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6.(多选)热机的效率是热机性能的一个重要指标。下面关于热机效率的叙述,正确的是 (
A.在设计和制造上不断改进和革新,以减少各种能量损失,就有可能使热机的效率达到100%
B.两辆型号相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油量小的那辆车效率会高些
C.热机要正确使用,注意保养,这样可以提高效率
D.在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施
BCD
)A.在设计和制造上不断改进和革新,以减少各种能量损失,就有可能使热机的效率达到100%
B.两辆型号相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油量小的那辆车效率会高些
C.热机要正确使用,注意保养,这样可以提高效率
D.在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施
答案
6.BCD
解析
【分析】本题考查热机效率的相关知识，解题时需明确热机效率的定义（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），再逐一分析每个选项，结合热机工作时的能量损失情况、效率的影响因素等判断选项的正误。
【解析】A选项：热机工作过程中，不可避免会存在机械摩擦消耗能量、散热损失能量、废气带走能量等能量损失，因此无论如何改进，热机效率都无法达到100%，故A错误；B选项：两辆型号相同的小汽车，以相同速度行驶相同路程时，牵引力做的有用功W相同，耗油量小的车说明燃料完全燃烧放出的总能量Q更少，根据热机效率公式η=W/Q，总能量Q越小，效率η越高，故B正确；C选项：正确使用、保养热机，能减少机械摩擦等不必要的能量损失，从而提高热机效率，故C正确；D选项：热机的各种能量损失中，废气带走的能量占比最大，设法利用废气的能量（如余热回收）可减少能量浪费，是提高燃料利用率的重要措施，故D正确。
【答案】BCD
【知识点】热机效率、能量利用效率
【点评】本题是对热机效率核心知识点的基础考查，要求学生准确理解热机效率的定义、影响因素及提高效率的措施，属于热学部分的常规题目，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】A选项：热机工作过程中，不可避免会存在机械摩擦消耗能量、散热损失能量、废气带走能量等能量损失，因此无论如何改进，热机效率都无法达到100%，故A错误；B选项：两辆型号相同的小汽车，以相同速度行驶相同路程时，牵引力做的有用功W相同，耗油量小的车说明燃料完全燃烧放出的总能量Q更少，根据热机效率公式η=W/Q，总能量Q越小，效率η越高，故B正确；C选项：正确使用、保养热机，能减少机械摩擦等不必要的能量损失，从而提高热机效率，故C正确；D选项：热机的各种能量损失中，废气带走的能量占比最大，设法利用废气的能量（如余热回收）可减少能量浪费，是提高燃料利用率的重要措施，故D正确。
【答案】BCD
【知识点】热机效率、能量利用效率
【点评】本题是对热机效率核心知识点的基础考查，要求学生准确理解热机效率的定义、影响因素及提高效率的措施，属于热学部分的常规题目，难度适中。
【难度系数】0.6
7.所谓发动机效率,是指发动机牵引汽车前进所需能量与汽油完全燃烧产生的内能的比值。假期,小瑾全家驾车去某地旅游,在高速公路上匀速行驶225 km,所用时间是2.5 h,消耗汽油20 L(汽油完全燃烧),在这段时间内汽车牵引力的功率为20 kW。
(1)该汽车的牵引力是多大?
(2)该汽车发动机的效率是多少?(已知$\rho_{汽油}=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,$q_{汽油}=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$)
(3)假如小瑾家的汽车采用了全新的压缩燃烧原理,效率达60%,则20 L汽油可以让该车以同样的功率和速度行驶多长的距离?
易错陷阱分析
(1)该汽车的牵引力是多大?
(2)该汽车发动机的效率是多少?(已知$\rho_{汽油}=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$,$q_{汽油}=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$)
(3)假如小瑾家的汽车采用了全新的压缩燃烧原理,效率达60%,则20 L汽油可以让该车以同样的功率和速度行驶多长的距离?
