗的汽油完全燃烧放出的热量;
(2)发动机所做的功。
【答案】(1)解:4kg汽油完全燃烧释放出的热量Q=qm=4.6×107J/kg×4kg=1.84×108J
答:消耗的汽油完全燃烧放出的热量为1.84×108J;
(2)解:由v= 得,汽车行驶100km用时为t=
发动机所做的功W=Pt=12×103W×5000s=6×107J
答:发动机所做的功为6×107J。
【知识点】功率的计算;燃料的热值;速度公式及其应用
【解析】【分析】(1)利用Q=qm求得4kg汽油完全燃烧释放出的热量。
(2)由v= 得,汽车行驶100km用时,再利用W=Pt求得发动机所做的功。
14.(2021九上·深圳月考)安徽江淮汽车有限公司是一家大型的汽车生产基地.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,受到的平均阻力是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)专用车牵引力所做的功.
(2)燃油放出的热量.
(3)该专用车的热机效率是多少
【答案】(1)由二力平衡知识可得汽车的牵引力等于受到的阻力:F=3.0×103N,s=5.6km
根据功计算公式:W=Fs =3.0×103N·5600m =1.68×107J .
(2)根据题意可知:ρ=0.8×103kg/m3,V=1.5×10-3m3,
可计算出燃油质量:m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.2 kg,
燃油的热值:q=4×107J/kg,
可计算出燃油放出的热量:Q= mq =1.2 kg×4×107J/kg =4.8×107J。
(3)热机效率为所做有用功与消耗总能量的比值,η= W/Q=1.68×107J/4.8×107J=35%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)结合汽车的运动状态可知牵引力等于受到的阻力,再利用W=Fs求得牵引力所做的功。
(2)利用m=ρV可计算出燃油质量,进一步利用Q= mq求得燃油放出的热量。
(3)利用η= 求得热机效率。
三、综合题
15.(2022·郑州月考)氢燃料被认为是21世纪最理想的能源。如图所示的氢燃料新能源公交车,满载时的质量为20t,某次满载后从A站出发,在水平地面上以36km/h的速度匀速行驶到B站,用时2min30s,此过程中公交车所受阻力为总重的0.07倍。(q氢=1.4×108J/kg,g=10N/kg)请作答:
(1)公交车行驶时轮胎会发热,这是通过 的方式改变轮胎的内能;氢燃料具备的优点有 (写出一条即可);
(2)公交车行驶的路程是多少?
(3)该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率是多少?
(4)若该公交车从A站出发到B站消耗氢燃料0.4kg,该公交车发动机的效率为多少?
【答案】(1)做功;热值高
(2)由题意可知,公交车行驶的速度为v=36km/h=10m/s
行驶时间为t=2min30s=150s
故由可得,公交车行驶的路程为s=vt=10m/s×150s=1500m
答:公交车行驶的路程是1500m;
(3)由题意可知,公交车满载时的质量为m=20t=2×104kg
故公交车满载时的重力为G=mg=2×104kg×10N/kg=2×105N
公交车满载匀速行驶时,所受的阻力为总重的0.07倍,即f=0.07G=1.4×104N
因公交车做匀速直线运动,处于受力平衡状态,故由二力平衡可知,公交车的牵引力等于所受阻力,即F=f=1.4×104N
由P=Fv可得,该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率为P=Fv=1.4×104N×10m/s=1.4×105W
答:该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率是1.4×105W;
(4)由Q=qm可知,公交车消耗氢燃料0.4kg,释放的热量为Q=qm=1.4×108J/kg×0.4kg=5.6×107J
发动机输出的有用功为W=Fs=1.4×104N×1500m=2.1×107J
故公交车发动机的效率为
答:若该公交车从A站出发到B站消耗氢燃料0.4kg,该公交车发动机的效率为37.5%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率;速度公式及其应用;功的计算及应用
【解析】【解答】(1)公交车行驶时轮胎会发热,是由于轮胎要克服地面的摩擦阻力做功,使得轮胎的内能增大,这是通过做功的方式改变物体的内能。
氢燃料的热值大,与相同质量的其它燃料相比,氢燃料完全燃烧释放的热量更多。
【分析】(1)物体间摩擦时,通过做功改变内能;不同燃料的热值不同;
(2)利用物体的速度和时间的乘积,计算路程;
(3)根据物体的质量计算重力大小;根据物体受到的力和速度的乘积,计算功率的大小;
(4)根据燃料的热值和质量的乘积,计算热量,利用力和距离的乘积,计算做过多少;根据功和热量的比值, 计算热机效率。
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人教版物理九年级上第十四章第二节细化知识点同步练习——热量与功、功率相关的热机的效率(3)
一、实验探究题
1.(2022九上·惠州期末)小明一家驾车旅行,汽车应用了好多物理知识,请回答下列问题:
(1)加油时闻到汽油味,说明分子在 ;
(2)图示为车发动机的 冲程,其能量转化情况是 ;
(3)若车的总质量为1.5t,匀速直线行驶9km,所受阻力为车重的0.l倍,完全燃烧汽油1L,则1L汽油完全燃烧放出的热量是 J,车所受牵引力是 N,车的工作效率是 %。( 汽油=0.8×l03kg/m3,q汽油=4.5×l07J/kg,g 取10N/kg)
二、计算题
2.(2022九下·月考)某校学生乘坐校车到距离9km处的考点参加考试(设道路是平直、均匀材质的路面),校车与所载学生的总质量为9000kg,车轮与地面的接触总面积为0.15m2.问:
(1)校车对地面的压强多大?
