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6. [2024·宿迁中考]使用氢能是新能源利用的新潮流，加快氢能产业发展成为实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。如图是市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满0.02 kg氢气，2 h能匀速骑行50 km，氢能自行车与骑行者的总质量为84 kg，骑行时受到的阻力为总重的$\frac{1}{20}$，氢气的热值为$1.4×10^8$ J/kg。氢气完全燃烧产生的热量为
$2.8×10^6$
J，氢气的利用效率为$75\%$
。(g取10 N/kg)答案
6.$2.8×10^6$ $75\%$
解析
【分析】
本题分为两部分计算：第一部分是氢气完全燃烧放出的热量，直接利用热值公式即可；第二部分是氢能的利用效率，需先求出总重力、骑行时的阻力（匀速时牵引力等于阻力），再计算骑行的有用功，最后用有用功除以氢气完全燃烧放出的热量得到效率，注意单位换算（将km转换为m）。
【解析】
1. 计算氢气完全燃烧产生的热量：
根据热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = m q $，代入已知数据：
$ m = 0.02\ \mathrm{kg} $，$ q = 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} $，
则 $ Q_{\mathrm{放}} = 0.02\ \mathrm{kg} × 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} = 2.8 × 10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算氢气的利用效率：
① 先计算总重力：$ G = mg = 84\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 840\ \mathrm{N} $；
② 骑行时受到的阻力：$ f = \frac{1}{20}G = \frac{1}{20} × 840\ \mathrm{N} = 42\ \mathrm{N} $；
③ 由于自行车匀速骑行，牵引力与阻力平衡，因此牵引力 $ F = f = 42\ \mathrm{N} $；
④ 骑行距离单位换算：$ s = 50\ \mathrm{km} = 50000\ \mathrm{m} $，
骑行的有用功 $ W_{\mathrm{有}} = F s = 42\ \mathrm{N} × 50000\ \mathrm{m} = 2.1 × 10^6\ \mathrm{J} $；
⑤ 氢能利用效率 $ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.1 × 10^6\ \mathrm{J}}{2.8 × 10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 75\% $。
【答案】
$ 2.8×10^6 $；$ 75\% $
【知识点】
热值计算、机械效率计算
【点评】
本题结合新能源应用场景，综合考查热值和机械效率的计算，解题时需牢记相关公式，注意单位的统一换算，步骤清晰即可顺利求解。
【难度系数】
0.6
本题分为两部分计算：第一部分是氢气完全燃烧放出的热量，直接利用热值公式即可；第二部分是氢能的利用效率，需先求出总重力、骑行时的阻力（匀速时牵引力等于阻力），再计算骑行的有用功，最后用有用功除以氢气完全燃烧放出的热量得到效率，注意单位换算（将km转换为m）。
【解析】
1. 计算氢气完全燃烧产生的热量：
根据热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = m q $，代入已知数据：
$ m = 0.02\ \mathrm{kg} $，$ q = 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} $，
则 $ Q_{\mathrm{放}} = 0.02\ \mathrm{kg} × 1.4 × 10^8\ \mathrm{J/kg} = 2.8 × 10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算氢气的利用效率：
① 先计算总重力：$ G = mg = 84\ \mathrm{kg} × 10\ \mathrm{N/kg} = 840\ \mathrm{N} $；
② 骑行时受到的阻力：$ f = \frac{1}{20}G = \frac{1}{20} × 840\ \mathrm{N} = 42\ \mathrm{N} $；
