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4.某款新能源汽车采用氢燃料发动机获得动力。若某次汽车以100 kW 的恒定功率在水平公路上匀速行驶30 min，消耗的氢能为$3×10^8$ J。下列说法正确的是（
A.汽车发动机的效率为60%
B.汽车牵引力做的功为$3×10^6$ J
C.氢燃料燃烧是内能转化为化学能
D.氢燃料的热值越大，发动机的效率一定越高
A
）A.汽车发动机的效率为60%
B.汽车牵引力做的功为$3×10^6$ J
C.氢燃料燃烧是内能转化为化学能
D.氢燃料的热值越大，发动机的效率一定越高
答案
4.A
解析
【分析】
要判断各选项的正确性，需先明确相关物理量的计算方法和概念：根据功率公式计算牵引力做的功，结合消耗的氢能计算发动机效率；明确氢燃烧的能量转化方向；区分热值和热机效率的概念，逐一分析选项。
【解析】
1. 计算牵引力做的功：功率公式为 $ W = Pt $，已知汽车功率 $ P = 100\ \mathrm{kW} = 1 × 10^5\ \mathrm{W} $，行驶时间 $ t = 30\ \mathrm{min} = 1800\ \mathrm{s} $，则牵引力做功：
$ W = Pt = 1 × 10^5\ \mathrm{W} × 1800\ \mathrm{s} = 1.8 × 10^8\ \mathrm{J} $。
2. 计算发动机效率：消耗的氢能（总能量）$ Q_{\mathrm{放}} = 3 × 10^8\ \mathrm{J} $，效率 $ \eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.8 × 10^8\ \mathrm{J}}{3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% = 60\% $，故A正确。
3. 分析B选项：牵引力做功为 $ 1.8 × 10^8\ \mathrm{J} $，不是 $ 3 × 10^6\ \mathrm{J} $，B错误。
4. 分析C选项：氢燃料燃烧是化学能转化为内能，而非内能转化为化学能，C错误。
5. 分析D选项：热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，与燃料的热值大小无关，D错误。
【答案】
A
【知识点】
功的计算、热机效率、能量转化
【点评】
本题考查功、热机效率、能量转化等基础知识点，需准确掌握各物理量的计算方法和概念，尤其要区分热值和热机效率的不同，避免概念混淆。
【难度系数】
0.5
要判断各选项的正确性，需先明确相关物理量的计算方法和概念：根据功率公式计算牵引力做的功，结合消耗的氢能计算发动机效率；明确氢燃烧的能量转化方向；区分热值和热机效率的概念，逐一分析选项。
【解析】
1. 计算牵引力做的功：功率公式为 $ W = Pt $，已知汽车功率 $ P = 100\ \mathrm{kW} = 1 × 10^5\ \mathrm{W} $，行驶时间 $ t = 30\ \mathrm{min} = 1800\ \mathrm{s} $，则牵引力做功：
$ W = Pt = 1 × 10^5\ \mathrm{W} × 1800\ \mathrm{s} = 1.8 × 10^8\ \mathrm{J} $。
2. 计算发动机效率：消耗的氢能（总能量）$ Q_{\mathrm{放}} = 3 × 10^8\ \mathrm{J} $，效率 $ \eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.8 × 10^8\ \mathrm{J}}{3 × 10^8\ \mathrm{J}} × 100\% = 60\% $，故A正确。
3. 分析B选项：牵引力做功为 $ 1.8 × 10^8\ \mathrm{J} $，不是 $ 3 × 10^6\ \mathrm{J} $，B错误。
4. 分析C选项：氢燃料燃烧是化学能转化为内能，而非内能转化为化学能，C错误。
5. 分析D选项：热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，与燃料的热值大小无关，D错误。
【答案】
A
【知识点】
功的计算、热机效率、能量转化
【点评】
本题考查功、热机效率、能量转化等基础知识点，需准确掌握各物理量的计算方法和概念，尤其要区分热值和热机效率的不同，避免概念混淆。
【难度系数】
0.5
5.用炉子烧水时,将10 kg的水从20 ℃加热到100 ℃,燃烧了0.5 kg焦炭。水的比热容是$4.2× 10^3$ J/(kg·℃),焦炭的热值是$3.0× 10^7$ J/kg。
(1)水吸收的热量是多少？
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧释放的热量是多少？
(3)炉子烧水的效率是多少？
(1)水吸收的热量是多少？
