21 为了提高汽油发动机的效率，工程师们正在研发一种六冲程汽油机，它的每一个工作循环的前四个冲程与四冲程汽油机相同，第四个冲程结束以后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，最后再将水蒸气排出。这种汽油机理论上的极限转速可以达到2700 r/min，则在极限转速下，该汽油机1 s内经历次工作循环，对外做功次。

21. 15 30 【解析】转速是2 700 r/min=45 r/s，这款六冲程汽油机每个工作循环完成6个冲程，飞轮、曲轴转3周，做功2次，所以该汽油机1 s内经历的工作循环数为$\frac{45}{3}=15$，对外做功的次数是15×2=30。

【分析】首先将转速单位从r/min转换为r/s，明确六冲程汽油机每个工作循环的飞轮转数和做功次数的规律，再根据每秒的飞轮转数计算工作循环次数和做功次数。
【解析】1. 单位转换：转速2700 r/min = 2700 ÷ 60 = 45 r/s，即每秒飞轮转动45周。2. 分析六冲程汽油机的工作规律：该汽油机每个工作循环包含6个冲程，飞轮、曲轴转3周，对外做功2次。3. 计算工作循环数：每秒飞轮转45周，工作循环数为45 ÷ 3 =15次。4. 计算做功次数：每个工作循环做功2次，故1秒内对外做功15×2=30次。
【答案】15；30
【知识点】汽油机工作循环、热机转速计算
【点评】本题考查六冲程汽油机的工作原理，核心是掌握其工作循环与飞轮转数、做功次数的对应关系，需注意单位换算，难度中等。
【难度系数】0.5

22 新趋势 项目式学习 [2025 宿城段考]完成下列两个热学实验的填空：
实验一:观察不同物质吸热升温的现象。教材中采用了如图甲所示的装置进行实验,将质量均为50 g 的沙子和水分别倒入两个瓷盘中,用温度计测出室温为24 ℃,用红外灯照射两个瓷盘一段时间后,用红外热成像仪拍摄的红外照片(含对象的温度)如图乙所示,其中对象 $ P_1 $ 为沙子。

(1) 该过程中,沙子升高的温度为 ℃。实验中通过控制 (加热时间/升高温度)来实现沙子和水吸收相同的热量。
(2) 分析实验数据可知:当升高相同温度时, 吸收的热量多;水的比热容是沙子比热容的 倍(结果保留一位小数)。
实验二:比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。小明采用如图丙、丁所示的两套完全相同的装置对试管中的水进行加热。
(3) 加热前控制试管内水的初温和 均相同,控制燃料a、b 的 相同。使燃料a、b充分燃烧对试管中的水加热,通过记录 (燃料的燃烧时间/水升高的温度)来比较两种燃料燃烧放出的热量。
(4) 为了改善对环境的影响,一些地区尝试将汽车用油由原来的汽油改为在汽油内掺入乙醇的“乙醇汽油”,乙醇汽油中,若乙醇和汽油的质量比为 $ 1:4 $,已知乙醇的热值为 $ 3.0 × 10^7 \ \mathrm{J/kg} $,汽油的热值为 $ 4.6 × 10^7 \ \mathrm{J/kg} $,该“乙醇汽油”的热值为 J/kg。

22.（1）31.4 加热时间 （2）水 4.7 （3）质量 质量 水升高的温度 （4）$4.28×10^7$

【分析】
本题包含两个热学实验，需结合控制变量法和相关公式分析：实验一探究不同物质吸热升温，利用相同热源保证相同时间内物质吸热相同，通过温度变化分析比热容；实验二比较燃料放热，需控制水和燃料的质量相同，通过水的温度变化反映放热多少。各小问需结合实验原理和公式逐步推导。
【解析】
（1）沙子初温为24℃，末温为55.4℃，升高温度Δt沙=55.4℃-24℃=31.4℃；相同红外灯加热时，加热时间相同则沙子和水吸收的热量相同，因此通过控制加热时间实现吸热相同。
（2）根据Q=cmΔt，质量相同的物质，升高相同温度时，比热容大的物质吸热更多，水的比热容大，故水吸热多；当加热时间相同（吸热Q相同）、质量m相同时，c与Δt成反比，因此c水/c沙=Δt沙/Δt水=(55.4℃-24℃)/(30.7℃-24℃)=31.4/6.7≈4.7。
（3）比较燃料放热时，需控制试管内水的初温和质量相同，燃料a、b的质量相同；燃料放热被水吸收，相同装置下，水升高的温度越高，燃料放热越多，故通过水升高的温度比较放热。
（4）设乙醇质量为m，汽油质量为4m，总质量5m；总热量Q=mq乙醇+4mq汽油，乙醇汽油的热值q=Q/(5m)=(3.0×10^7 J/kg ×m +4.6×10^7 J/kg ×4m)/(5m)=4.28×10^7 J/kg。
【答案】
（1）31.4；加热时间 （2）水；4.7 （3）质量；质量；水升高的温度 （4）$4.28×10^7$
【知识点】
比热容、热值、热学实验探究
【点评】
本题为项目式热学实验题，考查控制变量法的应用及比热容、热值的计算，需理解实验原理并灵活运用公式，注重知识的综合应用。
【难度系数】
0.5

