江苏省 苏科版 初三物理 上学期 第十二章 机械能和内能 汇编之热机效率类计算有答案文档格式.docx

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103 

kg，受到的阻力为车重的0.1倍，其中g=10N/kg．求：

（1）该房车的行驶速度；

（2）该房车牵引力所做的功；

（3）已知这一过程消耗燃油1.5×

10-2m3，则热机在这一过程中消耗的总能量（假设燃油完全燃烧，燃油密度为0.8×

103kg/m3，燃油热值q为4.5×

107J/kg）；

（4）该房车发动机的热机效率．

7.一辆水陆两栖坦克总重3×

105N，它的发动机是一台新型内燃机，两条履带与地面接触的总面积为5m2．（ρ水=1.0×

103kg/m3g=10N/kg）

（1）该坦克要从水平冰面上经过，冰层能承受的最大压强为7×

104Pa，请用计算说明坦克能否安全通过？

（2）该坦克涉水过河漂浮在水面上时，求它排开水的体积是多大？

（3）一次执行任务时，该坦克在平直公路上匀速行驶1200m，用时2min，发动机牵引力的功率保持600kW恒定不变，发动机消耗了4.5kg的燃料（燃料的热值为4.0×

107J/kg），求发动机提供的牵引力是多大？

发动机的效率是多大？

8.汽车已进入百姓家庭，汽车发动机性能的好坏倍受人们关注．在汽车发动机的设计过程中，既要考虑能量的有效利用，又要考虑发动机的冷却问题．[汽油热值为4.6×

107J/kg，汽油密度为0.7×

103kg/m3，水的比热容为4.2×

103J/（kg•℃）]

（1）为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度.5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是多少？

（2）假如5kg水温度升高50℃，吸收的热量由燃气热水器燃烧天然气来提供，燃烧天然气体积为0.1m3（假设天然气完全燃烧）．已知天然气的热值为3.2×

107J/m3．求该热水器的效率？

（3）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出多少能量（假设汽油完全燃烧）？

若发动机输出的功率为6×

104 

W，则此汽车发动机的效率是多少？

（汽车发动机效率的计算结果精确到1%）

9.建筑工地上有一台大型汽车吊，把100t建筑材料从地面吊到15m高处，在这过程中，汽车吊消耗柴油的质量为2.0kg（柴油的热值为q=4.3×

107J/kg，取g=10N/kg），求：

（1）汽车吊做的有用功是多少？

（2）完全燃烧2.0kg柴油释放的内能是多少？

（3）该过程中汽车吊的效率为多少？

10.我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车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．已知燃油的热值为4.5×