易错陷阱分析
答案
7.解:(1)汽车的速度$v=\frac{s}{t}=\frac{225\ 000\ \mathrm{m}}{2.5×3\ 600\ \mathrm{s}}=25\ \mathrm{m/s}$
根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可得，汽车的牵引力
$F=\frac{P}{v}=\frac{20\ 000\ \mathrm{W}}{25\ \mathrm{m/s}}=800\ \mathrm{N}$
(2)根据$\rho=\frac{m}{V}$可得，汽油的质量
$m=\rho_{\mathrm{汽油}}\ V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×20×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=16\ \mathrm{kg}$
汽油完全燃烧放出的热量
$Q_{\mathrm{总}}=mq_{\mathrm{汽油}}=16\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}1}=Pt=20\ 000\ \mathrm{W}×2.5×3\ 600\ \mathrm{s}=1.8×10^8\ \mathrm{J}$
汽车发动机的效率
$\eta_1=\frac{W_{\mathrm{有用}1}}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{1.8×10^8\ \mathrm{J}}{7.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$
(3)根据$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{总}}}$可得，效率达60%后牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}2}=Q_{\mathrm{总}}\ \eta_2=7.2×10^8\ \mathrm{J}×60\%=4.32×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，行驶的时间
$t'=\frac{W_{\mathrm{有用}2}}{P}=\frac{4.32×10^8\ \mathrm{J}}{20\ 000\ \mathrm{W}}=2.16×10^4\ \mathrm{s}$
根据$v=\frac{s}{t}$可得，行驶的路程
$s'=vt'=25\ \mathrm{m/s}×2.16×10^4\ \mathrm{s}=5.4×10^5\ \mathrm{m}$
根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可得，汽车的牵引力
$F=\frac{P}{v}=\frac{20\ 000\ \mathrm{W}}{25\ \mathrm{m/s}}=800\ \mathrm{N}$
(2)根据$\rho=\frac{m}{V}$可得，汽油的质量
$m=\rho_{\mathrm{汽油}}\ V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×20×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=16\ \mathrm{kg}$
汽油完全燃烧放出的热量
$Q_{\mathrm{总}}=mq_{\mathrm{汽油}}=16\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}1}=Pt=20\ 000\ \mathrm{W}×2.5×3\ 600\ \mathrm{s}=1.8×10^8\ \mathrm{J}$
汽车发动机的效率
$\eta_1=\frac{W_{\mathrm{有用}1}}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{1.8×10^8\ \mathrm{J}}{7.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$
(3)根据$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{总}}}$可得，效率达60%后牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}2}=Q_{\mathrm{总}}\ \eta_2=7.2×10^8\ \mathrm{J}×60\%=4.32×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，行驶的时间
$t'=\frac{W_{\mathrm{有用}2}}{P}=\frac{4.32×10^8\ \mathrm{J}}{20\ 000\ \mathrm{W}}=2.16×10^4\ \mathrm{s}$
根据$v=\frac{s}{t}$可得，行驶的路程
$s'=vt'=25\ \mathrm{m/s}×2.16×10^4\ \mathrm{s}=5.4×10^5\ \mathrm{m}$
解析
【分析】
这道题分为三小问，均围绕力学与热学的基础公式展开求解：