(2)若校车以12m/s的速度匀速行驶时受到的阻力为4500N,则校车发动机牵引力的功率是多大?
(3)若校车匀速驶完全程共消耗了4.8kg燃油(假设燃油完全燃烧,燃油的热值为3.2×107J/kg),则校车发动机的效率是多少?
3.(2022九下·肇州月考)如图所示,为四轮双缸某品牌老年代步车,参数如下表。若代步车在平直公路上以最高速度36km/h匀速行驶(汽油的热值为4.6×107J/kg,汽油密度为0.8×103kg/m3,g=10N/kg)求:
油箱容积 30L
车总质量 500kg
发动机效率 25%
最大功率 8.0×103W
与地接触总面积 0.1m2
(1)该老年车以最高速度匀速行驶时所受的阻力?
(2)一箱油完全燃烧放出的热量是多少?
(3)一箱油能使该车以最高速度行驶多远?
4.(2021九上·凤山期末)随着人们生活水平的提高,轿车已逐步进入我国普通百姓家中。已知某国产轿车每100km消耗8L汽油(1L=10-3m3),汽油的密度为0.71×103kg/m 、热值为4.6×107J/kg。则:
(1)10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是多少J?
(2)该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是多少kg?
(3)若该汽车在平直公路上行驶时受到的阻力为1000N,则此汽车发动机的效率为多少?
5.(2021九上·崆峒期末)2020年2月17日,两张“运-20机票”在微信朋友刷屏,“运-20飞机票致敬白衣战士”登上微博热搜榜,无数网友点赞.若运-20在高空中飞行时在恒定的水平推力F的作用下,以的速度沿水平方向匀速航行,需要完全燃烧航空煤油,已知飞机发动机的机械功率是,航空煤油的热值为。试求:
(1)航空煤油完全燃烧放出的热量;
(2)发动机获得的水平推力F;
(3)该飞机发动机的效率。
6.(2021九上·瑶海期末)汽车在一段平直的高速公路上匀速行驶15km,该过程中汽车受到的阻力为1440N,汽油机效率为30%(假设汽油完全燃烧,q汽油=4.5×10J/kg),求汽车行驶15km所消耗的汽油的质量。
7.(2021九上·江都月考)某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶,行驶600s,汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J,消耗汽油2.5kg(假设汽油在发动机气缸内完全燃烧,汽油热值取q=4.6×107J/kg,g=10N/kg)。针对这一过程,求:
(1)汽车行驶的路程;
(2)汽车受到的阻力;
(3)汽车发动机的效率。
8.(2021九上·合肥期中)随着经济水平的不断提高,小汽车越来越多地走进了我市普通百姓人家。如表为小明同学家小汽车的有关数据:
小汽车的总质量1500kg 小汽车的额定功率50kW
汽车轮胎与地面接触的总面积0.1m2 100km耗油量8L
水箱中装满水质量2.5kg 汽油的密度0.71×103kg/m3
求:
(1)某次行驶中,若水箱中水温度升高20℃,则水吸收多少热量?
