登录
8.小明想通过实验探究永动机能否制成，他进行了如下实验：
(1)如图甲所示，在脸盆内装大半盆水，将毛巾一端浸在水中，另一端低垂在脸盆外。可以看到，搭在脸盆边的毛巾能自动吸水，并从垂在盆外的另一端不停地滴下。
(2)根据上述实验现象，他设计了一个如图乙所示的“水滴永动机”。为了论证图乙的设计是否科学可行，他又用水杯、棉纱织带、水进行如图丙所示的实验，通过观察发现：棉纱织带
(3)根据图丙中的实验现象，可以推理出：上述“水滴永动机”是
(1)如图甲所示，在脸盆内装大半盆水，将毛巾一端浸在水中，另一端低垂在脸盆外。可以看到，搭在脸盆边的毛巾能自动吸水，并从垂在盆外的另一端不停地滴下。
(2)根据上述实验现象，他设计了一个如图乙所示的“水滴永动机”。为了论证图乙的设计是否科学可行，他又用水杯、棉纱织带、水进行如图丙所示的实验，通过观察发现：棉纱织带
不能
（填“能”或“不能”，下同）自动地将水从低处抽到高处，相反，它能
将上方容器里的水抽向低处。(3)根据图丙中的实验现象，可以推理出：上述“水滴永动机”是
不能
（填“能”或“不能”）制成的。因为它违背了能量守恒
定律。答案
8.(2) 不能 能 (3) 不能 能量守恒
解析
【分析】
要解答本题，需结合毛细现象的特点和能量守恒定律分析：首先观察丙图的实验，棉纱织带属于毛细材料，水在毛细材料中不会自动从低处向高处流动，只会从高处向低处流动；而永动机的设计违背了能量守恒定律，因此无法实现。
【解析】
(2) 丙图中，棉纱织带作为毛细材料，水无法自动从低处（水杯内）被抽到高处，故第一个空填“不能”；而它可以将上方容器里的水（高处）引导向低处，因此第二个空填“能”。
(3) 图乙的“水滴永动机”设计意图是利用水滴持续带动轮子转动、不断对外做功，但根据能量守恒定律，能量不能凭空产生，该设计违背了能量守恒定律，因此永动机不能制成，故依次填“不能”“能量守恒”。
【答案】
(2) 不能 能 (3) 不能 能量守恒
【知识点】
毛细现象、能量守恒定律、永动机
【点评】
本题通过实验探究永动机的可行性，结合毛细现象的实际表现和能量守恒定律，帮助学生理解永动机不可能制成的核心原因，培养学生的实验观察能力与逻辑推理能力，属于基础概念应用类题目。
【难度系数】
0.5
要解答本题，需结合毛细现象的特点和能量守恒定律分析：首先观察丙图的实验，棉纱织带属于毛细材料，水在毛细材料中不会自动从低处向高处流动，只会从高处向低处流动；而永动机的设计违背了能量守恒定律，因此无法实现。
【解析】
(2) 丙图中，棉纱织带作为毛细材料，水无法自动从低处（水杯内）被抽到高处，故第一个空填“不能”；而它可以将上方容器里的水（高处）引导向低处，因此第二个空填“能”。
(3) 图乙的“水滴永动机”设计意图是利用水滴持续带动轮子转动、不断对外做功，但根据能量守恒定律，能量不能凭空产生，该设计违背了能量守恒定律，因此永动机不能制成，故依次填“不能”“能量守恒”。
【答案】
(2) 不能 能 (3) 不能 能量守恒
【知识点】
毛细现象、能量守恒定律、永动机
【点评】
本题通过实验探究永动机的可行性，结合毛细现象的实际表现和能量守恒定律，帮助学生理解永动机不可能制成的核心原因，培养学生的实验观察能力与逻辑推理能力，属于基础概念应用类题目。
【难度系数】
0.5
9.某新型混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量。当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，蓄电池储存的电能为$5.12× 10^{8}\ \mathrm{J}$，由内燃机提供能量，汽车以50 km/h的速度匀速行驶了0.5 h，同时蓄电池的电能增加了10％。
(1)求汽车牵引力做的功。
(2)若所用燃料的热值为$4.5× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，测试过程中消耗8 kg燃料(假设燃料完全燃烧)，则放出的总热量是多少？
(3)求内燃机的效率。
(1)求汽车牵引力做的功。
(2)若所用燃料的热值为$4.5× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，测试过程中消耗8 kg燃料(假设燃料完全燃烧)，则放出的总热量是多少？
(3)求内燃机的效率。
答案
9.解:(1)由 $v=\frac{s}{t}$得:$s = vt = 50\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=2.5×10^4\ \mathrm{m}$,由图像可知,汽车速度为50 km/h时,所受阻力为4000 N,由于汽车匀速行驶,汽车的牵引力:$F = f = 4000\ \mathrm{N}$,牵引力做功:$W = Fs = 4000\ \mathrm{N}×2.5×10^4\ \mathrm{m}=1×10^8\ \mathrm{J}$。
(2)燃料完全燃烧放出的热量:$Q_{\mathrm{放}} = mq = 8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$。
(3)增加的电能:$W_{\mathrm{电}}=5.12×10^8\ \mathrm{J}×10\%=5.12×10^7\ \mathrm{J}$,有用能量:$W_{\mathrm{有用}} = W + W_{\mathrm{电}} = 1×10^8\ \mathrm{J}+5.12×10^7\ \mathrm{J}=1.512×10^8\ \mathrm{J}$,内燃机的效率:$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{1.512×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=42\%$。
答:(1)汽车牵引力做的功为$1×10^8\ \mathrm{J}$;(2)放出的总热量是$3.6×10^8\ \mathrm{J}$;(3)内燃机的效率为42%。
(2)燃料完全燃烧放出的热量:$Q_{\mathrm{放}} = mq = 8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$。
(3)增加的电能:$W_{\mathrm{电}}=5.12×10^8\ \mathrm{J}×10\%=5.12×10^7\ \mathrm{J}$,有用能量:$W_{\mathrm{有用}} = W + W_{\mathrm{电}} = 1×10^8\ \mathrm{J}+5.12×10^7\ \mathrm{J}=1.512×10^8\ \mathrm{J}$,内燃机的效率:$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{1.512×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=42\%$。