1. 第(1)问求牵引力，已知汽车行驶的路程和时间，先算出速度，再利用功率公式$P=Fv$变形求牵引力，需注意单位统一；
2. 第(2)问求发动机效率，需先通过密度公式算出汽油质量，再计算汽油完全燃烧放出的总热量，同时算出牵引力做的有用功，最后根据效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}×100\%$求解；
3. 第(3)问效率提高后，总热量不变，先算新的有用功，再结合功率算出行驶时间，最后根据速度公式求行驶路程，全程需保持单位一致。
【解析】
7.解:(1)汽车的速度$v=\frac{s}{t}=\frac{225\ 000\ \mathrm{m}}{2.5×3\ 600\ \mathrm{s}}=25\ \mathrm{m/s}$
根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可得，汽车的牵引力
$F=\frac{P}{v}=\frac{20\ 000\ \mathrm{W}}{25\ \mathrm{m/s}}=800\ \mathrm{N}$
(2)根据$\rho=\frac{m}{V}$可得，汽油的质量
$m=\rho_{\mathrm{汽油}}\ V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×20×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=16\ \mathrm{kg}$
汽油完全燃烧放出的热量
$Q_{\mathrm{总}}=mq_{\mathrm{汽油}}=16\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}1}=Pt=20\ 000\ \mathrm{W}×2.5×3\ 600\ \mathrm{s}=1.8×10^8\ \mathrm{J}$
汽车发动机的效率
$\eta_1=\frac{W_{\mathrm{有用}1}}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{1.8×10^8\ \mathrm{J}}{7.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$
(3)根据$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{总}}}$可得，效率达60%后牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}2}=Q_{\mathrm{总}}\ \eta_2=7.2×10^8\ \mathrm{J}×60\%=4.32×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，行驶的时间
$t'=\frac{W_{\mathrm{有用}2}}{P}=\frac{4.32×10^8\ \mathrm{J}}{20\ 000\ \mathrm{W}}=2.16×10^4\ \mathrm{s}$
根据$v=\frac{s}{t}$可得，行驶的路程
$s'=vt'=25\ \mathrm{m/s}×2.16×10^4\ \mathrm{s}=5.4×10^5\ \mathrm{m}$
【答案】
(1)800 N；(2)25%；(3)$5.4×10^5$ m
【知识点】
功率的计算、热机效率、热值的计算
【点评】
本题是力学与热学的综合计算题，主要考查相关公式的灵活应用，解题关键是统一各物理量的单位，属于中档难度的常规题型，易错点在于单位换算时的数值处理。
【难度系数】
0.6
这道题分为三小问，均围绕力学与热学的基础公式展开求解：
1. 第(1)问求牵引力，已知汽车行驶的路程和时间，先算出速度，再利用功率公式$P=Fv$变形求牵引力，需注意单位统一；
2. 第(2)问求发动机效率，需先通过密度公式算出汽油质量，再计算汽油完全燃烧放出的总热量，同时算出牵引力做的有用功，最后根据效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}×100\%$求解；
3. 第(3)问效率提高后，总热量不变，先算新的有用功，再结合功率算出行驶时间，最后根据速度公式求行驶路程，全程需保持单位一致。
【解析】
7.解:(1)汽车的速度$v=\frac{s}{t}=\frac{225\ 000\ \mathrm{m}}{2.5×3\ 600\ \mathrm{s}}=25\ \mathrm{m/s}$
根据$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv$可得，汽车的牵引力
$F=\frac{P}{v}=\frac{20\ 000\ \mathrm{W}}{25\ \mathrm{m/s}}=800\ \mathrm{N}$
(2)根据$\rho=\frac{m}{V}$可得，汽油的质量
$m=\rho_{\mathrm{汽油}}\ V=0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×20×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=16\ \mathrm{kg}$
汽油完全燃烧放出的热量