(2)假若小汽车发动机的效率为30%,该小汽车在水平路面上以额定功率匀速直线行驶0.5h,此过程中小汽车消耗的汽油质量是多少?(汽油的热值为4.6×107J/kg,g=10N/kg)
9.(2021九上·江宁期中)我国第一款自主品牌的高端豪华轿车“红旗HQ3”在某段平直公路上进行测试,汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min,消耗燃油0.3kg,汽车发动机的牵引力是1000N。燃油的热值为4.5×107J/kg。求:
(1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量Q放;
(2)发动机牵引力的功率P;
(3)发动机的能量转化效率η。
10.(2021九上·岷县期中)一辆正在匀速直线行驶的汽车速度是72km/h,所受阻力为1500N,从甲地到乙地距离150km,已知汽车的总耗油15kg,汽油的热值为4.6×107J/kg,求:
(1)该车从甲地到乙地克服阻力做多少功?
(2)汽车行驶时的功率是多少?
(3)汽车的效率是多少?
11.(2021九上·晋安期中)如图所示,是最新一款无人驾驶汽车原型图。该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离时,消耗汽油 。汽油机的效率为 ,那么,在这段运动过程中,(已知:汽油的热值为 , )求:
(1) 汽油完全燃烧放出的热量是多少?
(2)假设该汽车在这次行驶过程中,发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的 ,这些废气的能量全部被质量 的水吸收,水升高的温度是多少?(水未沸腾)
(3)如果汽油机的效率不变,汽车匀速运动时的阻力为 ,消耗 汽油汽车通过的路程是多少 ?
12.(2021九上·章贡期中)一辆厢式小货车正在运送物资,空车质量为1.5t,满载时载货量为2.5t,满载时百公里油耗为20L,如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶100km,货车受到的阻力是车重的 ,那么在此过程中:(燃油密度为0.8×103kg/m3,燃油热值为5×107J/kg,g取10N/kg)
(1)该货车匀速行驶时受到的阻力大小?
(2)该货车发动机牵引力做的有用功是多少?
(3)燃油完全燃烧放出的热量是多少?
(4)该货车发动机的效率是多少?
13.(2021九上·凤山期中)改革开放以来,我国人民的生活水平不断提高,汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km,消耗了汽油4kg,汽车发动机功率为12kw,已知:汽油的热值为q=4.6×107J/kg。求该汽车匀速行驶100km过程中:
(1)消耗的汽油完全燃烧放出的热量;
(2)发动机所做的功。
14.(2021九上·深圳月考)安徽江淮汽车有限公司是一家大型的汽车生产基地.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,受到的平均阻力是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)专用车牵引力所做的功.
(2)燃油放出的热量.
(3)该专用车的热机效率是多少
三、综合题
15.(2022·郑州月考)氢燃料被认为是21世纪最理想的能源。如图所示的氢燃料新能源公交车,满载时的质量为20t,某次满载后从A站出发,在水平地面上以36km/h的速度匀速行驶到B站,用时2min30s,此过程中公交车所受阻力为总重的0.07倍。(q氢=1.4×108J/kg,g=10N/kg)请作答:
(1)公交车行驶时轮胎会发热,这是通过 的方式改变轮胎的内能;氢燃料具备的优点有 (写出一条即可);
(2)公交车行驶的路程是多少?
(3)该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率是多少?
(4)若该公交车从A站出发到B站消耗氢燃料0.4kg,该公交车发动机的效率为多少?
答案解析部分
1.【答案】(1)无则规运动
(2)压缩;机械能转化为内能
(3)3.6×107;1.5×103;37.5%
【知识点】密度公式及其应用;燃料的热值;内燃机的四个冲程;有关热机的计算;重力及其大小的计算;分子热运动
【解析】【解答】(1)给汽车加油时,会闻到汽油味,从物理学角度来看,属于扩散现象,这个现象表明这汽油分子在不停地做无规则运动
(2)图中进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,为压缩冲程,机械能转化为内能。
(3)汽油的体积为
,根据
,汽油的质量为
根据
,1L汽油完全燃烧放出的热量
汽车的重力为
车所受的阻力为
因为汽车匀速行驶,所以牵引力与阻力是对平衡力,故有
牵引力做的功为
车的效率为
【分析】(1)闻到气味说明分子在不停的无规则运动;
(2)汽油机的气门关闭,活塞上行,是压缩冲程,将机械能转化为内能;
(3)根据物体的密度和体积的乘积,计算质量,结合热值,计算热量;根据质量计算物体的重力,结合摩擦力和重力关系,计算摩擦力;利用力和距离的乘积,计算做功多少;根据有用功和总热的比值, 计算热机效率。
2.【答案】(1)校车对地面的压力:F1=G=m1g=9000kg×9.8N/kg=8.82×104N,
校车对地面的压强:P1= = =5.88×105Pa;
(2)因为汽车做匀速直线行驶,所以牵引力:F2=f=4500N,
则牵引力功率:P2=F2v=4500N×12m/s=5.4×104W;
(3)牵引力做功:W=F2s2=4500N×9000m=4.05×107J,
燃油完全燃烧放出的热量:Q放=m2q=4.8kg×3.2×107J/kg=1.536×108J,
则发动机的效率:η= ×100%= ×100%≈26.37%.
