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10. 提升题 国产某型号飞机在高空中飞行时，在恒定的水平推力作用下，沿水平方向匀速航行10 min，需要燃烧航空燃油88 kg。已知飞机发动机输出的有用功为$1.936× 10^{9}\ \mathrm{J}$，航空燃油的热值$q=4.0× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$。求：
(1)发动机的有用功率；
(2)88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量；
(3)在这段时间内该发动机的效率。
(1)发动机的有用功率；
(2)88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量；
(3)在这段时间内该发动机的效率。
答案
解：
(1) 航行时间 $ t = 10\ \mathrm{min} = 600\ \mathrm{s} $
发动机的有用功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} = \frac{1.936× 10^9\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}} \approx 3.23× 10^6\ \mathrm{W}$
(2) 88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq = 88\ \mathrm{kg} × 4.0× 10^7\ \mathrm{J/kg} = 3.52× 10^9\ \mathrm{J}$
(3) 该发动机的效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.936× 10^9\ \mathrm{J}}{3.52× 10^9\ \mathrm{J}} × 100\% = 55\%$
答：(1) 发动机的有用功率约为$3.23× 10^6\ \mathrm{W}$；(2) 88kg航空燃油完全燃烧放出的热量为$3.52× 10^9\ \mathrm{J}$；(3) 这段时间内该发动机的效率为55%。
(1) 航行时间 $ t = 10\ \mathrm{min} = 600\ \mathrm{s} $
发动机的有用功率：
$P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} = \frac{1.936× 10^9\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}} \approx 3.23× 10^6\ \mathrm{W}$
(2) 88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq = 88\ \mathrm{kg} × 4.0× 10^7\ \mathrm{J/kg} = 3.52× 10^9\ \mathrm{J}$
(3) 该发动机的效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.936× 10^9\ \mathrm{J}}{3.52× 10^9\ \mathrm{J}} × 100\% = 55\%$
答：(1) 发动机的有用功率约为$3.23× 10^6\ \mathrm{W}$；(2) 88kg航空燃油完全燃烧放出的热量为$3.52× 10^9\ \mathrm{J}$；(3) 这段时间内该发动机的效率为55%。
解析
【分析】
本题分为三个小问，解题思路如下：
(1) 求发动机的有用功率，需先将时间单位换算为国际单位秒，再利用功率公式 $ P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} $，代入有用功和时间计算；
(2) 求航空燃油完全燃烧放出的热量，直接使用热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，代入燃油质量和热值计算；
(3) 求发动机的效率，利用效率公式 $ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% $，代入前两问的结果计算即可。
【解析】
解：
(1) 先换算时间单位：$ t = 10\ \mathrm{min} = 10 × 60\ \mathrm{s} = 600\ \mathrm{s} $
根据功率公式，发动机的有用功率：
$ P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} = \frac{1.936 × 10^9\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}} \approx 3.23 × 10^6\ \mathrm{W} $
(2) 根据热值公式，88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量：
$ Q_{\mathrm{放}} = mq = 88\ \mathrm{kg} × 4.0 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 3.52 × 10^9\ \mathrm{J} $
(3) 根据热机效率公式，发动机的效率：
