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12. 提升题 某款用氢气作为燃料的新型汽车的发动机的效率是40%。当该车以36 km/h 的速度在平直公路上匀速直线行驶时，受到的阻力为$2×10^3$ N。($q_{\mathrm{氢}}=1.4×10^8$ J/kg)
(1)氢燃料燃烧过程中将
(2)该车在平直公路上以36 km/h 的速度匀速直线行驶时，其发动机的输出功率是多少？
(3)1 kg 氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(4)1 kg 氢燃料完全燃烧，使该车以36 km/h 的速度在平直公路上匀速直线行驶，做的有用功是多少？
(5)在第(4)小题中汽车行驶的路程是多少？
(1)氢燃料燃烧过程中将
化学
能转化为内能，此过程中氢气的热值不变
（选填“增大”“减小”或“不变”）。(2)该车在平直公路上以36 km/h 的速度匀速直线行驶时，其发动机的输出功率是多少？
(3)1 kg 氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(4)1 kg 氢燃料完全燃烧，使该车以36 km/h 的速度在平直公路上匀速直线行驶，做的有用功是多少？
(5)在第(4)小题中汽车行驶的路程是多少？
答案
(1)化学；不变
(2)该车在平直公路上匀速直线行驶时处于平衡状态，所受的牵引力$F=f=2×10^3\ \mathrm{N}$，$v=36\ \mathrm{km/h}=10\ \mathrm{m/s}$，发动机的输出功率$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=2×10^3\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m/s}=2×10^4\ \mathrm{W}$。
(3)1 kg氢燃料完全燃烧放出的热量$Q_放=q_氢m=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×1\ \mathrm{kg}=1.4×10^8\ \mathrm{J}$。
(4)牵引力做的有用功$W_有=\eta Q_放=40\%×1.4×10^8\ \mathrm{J}=5.6×10^7\ \mathrm{J}$。
(5)汽车匀速直线行驶的路程$s=\frac{W_有}{F}=\frac{5.6×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^3\ \mathrm{N}}=2.8×10^4\ \mathrm{m}$。
(2)该车在平直公路上匀速直线行驶时处于平衡状态，所受的牵引力$F=f=2×10^3\ \mathrm{N}$，$v=36\ \mathrm{km/h}=10\ \mathrm{m/s}$，发动机的输出功率$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=2×10^3\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m/s}=2×10^4\ \mathrm{W}$。
(3)1 kg氢燃料完全燃烧放出的热量$Q_放=q_氢m=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×1\ \mathrm{kg}=1.4×10^8\ \mathrm{J}$。
(4)牵引力做的有用功$W_有=\eta Q_放=40\%×1.4×10^8\ \mathrm{J}=5.6×10^7\ \mathrm{J}$。
(5)汽车匀速直线行驶的路程$s=\frac{W_有}{F}=\frac{5.6×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^3\ \mathrm{N}}=2.8×10^4\ \mathrm{m}$。
解析
【分析】
本题是力学与热学的综合题，需分小问逐步分析：第(1)问考查能量转化和热值特性，明确燃烧过程的能量变化及热值的属性；第(2)问需利用匀速运动时牵引力与阻力平衡，结合功率公式计算输出功率，注意单位换算；第(3)问直接应用燃料放热公式；第(4)问利用热机效率公式计算有用功；第(5)问通过功的公式变形求行驶路程。