107J/kg。

试求：

（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量是多少？

（2）汽车牵引力所做的功是多少？

（3）发动机的效率是多少？

答案和解析

1.【答案】解：

（1）客机的速度v=720km/h=200m/s，t=5min=300s，

由v=得客机通过的路程：

s=vt=200m/s×

300s=6×

104m；

由于客机沿水平直线匀速飞行，

则二力平衡条件可得牵引力：

F=f=0.1G=0.1mg=0.1×

7.5×

104kg×

10N/kg=7.5×

104N；

发动机的功率：

P===Fv=7.5×

104N×

200m/s=1.5×

107W；

（2）飞机发动机在这段时间内所做的功：

W=Fs=7.5×

6×

104m=4.5×

109J；

由η=得，燃料燃烧放出的热量：

Q===6×

109J，

由Q=mq得，燃烧燃料的质量：

m′===12kg。

答：

（1）客机在这段时间内通过的路程为6×

发动机的功率为1.5×

（2）发动机在这段时间内燃烧航空煤油的质量12kg。

【解析】

（1）已知客机的速度和行驶的时间，根据公式s=vt可求通过的路程；

客机匀速运动，牵引力等于客机受到的阻力，根据公式P=Fv可求发动机的功率。

（2）根据W=Fs求出飞机发动机在这段时间内所做的功：

然后根据η=

求出燃料燃烧放出的热量，再根据Q=mq求出燃料的质量。

本题考查路程、牵引力、功和功率、热值等的计算，综合性强，关键是公式及其变形的灵活运用，要知道客机做匀速运动时牵引力等于受到的阻力。

2.【答案】解：

（1）该车静止在水平路面上时，对路面的压力：

F压=G=mg=1800kg×

10N/kg=1.8×

104N，

轮胎与地面接触的总面积为600cm2=6×

10-2m2，

汽车对路面的压强：

p===3×

105Pa；

（2）汽车行驶的速度：

v=72km/h=20m/s，

已知平均阻力f=500N，

因汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，

所以，牵引力F=f=500N，

牵引力做功的功率：

P===Fv=500N×

20m/s=1×

104W。

（3）消耗汽油的体积：

V=6L=0.006m3，

由ρ=可得，消耗汽油的质量：

m′=ρV=0.7×

103kg/m3×

0.006m3=4.2kg，

汽油完全燃烧放出的热量：

Q放=m′q=4.2kg×

4.6×

107J/kg=1.937×

108J，

这段时间内该发动机所做的功：

W=Pt=1×

104W×

1.5×

3600s=5.4×

107J；

该车内燃机的效率：

η==×

100%≈28%。

（1）静止时汽车对水平路面的压强是3×

（2）测试中，若平均阻力为500N，牵引力做功的功率是1×

104W；

（3）在本次测试中，该车内燃机的效率是28%。

（1）小汽车静止在水平路面上时对地面的压力和自身的重力相等，根据G=mg求出其大小，根据p=

求出对路面的压强；

（2）先进行速度单位的换算，已知平均阻力为500N，汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，根据P=

=

=Fv求出汽车的功率；

（3）知道消耗汽油的体积，根据密度公式求出消耗汽油的质量，根据Q放=mq求出汽油完全燃烧释放的热量，再根据效率公式求出该发动机的效率。

本题是力学和热学的综合题，考查了学生对密度公式、压强公式、燃料完全燃烧放热公式、功率公式、效率公式的掌握和运用，利用所学知识，计算解决实际问题，学以致用。

3.【答案】解：

（1）轿车的速度v=108km/h=30m/s，行驶路程s=120km=1.2×

105m，

则根据v=可得，行驶的时间为：

t===4×

103s；

（2）因为P=，

所以发动机动力做的功：

W=Pt=15×

103W×

4×

103s=6×

（3）因为P===Fv，

所以汽车的牵引力：

F===500N；

轿车以108km/h的速度在水平高速公路上匀速行驶，受力平衡，

所以，受到的阻力：

f=F=500N；

（4）因为η=25%，η=。

所以，乙醇汽油燃烧放出的热量为：

Q放===2.4×

根据Q放=mq可得，乙醇汽油的质量为：

m===6kg。

（1）轿车行驶的时间为4×

（2）发动机动力做的功6×

（3）汽车受到的阻力500N；

（4）消耗乙醇汽油的质量为6kg。

（1）利用速度公式计算轿车行驶的时间；

（2）利用P=

计算发动机动力做的功；

（3）利用P=

=Fv计算汽车的牵引力，然后利用二力平衡得出受到的阻力；

（4）已知汽车发动机的效率为25%，可利用公式Q放=

计算出乙醇汽油燃烧放出的热量，再利用公式m=

计算出乙醇汽油的质量。

此题为热学和力学综合题，主要考查了速度公式、功、功率，以及热机的效率的相关计算，同时考查二力平衡条件及其应用，关键是各种公式的熟练运用。

4.【答案】解：

（1）水温升高△t=30℃-20℃=10℃；

（2）水吸收热量Q=cm△t=4.2×

103J/（kg•℃）×

2kg×

30℃=2.52×

105J；

（3）热水器工作4min放出热量为：

Q吸=cm△t=4.2×

103J/（g·

℃）×

20℃=1.68×

105J 

​Q放=2.4×

105J

热水器的效率为：

。

（1）加热2min，水的温度升高了10℃；

（2）加热6min，水吸收了2.52×

105J的热量；

（3）该热水器的效率为70％。

解决此类综合性的题目，要结合相关的物理公式分析求解。

根据图象可以读出在各时间段内水的温度，利用公式Q吸=cm△t计算水吸收的热量，利用效率的公式

求出热水器的效率。

5.【答案】解：

（1）电动客车整车质量是3.5t，其重力G=mg=3.5×

103kg×

10N/kg=3.5×

104N，电动客车对地面的压力F=G=3.5×

104N，电动客车轮胎与路面的总接触面积是0.2m2，受力面积：

S=0.2m2，电动客车静止时对水平路面的压强是：

p===1.75×

（2）当电动客车以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时，受到的阻力是3000N，根据二力平衡，电动客车的牵引力等于阻力，F=f=3000N，它的输出功率是：