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧释放的热量是多少？
(3)炉子烧水的效率是多少？
答案
5.(1)水吸收的热量：
$Q_{吸}=cm(t-t_0)= 4.2×10^3 \ \mathrm{J/(kg·℃)} ×10 \ \mathrm{kg}×(100 \ ℃-20 \ ℃)= 3.36×10^6 \ \mathrm{J}$
(2)0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量：
$Q_{放}=mq=0.5 \ \mathrm{kg}×3.0×10^7 \ \mathrm{J/kg}=1.5×10^7 \ \mathrm{J}$
(3)炉子烧水的效率：$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\% =\frac{3.36×10^6 \ \mathrm{J}}{1.5×10^7 \ \mathrm{J}}×100\% =22.4\%$
$Q_{吸}=cm(t-t_0)= 4.2×10^3 \ \mathrm{J/(kg·℃)} ×10 \ \mathrm{kg}×(100 \ ℃-20 \ ℃)= 3.36×10^6 \ \mathrm{J}$
(2)0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量：
$Q_{放}=mq=0.5 \ \mathrm{kg}×3.0×10^7 \ \mathrm{J/kg}=1.5×10^7 \ \mathrm{J}$
(3)炉子烧水的效率：$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\% =\frac{3.36×10^6 \ \mathrm{J}}{1.5×10^7 \ \mathrm{J}}×100\% =22.4\%$
解析
【分析】
本题分为三个小问，考查热学相关的热量计算与效率问题。解题思路：①计算水吸收的热量，需利用吸热公式$Q_{吸}=cm(t-t_0)$，其中$c$为水的比热容，$m$为水的质量，$t-t_0$为水升高的温度；②计算焦炭完全燃烧释放的热量，使用热值公式$Q_{放}=mq$，$m$为焦炭质量，$q$为焦炭的热值；③炉子的效率是水吸收的热量与焦炭完全燃烧释放热量的比值，乘以100%得到效率。
【解析】
(1) 水吸收的热量：
根据吸热公式$Q_{吸}=cm(t-t_0)$，代入数据：
$c=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，$m=10\ \mathrm{kg}$，$t=100\ ℃$，$t_0=20\ ℃$，
则$Q_{吸}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} ×10\ \mathrm{kg}×(100\ ℃-20\ ℃)= 3.36×10^6\ \mathrm{J}$；
(2) 0.5 kg焦炭完全燃烧释放的热量：
根据热值公式$Q_{放}=mq$，代入数据：
$m=0.5\ \mathrm{kg}$，$q=3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}$，
则$Q_{放}=0.5\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.5×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 炉子烧水的效率：
效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%$，代入数据：
$\eta=\frac{3.36×10^6\ \mathrm{J}}{1.5×10^7\ \mathrm{J}}×100\% =22.4\%$；
【答案】
(1) $3.36×10^6\ \mathrm{J}$；(2) $1.5×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $22.4\%$
【知识点】
热量的计算、热值、热效率
【点评】
本题是热学基础计算题，考查吸热公式、热值公式及热效率公式的应用，属于常规题型，只要牢记公式并准确代入数值计算即可，难度较低。
【难度系数】
0.7
本题分为三个小问，考查热学相关的热量计算与效率问题。解题思路：①计算水吸收的热量，需利用吸热公式$Q_{吸}=cm(t-t_0)$，其中$c$为水的比热容，$m$为水的质量，$t-t_0$为水升高的温度；②计算焦炭完全燃烧释放的热量，使用热值公式$Q_{放}=mq$，$m$为焦炭质量，$q$为焦炭的热值；③炉子的效率是水吸收的热量与焦炭完全燃烧释放热量的比值，乘以100%得到效率。
【解析】
(1) 水吸收的热量：
根据吸热公式$Q_{吸}=cm(t-t_0)$，代入数据：
