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【典型例题2】(2024·河南安阳中考)如图所示,单缸四冲程汽油机在该冲程中的能量转化情况为
内能转化为机械能
；该汽油机每秒钟完成35次做功,则其转速是4200
r/min,该汽油机燃烧12
kg汽油可以放出$5.52× {10}^{8}$J的热量。已知${q}_{汽油}= 4.6× {10}^{7}J/kg$。答案
思路导引 由题图可知,气门都关闭,活塞向下运动,所以是汽油机的做功冲程,内能转化为机械能。因为汽油机完成一个工作循环,要经过4个冲程,对外做功1次,活塞往返2次,飞轮转动2周,所以该汽油机每秒钟完成35次做功,则每秒飞轮转动70周,其转速是4200r/min；放出$5.52× {10}^{8}$J的热量需完全燃烧汽油的质量为$m= \frac{{Q}_{放}}{{q}_{汽油}}= \frac{5.52× {10}^{8}J}{4.6× {10}^{7}J/kg}= 12kg$。
答案 内能转化为机械能 4200 12
关键点拨
四冲程内燃机的冲程数目、做功次数与飞轮转动圈数的数量关系
|飞轮转动圈数|做功次数|冲程数目|
|2|1|4|
|n|$\frac{1}{2}n$|$2n$|
答案 内能转化为机械能 4200 12
关键点拨
四冲程内燃机的冲程数目、做功次数与飞轮转动圈数的数量关系
|飞轮转动圈数|做功次数|冲程数目|
|2|1|4|
|n|$\frac{1}{2}n$|$2n$|
2. 某汽油机飞轮的转速是2400r/min,则它1s内汽油机内能转化为机械能的次数及完成的冲程个数为(
A.30次,60个
B.20次,80个
C.30次,120个
D.15次,60个
B
)A.30次,60个
B.20次,80个
C.30次,120个
D.15次,60个
答案
B
解析
飞轮转速：$2400\ r/min = \frac{2400}{60}\ r/s = 40\ r/s$。
1秒内飞轮转动40圈，完成冲程数：$40×2 = 80$个。
1秒内对外做功次数（内能转化为机械能次数）：$\frac{40}{2} = 20$次。
B
1秒内飞轮转动40圈，完成冲程数：$40×2 = 80$个。
1秒内对外做功次数（内能转化为机械能次数）：$\frac{40}{2} = 20$次。
B
【典型例题3】(2024·四川广元中考)随着科技发展,人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为$1.4× {10}^{8}J/kg$,水的比热容为$4.2× {10}^{3}J/(kg\cdot {℃)}$。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg,这些氢燃料完全燃烧释放的热量为
解析 氢燃料的质量为$m= 30kg$,氢燃料完全燃烧释放的热量为${Q}_{放}= mq= 30kg× 1.4× {10}^{8}J/kg= 4.2× {10}^{9}J$；氢燃料完全燃烧释放出的热量全部被初温为20℃的水吸收,则水吸收的热量为${Q}_{吸}= {Q}_{放}= 4.2× {10}^{9}J$,由公式${Q}_{吸}= {c}_{水}{m}_{水}\Delta t得{m}_{水}= \frac{{Q}_{吸}}{{c}_{水}\Delta t}$,解得${m}_{水}= 1.25× {10}^{4}kg$。
答案 $4.2× {10}^{9}$ $1.25× {10}^{4}$
知识归纳
热值$\left\{\begin{array}{l}影响因素\to 只与燃料的种类有关\\ 非影响因素\to \left\{\begin{array}{l}燃料的质量\\ 燃料完全燃烧放出的热量\\ 燃料燃烧的程度\end{array} \right. \\ 计算\to \left\{\begin{array}{l}定义公式\to q= \frac{Q}{m}\\ 变形公式\to \left\{\begin{array}{l}Q= mq\\ m= \frac{Q}{q}\end{array} \right. \end{array}\right. \right. \end{array}\right. \right. \right.$
$4.2× {10}^{9}$
J,若这些热量完全被水吸收,可使$1.25× {10}^{4}$
kg水的温度从20℃升高到100℃。解析 氢燃料的质量为$m= 30kg$,氢燃料完全燃烧释放的热量为${Q}_{放}= mq= 30kg× 1.4× {10}^{8}J/kg= 4.2× {10}^{9}J$；氢燃料完全燃烧释放出的热量全部被初温为20℃的水吸收,则水吸收的热量为${Q}_{吸}= {Q}_{放}= 4.2× {10}^{9}J$,由公式${Q}_{吸}= {c}_{水}{m}_{水}\Delta t得{m}_{水}= \frac{{Q}_{吸}}{{c}_{水}\Delta t}$,解得${m}_{水}= 1.25× {10}^{4}kg$。
答案 $4.2× {10}^{9}$ $1.25× {10}^{4}$
知识归纳
热值$\left\{\begin{array}{l}影响因素\to 只与燃料的种类有关\\ 非影响因素\to \left\{\begin{array}{l}燃料的质量\\ 燃料完全燃烧放出的热量\\ 燃料燃烧的程度\end{array} \right. \\ 计算\to \left\{\begin{array}{l}定义公式\to q= \frac{Q}{m}\\ 变形公式\to \left\{\begin{array}{l}Q= mq\\ m= \frac{Q}{q}\end{array} \right. \end{array}\right. \right. \end{array}\right. \right. \right.$
答案
$4.2 × 10^9$ $1.25 × 10^4$
解析
氢燃料的质量为$m=30 kg$，氢燃料的热值为$q=1.4 × 10^8 J/kg$，所以完全燃烧释放的热量为：
$Q_{放} = m \cdot q = 30 kg × 1.4 × 10^8 J/kg = 4.2 × 10^9 J$
若这些热量完全被水吸收，则水吸收的热量为$Q_{吸} = Q_{放} = 4.2 × 10^9 J$。
水的比热容为$c_{水} = 4.2 × 10^3 J/(kg \cdot ℃)$，温度变化为$\Delta t = 100 ℃ - 20 ℃ = 80 ℃$。
根据公式$Q_{吸} = c_{水} \cdot m_{水} \cdot \Delta t$，可得：
$m_{水} = \frac{Q_{吸}}{c_{水} \cdot \Delta t} = \frac{4.2 × 10^9 J}{4.2 × 10^3 J/(kg \cdot ℃) × 80 ℃} = 1.25 × 10^4 kg$
$Q_{放} = m \cdot q = 30 kg × 1.4 × 10^8 J/kg = 4.2 × 10^9 J$
若这些热量完全被水吸收，则水吸收的热量为$Q_{吸} = Q_{放} = 4.2 × 10^9 J$。
水的比热容为$c_{水} = 4.2 × 10^3 J/(kg \cdot ℃)$，温度变化为$\Delta t = 100 ℃ - 20 ℃ = 80 ℃$。
根据公式$Q_{吸} = c_{水} \cdot m_{水} \cdot \Delta t$，可得：
$m_{水} = \frac{Q_{吸}}{c_{水} \cdot \Delta t} = \frac{4.2 × 10^9 J}{4.2 × 10^3 J/(kg \cdot ℃) × 80 ℃} = 1.25 × 10^4 kg$