【知识点】功率的计算;热机的效率;压强的大小及其计算
【解析】【分析】(1)汽车在水平路面上,压力大小等于总重力大小,受力面积为汽车总接触面积,由压强公式计算车对地面压强;
(2)汽车做匀速直线行驶,牵引力等于阻力,由P=Fv计算功率;
(3)牵引力做功为有用功,发动机的效率为。
3.【答案】(1)解:老年车的最大功率为8.0×103W,老年车的最高速度是36km/h,即10m/s,由
可得,老年车匀速运动时的牵引力
老年车匀速运动时受力平衡,牵引力等于阻力,所以匀速行驶时老年车所受阻力为800N。
答:该老年车以最高速度匀速行驶时所受的阻力为800N
(2)解:油箱容积是30L,即0.03m3,油的质量
汽油完全燃烧放出的热量Q放=qm=4.6×107J/kg×24kg=1.104×109J
答:一箱油完全燃烧放出的热量是1.104×109J;
(3)解:发动机效率为25%,由可知,老年车的有用功W=Q放η=1.104×109J×25%=2.76×108J
根据W=Fs可得,老年车可以行驶的路程
答:以最高速度行驶的路程3.44×105m。
【知识点】功率的计算;燃料的热值;热机的效率
【解析】【分析】(1)由可得老年车匀速运动时的牵引力。
(2)利用密度计算公式求得油的质量,再利用Q放=qm求得汽油完全燃烧放出的热量。
(3)由可知老年车的有用功,再根据W=Fs可得老年车可以行驶的路程。
4.【答案】(1)解:10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是Q放=m1q=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
答:10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是4.6×108J
(2)解:该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是m2=ρV=0.71×103kg/m ×8×10-3m3=5.68kg
答:该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是5.68kg;
(3)解:汽车在平直公路上行驶时做的功为W=Fs=fs=1000N×105m=108J
消耗的汽油共放出的热量是Q=m2q=5.68kg×4.6×107J/kg=2.6128×108J
汽车发动机的效率为
答:汽车发动机的效率为38.3%。
【知识点】密度公式及其应用;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)利用Q放=qm可求出10kg汽油完全燃烧时所产生的热量。
(2)利用ρ=可求出消耗的汽油质量。
(3)已知汽车行驶时受到的阻力,由二力平衡的条件可得出汽车的牵引力;利用W=Fs可求出汽车牵引力做的有用功,利用Q放=qm求出汽车行驶100km消耗的汽油完全燃烧放出的热量;最后根据可求出汽车发动机的效率。
5.【答案】(1)解:根据题意知道,燃烧煤油的质量m=4800kg,则煤油完全燃烧放出的热量为Q放=mq=4800kg×4×107J/kg=1.92×1011J
答:4800kg航空煤油完全燃烧放出的热量为1.92×1011J
(2)解:根据题意知道,发动机的功率P=3.2×107W,速度v=720km/h=200m/s
由
知道,发动机的水平推力为
答:发动机获得的水平推力F为1.6×105N
(3)解:该发动机做的有用功为W=Pt=3.2×107W×1×3600s=1.152×1011J
则该飞机发动机的效率为
答:该飞机发动机的效率为60%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率
【解析】【分析】(1)利用Q放=mq可求出煤油完全燃烧放出的热量。
(2)利用可求出发动机的水平推力F。
(3)利用W=Pt可求出发动机做的有用功,再利用求出发动机的效率。
6.【答案】解:汽车做匀速直线运动,汽车受到的牵引力为
汽车牵引力做的功为
汽油机效率为30%,则汽车行驶15km,需要汽油放出的热量为
由得,汽车行驶15km所消耗的汽油的质量
答:汽车行驶15km所消耗的汽油的质量为1.6kg。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】 汽车做匀速直线运动,汽车受到的牵引力 等于阻力,利用W=Fs求得汽车牵引力做的功,进一步利用求得需要汽油放出的热量,最后利用求得汽车行驶15km所消耗的汽油的质量。
