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8. 实践活动（1）如图是课外兴趣小组制作的“蒸汽船”模型，在铜制容器中盛一定量的水之后安装在“船体”上，用蜡烛对铜质容器底部加热，一段时间后铜质容器内水温升高产生蒸汽，铜管会向右喷出蒸汽，“蒸汽船”就会向左行驶。“蒸汽船”运动时的能量转化与汽油机
（2）涡轮增压汽车通过压缩空气来增加发动机的进气量，使汽油更充分地燃烧，进而更节能。与相同规格的普通汽车相比，同样的汽油在涡轮增压汽车内它的热值
做功
冲程相同，将内能
转化为机械能。（2）涡轮增压汽车通过压缩空气来增加发动机的进气量，使汽油更充分地燃烧，进而更节能。与相同规格的普通汽车相比，同样的汽油在涡轮增压汽车内它的热值
一样大
（选填“更大”“更小”或“一样大”）。如果一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为2 400 r/min，则1 s内对外做功20
次。答案
8.(1) 做功 内能 (2) 一样大 20
解析
【分析】
先分析第(1)问：蒸汽船喷出蒸汽时，蒸汽的内能转化为船的机械能；汽油机的做功冲程是内能转化为机械能，据此对应冲程和能量转化。再分析第(2)问：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；四冲程汽油机每2转对外做功1次，先换算飞轮每秒转数，再计算做功次数。
【解析】
(1) 铜管喷出蒸汽时，蒸汽的内能转化为船的机械能；汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，因此“蒸汽船”的能量转化与汽油机做功冲程相同，是将内能转化为机械能。
(2) 热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与是否充分燃烧无关，所以汽油的热值一样大；飞轮转速2400r/min，即每秒转40r，四冲程汽油机每2转对外做功1次，故1s内对外做功次数为40÷2=20次。
【答案】
(1) 做功；内能 (2) 一样大；20
【知识点】
内能的利用、热值、汽油机工作原理
【点评】
本题结合实际应用考查物理基础知识，注重概念理解和规律应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
先分析第(1)问：蒸汽船喷出蒸汽时，蒸汽的内能转化为船的机械能；汽油机的做功冲程是内能转化为机械能，据此对应冲程和能量转化。再分析第(2)问：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；四冲程汽油机每2转对外做功1次，先换算飞轮每秒转数，再计算做功次数。
【解析】
(1) 铜管喷出蒸汽时，蒸汽的内能转化为船的机械能；汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，因此“蒸汽船”的能量转化与汽油机做功冲程相同，是将内能转化为机械能。
(2) 热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与是否充分燃烧无关，所以汽油的热值一样大；飞轮转速2400r/min，即每秒转40r，四冲程汽油机每2转对外做功1次，故1s内对外做功次数为40÷2=20次。
【答案】
(1) 做功；内能 (2) 一样大；20
【知识点】
内能的利用、热值、汽油机工作原理
【点评】
本题结合实际应用考查物理基础知识，注重概念理解和规律应用，难度适中。
【难度系数】
0.5
知识点四 热值与热机效率
[例4]一辆氢气动力试验汽车10 min内在平直路面上匀速行驶了$1.2× 10^{4}\ \mathrm{m}$，消耗了0.15 kg的氢气。此过程中汽车发动机产生的牵引力为$1.0× 10^{3}\ \mathrm{N}$。（氢气的热值取$1.4× 10^{8}\ \mathrm{J/kg}$）求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)汽车的牵引力做的功。
(3)汽车发动机的效率。（结果精确到0.1%）
[例4]一辆氢气动力试验汽车10 min内在平直路面上匀速行驶了$1.2× 10^{4}\ \mathrm{m}$，消耗了0.15 kg的氢气。此过程中汽车发动机产生的牵引力为$1.0× 10^{3}\ \mathrm{N}$。（氢气的热值取$1.4× 10^{8}\ \mathrm{J/kg}$）求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)汽车的牵引力做的功。
(3)汽车发动机的效率。（结果精确到0.1%）
答案
(1)$2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$
(2)$1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$
(3)$57.1\%$
解析:(1)氢气完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=mq=0.15\ \mathrm{kg}×1.4×10^{8}\ \mathrm{J/kg}=2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$。
(2)牵引力所做的功
$W_{有}=F_{牵}s=1.0×10^{3}\ \mathrm{N}×1.2×10^{4}\ \mathrm{m}=1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机的效率
