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4.乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源，能有效改善油品的性能和质量。它不影响汽车的性能，还能减少有害气体的排放。乙醇汽油热值约$4.6× 10^7\ \mathrm{J/kg}$，某汽车发动机的能量流向图如图所示，下列说法正确的是（
A.该车发动机的效率为70％
B.0.1 kg的乙醇汽油燃烧一定能够释放$4.6× 10^6\ \mathrm{J}$的热量
C.利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施，减小摩擦是提高热机效率的有效途径
D.发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
C
）A.该车发动机的效率为70％
B.0.1 kg的乙醇汽油燃烧一定能够释放$4.6× 10^6\ \mathrm{J}$的热量
C.利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施，减小摩擦是提高热机效率的有效途径
D.发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
答案
C
解析
【分析】
本题考查热机相关的基础知识点，需逐一分析每个选项：首先明确热机效率的计算方法，再结合热值的定义、提高热机效率的途径、内燃机冲程的能量转化规律，判断各选项的正误。
【解析】
逐一分析各选项：
1. 选项A：热机效率是有用功的能量与燃料完全燃烧释放总能量的比值。由能量流向图，总能量占比为100%，损失的能量占比为废气33%+冷却水30%+摩擦与辐射7%=70%，因此发动机效率为1-70%=30%，并非70%，A错误。
2. 选项B：热值的定义是单位质量的燃料完全燃烧时释放的热量，选项中未说明“完全燃烧”，若乙醇汽油未完全燃烧，释放的热量会小于$4.6×10^6\ \mathrm{J}$，B错误。
3. 选项C：利用废气的能量可减少能量浪费，减小摩擦能降低能量损失，这些都是提高燃料利用率、提升热机效率的有效途径，C正确。
4. 选项D：内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程才是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，D错误。
【答案】
C
【知识点】
热机效率、热值、内燃机冲程
【点评】
本题围绕热机的核心知识点命题，需准确掌握热机效率计算、热值概念、提高热机效率的方法及内燃机冲程的能量转化，属于基础题型，需细心辨析选项中的细节。
【难度系数】
0.6
本题考查热机相关的基础知识点，需逐一分析每个选项：首先明确热机效率的计算方法，再结合热值的定义、提高热机效率的途径、内燃机冲程的能量转化规律，判断各选项的正误。
【解析】
逐一分析各选项：
1. 选项A：热机效率是有用功的能量与燃料完全燃烧释放总能量的比值。由能量流向图，总能量占比为100%，损失的能量占比为废气33%+冷却水30%+摩擦与辐射7%=70%，因此发动机效率为1-70%=30%，并非70%，A错误。
2. 选项B：热值的定义是单位质量的燃料完全燃烧时释放的热量，选项中未说明“完全燃烧”，若乙醇汽油未完全燃烧，释放的热量会小于$4.6×10^6\ \mathrm{J}$，B错误。
3. 选项C：利用废气的能量可减少能量浪费，减小摩擦能降低能量损失，这些都是提高燃料利用率、提升热机效率的有效途径，C正确。
4. 选项D：内燃机的压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程才是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，D错误。
【答案】
C
【知识点】
热机效率、热值、内燃机冲程
【点评】
本题围绕热机的核心知识点命题，需准确掌握热机效率计算、热值概念、提高热机效率的方法及内燃机冲程的能量转化，属于基础题型，需细心辨析选项中的细节。
【难度系数】
0.6
5.(1)完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的
(2)现用如图所示的装置加热200 g的液体A，燃烧了1.4 g酒精，液体升高的温度小于$\Delta t$，哪些原因会导致这个结果？
$2$
倍。0.7 g酒精完全燃烧释放的热量是$2.1×10^{4}$ J，这些热量全部被100 g的液体A吸收，液体的温度升高了50 ℃。完全燃烧1.4 g酒精释放的热量全部被200 g的液体A吸收，液体的温度升高了$\Delta t=$$50$
℃(不考虑散热)。(2)现用如图所示的装置加热200 g的液体A，燃烧了1.4 g酒精，液体升高的温度小于$\Delta t$，哪些原因会导致这个结果？
燃料没有完全燃烧(合理即可)
(写出一个即可)。答案
(1)$2$；$50$
(2)燃料没有完全燃烧(合理即可)
(2)燃料没有完全燃烧(合理即可)
解析
【分析】
第(1)题：首先明确热值是燃料的固有属性，完全燃烧同种燃料释放的热量与质量成正比，据此确定第一个空的倍数；再利用热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，结合两次的热量、液体质量的变化推导温度变化量。第(2)题：实际加热过程中，酒精释放的热量无法全部被液体吸收，存在热量损失，据此分析温度升高偏小的原因。
【解析】