7.【答案】(1)解:汽车行驶的路程为
答:汽车行驶的路程为15×104m
(2)解:因为汽车匀速直线行驶,所以受到的阻力f和牵引力F是一对平衡力,汽车受到的阻力为
答:汽车受到时阻力2000N;
(3)解:2.5kg汽油完全燃烧放出的热量为
汽车发动机的效率为
答:汽车发动机的效率为26.1%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;速度公式及其应用;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据速度和时间的乘积计算路程;
(2)利用功和距离的比值,计算力的大小;
(3)根据燃料的质量和热值的乘积,计算热量,根据功和总热的比值, 计算热机效率。
8.【答案】(1)解:水吸收的热量Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg ℃)×2.5kg×20℃=2.1×105J
答:水吸收热量为2.1×105J;
(2)由 可得,小汽车以额定功率匀速直线行驶0.5h牵引力所做的功W=Pt=5×104W×0.5×3600s=9×107J
由η= ×100%可得,消耗汽油完全燃烧释放的热量Q放= = =3×108J
由Q放=mq可得,需要消耗的汽油m′= ≈6.52kg
答:此过程中小汽车消耗的汽油是6.52kg。
【知识点】热量的计算;燃料的热值;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)利用物体的比热容、质量和温度差的乘积,计算热量;
(2)根据功率和时间的乘积,计算做功多少;利用功和热效率的比值计算燃料放出的热量,结合热值,计算燃料的质量。
9.【答案】(1)解:消耗的燃油完全燃烧产生的热量Q放=mq=0.3kg×4.5×107J/kg=1.35×107J
答:消耗的燃油完全燃烧产生的热量为1.35×107J;
(2)发动机牵引力的功率P=Fv=1000N×18m/s=1.8×104W
答:发动机牵引力的功率为1.8×104W;
(3)发动机做的功W=Pt=1.8×104W×5×60s=5.4×106J
则发动机的能量转化效率
答:发动机的能量转化效率为40%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据燃料的质量和热值的乘积计算热量;
(2)利用力和速度的乘积,计算功率大小;
(3)根据功率和时间的乘积计算总功;利用功和总热的比值计算热机效率。
10.【答案】(1)解:汽车从甲地到乙地克服阻力做功
答:该车从甲地到乙地克服阻力做2.25×108J功;
(2)因为汽车在做匀速直线运动,所以牵引力
汽车的速度
则汽车行驶时的功率
答:汽车行驶时的功率是3×104W;
(3)15kg汽油完全燃烧放出的热量
汽车的效率
答:汽车的效率是32.6%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;有关热机的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据力和力的方向上移动距离的乘积,计算做功多少;
(2)根据力和速度的乘积,计算功率的大小;
(3)根据燃料的质量和热值的乘积计算热量,利用功和总热的比值计算热机效率。
11.【答案】(1)解: 汽油完全燃烧放出的热量
答: 汽油完全燃烧放出的热量是 ;
(2)水吸收的热量为
由 得水升高的温度
答:水升高的温度是 ;
(3)汽车匀速运动,牵引力等于所受阻力
汽车做的有用功为
汽车通过的路程为
答:如果汽油机的效率不变,汽车匀速运动时的阻力为 ,消耗 汽油汽车通过的路程是 。
【知识点】热量的计算;燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据燃料的质量和热值的乘积,计算热量;
(2)利用热效率计算物体吸收的热量,结合比热容、质量,计算温度差;
(3)根据热机效率计算机器的有用功,利用物体受到的力计算距离。
12.【答案】(1)解:小货车装满货物时,总质量
根据重力的计算公式可得,总重力为
故由题意可知,该货车匀速行驶时受到的阻力为
答:该货车匀速行驶时受到的阻力为4×103N
(2)解:汽车做匀速直线运动,由平衡条件得,发动机的牵引力为
根据有用功的计算公式可得,汽车对外输出的有用功为
答:该货车发动机牵引力做的有用功为4×108J
(3)解:由热值的计算公式可得,燃油完全燃烧放出的热量为