$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.936 × 10^9\ \mathrm{J}}{3.52 × 10^9\ \mathrm{J}} × 100\% = 55\% $
【答案】
(1) 发动机的有用功率约为 $ 3.23 × 10^6\ \mathrm{W} $；
(2) 88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量为 $ 3.52 × 10^9\ \mathrm{J} $；
(3) 这段时间内该发动机的效率为55%。
【知识点】
功率计算、热值计算、热机效率
【点评】
本题是热学与力学结合的基础计算题，主要考查相关公式的应用，步骤清晰，只要掌握公式和单位换算即可顺利解答，属于常规提升题。
【难度系数】
0.7
本题分为三个小问，解题思路如下：
(1) 求发动机的有用功率，需先将时间单位换算为国际单位秒，再利用功率公式 $ P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} $，代入有用功和时间计算；
(2) 求航空燃油完全燃烧放出的热量，直接使用热值公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，代入燃油质量和热值计算；
(3) 求发动机的效率，利用效率公式 $ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% $，代入前两问的结果计算即可。
【解析】
解：
(1) 先换算时间单位：$ t = 10\ \mathrm{min} = 10 × 60\ \mathrm{s} = 600\ \mathrm{s} $
根据功率公式，发动机的有用功率：
$ P = \frac{W_{\mathrm{有}}}{t} = \frac{1.936 × 10^9\ \mathrm{J}}{600\ \mathrm{s}} \approx 3.23 × 10^6\ \mathrm{W} $
(2) 根据热值公式，88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量：
$ Q_{\mathrm{放}} = mq = 88\ \mathrm{kg} × 4.0 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 3.52 × 10^9\ \mathrm{J} $
(3) 根据热机效率公式，发动机的效率：
$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{1.936 × 10^9\ \mathrm{J}}{3.52 × 10^9\ \mathrm{J}} × 100\% = 55\% $
【答案】
(1) 发动机的有用功率约为 $ 3.23 × 10^6\ \mathrm{W} $；
(2) 88 kg航空燃油完全燃烧放出的热量为 $ 3.52 × 10^9\ \mathrm{J} $；
(3) 这段时间内该发动机的效率为55%。
【知识点】
功率计算、热值计算、热机效率
【点评】
本题是热学与力学结合的基础计算题，主要考查相关公式的应用，步骤清晰，只要掌握公式和单位换算即可顺利解答，属于常规提升题。
【难度系数】
0.7
11.小明采取图12.2-2所示的方式探究相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量是否相同。
| 燃料 | 加热前的水温/℃ | 燃料燃尽后的水温/℃ |
|--------|----------------|--------------------|
| 酒精 | 25 | 65 |
| 碎纸片 | 25 | 44 |
图12.2-2
(1)组装实验器材时，应（选填“自上而下”或“自下而上”）依次安装。
(2)探究过程中，要控制两套装置中的燃料（选填“燃烧的时间”或“质量”）相同，以及烧杯中水的和初始相等。
(3)实验时，可以通过比较（选填“加热时间”和“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片燃烧时放出热量的多少，这种方法在物理学中称为法。
(4)从表格中记录的数据可以发现，相同质量的酒精和碎纸片充分燃烧后，放出热量更多的是。
(5)实验表明，相同质量不同的燃料充分燃烧时，放出的热量一般是（选填“相同”或“不同”）的。
(6)实验中两种燃料放出的热量的计算值都明显比理论值小，可能的原因是。
(7)下列能提高锅炉的热效率的是（填字母）。
A.粉碎燃料
B.加大通风量
C.用热值更高的燃料
D.增大锅炉受热面积
| 燃料 | 加热前的水温/℃ | 燃料燃尽后的水温/℃ |
|--------|----------------|--------------------|
| 酒精 | 25 | 65 |
| 碎纸片 | 25 | 44 |
图12.2-2
(1)组装实验器材时，应（选填“自上而下”或“自下而上”）依次安装。
(2)探究过程中，要控制两套装置中的燃料（选填“燃烧的时间”或“质量”）相同，以及烧杯中水的和初始相等。
(3)实验时，可以通过比较（选填“加热时间”和“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片燃烧时放出热量的多少，这种方法在物理学中称为法。
(4)从表格中记录的数据可以发现，相同质量的酒精和碎纸片充分燃烧后，放出热量更多的是。
(5)实验表明，相同质量不同的燃料充分燃烧时，放出的热量一般是（选填“相同”或“不同”）的。
(6)实验中两种燃料放出的热量的计算值都明显比理论值小，可能的原因是。