23 新情境 科技成就 我国探索空间的火箭一般使用液氢作为燃料，液氧作为助燃剂。[氢的热值为$1.4× 10^{8}\ \mathrm{J/kg}$，$c_{\mathrm{水}}=4.2× 10^{3}\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，气压为标准大气压]
（1）某火箭发射时携带48 t液氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若上述液氢放出的热量有10%被水吸收，能将$2× 10^{6}\ \mathrm{kg}$、初温为$30\ \mathrm{℃}$的水升高多少摄氏度？
（3）某次氢能源汽车测试中，一辆氢能源汽车以70 kW的功率匀速行驶30 min，发动机的效率是45%，则需要消耗多少千克氢燃料？

23.（1）$Q_{放}=qm=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×48×10^3\ \mathrm{kg}=6.72×10^{12}\ \mathrm{J}$ （2）$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}}=\frac{Q_{放}\ \eta}{c_{水}m_{水}}=\frac{6.72×10^{12}\ \mathrm{J}×10\%}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2×10^6\ \mathrm{kg}}=80\ \mathrm{℃}$，水的末温$t_{温}=30\ \mathrm{℃}+80\ \mathrm{℃}=110\ \mathrm{℃}＞100\ \mathrm{℃}$，在标准大气压下，水的沸点是$100\ \mathrm{℃}$，所以水的末温是$100\ \mathrm{℃}$，则水升高的温度$\Delta t'=100\ \mathrm{℃}-30\ \mathrm{℃}=70\ \mathrm{℃}$ （3）$W=Pt=70×10^3\ \mathrm{W}×30×60\ \mathrm{s}=1.26×10^8\ \mathrm{J}$，$Q=\frac{W}{\eta'}=\frac{1.26×10^8\ \mathrm{J}}{45\%}=2.8×10^8\ \mathrm{J}$，$m'=\frac{Q}{q}=\frac{2.8×10^8\ \mathrm{J}}{1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}}=2\ \mathrm{kg}$

【分析】
本题为热学综合计算题，需结合热值公式、热量公式、效率公式求解。（1）求燃料完全燃烧放热，用热值公式Q放=qm，注意将质量单位t换算为kg；（2）先算水吸收的热量（为Q放的10%），再用热量公式Q吸=c水m水Δt计算理论升温，需结合标准大气压下水的沸点（100℃）修正实际升温；（3）先算汽车行驶的有用功W=Pt，再根据效率公式算出所需总热量，最后用热值公式算出消耗氢燃料的质量。
【解析】
（1）液氢质量m=48t=48×10³kg，根据热值公式Q放=qm，得：
Q放=1.4×10⁸J/kg ×48×10³kg=6.72×10¹²J；
（2）水吸收的热量Q吸=Q放×10%=6.72×10¹²J×10%=6.72×10¹¹J，
由Q吸=c水m水Δt，得理论升高温度Δt=Q吸/(c水m水)=6.72×10¹¹J/(4.2×10³J/(kg·℃)×2×10⁶kg)=80℃，
标准大气压下水的沸点为100℃，水初温30℃，故实际升高温度Δt'=100℃-30℃=70℃；
（3）汽车行驶的有用功W=Pt=70×10³W×30×60s=1.26×10⁸J，
根据效率公式η=W/Q放，得所需总热量Q=W/η=1.26×10⁸J /45%=2.8×10⁸J，
再由Q=qm，得消耗氢燃料质量m'=Q/q=2.8×10⁸J/(1.4×10⁸J/kg)=2kg。
【答案】
（1）6.72×10¹²J；（2）70℃；（3）2kg
【知识点】
热值计算、热量计算、热机效率
【点评】
本题结合航天、氢能源汽车的科技情境，考查热学核心公式的应用，需注意单位换算和标准大气压下水的沸点限制，综合性较强，能有效考查学生的公式运用能力和实际问题分析能力。
【难度系数】
0.6