(1) 热值是燃料的固有属性，与燃料质量无关，完全燃烧相同燃料释放的热量与质量成正比。1.4g酒精的质量是0.7g的2倍，故完全燃烧1.4g酒精释放的热量是0.7g的2倍，第一个空填2。
已知0.7g酒精完全燃烧放热$Q_1=2.1×10^4\ \mathrm{J}$，则1.4g酒精完全燃烧放热$Q_2=2Q_1=4.2×10^4\ \mathrm{J}$。
根据热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，液体A的比热容$c$不变，第一次满足$Q_1=cm_1\Delta t_1$，第二次满足$Q_2=cm_2\Delta t_2$。代入$Q_2=2Q_1$、$m_2=2m_1$，可得：
$\Delta t_2=\frac{Q_2 m_1 \Delta t_1}{Q_1 m_2}=\frac{2Q_1 × m_1 ×50℃}{Q_1 ×2m_1}=50℃$，第二个空填50。
(2) 实际加热时，酒精无法完全燃烧，且释放的热量会有部分被烧杯吸收、散失到空气中，导致液体A吸收的热量小于酒精完全燃烧的总热量，因此液体升高的温度小于计算的$\Delta t$，例如燃料没有完全燃烧（合理即可）。
【答案】
(1) 2；50 (2) 燃料没有完全燃烧（合理即可）
【知识点】
热值、热量计算、热量散失
【点评】
本题考查热值概念、热量公式应用及实际热过程的热量损失分析，既需掌握基础公式计算，又要结合实际情况分析问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
第(1)题：首先明确热值是燃料的固有属性，完全燃烧同种燃料释放的热量与质量成正比，据此确定第一个空的倍数；再利用热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，结合两次的热量、液体质量的变化推导温度变化量。第(2)题：实际加热过程中，酒精释放的热量无法全部被液体吸收，存在热量损失，据此分析温度升高偏小的原因。
【解析】
(1) 热值是燃料的固有属性，与燃料质量无关，完全燃烧相同燃料释放的热量与质量成正比。1.4g酒精的质量是0.7g的2倍，故完全燃烧1.4g酒精释放的热量是0.7g的2倍，第一个空填2。
已知0.7g酒精完全燃烧放热$Q_1=2.1×10^4\ \mathrm{J}$，则1.4g酒精完全燃烧放热$Q_2=2Q_1=4.2×10^4\ \mathrm{J}$。
根据热量公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，液体A的比热容$c$不变，第一次满足$Q_1=cm_1\Delta t_1$，第二次满足$Q_2=cm_2\Delta t_2$。代入$Q_2=2Q_1$、$m_2=2m_1$，可得：
$\Delta t_2=\frac{Q_2 m_1 \Delta t_1}{Q_1 m_2}=\frac{2Q_1 × m_1 ×50℃}{Q_1 ×2m_1}=50℃$，第二个空填50。
(2) 实际加热时，酒精无法完全燃烧，且释放的热量会有部分被烧杯吸收、散失到空气中，导致液体A吸收的热量小于酒精完全燃烧的总热量，因此液体升高的温度小于计算的$\Delta t$，例如燃料没有完全燃烧（合理即可）。
【答案】
(1) 2；50 (2) 燃料没有完全燃烧（合理即可）
【知识点】
热值、热量计算、热量散失
【点评】
本题考查热值概念、热量公式应用及实际热过程的热量损失分析，既需掌握基础公式计算，又要结合实际情况分析问题，难度适中。
【难度系数】
0.5
6.(湖北中考)据统计,每燃烧1 kg燃油约排放3.3 kg二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标,氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大,使用氢燃料电池的交通工具不断丰富,其应用流程如下。
(1)氢燃料电池将化学能直接转化为
(2)当储氢瓶内气体压强为$3.5× 10^7\ \mathrm{Pa}$时,求瓶内壁$1\ \mathrm{cm}^2$的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例,假设卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h,功率为172 kW。
①求卡车的行驶速度。
②求卡车所受牵引力。
③与燃油卡车相比,氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少?燃油发动机的效率取36%,燃油的热值$q$取$4.3× 10^7\ \mathrm{J/kg}$。
(1)氢燃料电池将化学能直接转化为
电
能。(2)当储氢瓶内气体压强为$3.5× 10^7\ \mathrm{Pa}$时,求瓶内壁$1\ \mathrm{cm}^2$的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例,假设卡车在水平路面上匀速行驶72 km用时1 h,功率为172 kW。
①求卡车的行驶速度。
②求卡车所受牵引力。
③与燃油卡车相比,氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为多少?燃油发动机的效率取36%,燃油的热值$q$取$4.3× 10^7\ \mathrm{J/kg}$。
答案
(1)电
