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5. (★★)汽车的发动机大多数是内燃机,内燃机是热机的一种。下列关于热机和环境保护的说法正确的是【
A.热机排出的尾气没有内能
B.热机效率能达到 100%
C.热机的大量使用会造成环境污染
D.汽油机的做功冲程将机械能转化为内能
C
】A.热机排出的尾气没有内能
B.热机效率能达到 100%
C.热机的大量使用会造成环境污染
D.汽油机的做功冲程将机械能转化为内能
答案
C
解析
一切物体都有内能，热机排出的尾气也有内能，A错误；由于存在热量损失和能量损耗，热机效率不可能达到100%，B错误；热机使用时会排放废气等，造成环境污染，C正确；汽油机做功冲程是将内能转化为机械能，D错误。
6. (★★★)汽车已经成为现代生活中重要的交通工具,如图 2.2 - 1 所示。
(1)汽车由发动机、底盘、车身和电路设备四大部分组成。电路设备可以产生
(2)
(3)结合图 2.2 - 1 说明,汽油燃烧时释放的能量通过哪些途径转化成周围环境的内能：
(4)一辆汽车在高速公路上行驶的速度为 30 m/s 时,功率是 23 kW。若这辆汽车发动机的效率为 30%,则它每小时消耗的汽油约为
(1)汽车由发动机、底盘、车身和电路设备四大部分组成。电路设备可以产生
高压电火花
来点燃汽缸中的可燃气体。目前,汽车使用的燃料一般是汽油
。(2)
做功
冲程使汽车获得动力。(3)结合图 2.2 - 1 说明,汽油燃烧时释放的能量通过哪些途径转化成周围环境的内能：
汽油燃烧时释放的能量一部分通过排气管排出被周围环境吸收，一部分通过发动机冷却器散失到周围环境中，还有一部分通过摩擦等形式转化为周围环境的内能
。(4)一辆汽车在高速公路上行驶的速度为 30 m/s 时,功率是 23 kW。若这辆汽车发动机的效率为 30%,则它每小时消耗的汽油约为
6
kg。($q_{汽油}= 4.6×10^{7}J/kg$)答案
(1) 高压电火花；汽油。
(2) 做功。
(3) 汽油燃烧时释放的能量一部分通过排气管排出被周围环境吸收，一部分通过发动机冷却器散失到周围环境中，还有一部分通过摩擦等形式转化为周围环境的内能。
(4)
汽车每小时做的功$W = Pt=23×10^{3}W×3600s = 8.28×10^{7}J$；
由$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$可得，汽油完全燃烧释放的热量$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{8.28×10^{7}J}{30\%}=2.76×10^{8}J$；
由$Q_{放}=mq$可得，消耗汽油的质量$m = \frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.76×10^{8}J}{4.6×10^{7}J/kg}=6$kg。
故答案为：(1) 高压电火花；汽油；(2) 做功；(3) 汽油燃烧时释放的能量一部分通过排气管排出被周围环境吸收，一部分通过发动机冷却器散失到周围环境中，还有一部分通过摩擦等形式转化为周围环境的内能；(4) 6。
(2) 做功。
(3) 汽油燃烧时释放的能量一部分通过排气管排出被周围环境吸收，一部分通过发动机冷却器散失到周围环境中，还有一部分通过摩擦等形式转化为周围环境的内能。
(4)
汽车每小时做的功$W = Pt=23×10^{3}W×3600s = 8.28×10^{7}J$；
由$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$可得，汽油完全燃烧释放的热量$Q_{放}=\frac{W}{\eta}=\frac{8.28×10^{7}J}{30\%}=2.76×10^{8}J$；
由$Q_{放}=mq$可得，消耗汽油的质量$m = \frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.76×10^{8}J}{4.6×10^{7}J/kg}=6$kg。
故答案为：(1) 高压电火花；汽油；(2) 做功；(3) 汽油燃烧时释放的能量一部分通过排气管排出被周围环境吸收，一部分通过发动机冷却器散失到周围环境中，还有一部分通过摩擦等形式转化为周围环境的内能；(4) 6。