答:燃油完全燃烧放出的热量是为8×108J;
(4)解:根据热机效率的计算公式可得,发动机的效率为
答:该货车发动机的效率是为50%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;重力及其大小的计算;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)根据物体的质量计算重力;结合摩擦力和重力关系,计算力的大小;
(2)根据二力平衡,计算牵引力,结合距离计算做功多少;
(3)根据燃料的热值和质量的乘积,计算做功多少;
(4)根据有用功和总热的比值,计算热机效率。
13.【答案】(1)解:4kg汽油完全燃烧释放出的热量Q=qm=4.6×107J/kg×4kg=1.84×108J
答:消耗的汽油完全燃烧放出的热量为1.84×108J;
(2)解:由v= 得,汽车行驶100km用时为t=
发动机所做的功W=Pt=12×103W×5000s=6×107J
答:发动机所做的功为6×107J。
【知识点】功率的计算;燃料的热值;速度公式及其应用
【解析】【分析】(1)利用Q=qm求得4kg汽油完全燃烧释放出的热量。
(2)由v= 得,汽车行驶100km用时,再利用W=Pt求得发动机所做的功。
14.【答案】(1)由二力平衡知识可得汽车的牵引力等于受到的阻力:F=3.0×103N,s=5.6km
根据功计算公式:W=Fs =3.0×103N·5600m =1.68×107J .
(2)根据题意可知:ρ=0.8×103kg/m3,V=1.5×10-3m3,
可计算出燃油质量:m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.2 kg,
燃油的热值:q=4×107J/kg,
可计算出燃油放出的热量:Q= mq =1.2 kg×4×107J/kg =4.8×107J。
(3)热机效率为所做有用功与消耗总能量的比值,η= W/Q=1.68×107J/4.8×107J=35%。
【知识点】燃料的热值;热机的效率;功的计算及应用
【解析】【分析】(1)结合汽车的运动状态可知牵引力等于受到的阻力,再利用W=Fs求得牵引力所做的功。
(2)利用m=ρV可计算出燃油质量,进一步利用Q= mq求得燃油放出的热量。
(3)利用η= 求得热机效率。
15.【答案】(1)做功;热值高
(2)由题意可知,公交车行驶的速度为v=36km/h=10m/s
行驶时间为t=2min30s=150s
故由可得,公交车行驶的路程为s=vt=10m/s×150s=1500m
答:公交车行驶的路程是1500m;
(3)由题意可知,公交车满载时的质量为m=20t=2×104kg
故公交车满载时的重力为G=mg=2×104kg×10N/kg=2×105N
公交车满载匀速行驶时,所受的阻力为总重的0.07倍,即f=0.07G=1.4×104N
因公交车做匀速直线运动,处于受力平衡状态,故由二力平衡可知,公交车的牵引力等于所受阻力,即F=f=1.4×104N
由P=Fv可得,该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率为P=Fv=1.4×104N×10m/s=1.4×105W
答:该车满载匀速行驶时,发动机的输出功率是1.4×105W;
(4)由Q=qm可知,公交车消耗氢燃料0.4kg,释放的热量为Q=qm=1.4×108J/kg×0.4kg=5.6×107J
发动机输出的有用功为W=Fs=1.4×104N×1500m=2.1×107J
故公交车发动机的效率为
答:若该公交车从A站出发到B站消耗氢燃料0.4kg,该公交车发动机的效率为37.5%。
【知识点】功率计算公式的应用;燃料的热值;热机的效率;速度公式及其应用;功的计算及应用
【解析】【解答】(1)公交车行驶时轮胎会发热,是由于轮胎要克服地面的摩擦阻力做功,使得轮胎的内能增大,这是通过做功的方式改变物体的内能。
氢燃料的热值大,与相同质量的其它燃料相比,氢燃料完全燃烧释放的热量更多。
【分析】(1)物体间摩擦时,通过做功改变内能;不同燃料的热值不同;
(2)利用物体的速度和时间的乘积,计算路程;
(3)根据物体的质量计算重力大小;根据物体受到的力和速度的乘积,计算功率的大小;
(4)根据燃料的热值和质量的乘积,计算热量,利用力和距离的乘积,计算做过多少;根据功和热量的比值, 计算热机效率。
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