(2)根据$p=\frac{F}{S}$可知,当储氢瓶内气体的压强为$3.5×10^7\ \mathrm{Pa}$时,瓶内壁$1\ \mathrm{cm^2}$的面积上受到的压力$F = pS = 3.5 × 10^7\ \mathrm{Pa} × 1 × 10^{-4}\ \mathrm{m^2} = 3.5 × 10^3\ \mathrm{N}$。
(3)①卡车的行驶速度
$v=\frac{s}{t}=\frac{72\ \mathrm{km}}{1\ \mathrm{h}}=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$。
②卡车牵引力所做的功
$W_{有用}=Pt=172×10^3\ \mathrm{W}×3\ 600\ \mathrm{s}=6.192×10^8\ \mathrm{J}$，
根据$W=Fs$可知，卡车所受牵引力
$F=\frac{W_{有用}}{s}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{72×10^3\ \mathrm{m}}=8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③根据$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$可知，燃油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{36\%}=1.72×10^9\ \mathrm{J}$，
消耗燃油的质量
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.72×10^9\ \mathrm{J}}{4.3×10^7\ \mathrm{J/kg}}=40\ \mathrm{kg}$，
则减排二氧化碳的质量
$m'=3.3m=3.3×40\ \mathrm{kg}=132\ \mathrm{kg}$。
答:(2)瓶内壁$1\ \mathrm{cm^2}$的面积上受到的压力为$3.5×10^3\ \mathrm{N}$。
(3)①卡车的行驶速度为$20\ \mathrm{m/s}$。
②卡车所受牵引力为$8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为132 kg。
(2)根据$p=\frac{F}{S}$可知,当储氢瓶内气体的压强为$3.5×10^7\ \mathrm{Pa}$时,瓶内壁$1\ \mathrm{cm^2}$的面积上受到的压力$F = pS = 3.5 × 10^7\ \mathrm{Pa} × 1 × 10^{-4}\ \mathrm{m^2} = 3.5 × 10^3\ \mathrm{N}$。
(3)①卡车的行驶速度
$v=\frac{s}{t}=\frac{72\ \mathrm{km}}{1\ \mathrm{h}}=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$。
②卡车牵引力所做的功
$W_{有用}=Pt=172×10^3\ \mathrm{W}×3\ 600\ \mathrm{s}=6.192×10^8\ \mathrm{J}$，
根据$W=Fs$可知，卡车所受牵引力
$F=\frac{W_{有用}}{s}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{72×10^3\ \mathrm{m}}=8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③根据$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$可知，燃油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{36\%}=1.72×10^9\ \mathrm{J}$，
消耗燃油的质量
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.72×10^9\ \mathrm{J}}{4.3×10^7\ \mathrm{J/kg}}=40\ \mathrm{kg}$，
则减排二氧化碳的质量
$m'=3.3m=3.3×40\ \mathrm{kg}=132\ \mathrm{kg}$。
答:(2)瓶内壁$1\ \mathrm{cm^2}$的面积上受到的压力为$3.5×10^3\ \mathrm{N}$。
(3)①卡车的行驶速度为$20\ \mathrm{m/s}$。
②卡车所受牵引力为$8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶72 km可减排二氧化碳的质量为132 kg。
解析
【分析】
本题结合氢能源应用场景，考查物理相关知识的应用。(1) 氢燃料电池的功能是发电，结合流程图的“发电”环节可判断能量转化形式；(2) 利用压强公式变形求压力，需注意面积单位换算为国际单位；(3) ①速度计算直接用公式，注意单位换算；②牵引力结合功率、功的公式推导计算；③先通过效率公式算出燃油放热，再结合热值算出燃油质量，最后计算减排二氧化碳的质量，需理清各物理量关系，逐步推导。
【解析】
(1) 氢燃料电池将化学能直接转化为电能，故填“电”。
(2) 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，变形得$F=pS$。已知$p=3.5×10^7\ \mathrm{Pa}$，$S=1\ \mathrm{cm^2}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^2}$，代入得：
