9. (2025·淮北一中期中)如图所示是某内燃机的能量流向图,该汽车完全燃烧0.4 kg汽油可输出有用功 J。($q_{汽油}=4.6×10^7$ J/kg)

9. $6.44×10^6$ 解析:由图可知输出有用功占燃料完全燃烧释放能量的比值即热机效率为 $\eta=1-33\%-24\%-8\%=35\%$。完全燃烧 0.4 kg 汽油放出的热量为 $Q_{放}=mq_{汽油}=0.4\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.84×10^7\ \mathrm{J}$,则输出有用功为 $W=\eta Q_{放}=35\%×1.84×10^7\ \mathrm{J}=6.44×10^6\ \mathrm{J}$。

【分析】要计算输出的有用功，需先确定两个核心量：一是汽油完全燃烧释放的总热量（利用热值公式计算），二是热机效率（从能量流向图中得出有用功占总热量的比例），最终通过公式W=ηQ放算出有用功。
【解析】1. 计算热机效率：由能量流向图可知，有用功占燃料完全燃烧释放能量的比例（热机效率）η=1-33%-24%-8%=35%；2. 计算0.4kg汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq汽油$=0.4kg×4.6×10^7J/kg=1.84×10^7J$；3. 计算输出有用功：W=ηQ放$=35%×1.84×10^7J=6.44×10^6J$。
【答案$】6.44×10^6$
【知识点】热机效率、燃料热值计算
【点评】本题结合内燃机能量流向图，考查热机效率与热量、有用功的综合计算，属于基础应用类题目，需掌握热机效率的定义及相关公式的应用。
【难度系数】0.6

10. 某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为$30\ \mathrm{cm}^2$，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是$50\ \mathrm{mm}$，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为$9.0× 10^5\ \mathrm{Pa}$，飞轮$1\ \mathrm{min}$转动$1800$周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），则一个做功冲程中燃气对活塞做的功为 $\mathrm{J}$，汽油机的功率为 $\mathrm{W}$。

10. 135 2 025 解析:由 $p=\dfrac{F}{S}$ 可得,燃气对活塞的平均压力：$F=pS=9.0×10^5\ \mathrm{Pa}×30×10^{-4}\ \mathrm{m}^2=2\ 700\ \mathrm{N}$；一个做功冲程中燃气对活塞做的功：$W=Fs=2\ 700\ \mathrm{N}×50×10^{-3}\ \mathrm{m}=135\ \mathrm{J}$；因飞轮每转两圈对外做功一次,所以,飞轮 1 min 转动1 800 周,做功 900 次,则燃气对活塞做的总功$W_{总}=W×900=135\ \mathrm{J}×900=121\ 500\ \mathrm{J}$,汽油机的功率$P=\dfrac{W_{总}}{t}=\dfrac{121\ 500\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}}=2\ 025\ \mathrm{W}$。

【分析】
要解决这道题，分两步分析：①计算一个做功冲程中燃气对活塞做的功，需先利用压强公式求出燃气对活塞的压力，再结合活塞移动的距离计算功；②计算汽油机的功率，需先确定1分钟内汽油机的做功次数（四冲程汽油机飞轮每转2周做功1次），再求出总功，最后用功率公式计算功率。计算时要注意单位的统一换算。
【解析】
1. 计算燃气对活塞的平均压力：
由压强公式 $ p = \frac{F}{S} $ 得，$ F = pS $。
单位换算：$ S = 30\ \mathrm{cm}^2 = 30 × 10^{-4}\ \mathrm{m}^2 = 3 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2 $，
代入数据：$ F = 9.0 × 10^5\ \mathrm{Pa} × 3 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^2 = 2700\ \mathrm{N} $。
2. 计算一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
由功的公式 $ W = Fs $，单位换算：$ s = 50\ \mathrm{mm} = 50 × 10^{-3}\ \mathrm{m} = 0.05\ \mathrm{m} $，
代入数据：$ W = 2700\ \mathrm{N} × 0.05\ \mathrm{m} = 135\ \mathrm{J} $。
3. 计算汽油机的功率：
四冲程汽油机飞轮每转2周对外做功1次，飞轮1分钟转动1800周，做功次数 $ n = \frac{1800}{2} = 900 $ 次，
1分钟内燃气做的总功 $ W_{\mathrm{总}} = W × n = 135\ \mathrm{J} × 900 = 121500\ \mathrm{J} $，
时间 $ t = 1\ \mathrm{min} = 60\ \mathrm{s} $，由功率公式 $ P = \frac{W_{\mathrm{总}}}{t} $，
代入数据：$ P = \frac{121500\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}} = 2025\ \mathrm{W} $。
【答案】
135；2025
【知识点】
压强的计算；功的计算；功率的计算
【点评】
本题是压强、功、功率与汽油机工作原理结合的综合计算题，重点考察公式应用和单位换算能力，需牢记四冲程汽油机做功次数与飞轮转数的关系，是初中物理力学部分的典型基础题。
【难度系数】
0.6