(7)下列能提高锅炉的热效率的是（填字母）。
A.粉碎燃料
B.加大通风量
C.用热值更高的燃料
D.增大锅炉受热面积
答案
解：
(1) 自下而上
(2) 质量；质量；温度
(3) 水升高的温度；转换
(4) 酒精
(5) 不同
(6) 燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收
(7) ABD
(1) 自下而上
(2) 质量；质量；温度
(3) 水升高的温度；转换
(4) 酒精
(5) 不同
(6) 燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收
(7) ABD
解析
【分析】
本题是探究相同质量不同燃料燃烧放热的实验题，需结合实验操作规范、控制变量法、转换法等知识逐一分析各问题：
1. 组装实验器材时，需根据酒精灯外焰高度确定下方器材位置，再调整上方器材，故采用自下而上的顺序；
2. 探究不同燃料放热时，需控制变量：燃料质量相同，水的质量和初始温度相同，才能通过水温变化比较放热多少；
3. 燃料放热多少无法直接观察，通过水升高的温度来反映，这是转换法的应用；
4. 相同质量燃料燃烧，水升温越高说明放热越多，对比表格数据可得出结论；
5. 由水升温不同可知，相同质量不同燃料放热不同；
6. 实际热量计算值偏小是因为热量存在散失；
7. 提高热效率需让燃料充分燃烧、减少热量散失，据此判断选项。
【解析】
(1) 组装实验器材时，需先调整下方器材（如铁圈、酒精灯），保证用酒精灯外焰加热，再调整上方器材（如温度计），故应自下而上依次安装；
(2) 探究相同质量不同燃料燃烧放热，需控制燃料质量相同，同时控制烧杯中水的质量和初始温度相等，保证实验变量唯一；
(3) 燃料放热多少无法直接测量，通过水升高的温度来间接体现，这种将不易观察的物理量转换为易观察物理量的方法，称为转换法；
(4) 相同质量的酒精和碎纸片燃烧后，酒精使水升高的温度（65℃-25℃=40℃）远大于碎纸片使水升高的温度（44℃-25℃=19℃），说明酒精放出的热量更多；
(5) 由实验数据可知，相同质量的酒精和碎纸片充分燃烧后，水升高的温度不同，说明放出的热量一般不同；
(6) 实验中热量计算值偏小的原因：燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收；
(7) 提高锅炉热效率的方法：粉碎燃料可增大接触面积，使燃料燃烧更充分（A正确）；加大通风量可提供充足氧气，促进燃料充分燃烧（B正确）；增大锅炉受热面积，能让更多热量被水吸收（D正确）；热值更高的燃料若燃烧不充分，无法提高热效率（C错误），故选ABD。
【答案】
(1) 自下而上
(2) 质量；质量；温度
(3) 水升高的温度；转换
(4) 酒精
(5) 不同
(6) 燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收
(7) ABD
【知识点】
控制变量法、转换法、热效率
【点评】
本题为探究燃料放热的基础实验题，重点考查实验操作规范、控制变量法与转换法的应用，以及热效率的理解，需掌握实验设计的核心思路，难度适中。
【难度系数】
0.7
本题是探究相同质量不同燃料燃烧放热的实验题，需结合实验操作规范、控制变量法、转换法等知识逐一分析各问题：
1. 组装实验器材时，需根据酒精灯外焰高度确定下方器材位置，再调整上方器材，故采用自下而上的顺序；
2. 探究不同燃料放热时，需控制变量：燃料质量相同，水的质量和初始温度相同，才能通过水温变化比较放热多少；
3. 燃料放热多少无法直接观察，通过水升高的温度来反映，这是转换法的应用；
4. 相同质量燃料燃烧，水升温越高说明放热越多，对比表格数据可得出结论；
5. 由水升温不同可知，相同质量不同燃料放热不同；
6. 实际热量计算值偏小是因为热量存在散失；
7. 提高热效率需让燃料充分燃烧、减少热量散失，据此判断选项。
【解析】
(1) 组装实验器材时，需先调整下方器材（如铁圈、酒精灯），保证用酒精灯外焰加热，再调整上方器材（如温度计），故应自下而上依次安装；
(2) 探究相同质量不同燃料燃烧放热，需控制燃料质量相同，同时控制烧杯中水的质量和初始温度相等，保证实验变量唯一；
(3) 燃料放热多少无法直接测量，通过水升高的温度来间接体现，这种将不易观察的物理量转换为易观察物理量的方法，称为转换法；
(4) 相同质量的酒精和碎纸片燃烧后，酒精使水升高的温度（65℃-25℃=40℃）远大于碎纸片使水升高的温度（44℃-25℃=19℃），说明酒精放出的热量更多；
(5) 由实验数据可知，相同质量的酒精和碎纸片充分燃烧后，水升高的温度不同，说明放出的热量一般不同；
(6) 实验中热量计算值偏小的原因：燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收；
(7) 提高锅炉热效率的方法：粉碎燃料可增大接触面积，使燃料燃烧更充分（A正确）；加大通风量可提供充足氧气，促进燃料充分燃烧（B正确）；增大锅炉受热面积，能让更多热量被水吸收（D正确）；热值更高的燃料若燃烧不充分，无法提高热效率（C错误），故选ABD。
【答案】
(1) 自下而上
(2) 质量；质量；温度
(3) 水升高的温度；转换
(4) 酒精
(5) 不同
(6) 燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中，还有部分热量被实验装置吸收，没有全部被水吸收
(7) ABD
【知识点】
控制变量法、转换法、热效率
【点评】
本题为探究燃料放热的基础实验题，重点考查实验操作规范、控制变量法与转换法的应用，以及热效率的理解，需掌握实验设计的核心思路，难度适中。
【难度系数】
0.7