【解析】
(1) 氢燃料燃烧时，消耗化学能转化为内能，故第一空填“化学”；热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与燃烧情况无关，因此第二空填“不变”。
(2) 汽车匀速直线行驶时处于平衡状态，牵引力与阻力是平衡力，故牵引力$F=f=2×10^3\ \mathrm{N}$；速度单位换算：$v=36\ \mathrm{km/h}=10\ \mathrm{m/s}$；发动机输出功率$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=2×10^3\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m/s}=2×10^4\ \mathrm{W}$。
(3) 1 kg氢燃料完全燃烧放出的热量：$Q_放=q_氢m=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×1\ \mathrm{kg}=1.4×10^8\ \mathrm{J}$。
(4) 发动机效率$\eta=\frac{W_有}{Q_放}$，则有用功$W_有=\eta Q_放=40\%×1.4×10^8\ \mathrm{J}=5.6×10^7\ \mathrm{J}$。
(5) 由$W_有=Fs$得，行驶路程$s=\frac{W_有}{F}=\frac{5.6×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^3\ \mathrm{N}}=2.8×10^4\ \mathrm{m}$。
【答案】
(1) 化学；不变
(2) $2×10^4\ \mathrm{W}$
(3) $1.4×10^8\ \mathrm{J}$
(4) $5.6×10^7\ \mathrm{J}$
(5) $2.8×10^4\ \mathrm{m}$
【知识点】
能量转化、功率计算、热值与热机效率
【点评】
本题综合考查力学和热学的核心公式应用，解题关键是明确匀速运动时牵引力等于阻力，熟练掌握各公式并注意单位换算，难度适中，适合提升练习。
【难度系数】
0.6
本题是力学与热学的综合题，需分小问逐步分析：第(1)问考查能量转化和热值特性，明确燃烧过程的能量变化及热值的属性；第(2)问需利用匀速运动时牵引力与阻力平衡，结合功率公式计算输出功率，注意单位换算；第(3)问直接应用燃料放热公式；第(4)问利用热机效率公式计算有用功；第(5)问通过功的公式变形求行驶路程。
【解析】
(1) 氢燃料燃烧时，消耗化学能转化为内能，故第一空填“化学”；热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与燃烧情况无关，因此第二空填“不变”。
(2) 汽车匀速直线行驶时处于平衡状态，牵引力与阻力是平衡力，故牵引力$F=f=2×10^3\ \mathrm{N}$；速度单位换算：$v=36\ \mathrm{km/h}=10\ \mathrm{m/s}$；发动机输出功率$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=2×10^3\ \mathrm{N}×10\ \mathrm{m/s}=2×10^4\ \mathrm{W}$。
(3) 1 kg氢燃料完全燃烧放出的热量：$Q_放=q_氢m=1.4×10^8\ \mathrm{J/kg}×1\ \mathrm{kg}=1.4×10^8\ \mathrm{J}$。
(4) 发动机效率$\eta=\frac{W_有}{Q_放}$，则有用功$W_有=\eta Q_放=40\%×1.4×10^8\ \mathrm{J}=5.6×10^7\ \mathrm{J}$。
(5) 由$W_有=Fs$得，行驶路程$s=\frac{W_有}{F}=\frac{5.6×10^7\ \mathrm{J}}{2×10^3\ \mathrm{N}}=2.8×10^4\ \mathrm{m}$。
【答案】
(1) 化学；不变
(2) $2×10^4\ \mathrm{W}$