$c=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$，$m=10\ \mathrm{kg}$，$t=100\ ℃$，$t_0=20\ ℃$，
则$Q_{吸}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} ×10\ \mathrm{kg}×(100\ ℃-20\ ℃)= 3.36×10^6\ \mathrm{J}$；
(2) 0.5 kg焦炭完全燃烧释放的热量：
根据热值公式$Q_{放}=mq$，代入数据：
$m=0.5\ \mathrm{kg}$，$q=3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}$，
则$Q_{放}=0.5\ \mathrm{kg}×3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.5×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 炉子烧水的效率：
效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%$，代入数据：
$\eta=\frac{3.36×10^6\ \mathrm{J}}{1.5×10^7\ \mathrm{J}}×100\% =22.4\%$；
【答案】
(1) $3.36×10^6\ \mathrm{J}$；(2) $1.5×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $22.4\%$
【知识点】
热量的计算、热值、热效率
【点评】
本题是热学基础计算题，考查吸热公式、热值公式及热效率公式的应用，属于常规题型，只要牢记公式并准确代入数值计算即可，难度较低。
【难度系数】
0.7
6.在一次某新型汽车的测试中,让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8 km,受到的阻力是$3.0×10^{3}\ \mathrm{N}$,消耗汽油1.2 kg(假设汽油完全燃烧)。汽油的热值$q=4.6×10^{7}\ \mathrm{J/kg}$,求:
(1)在测试过程中,汽车牵引力所做的功。
(2)完全燃烧1.2 kg汽油所放出的热量。
(3)该新型汽车的热机效率$\eta$。(计算结果百分号前数字保留一位小数)
(1)在测试过程中,汽车牵引力所做的功。
(2)完全燃烧1.2 kg汽油所放出的热量。
(3)该新型汽车的热机效率$\eta$。(计算结果百分号前数字保留一位小数)
答案
6.(1)因为汽车匀速行驶,在水平方向上受平衡力的作用,所以：
$F=f=3.0×10^3 \ \mathrm{N}$
牵引力所做的功：$W=Fs=3.0×10^3 \ \mathrm{N}×4.8×10^3 \ \mathrm{m}=1.44×10^7 \ \mathrm{J}$
(2)1.2 kg 汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=1.2 \ \mathrm{kg}×4.6×10^7 \ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7 \ \mathrm{J}$
(3)热机效率：$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\% =\frac{1.44×10^7 \ \mathrm{J}}{5.52×10^7 \ \mathrm{J}}×100\% ≈26\%$
$F=f=3.0×10^3 \ \mathrm{N}$
牵引力所做的功：$W=Fs=3.0×10^3 \ \mathrm{N}×4.8×10^3 \ \mathrm{m}=1.44×10^7 \ \mathrm{J}$
(2)1.2 kg 汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=1.2 \ \mathrm{kg}×4.6×10^7 \ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7 \ \mathrm{J}$
(3)热机效率：$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\% =\frac{1.44×10^7 \ \mathrm{J}}{5.52×10^7 \ \mathrm{J}}×100\% ≈26\%$
解析
【分析】
要解决本题，需分三步拆解问题：
1. 第一问求牵引力做功：汽车匀速行驶时，水平方向牵引力与阻力是平衡力，大小相等，先确定牵引力大小，再利用功的公式$W=Fs$计算，注意将行驶距离的单位从$km$转换为$m$；
2. 第二问求汽油完全燃烧放热：直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入汽油质量和热值计算；