③ 由于自行车匀速骑行，牵引力与阻力平衡，因此牵引力 $ F = f = 42\ \mathrm{N} $；
④ 骑行距离单位换算：$ s = 50\ \mathrm{km} = 50000\ \mathrm{m} $，
骑行的有用功 $ W_{\mathrm{有}} = F s = 42\ \mathrm{N} × 50000\ \mathrm{m} = 2.1 × 10^6\ \mathrm{J} $；
⑤ 氢能利用效率 $ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{2.1 × 10^6\ \mathrm{J}}{2.8 × 10^6\ \mathrm{J}} × 100\% = 75\% $。
【答案】
$ 2.8×10^6 $；$ 75\% $
【知识点】
热值计算、机械效率计算
【点评】
本题结合新能源应用场景，综合考查热值和机械效率的计算，解题时需牢记相关公式，注意单位的统一换算，步骤清晰即可顺利求解。
【难度系数】
0.6
7.[2026·内蒙古中考]小明一家在呼伦贝尔大草原游玩，傍晚天气变冷，他们采取下列方法取暖，属于做功改变内能的是 （
A.喝杯热水
B.抱热水袋
C.搓手搓脸
D.向手心哈气
C
）A.喝杯热水
B.抱热水袋
C.搓手搓脸
D.向手心哈气
答案
7.C
解析
【分析】首先明确改变物体内能的两种方式：做功和热传递，做功的本质是能量的转化，热传递的本质是能量的转移。接下来逐一分析各选项，判断其改变内能的方式，从而选出正确答案。
【解析】改变内能的两种方式中，热传递是能量的转移，做功是能量的转化。选项A喝杯热水，热量从热水转移到人体，属于热传递改变内能；选项B抱热水袋，热量从热水袋转移到人体，属于热传递改变内能；选项C搓手搓脸，通过摩擦将机械能转化为内能，属于做功改变内能；选项D向手心哈气，热量从呼出的气体转移到手心，属于热传递改变内能。因此正确答案为C。
【答案】C
【知识点】内能的改变方式
【点评】本题考查内能改变的两种基础方式，核心是区分“能量转化（做功）”和“能量转移（热传递）”，属于概念辨析类基础题，难度较低。
【难度系数】0.8
【解析】改变内能的两种方式中，热传递是能量的转移，做功是能量的转化。选项A喝杯热水，热量从热水转移到人体，属于热传递改变内能；选项B抱热水袋，热量从热水袋转移到人体，属于热传递改变内能；选项C搓手搓脸，通过摩擦将机械能转化为内能，属于做功改变内能；选项D向手心哈气，热量从呼出的气体转移到手心，属于热传递改变内能。因此正确答案为C。
【答案】C
【知识点】内能的改变方式
【点评】本题考查内能改变的两种基础方式，核心是区分“能量转化（做功）”和“能量转移（热传递）”，属于概念辨析类基础题，难度较低。
【难度系数】0.8
8.[2024·广东中考]如图是古代省油灯的示意图。它下层盛水，能减慢上层油的消耗。点灯后，水在升温的过程中 （
A.吸热，内能增加
B.吸热，内能减少
C.放热，内能增加
D.放热，内能减少
A
）A.吸热，内能增加
B.吸热，内能减少
C.放热，内能增加
D.放热，内能减少
答案
8.A
解析
【分析】
要解答本题，需明确物体内能变化与吸放热的关系：当物体温度升高时，说明吸收了热量，内能会增加；温度降低时，放出热量，内能减少。本题中，点灯后，火焰的热量传递给上层的油，油再将热量传递给下层的水，水在升温，据此判断水的吸放热情况和内能变化。
【解析】
水在升温的过程中，吸收了油传递的热量；根据内能的变化规律：物体吸热时，内能增加，放热时，内能减少。因此水在升温过程中吸热，内能增加，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
内能、热传递
【点评】
本题结合古代省油灯的生活实例，考查内能与吸放热的关系，贴近生活，属于基础知识点的应用，难度较低。
【难度系数】
0.8
要解答本题，需明确物体内能变化与吸放热的关系：当物体温度升高时，说明吸收了热量，内能会增加；温度降低时，放出热量，内能减少。本题中，点灯后，火焰的热量传递给上层的油，油再将热量传递给下层的水，水在升温，据此判断水的吸放热情况和内能变化。
【解析】
水在升温的过程中，吸收了油传递的热量；根据内能的变化规律：物体吸热时，内能增加，放热时，内能减少。因此水在升温过程中吸热，内能增加，对应选项A。
【答案】
A
【知识点】
内能、热传递
【点评】
本题结合古代省油灯的生活实例，考查内能与吸放热的关系，贴近生活，属于基础知识点的应用，难度较低。
【难度系数】
0.8
9. [2024·陕西中考]涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。下列关于该发动机工作过程中的说法正确的是（
A.燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大
C.压气机压缩空气，空气的内能减小
D.高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能
A