解析
(1)电火花；汽油
(2)做功
(3)通过发动机冷却器散热、排气管排气、车身散热转化成周围环境的内能
(4)6
7. (★★)我国不仅是火箭的发源地,还是一个航天大国,我国的长征系列运载火箭有着极佳的性能。长征二号 F 遥二十运载火箭托举神舟飞船,将三名航天员送上中国空间站。火箭上升时,由液态氢燃烧产生的
内
能转化为火箭的机械
能。答案
内；机械
解析
火箭上升时，液态氢燃烧，化学能转化为内能，内能再转化为火箭的机械能。
8. (★★)2025 年 4 月 24 日,搭载神舟二十号载人飞船的长征二号 F 遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射,如图 2.2 - 2 所示。关于火箭发射过程中涉及的物理知识,下列分析正确的是【
A.发射塔周围的“白气”是由水蒸气汽化形成的
B.火箭上升时外壳温度升高,内能减少
C.发射火箭时的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同
D.火箭燃料的密度、热值均较小
C
】A.发射塔周围的“白气”是由水蒸气汽化形成的
B.火箭上升时外壳温度升高,内能减少
C.发射火箭时的能量转化与热机做功冲程的能量转化相同
D.火箭燃料的密度、热值均较小
答案
C
解析
A 选项：“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水滴，而不是汽化形成的，汽化是液态变为气态，所以 A 错误。
B 选项：火箭上升时，外壳与空气摩擦做功，机械能转化为内能，外壳温度升高，内能增加，而不是减少，所以 B 错误。
C 选项：发射火箭时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为机械能，热机做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化相同，所以 C 正确。
D 选项：火箭需要燃料具有较大的能量，所以燃料的热值要大，而不是热值小，密度也不是越小越好，所以 D 错误。
B 选项：火箭上升时，外壳与空气摩擦做功，机械能转化为内能，外壳温度升高，内能增加，而不是减少，所以 B 错误。
C 选项：发射火箭时，燃料燃烧将化学能转化为内能，再转化为机械能，热机做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化相同，所以 C 正确。
D 选项：火箭需要燃料具有较大的能量，所以燃料的热值要大，而不是热值小，密度也不是越小越好，所以 D 错误。
油电混合动力汽车
如图 2.2 - 3 甲所示是国产某品牌油电混合动力汽车,其工作原理如图 2.2 - 3 乙所示。当它以 90 km/h 的速度匀速行驶 20 min 的过程中,燃烧了 3 kg 燃油。发动机和驱动电机同时共同为汽车提供动力,驱动汽车行驶所需的能量为$ 9×10^7 J,$其中 50%的能量来自燃油燃烧；而发动机内的燃油燃烧放出的热量部分用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电,其中用于充电的能量为$ 6×10^6 J。$设燃油在发动机汽缸内完全燃烧,燃油的热值为$ 5×10^7 J/kg。$若普通燃油汽车刹车时动能全部用于克服与地面的摩擦力做功,而该油电混合动力汽车在关闭发动机后,动能除用于克服与地面的摩擦力做功外,其余能量全部通过驱动电机反转为发电机给蓄电池充电。在某次测试时,同样车型的普通燃油汽车和该油电混合动力汽车刚刚关闭发动机后,根据汽车通过路程 s 时,所对应的动能 E_k,作出 E_k - s 图像,如图 2.2 - 3 丙所示。设两汽车受到的摩擦力的大小相等。油电混合动力汽车正常行驶时关闭发动机,直至汽车停止的过程中,通过发电机将动能转化为电能的效率称为储能效率。
请根据上述材料,回答下列问题。
(1)
(2)
(3)该油电混合动力汽车以 90 km/h 的速度匀速行驶 20 min 的过程中,发动机的效率是多少？
(4)该油电混合动力汽车从关闭发动机至汽车停止的过程中,发电机的储能效率是多少？