3. 第三问求热机效率：热机效率是牵引力做的有用功与汽油完全燃烧总放热的比值，公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入前两问结果计算，按要求保留结果。
【解析】
(1) 汽车匀速行驶，水平方向受力平衡，牵引力与阻力大小相等：
$F = f = 3.0×10^3\ \mathrm{N}$
行驶距离$s = 4.8\ \mathrm{km} = 4.8×10^3\ \mathrm{m}$
牵引力所做的功：
$W = Fs = 3.0×10^3\ \mathrm{N} × 4.8×10^3\ \mathrm{m} = 1.44×10^7\ \mathrm{J}$
(2) 完全燃烧1.2 kg汽油放出的热量：
$Q_{放} = mq = 1.2\ \mathrm{kg} × 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 5.52×10^7\ \mathrm{J}$
(3) 热机效率：
$\eta = \frac{W}{Q_{放}}×100\% = \frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}×100\% ≈ 26\%$
【答案】
(1) $1.44×10^7\ \mathrm{J}$；(2) $5.52×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $26\%$
【知识点】
功的计算、热值、热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，考查平衡力应用、功的计算、热值公式及热机效率计算，步骤清晰，需注意单位统一转换，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
要解决本题，需分三步拆解问题：
1. 第一问求牵引力做功：汽车匀速行驶时，水平方向牵引力与阻力是平衡力，大小相等，先确定牵引力大小，再利用功的公式$W=Fs$计算，注意将行驶距离的单位从$km$转换为$m$；
2. 第二问求汽油完全燃烧放热：直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入汽油质量和热值计算；
3. 第三问求热机效率：热机效率是牵引力做的有用功与汽油完全燃烧总放热的比值，公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入前两问结果计算，按要求保留结果。
【解析】
(1) 汽车匀速行驶，水平方向受力平衡，牵引力与阻力大小相等：
$F = f = 3.0×10^3\ \mathrm{N}$
行驶距离$s = 4.8\ \mathrm{km} = 4.8×10^3\ \mathrm{m}$
牵引力所做的功：
$W = Fs = 3.0×10^3\ \mathrm{N} × 4.8×10^3\ \mathrm{m} = 1.44×10^7\ \mathrm{J}$
(2) 完全燃烧1.2 kg汽油放出的热量：
$Q_{放} = mq = 1.2\ \mathrm{kg} × 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 5.52×10^7\ \mathrm{J}$
(3) 热机效率：
$\eta = \frac{W}{Q_{放}}×100\% = \frac{1.44×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}×100\% ≈ 26\%$
【答案】
(1) $1.44×10^7\ \mathrm{J}$；(2) $5.52×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $26\%$
【知识点】
功的计算、热值、热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，考查平衡力应用、功的计算、热值公式及热机效率计算，步骤清晰，需注意单位统一转换，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
7.(双选)为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施能提高热机效率的是 (
A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.使用热值更大的燃料
D.尽量增加热机的工作时间
AB
)A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.使用热值更大的燃料
D.尽量增加热机的工作时间
答案
7.AB
解析
【分析】首先明确热机效率的定义：热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，提高热机效率的核心是增大有用功占总能量的比值，减少能量损失。接下来逐个分析选项，判断是否符合提高热机效率的要求。