答:(1)汽车牵引力做的功为$1×10^8\ \mathrm{J}$;(2)放出的总热量是$3.6×10^8\ \mathrm{J}$;(3)内燃机的效率为42%。
解析
【分析】
解决本题需分三步分析：
1. 第(1)问：先利用速度公式$v=\frac{s}{t}$计算汽车行驶的路程；再从图像中读取速度为50km/h时对应的阻力，由于汽车匀速行驶，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，即$F=f$；最后根据功的计算公式$W=Fs$求出牵引力做的功。
2. 第(2)问：直接运用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$计算燃料放出的总热量。
3. 第(3)问：先计算蓄电池增加的电能，内燃机做的有用能量是牵引力做的功与增加的电能之和；再根据热机效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%$求出内燃机的效率。
【解析】
解：
(1) 根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，汽车行驶的路程：
$s = vt = 50\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=2.5×10^4\ \mathrm{m}$
由图像可知，当汽车速度为50km/h时，所受阻力$f=4000\ \mathrm{N}$。
因为汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，所以牵引力$F=f=4000\ \mathrm{N}$。
牵引力做的功：
$W = Fs = 4000\ \mathrm{N}×2.5×10^4\ \mathrm{m}=1×10^8\ \mathrm{J}$
(2) 燃料完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=mq=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$
(3) 蓄电池增加的电能：
$W_{电}=5.12×10^8\ \mathrm{J}×10\%=5.12×10^7\ \mathrm{J}$
内燃机做的有用能量：
$W_{有用}=W + W_{电}=1×10^8\ \mathrm{J}+5.12×10^7\ \mathrm{J}=1.512×10^8\ \mathrm{J}$
内燃机的效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.512×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=42\%$
【答案】
(1) $1×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $3.6×10^8\ \mathrm{J}$；(3) $42\%$
【知识点】
功的计算、燃料热值、热机效率
【点评】
本题结合图像信息，综合考查力学与热学的相关计算，要求学生能从图像中提取对应数据，熟练运用速度、功、热值、效率的公式，难度适中，属于综合应用类题目。
【难度系数】
0.6
解决本题需分三步分析：
1. 第(1)问：先利用速度公式$v=\frac{s}{t}$计算汽车行驶的路程；再从图像中读取速度为50km/h时对应的阻力，由于汽车匀速行驶，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，即$F=f$；最后根据功的计算公式$W=Fs$求出牵引力做的功。
2. 第(2)问：直接运用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$计算燃料放出的总热量。
3. 第(3)问：先计算蓄电池增加的电能，内燃机做的有用能量是牵引力做的功与增加的电能之和；再根据热机效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%$求出内燃机的效率。
【解析】
解：
(1) 根据速度公式$v=\frac{s}{t}$，汽车行驶的路程：
$s = vt = 50\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=25\ \mathrm{km}=2.5×10^4\ \mathrm{m}$
由图像可知，当汽车速度为50km/h时，所受阻力$f=4000\ \mathrm{N}$。
因为汽车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，所以牵引力$F=f=4000\ \mathrm{N}$。
牵引力做的功：
$W = Fs = 4000\ \mathrm{N}×2.5×10^4\ \mathrm{m}=1×10^8\ \mathrm{J}$
(2) 燃料完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=mq=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$
(3) 蓄电池增加的电能：
$W_{电}=5.12×10^8\ \mathrm{J}×10\%=5.12×10^7\ \mathrm{J}$
内燃机做的有用能量：
$W_{有用}=W + W_{电}=1×10^8\ \mathrm{J}+5.12×10^7\ \mathrm{J}=1.512×10^8\ \mathrm{J}$
内燃机的效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.512×10^8\ \mathrm{J}}{3.6×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=42\%$
【答案】
(1) $1×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $3.6×10^8\ \mathrm{J}$；(3) $42\%$
【知识点】
功的计算、燃料热值、热机效率
【点评】
本题结合图像信息，综合考查力学与热学的相关计算，要求学生能从图像中提取对应数据，熟练运用速度、功、热值、效率的公式，难度适中，属于综合应用类题目。
【难度系数】
0.6