11. 水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起,汽油机的四个冲程中,能量转化与之相同的是（）

11. C 解析:水烧开时产生的水蒸气将壶盖顶起,水蒸气的内能会转化为壶盖的机械能;A.汽油机进气门和排气门均关闭,活塞向上运动,是压缩冲程,此冲程机械能转化为内能,故 A 不符合题意;B.汽油机进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,是吸气冲程,此冲程没有能量转化,故 B 不符合题意;C.汽油机进气门和排气门均关闭,活塞向下运动,是做功冲程,此冲程内能转化为机械能,故 C 符合题意;D.汽油机进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程,此冲程没有能量转化,故 D 不符合题意。故选 C。

【分析】首先明确题目中“水蒸气将壶盖顶起”的能量转化是内能转化为机械能；接下来需根据汽油机四个冲程的判断方法（气门开闭情况、活塞运动方向），逐一分析各冲程的能量转化，找到与题目能量转化一致的选项。
【解析】水蒸气顶起壶盖时，内能转化为机械能。对汽油机各冲程分析：A选项，两气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，能量转化是机械能→内能，不符合；B选项，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程，无能量转化，不符合；C选项，两气门均关闭，活塞向下运动，为做功冲程，能量转化是内能→机械能，符合；D选项，排气门打开、进气门关闭，活塞向上运动，为排气冲程，无能量转化，不符合。故选C。
【答案】C
【知识点】汽油机冲程判断、能量转化
【点评】本题考查汽油机四个冲程的识别及能量转化，核心是掌握气门状态和活塞运动方向判断冲程，明确各冲程的能量变化，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6

12. 新趋势 跨学科实践 有人对燃油汽车和电动汽车进行了研究,得出了两种汽车的能流图如图所示。与燃油汽车相比,电动汽车有许多优势,关于能流图,下列说法正确的是 ()


A.燃油汽车能量利用率高
B.电动汽车能量利用率高
C.电动汽车的能量利用效率可以达到100%
D.电动汽车的有用机械能更多

12. B 解析:燃油汽车各种能量损耗的总和是 6%+30%+36%=72%,所以它的机械效率为 $\eta_1=100\%-72\%=28\%$。电动汽车的机械效率为 $\eta_2=100\%-10\%=90\%$,选项 A 错误,选项 B 正确;因为存在能量的损失,所以该电动汽车的效率不可能达到 100%,选项 C 错误;电动汽车的能量利用率高,但有用的机械能不一定更多,选项 D 错误。

【分析】要判断各选项的正误，需先根据能流图计算燃油汽车和电动汽车的能量利用效率（有用机械能占总能量的比例），再结合效率的概念分析每个选项。能量利用效率的计算逻辑为：效率=有用能量占比=100% - 损耗能量总占比。
【解析】
1. 计算燃油汽车的能量利用率：
燃油汽车总能量为100%，损耗的能量总和为：克服摩擦耗能6% + 机械散热耗能30% + 废气带走热能36% = 72%，因此其能量利用率$\eta_1=100\% - 72\% = 28\%$。
2. 计算电动汽车的能量利用率：
电动汽车总能量为100%，损耗的能量仅为克服摩擦耗能10%，因此其能量利用率$\eta_2=100\% - 10\% = 90\%$。
3. 分析各选项：
选项A：燃油汽车能量利用率为28%，电动汽车为90%，燃油汽车利用率更低，A错误。
选项B：电动汽车能量利用率90%高于燃油汽车的28%，B正确。
选项C：电动汽车仍存在能量损耗，效率不可能达到100%，C错误。
选项D：能量利用率高不代表有用机械能更多，有用机械能还与总能量的多少有关，题目未给出总能量对比，无法判断，D错误。
【答案】B
【知识点】能量利用效率、热机效率
【点评】本题通过能流图对比两种汽车的能量损耗，考查能量利用效率的计算，需明确效率是有用能量与总能量的比值，区分效率和有用机械能的概念，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.6