【解析】热机效率的关键是有用功与燃料完全燃烧释放总能量的比值，提高效率需减少能量损耗、让燃料充分燃烧等：
选项A：燃料与空气混合充分，使燃料燃烧更完全，可减少未完全燃烧的能量损失，增加转化为有用能量的部分，能提高热机效率，故A正确；
选项B：改进热机设计减少能量损失（如降低散热、机械摩擦消耗的能量等），直接减少了能量损耗，能提高热机效率，故B正确；
选项C：热值是燃料的固有特性，指单位质量燃料完全燃烧放出的热量，热机效率与燃料热值大小无关，即使使用热值大的燃料，若能量损失多，效率也不会提高，故C错误；
选项D：增加热机工作时间，仅总做功量增加，但有用功与燃料总能量的比值未改变，不能提高热机效率，故D错误。
综上，正确选项为AB。
【答案】AB
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的影响因素，需准确理解热机效率的定义，区分热值与热机效率的不同概念，属于基础概念应用题。
【难度系数】0.5
【解析】热机效率的关键是有用功与燃料完全燃烧释放总能量的比值，提高效率需减少能量损耗、让燃料充分燃烧等：
选项A：燃料与空气混合充分，使燃料燃烧更完全，可减少未完全燃烧的能量损失，增加转化为有用能量的部分，能提高热机效率，故A正确；
选项B：改进热机设计减少能量损失（如降低散热、机械摩擦消耗的能量等），直接减少了能量损耗，能提高热机效率，故B正确；
选项C：热值是燃料的固有特性，指单位质量燃料完全燃烧放出的热量，热机效率与燃料热值大小无关，即使使用热值大的燃料，若能量损失多，效率也不会提高，故C错误；
选项D：增加热机工作时间，仅总做功量增加，但有用功与燃料总能量的比值未改变，不能提高热机效率，故D错误。
综上，正确选项为AB。
【答案】AB
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的影响因素，需准确理解热机效率的定义，区分热值与热机效率的不同概念，属于基础概念应用题。
【难度系数】0.5
8.两台汽油机,甲的效率为35%,乙的效率为25%,这两个数据表示 (
A.甲做的功比乙做的功多
B.甲的功率比乙的功率大
C.在相同时间内甲燃烧的汽油较乙多
D.在消耗相同的汽油时,甲做的有用功比乙做的有用功多
D
)A.甲做的功比乙做的功多
B.甲的功率比乙的功率大
C.在相同时间内甲燃烧的汽油较乙多
D.在消耗相同的汽油时,甲做的有用功比乙做的有用功多
答案
8.D
解析
【分析】首先明确热机效率的定义：热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，公式为η=W有用/Q放，反映的是能量的利用率，与做功多少、功率大小无关。接下来逐一分析选项：A选项中做功多少由功率和时间决定，和效率无关；B选项中功率是做功快慢，与效率是不同物理量；C选项中相同时间燃烧汽油的量与功率等有关，和效率无直接关系；D选项中消耗相同汽油时，根据效率公式，效率越高有用功越多，甲效率更高，故D正确。
【解析】根据热机效率的定义η=W有用/Q放（W有用为有用功，Q放为燃料完全燃烧放出的热量），对各选项分析如下：
A选项：做功的多少由功率和做功时间共同决定，与热机效率无关，效率高不代表做功多，错误；
B选项：功率是表示做功快慢的物理量，与热机效率是两个不同的物理量，效率高不意味着功率大，错误；
C选项：相同时间内燃烧汽油的多少与汽油机的功率、消耗的总能量有关，和热机效率没有直接关联，错误；
D选项：消耗相同的汽油时，燃料完全燃烧放出的热量Q放相同，根据η=W有用/Q放，效率η越高，有用功W有用越大。甲的效率（35%）高于乙的效率（25%），因此甲做的有用功更多，正确。
【答案】D
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的基本概念，核心是理解效率是有用功与燃料完全燃烧释放热量的比值，需区分效率与功率、做功多少的不同，属于基础概念辨析题，难度不大。
【难度系数】0.6
【解析】根据热机效率的定义η=W有用/Q放（W有用为有用功，Q放为燃料完全燃烧放出的热量），对各选项分析如下：
A选项：做功的多少由功率和做功时间共同决定，与热机效率无关，效率高不代表做功多，错误；
B选项：功率是表示做功快慢的物理量，与热机效率是两个不同的物理量，效率高不意味着功率大，错误；
C选项：相同时间内燃烧汽油的多少与汽油机的功率、消耗的总能量有关，和热机效率没有直接关联，错误；
D选项：消耗相同的汽油时，燃料完全燃烧放出的热量Q放相同，根据η=W有用/Q放，效率η越高，有用功W有用越大。甲的效率（35%）高于乙的效率（25%），因此甲做的有用功更多，正确。
【答案】D
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的基本概念，核心是理解效率是有用功与燃料完全燃烧释放热量的比值，需区分效率与功率、做功多少的不同，属于基础概念辨析题，难度不大。
【难度系数】0.6