P===Fv=3000N×

30m/s=9×

（3）若燃油客车的输出功率与电动客车相同，即P=9×

104W，行驶1h，做的有用功：

W有用=Pt=9×

1×

3600s=3.24×

108J，燃油客车的效率为40%，

根据η===，故要燃烧的燃油：

V===25L。

（1）电动客车静止时对水平路面的压强是1.75×

（2）电动客车以30m/S的速度沿水平路面匀速行驶时，它的输出功率是=9×

（3）若燃油客车的输出功率与电动客车相同，燃油客车的效率为40%，行驶1h，要燃烧25升的燃油。

（1）已知电动客车整车质量，根据G=mg求其重力，电动客车对地面的压力F=G，已知电动客车轮胎与路面的总接触面积即受力面积，根据p=

求电动客车静止时对水平路面的压强；

（2）当电动客车以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时，受到的阻力是3000N，根据二力平衡，求出电动客车的牵引力，根据P=

=Fv求出输出功率；

（3）根据燃油客车的输出功率与电动客车相同，根据W有用=Pt求出行驶1h做的有用功；

根据η=

变形公式求要燃烧的燃油。

本题以当前的环保热点为背景，考查重力、压强、功率、热值、效率与二力平衡的知识，综合性较强。

6.【答案】解：

（1）v===72km/h；

（2）车重G=mg=3×

10N/kg=3×

车受到的阻力：

f=0.1×

G=0.1×

3×

104N=3×

103N，

因为车匀速行驶，

所以牵引力F=f=3×

牵引力做功：

W有用=Fs=3×

103N×

36000m=1.08×

（3）由ρ=得消耗燃油的质量：

m=ρV=0.8×

10-2m3=12kg，

燃油完全燃烧放出的热量（消耗的总能量）：

W总=Q放=mq=12kg×

4.5×

107J/kg=5.4×

（4）房车的牵引力所做的功就是有用功，燃油完全燃烧放出的热量就是房车所做的总功，

η=×

100%=×

100%=20%．

（1）该房车的行驶速度为72km/h；

（2）该房车牵引力所做的功为1.08×

108J；

（3）热机在这一过程中消耗的总能量为5.4×

（4）该房车的效率为20%．

（1）知道车行驶的路程和时间，利用v=

求车的速度；

（2）知道车的质量，利用G=mg求车重，而受到的阻力为车重的0.1倍，可求车受到的阻力；

由于车匀速行驶，车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等，可求牵引力大小，又知道行驶的路程，利用W=Fs求牵引力做功；

（3）知道燃油的密度和体积，利用m=ρV求燃油的质量，再利用Q放=mq求燃油完全燃烧放出的热量，即热机消耗的总能量；

（4）利用效率公式求该房车的效率．

本题为力学、热学、电学的综合题，综合考查了学生对重力公式、密度公式、功的公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式、二力平衡条件的了解与掌握，要求灵活运用相关公式．