$Q_{\mathrm{总}}=mq_{\mathrm{汽油}}=16\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=7.2×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}1}=Pt=20\ 000\ \mathrm{W}×2.5×3\ 600\ \mathrm{s}=1.8×10^8\ \mathrm{J}$
汽车发动机的效率
$\eta_1=\frac{W_{\mathrm{有用}1}}{Q_{\mathrm{总}}}×100\%=\frac{1.8×10^8\ \mathrm{J}}{7.2×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$
(3)根据$\eta=\frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{总}}}$可得，效率达60%后牵引力做的功
$W_{\mathrm{有用}2}=Q_{\mathrm{总}}\ \eta_2=7.2×10^8\ \mathrm{J}×60\%=4.32×10^8\ \mathrm{J}$
根据$P=\frac{W}{t}$可得，行驶的时间
$t'=\frac{W_{\mathrm{有用}2}}{P}=\frac{4.32×10^8\ \mathrm{J}}{20\ 000\ \mathrm{W}}=2.16×10^4\ \mathrm{s}$
根据$v=\frac{s}{t}$可得，行驶的路程
$s'=vt'=25\ \mathrm{m/s}×2.16×10^4\ \mathrm{s}=5.4×10^5\ \mathrm{m}$
【答案】
(1)800 N；(2)25%；(3)$5.4×10^5$ m
【知识点】
功率的计算、热机效率、热值的计算
【点评】
本题是力学与热学的综合计算题，主要考查相关公式的灵活应用，解题关键是统一各物理量的单位，属于中档难度的常规题型，易错点在于单位换算时的数值处理。
【难度系数】
0.6
实践:自制小火箭
所需材料:火柴、回形针、铝箔纸、剪刀、打火机等
实验步骤:①取一根火柴,用铝箔纸绕着它卷成一个筒,将火柴头所在的前端捻紧密封,取出火柴,后端留一点空隙,一个发射筒就做好了。②取4到5根火柴,刮下火柴头上的红磷,捻成粉末,装入发射筒中,插入一根火柴,安装好尾翼,一个简易的小火箭就做好了。③用回形针制作一个小型发射架,将小火箭置于发射架上,小心地用打火机加热火箭前端,小火箭就发射了(如上图)。
头脑风暴:(1)小火箭飞出过程中,红磷燃烧产生的气体对火箭做功,
(2)如果想让小火箭飞得更远,可以采取的改进措施是
所需材料:火柴、回形针、铝箔纸、剪刀、打火机等
实验步骤:①取一根火柴,用铝箔纸绕着它卷成一个筒,将火柴头所在的前端捻紧密封,取出火柴,后端留一点空隙,一个发射筒就做好了。②取4到5根火柴,刮下火柴头上的红磷,捻成粉末,装入发射筒中,插入一根火柴,安装好尾翼,一个简易的小火箭就做好了。③用回形针制作一个小型发射架,将小火箭置于发射架上,小心地用打火机加热火箭前端,小火箭就发射了(如上图)。
头脑风暴:(1)小火箭飞出过程中,红磷燃烧产生的气体对火箭做功,
内
能转化为机械
能,与热机中的做功
冲程的能量转化相同。(2)如果想让小火箭飞得更远,可以采取的改进措施是
减小火柴的质量(或增加发射筒内红磷的质量)
。(合理即可)答案
(1)内 机械 做功 (2)减小火柴的质量(或增加发射筒内红磷的质量)
解析
【分析】
第(1)问：小火箭飞出时，红磷燃烧释放的内能转化为火箭运动的机械能，结合热机冲程的能量转化规律可判断对应冲程；第(2)问：要让火箭飞得更远，可从减小自身质量或增大推力的角度，结合物理知识提出合理改进措施。
【解析】
(1) 红磷燃烧使筒内气体内能增加，气体对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能；热机的做功冲程是将内能转化为机械能，与该过程能量转化一致，故对应做功冲程。
(2) 要使小火箭飞得更远，可通过减小火箭自身质量（降低惯性，更易加速），或增加红磷质量（燃烧产生更多气体，增大推力）等方式改进，合理即可。
【答案】
(1) 内；机械；做功 (2) 减小火柴的质量(或增加发射筒内红磷的质量)
【知识点】
能量转化、热机冲程、惯性
【点评】
本题结合自制小火箭的实践场景，考查能量转化和热机冲程的知识，同时注重考查学生运用物理知识解决实际问题的开放性思维，贴近生活实践。
【难度系数】
0.6
第(1)问：小火箭飞出时，红磷燃烧释放的内能转化为火箭运动的机械能，结合热机冲程的能量转化规律可判断对应冲程；第(2)问：要让火箭飞得更远，可从减小自身质量或增大推力的角度，结合物理知识提出合理改进措施。
【解析】
(1) 红磷燃烧使筒内气体内能增加，气体对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能；热机的做功冲程是将内能转化为机械能，与该过程能量转化一致，故对应做功冲程。
(2) 要使小火箭飞得更远，可通过减小火箭自身质量（降低惯性，更易加速），或增加红磷质量（燃烧产生更多气体，增大推力）等方式改进，合理即可。
【答案】
(1) 内；机械；做功 (2) 减小火柴的质量(或增加发射筒内红磷的质量)
【知识点】
能量转化、热机冲程、惯性
【点评】
本题结合自制小火箭的实践场景，考查能量转化和热机冲程的知识，同时注重考查学生运用物理知识解决实际问题的开放性思维，贴近生活实践。
【难度系数】
0.6