13. 油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车高速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池可储存的最大电能是$1.0× 10^{8}\ \mathrm{J}$。测试人员驾驶该车在平直公路上以80 km/h的测试车速匀速行驶0.5 h，内燃机消耗燃油2.5 kg，蓄电池组的电能增加了最大电能的10%，汽车行驶时所受阻力$f$和车速$v$的关系如图所示。则：
(1)该汽车测试行驶中消耗的燃油完全燃烧放出多少热量？（燃油的热值为$4.6× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$）
(2)该汽车测试行驶中牵引力做了多少功？
(3)该汽车内燃机的效率是多大？

13. (1)$1.15×10^8\ \mathrm{J}$ (2)$3.6×10^7\ \mathrm{J}$ (3)$40\%$
解析:(1)汽车测试行驶中内燃机消耗燃油 2.5 kg,燃油放出的热量为 $Q_{放}= mq_{燃油}=2.5\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.15×10^8\ \mathrm{J}$；
(2)由图像可知,汽车以 80 km/h 的速度做匀速直线运动时受到的阻力为 900 N,因为汽车做匀速直线运动时,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,所以汽车受到的牵引力$F=f=900\ \mathrm{N}$；
汽车在平直公路上以 80 km/h 的速度匀速行驶0.5 h,行驶的距离为 $s=vt=80\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=40\ \mathrm{km}=40\ 000\ \mathrm{m}$,该汽车测试行驶中牵引力做的功为 $W=Fs=900\ \mathrm{N}×40\ 000\ \mathrm{m}=3.6×10^7\ \mathrm{J}$；
(3)已知某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池可储存的最大电能是 $1.0×10^8\ \mathrm{J}$,内燃机消耗燃油 2.5 kg,蓄电池组的电能增加了最大电能的 10%,则蓄电池增加的电能为 $W_1= \eta W_{大}=10\%×1.0×10^8\ \mathrm{J}=1.0×10^7\ \mathrm{J}$;有效利用的能量为 $W_{有用}=W+W_1=3.6×10^7\ \mathrm{J}+1.0×10^7\ \mathrm{J}=4.6×10^7\ \mathrm{J}$,则内燃机的效率为 $\eta=\dfrac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{4.6×10^7\ \mathrm{J}}{1.15×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$。

【分析】
1. 第(1)问：求燃油完全燃烧放出的热量，直接运用燃料放热公式$Q_{放}=mq$，代入燃油质量和热值计算即可。
2. 第(2)问：先从图像中找到车速为80 km/h时对应的阻力，利用匀速运动时牵引力与阻力是平衡力，得到牵引力大小；再通过速度公式计算行驶距离，最后用$W=Fs$算出牵引力做的功。
3. 第(3)问：内燃机效率是有效利用的能量（牵引力做功与蓄电池增加的电能之和）和燃油总放热的比值，先算出蓄电池增加的电能，再求和后除以总热量得到效率。
【解析】
(1) 燃油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=2.5\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.15×10^8\ \mathrm{J}$。
(2) 由图像可知，车速$v=80\ \mathrm{km/h}$时，汽车受到的阻力$f=900\ \mathrm{N}$。
因汽车匀速行驶，牵引力与阻力是平衡力，故牵引力$F=f=900\ \mathrm{N}$。
行驶时间$t=0.5\ \mathrm{h}$，行驶距离：
$s=vt=80\ \mathrm{km/h}×0.5\ \mathrm{h}=40\ \mathrm{km}=4×10^4\ \mathrm{m}$。
牵引力做的功：
$W=Fs=900\ \mathrm{N}×4×10^4\ \mathrm{m}=3.6×10^7\ \mathrm{J}$。
(3) 蓄电池增加的电能：
$W_{电}=10\%×1.0×10^8\ \mathrm{J}=1.0×10^7\ \mathrm{J}$。
有效利用的总能量：
$W_{有用}=W+W_{电}=3.6×10^7\ \mathrm{J}+1.0×10^7\ \mathrm{J}=4.6×10^7\ \mathrm{J}$。
内燃机的效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{4.6×10^7\ \mathrm{J}}{1.15×10^8\ \mathrm{J}}×100\%=40\%$。
【答案】
(1) $1.15×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $3.6×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $40\%$
【知识点】
燃料的热值、功的计算、机械效率
【点评】
本题结合图像考查力学与热学的综合计算，需从图像提取对应阻力，熟练运用相关公式，步骤清晰，是典型的综合应用题型。
【难度系数】
0.6