7.【答案】解：

（1）一辆水陆两栖坦克总重3×

105N，对冰面的压力等于其重力，

坦克对冰面的压强：

p====6×

104Pa＜7×

104Pa，故坦克能安全通过；

（2）该坦克过河漂浮在水面上时，其受到的浮力等于重力，即F浮=G=3×

105N，

由F浮=ρ水gV排得排开水的体积：

V排===30 

m3；

（3）该坦克在平直公路上匀速行驶的速度：

v===10m/s，

因匀速行驶，且P===Fv，则发动机提供的牵引力：

F===6×

4.5kg的燃料完全燃烧放出的热量：

Q=mq=4.5kg×

4.0×

107J/kg=1.8×

发动机的效率：

η===×

100%=40%，

（1）冰层能承受的最大压强为7×

104Pa，该坦克能从水平冰面上安全通过；

（2）该坦克涉水过河漂浮在水面上时，它排开水的体积是30 

（3）发动机提供的牵引力是6×

104N，发动机的效率是40%。

（1）坦克在对冰面的压力等于其重力，已知受力面积，利用p=

求压强大小，并与冰层能承受的最大压强比较；

（2）坦克在水中航行时，处于漂浮状态，受到的浮力等于自重，利用F浮=ρ水gV排求排开水的体积；

（3）已知坦克在平直公路上匀速行驶的距离与时间，v=

求其速度，根据P=

=Fv求出发动机提供的牵引力；

已知发动机消耗了4.5kg的燃料和燃料的热值为4.0×

107J/kg，根据Q=mq求放出的热量，根据η=

×

100%求发动机的效率。

本题考查了压强公式、功率公式、物体浮沉条件的应用、功、燃料放出热量及效率的计算，综合性强。

8.【答案】解：

（1）水温升高50℃吸收的热量：

J/（kg•℃）×

5kg×

50℃=1.05×

106J；

（2）天然气放出的热量为：

Q放=vq=0.1m3×

3.2×

107J/m3=3.2×

该热水器的效率为：

；

（3）汽油的体积V=10L=0.01m3， 

汽油的质量为：

m=ρV=0.7×

0.01m3=7kg， 

这些汽油完全燃烧放出的热量：

Q放=mq=7kg×

107J/kg=3.22×

发动机工作时间：

t=30min=1800s， 

发动机做的有用功：

W=Pt=6×

1800s=1.08×

108J， 

（1）5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是1.05×

（2）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出3.22×

108J的能量；

此汽车发动机的效率是34%。

（1）知道水的质量、水温度的升高值和水的比热容，利用吸热公式求水吸收的热量；

（2）根据公式Q=vq计算天然气放出的热量，根据效率公式计算热水器的效率；

（3）知道汽油的体积，利用密度公式求汽油的质量，再利用燃料完全燃烧放热公式求汽油燃烧可以释放的能量（总能量）；

知道发动机的输出功率和工作时间，利用W=Pt可求有用功，再利用效率公式求发动机的效率。

本题考查了学生对密度公式、吸热公式、功率公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，知识点多、综合性强，要求灵活运用公式，属于难题！

9.【答案】解：

（1）建筑材料的质量m=100t=105kg，

建筑材料的重力为：

G=mg=105kg×

10N/kg=106N，

汽车吊做的有用功为：

W有用=Gh=106N×

15m=1.5×

107J。

（2）柴油完全燃烧释放的内能（即柴油完全燃烧放出的热量）：

Q放=m柴油q=2.0kg×

4.3×

107J/kg=8.6×

（3）汽车吊的效率为：

100%≈17.4%。

（1）汽车吊做的有用功是1.5×

（2）完全燃烧2.0kg柴油释放的内能是8.6×

（3）该过程中汽车吊的效率为17.4%。

（1）知道建筑材料的质量，可利用公式G=mg计算出建筑材料的重力，又知道上升的高度，可利用公式W有用=Gh计算出汽车吊做的有用功。

（2）知道柴油的质量和柴油的热值，可利用公式Q放=mq计算出柴油完全燃烧放出的热量，即燃烧柴油释放的内能。

（3）利用效率公式η=

计算出汽车吊的效率。

此题主要考查的是学生对功的计算公式、热值的计算和热机效率计算公式的理解和掌握，在计算过程中要注意单位的换算。

10.【答案】解：

（1）汽油完全燃烧放出的热量：

Q放=mq=0.3kg×

107J/kg=1.35×

（2）汽车匀速行驶的时间t=5min=300s：

由v=可得：

s=vt=18m/s×

300s=5400m，

汽车发动机所做的有用功：

W=Fs=1000N×

5400m=5.4×

（3）汽油机的效率：

100%=40%。

（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量是1.35×

（2）汽车牵引力所做的功是5.4×

（3）发动机的效率是40%。

（1）知道消耗汽油的质量，利于Q放=mq求出汽油完全燃烧放出的热量；

（2）知道汽车匀速行驶的时间和速度，根据v=

求出汽车匀速行驶的路程，根据W=Ft求出汽车牵引力所做的功；

（3）根据η=

100%求出汽油机的效率。

本题考查了速度公式和做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的综合应用，掌握好相应的公式不难解答。