）A.燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大
C.压气机压缩空气，空气的内能减小
D.高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能
答案
9.A
解析
【分析】
本题围绕航空涡轴发动机的工作过程，考查热机相关的物理概念，需结合热值、内能变化、热机效率、能量转化的定义，逐一分析每个选项的正误，从而选出正确答案。
【解析】
选项A：热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值，燃料燃烧越充分，有效利用的能量越多，发动机效率越高，该说法正确；
选项B：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与是否和空气混合无关，混合后燃料的热值不变，该说法错误；
选项C：压气机压缩空气时，对空气做功，空气的内能会增大，而非减小，该说法错误；
选项D：高温高压气体推动涡轮转动时，是将内能转化为机械能，而非机械能转化为内能，该说法错误。
【答案】
A
【知识点】
热机效率、热值、内能改变、能量转化
【点评】
本题以航空发动机为背景，考查热机相关的基础概念，侧重对核心知识点的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题围绕航空涡轴发动机的工作过程，考查热机相关的物理概念，需结合热值、内能变化、热机效率、能量转化的定义，逐一分析每个选项的正误，从而选出正确答案。
【解析】
选项A：热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值，燃料燃烧越充分，有效利用的能量越多，发动机效率越高，该说法正确；
选项B：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与是否和空气混合无关，混合后燃料的热值不变，该说法错误；
选项C：压气机压缩空气时，对空气做功，空气的内能会增大，而非减小，该说法错误；
选项D：高温高压气体推动涡轮转动时，是将内能转化为机械能，而非机械能转化为内能，该说法错误。
【答案】
A
【知识点】
热机效率、热值、内能改变、能量转化
【点评】
本题以航空发动机为背景，考查热机相关的基础概念，侧重对核心知识点的理解与应用，难度适中。
【难度系数】
0.7
10.[2024·苏州中考]如图是某折叠卡式炉，采用丁烷为燃料。水壶内装入2 L、初温为25 ℃的水，用卡式炉加热至100 ℃，消耗了25 g丁烷[水的密度为$1.0×10^3$ kg/m³，水的比热容为$4.2×10^3$ J/(kg·℃)，丁烷的热值为$4.8×10^7$ J/kg]。求：
(1)水壶中水的质量；
(2)水吸收的热量；
(3)卡式炉的加热效率。
(1)水壶中水的质量；
(2)水吸收的热量；
(3)卡式炉的加热效率。
答案
10.(1)2 kg (2)$6.3×10^5$ J (3)$52.5\%$
解析
【分析】
要解决这三个问题，需分步骤运用对应物理公式：
1. 求水的质量：已知水的体积和密度，根据密度公式变形$m=\rho V$计算，注意体积单位换算（$1\ \mathrm{L}=10^{-3}\ \mathrm{m}^3$）；
2. 求水吸收的热量：利用吸热公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$，其中$\Delta t$为水升高的温度（末温减初温），代入对应物理量计算；
3. 求加热效率：加热效率是水吸收的热量（有用能量）与丁烷完全燃烧放出的热量（总能量）的比值，先由$Q_{\mathrm{放}}=m_{\mathrm{丁烷}}q$计算丁烷放热，再用$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%$求效率。
【解析】
解：(1) 水的体积$V=2\ \mathrm{L}=2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，
根据$\rho=\frac{m}{V}$，水的质量：
$m_{\mathrm{水}}=\rho_{\mathrm{水}}V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=2\ \mathrm{kg}$；
(2) 水升高的温度$\Delta t=100°\mathrm{C}-25°\mathrm{C}=75°\mathrm{C}$，
水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×75°\mathrm{C}=6.3×10^5\ \mathrm{J}$；
(3) 丁烷完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=m_{\mathrm{丁烷}}q=25×10^{-3}\ \mathrm{kg}×4.8×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$，
