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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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