如图 2.2 - 3 甲所示是国产某品牌油电混合动力汽车,其工作原理如图 2.2 - 3 乙所示。当它以 90 km/h 的速度匀速行驶 20 min 的过程中,燃烧了 3 kg 燃油。发动机和驱动电机同时共同为汽车提供动力,驱动汽车行驶所需的能量为$ 9×10^7 J,$其中 50%的能量来自燃油燃烧；而发动机内的燃油燃烧放出的热量部分用于驱动汽车行驶和对蓄电池充电,其中用于充电的能量为$ 6×10^6 J。$设燃油在发动机汽缸内完全燃烧,燃油的热值为$ 5×10^7 J/kg。$若普通燃油汽车刹车时动能全部用于克服与地面的摩擦力做功,而该油电混合动力汽车在关闭发动机后,动能除用于克服与地面的摩擦力做功外,其余能量全部通过驱动电机反转为发电机给蓄电池充电。在某次测试时,同样车型的普通燃油汽车和该油电混合动力汽车刚刚关闭发动机后,根据汽车通过路程 s 时,所对应的动能 E_k,作出 E_k - s 图像,如图 2.2 - 3 丙所示。设两汽车受到的摩擦力的大小相等。油电混合动力汽车正常行驶时关闭发动机,直至汽车停止的过程中,通过发电机将动能转化为电能的效率称为储能效率。
请根据上述材料,回答下列问题。
(1)
①
由图 2.2 - 3 丙可知,表示该油电混合动力汽车进行测试的是图线_________(填“①”或“②”)。(2)
驱动电机
该油电混合动力汽车正常行驶时,发动机和_________同时共同为汽车提供动力。(3)该油电混合动力汽车以 90 km/h 的速度匀速行驶 20 min 的过程中,发动机的效率是多少？
(4)该油电混合动力汽车从关闭发动机至汽车停止的过程中,发电机的储能效率是多少？
答案
(1)①
(2)驱动电机
(3)燃料完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq=3\,kg×5×10^7\,J/kg=1.5×10^8\,J$
发动机提供的驱动能量：$W_{驱}=9×10^7\,J×50\%=4.5×10^7\,J$
发动机对蓄电池充电能量：$W_{充}=6×10^6\,J$
发动机总有用能量：$W_{有}=W_{驱}+W_{充}=4.5×10^7\,J+6×10^6\,J=5.1×10^7\,J$
发动机效率：$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{5.1×10^7\,J}{1.5×10^8\,J}×100\%=34\%$
(4)普通车摩擦力：$f=\frac{E_{k0}}{s_2}=\frac{4×10^5\,J}{80\,m}=5000\,N$
混合动力车克服摩擦做功：$W_{摩}=fs_1=5000\,N×30\,m=1.5×10^5\,J$
充电能量：$E_{电}=E_{k0}-W_{摩}=4×10^5\,J-1.5×10^5\,J=2.5×10^5\,J$
储能效率：$\eta=\frac{E_{电}}{E_{k0}}×100\%=\frac{2.5×10^5\,J}{4×10^5\,J}×100\%=62.5\%$
(2)驱动电机
(3)燃料完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq=3\,kg×5×10^7\,J/kg=1.5×10^8\,J$
发动机提供的驱动能量：$W_{驱}=9×10^7\,J×50\%=4.5×10^7\,J$
发动机对蓄电池充电能量：$W_{充}=6×10^6\,J$
发动机总有用能量：$W_{有}=W_{驱}+W_{充}=4.5×10^7\,J+6×10^6\,J=5.1×10^7\,J$
发动机效率：$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{5.1×10^7\,J}{1.5×10^8\,J}×100\%=34\%$
(4)普通车摩擦力：$f=\frac{E_{k0}}{s_2}=\frac{4×10^5\,J}{80\,m}=5000\,N$
混合动力车克服摩擦做功：$W_{摩}=fs_1=5000\,N×30\,m=1.5×10^5\,J$
充电能量：$E_{电}=E_{k0}-W_{摩}=4×10^5\,J-1.5×10^5\,J=2.5×10^5\,J$
储能效率：$\eta=\frac{E_{电}}{E_{k0}}×100\%=\frac{2.5×10^5\,J}{4×10^5\,J}×100\%=62.5\%$