卡式炉的加热效率：
$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{6.3×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}}×100\%=52.5\%$；
【答案】
(1)2 kg (2)$6.3×10^5$ J (3)$52.5\%$
【知识点】
密度公式应用、热量计算、热效率计算
【点评】
本题为热学基础计算题，综合考查密度、吸热公式、热值及热效率的应用，解题关键是掌握相关公式并注意单位换算，属于学生易掌握的基础题型。
【难度系数】
0.7
要解决这三个问题，需分步骤运用对应物理公式：
1. 求水的质量：已知水的体积和密度，根据密度公式变形$m=\rho V$计算，注意体积单位换算（$1\ \mathrm{L}=10^{-3}\ \mathrm{m}^3$）；
2. 求水吸收的热量：利用吸热公式$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m\Delta t$，其中$\Delta t$为水升高的温度（末温减初温），代入对应物理量计算；
3. 求加热效率：加热效率是水吸收的热量（有用能量）与丁烷完全燃烧放出的热量（总能量）的比值，先由$Q_{\mathrm{放}}=m_{\mathrm{丁烷}}q$计算丁烷放热，再用$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%$求效率。
【解析】
解：(1) 水的体积$V=2\ \mathrm{L}=2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，
根据$\rho=\frac{m}{V}$，水的质量：
$m_{\mathrm{水}}=\rho_{\mathrm{水}}V=1.0×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=2\ \mathrm{kg}$；
(2) 水升高的温度$\Delta t=100°\mathrm{C}-25°\mathrm{C}=75°\mathrm{C}$，
水吸收的热量：
$Q_{\mathrm{吸}}=c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×75°\mathrm{C}=6.3×10^5\ \mathrm{J}$；
(3) 丁烷完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}}=m_{\mathrm{丁烷}}q=25×10^{-3}\ \mathrm{kg}×4.8×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^6\ \mathrm{J}$，
卡式炉的加热效率：
$\eta=\frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}×100\%=\frac{6.3×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^6\ \mathrm{J}}×100\%=52.5\%$；
【答案】
(1)2 kg (2)$6.3×10^5$ J (3)$52.5\%$
【知识点】
密度公式应用、热量计算、热效率计算
【点评】
本题为热学基础计算题，综合考查密度、吸热公式、热值及热效率的应用，解题关键是掌握相关公式并注意单位换算，属于学生易掌握的基础题型。
【难度系数】
0.7
1.汽油发动机工作时,汽油必须和吸进的空气成适当的比例,才能形成可以有效燃烧的混合气,这就是空燃比(可燃混合气中空气质量与燃油质量之比)。某总排量为2.0 L的四冲程发动机的空燃比为22:1,混合燃气的密度为1.5 kg/m³,则发动机做一次功,燃料燃烧产生的热量为
$6×10^3$
J;当发动机曲轴的转速为每分钟3 000转时,此时汽车输出的机械功率为60 kW,则该发动机每秒做功25
次,此时该发动机的效率为$40\%$
。(汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg)答案
1.$6×10^3$ 25 $40\%$
解析
【分析】
解决本题需分三步推导：1.计算发动机一次做功时燃料燃烧的热量，需先求混合燃气总质量，再结合空燃比得燃油质量，最后用热值公式计算；2.计算每秒做功次数，利用四冲程发动机“每2转做功1次”的规律，将转速换算后计算；3.计算发动机效率，通过每秒总热量和每秒有用功的比值求解。
【解析】
1. 计算燃料燃烧产生的热量：