(3) $1.4×10^8\ \mathrm{J}$
(4) $5.6×10^7\ \mathrm{J}$
(5) $2.8×10^4\ \mathrm{m}$
【知识点】
能量转化、功率计算、热值与热机效率
【点评】
本题综合考查力学和热学的核心公式应用，解题关键是明确匀速运动时牵引力等于阻力，熟练掌握各公式并注意单位换算，难度适中，适合提升练习。
【难度系数】
0.6
13.为提高内燃机的效率，科学家在传统四冲程发动机的基础上发明了六冲程发动机。六冲程发动机在完成传统四冲程后，把水注入气缸，水会瞬间
汽化
（选填“汽化”或“升华”）成高温高压的水蒸气，水蒸气推动活塞做功，该过程为第五冲程；然后将水蒸气排放到冷凝器内，再次变成水，该过程为第六冲程，至此完成了一个完整的工作循环。第五冲程中注入的水的内能急剧增加是通过热传递
（选填“做功”或“热传递”）的方式实现的。六冲程发动机在一个完整的工作循环中，有2
（选填“1”或“2”）个做功冲程，第五冲程是做功
冲程。答案
水会瞬间汽化成高温高压的水蒸气，第五冲程中注入的水的内能急剧增加是通过热传递的方式实现的。六冲程发动机在一个完整的工作循环中，有2个做功冲程，第五冲程是做功冲程。
解析
【分析】
先逐个分析每个空的解题思路：1. 判断物态变化：水是液态，变成水蒸气是液态变气态，升华是固态直接变气态，因此选汽化；2. 内能改变方式：做功是能量转化，热传递是能量转移，水的内能增加是高温气缸传递热量导致，属于热传递；3. 做功冲程数量：传统四冲程有1个做功冲程，第五冲程水蒸气推动活塞做功，新增1个，共2个；4. 冲程类型：推动活塞做功的冲程是做功冲程，因此第五冲程是做功冲程。
【解析】
1. 物态变化判断：物质由液态变为气态的过程为汽化，升华是固态直接变为气态，水（液态）变为水蒸气（气态），故填汽化；
2. 内能改变方式：改变内能的两种方式为做功和热传递，热传递是能量的转移，做功是能量的转化，水的内能增加是高温气缸将热量传递给水，属于热传递；
3. 做功冲程数量：传统四冲程发动机有1个做功冲程，第五冲程中水蒸气推动活塞做功，新增1个做功冲程，因此完整工作循环共2个做功冲程；
4. 冲程类型：做功冲程的核心是内能转化为机械能，推动活塞做功，第五冲程水蒸气推动活塞做功，故为做功冲程。
【答案】
水会瞬间汽化成高温高压的水蒸气，第五冲程中注入的水的内能急剧增加是通过热传递的方式实现的。六冲程发动机在一个完整的工作循环中，有2个做功冲程，第五冲程是做功冲程。
【知识点】
物态变化（汽化）、内能的改变方式、内燃机冲程
【点评】
本题结合六冲程发动机的新情境，考查物态变化、内能改变及内燃机冲程的基础知识点，注重知识的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.8
先逐个分析每个空的解题思路：1. 判断物态变化：水是液态，变成水蒸气是液态变气态，升华是固态直接变气态，因此选汽化；2. 内能改变方式：做功是能量转化，热传递是能量转移，水的内能增加是高温气缸传递热量导致，属于热传递；3. 做功冲程数量：传统四冲程有1个做功冲程，第五冲程水蒸气推动活塞做功，新增1个，共2个；4. 冲程类型：推动活塞做功的冲程是做功冲程，因此第五冲程是做功冲程。
【解析】
1. 物态变化判断：物质由液态变为气态的过程为汽化，升华是固态直接变为气态，水（液态）变为水蒸气（气态），故填汽化；
2. 内能改变方式：改变内能的两种方式为做功和热传递，热传递是能量的转移，做功是能量的转化，水的内能增加是高温气缸将热量传递给水，属于热传递；
3. 做功冲程数量：传统四冲程发动机有1个做功冲程，第五冲程中水蒸气推动活塞做功，新增1个做功冲程，因此完整工作循环共2个做功冲程；
4. 冲程类型：做功冲程的核心是内能转化为机械能，推动活塞做功，第五冲程水蒸气推动活塞做功，故为做功冲程。
【答案】
水会瞬间汽化成高温高压的水蒸气，第五冲程中注入的水的内能急剧增加是通过热传递的方式实现的。六冲程发动机在一个完整的工作循环中，有2个做功冲程，第五冲程是做功冲程。
【知识点】
物态变化（汽化）、内能的改变方式、内燃机冲程
【点评】
本题结合六冲程发动机的新情境，考查物态变化、内能改变及内燃机冲程的基础知识点，注重知识的实际应用，难度适中。
【难度系数】
0.8