$F = 3.5×10^7\ \mathrm{Pa} × 1×10^{-4}\ \mathrm{m^2} = 3.5×10^3\ \mathrm{N}$。
(3) ① 行驶速度：$v=\frac{s}{t}=\frac{72\ \mathrm{km}}{1\ \mathrm{h}}=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$。
② 卡车牵引力做功：$W_{有用}=Pt=172×10^3\ \mathrm{W}×3600\ \mathrm{s}=6.192×10^8\ \mathrm{J}$，
由$W=Fs$得牵引力：$F=\frac{W_{有用}}{s}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{72×10^3\ \mathrm{m}}=8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③ 由$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$得燃油放热：$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{36\%}=1.72×10^9\ \mathrm{J}$，
由$Q_{放}=mq$得燃油质量：$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.72×10^9\ \mathrm{J}}{4.3×10^7\ \mathrm{J/kg}}=40\ \mathrm{kg}$，
减排二氧化碳质量：$m'=3.3\ \mathrm{kg/kg}×40\ \mathrm{kg}=132\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1) 电；(2) $3.5×10^3\ \mathrm{N}$；(3) ① $20\ \mathrm{m/s}$；② $8.6×10^3\ \mathrm{N}$；③ $132\ \mathrm{kg}$
【知识点】
能量转化、压强计算、速度计算、功与功率、热效率与热值
【点评】
本题以氢能源应用为背景，综合考查多个物理基础公式的应用，结合新能源热点，难度适中，需注意单位换算和物理量关系推导，适合学生巩固基础。
【难度系数】
0.7
本题结合氢能源应用场景，考查物理相关知识的应用。(1) 氢燃料电池的功能是发电，结合流程图的“发电”环节可判断能量转化形式；(2) 利用压强公式变形求压力，需注意面积单位换算为国际单位；(3) ①速度计算直接用公式，注意单位换算；②牵引力结合功率、功的公式推导计算；③先通过效率公式算出燃油放热，再结合热值算出燃油质量，最后计算减排二氧化碳的质量，需理清各物理量关系，逐步推导。
【解析】
(1) 氢燃料电池将化学能直接转化为电能，故填“电”。
(2) 根据压强公式$p=\frac{F}{S}$，变形得$F=pS$。已知$p=3.5×10^7\ \mathrm{Pa}$，$S=1\ \mathrm{cm^2}=1×10^{-4}\ \mathrm{m^2}$，代入得：
$F = 3.5×10^7\ \mathrm{Pa} × 1×10^{-4}\ \mathrm{m^2} = 3.5×10^3\ \mathrm{N}$。
(3) ① 行驶速度：$v=\frac{s}{t}=\frac{72\ \mathrm{km}}{1\ \mathrm{h}}=72\ \mathrm{km/h}=20\ \mathrm{m/s}$。
② 卡车牵引力做功：$W_{有用}=Pt=172×10^3\ \mathrm{W}×3600\ \mathrm{s}=6.192×10^8\ \mathrm{J}$，
由$W=Fs$得牵引力：$F=\frac{W_{有用}}{s}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{72×10^3\ \mathrm{m}}=8.6×10^3\ \mathrm{N}$。
③ 由$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$得燃油放热：$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{6.192×10^8\ \mathrm{J}}{36\%}=1.72×10^9\ \mathrm{J}$，
由$Q_{放}=mq$得燃油质量：$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.72×10^9\ \mathrm{J}}{4.3×10^7\ \mathrm{J/kg}}=40\ \mathrm{kg}$，
减排二氧化碳质量：$m'=3.3\ \mathrm{kg/kg}×40\ \mathrm{kg}=132\ \mathrm{kg}$。
【答案】
(1) 电；(2) $3.5×10^3\ \mathrm{N}$；(3) ① $20\ \mathrm{m/s}$；② $8.6×10^3\ \mathrm{N}$；③ $132\ \mathrm{kg}$
【知识点】
能量转化、压强计算、速度计算、功与功率、热效率与热值
【点评】
本题以氢能源应用为背景，综合考查多个物理基础公式的应用，结合新能源热点，难度适中，需注意单位换算和物理量关系推导，适合学生巩固基础。
【难度系数】
0.7