混合燃气体积 $ V=2.0\ \mathrm{L}=2.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3 $，总质量 $ m_{\mathrm{混}}=\rho V=1.5\ \mathrm{kg/m}^3×2.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=3×10^{-3}\ \mathrm{kg} $。
空燃比为22:1，即空气质量:燃油质量=22:1，故燃油质量 $ m_{\mathrm{油}}=\frac{m_{\mathrm{混}}}{22+1}=\frac{3×10^{-3}\ \mathrm{kg}}{23} $。
燃料燃烧热量 $ Q=m_{\mathrm{油}}q=\frac{3×10^{-3}}{23}\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^3\ \mathrm{J} $。
2. 计算每秒做功次数：
曲轴转速 $ n=3000\ \mathrm{转/分钟}=\frac{3000}{60}=50\ \mathrm{转/秒} $，四冲程发动机每2转做功1次，故每秒做功次数 $ \frac{50}{2}=25 $ 次。
3. 计算发动机效率：
每秒总热量 $ Q_{\mathrm{总}}=25×Q=25×6×10^3\ \mathrm{J}=1.5×10^5\ \mathrm{J} $。
输出功率 $ P=60\ \mathrm{kW}=6×10^4\ \mathrm{W} $，每秒有用功 $ W=Pt=6×10^4\ \mathrm{W}×1\ \mathrm{s}=6×10^4\ \mathrm{J} $。
效率 $ \eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{6×10^4\ \mathrm{J}}{1.5×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=40\% $。
【答案】
$6×10^3$；25；40%
【知识点】
热值计算、四冲程内燃机、热机效率
【点评】
本题综合考查热机相关核心计算，需掌握空燃比含义、四冲程做功规律及效率公式，步骤明确，适合中等水平学生解答。
【难度系数】
0.5
解决本题需分三步推导：1.计算发动机一次做功时燃料燃烧的热量，需先求混合燃气总质量，再结合空燃比得燃油质量，最后用热值公式计算；2.计算每秒做功次数，利用四冲程发动机“每2转做功1次”的规律，将转速换算后计算；3.计算发动机效率，通过每秒总热量和每秒有用功的比值求解。
【解析】
1. 计算燃料燃烧产生的热量：
混合燃气体积 $ V=2.0\ \mathrm{L}=2.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3 $，总质量 $ m_{\mathrm{混}}=\rho V=1.5\ \mathrm{kg/m}^3×2.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=3×10^{-3}\ \mathrm{kg} $。
空燃比为22:1，即空气质量:燃油质量=22:1，故燃油质量 $ m_{\mathrm{油}}=\frac{m_{\mathrm{混}}}{22+1}=\frac{3×10^{-3}\ \mathrm{kg}}{23} $。
燃料燃烧热量 $ Q=m_{\mathrm{油}}q=\frac{3×10^{-3}}{23}\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^3\ \mathrm{J} $。
2. 计算每秒做功次数：
曲轴转速 $ n=3000\ \mathrm{转/分钟}=\frac{3000}{60}=50\ \mathrm{转/秒} $，四冲程发动机每2转做功1次，故每秒做功次数 $ \frac{50}{2}=25 $ 次。
3. 计算发动机效率：
每秒总热量 $ Q_{\mathrm{总}}=25×Q=25×6×10^3\ \mathrm{J}=1.5×10^5\ \mathrm{J} $。
输出功率 $ P=60\ \mathrm{kW}=6×10^4\ \mathrm{W} $，每秒有用功 $ W=Pt=6×10^4\ \mathrm{W}×1\ \mathrm{s}=6×10^4\ \mathrm{J} $。
效率 $ \eta=\frac{W}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{6×10^4\ \mathrm{J}}{1.5×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=40\% $。
【答案】
$6×10^3$；25；40%
【知识点】
热值计算、四冲程内燃机、热机效率
【点评】
本题综合考查热机相关核心计算，需掌握空燃比含义、四冲程做功规律及效率公式，步骤明确，适合中等水平学生解答。
【难度系数】
0.5