$\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.2×10^{7}\ \mathrm{J}}{2.1×10^{7}\ \mathrm{J}}×100\%≈57.1\%$。
(2)$1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$
(3)$57.1\%$
解析:(1)氢气完全燃烧放出的热量
$Q_{放}=mq=0.15\ \mathrm{kg}×1.4×10^{8}\ \mathrm{J/kg}=2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$。
(2)牵引力所做的功
$W_{有}=F_{牵}s=1.0×10^{3}\ \mathrm{N}×1.2×10^{4}\ \mathrm{m}=1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机的效率
$\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.2×10^{7}\ \mathrm{J}}{2.1×10^{7}\ \mathrm{J}}×100\%≈57.1\%$。
解析
【分析】
本题考查热值、功、热机效率的基础计算，解题思路如下：
1. 求氢气完全燃烧放出的热量，需利用热值公式$Q_{放}=mq$，代入消耗氢气的质量和氢气的热值计算；
2. 求汽车牵引力做的功，利用功的公式$W=Fs$，代入牵引力和汽车行驶的距离计算；
3. 求发动机效率，需用牵引力做的有用功与氢气完全燃烧放出的总热量的比值，再乘以100%，结果精确到0.1%。
【解析】
(1) 氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=0.15\ \mathrm{kg}×1.4×10^{8}\ \mathrm{J/kg}=2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$；
(2) 汽车牵引力做的功：
$W_{有}=F_{牵}s=1.0×10^{3}\ \mathrm{N}×1.2×10^{4}\ \mathrm{m}=1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$；
(3) 汽车发动机的效率：
$\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.2×10^{7}\ \mathrm{J}}{2.1×10^{7}\ \mathrm{J}}×100\%≈57.1\%$。
【答案】
(1)$2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$；(2)$1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$；(3)$57.1\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、热机效率
【点评】
本题是热值、功与热机效率的基础综合题，核心考查相关公式的应用，解题关键是明确各物理量对应的公式及数值，属于巩固基础的典型题型。
【难度系数】
0.6
本题考查热值、功、热机效率的基础计算，解题思路如下：
1. 求氢气完全燃烧放出的热量，需利用热值公式$Q_{放}=mq$，代入消耗氢气的质量和氢气的热值计算；
2. 求汽车牵引力做的功，利用功的公式$W=Fs$，代入牵引力和汽车行驶的距离计算；
3. 求发动机效率，需用牵引力做的有用功与氢气完全燃烧放出的总热量的比值，再乘以100%，结果精确到0.1%。
【解析】
(1) 氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=0.15\ \mathrm{kg}×1.4×10^{8}\ \mathrm{J/kg}=2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$；
(2) 汽车牵引力做的功：
$W_{有}=F_{牵}s=1.0×10^{3}\ \mathrm{N}×1.2×10^{4}\ \mathrm{m}=1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$；
(3) 汽车发动机的效率：
$\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.2×10^{7}\ \mathrm{J}}{2.1×10^{7}\ \mathrm{J}}×100\%≈57.1\%$。
【答案】
(1)$2.1×10^{7}\ \mathrm{J}$；(2)$1.2×10^{7}\ \mathrm{J}$；(3)$57.1\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、热机效率
【点评】
本题是热值、功与热机效率的基础综合题，核心考查相关公式的应用，解题关键是明确各物理量对应的公式及数值，属于巩固基础的典型题型。
【难度系数】
0.6
9. 出于对安全和环保的考虑，某市为喜爱户外烧烤的市民提供了专门的场所。烧烤的主要原料是木炭，已知它的热值是 $3.4 × 10^7$ J/kg，那么 84 g 木炭完全燃烧放出
2.856×10⁶
J 热量。如果这些热量全部被水吸收，则能使初温为 20 ℃、质量为 17 kg 的水，温度升高到 60
℃。[水的比热容为 $4.2 × 10^3$ J/(kg·℃)]答案
9. 2.856×10⁶ 60
解析
【分析】首先，计算木炭完全燃烧放出的热量需运用燃料热值公式，注意质量单位要统一为千克；接着，利用热量全部被水吸收的条件，结合水的吸热公式计算水升高的温度，再结合初温得到末温。
【解析】
1. 计算木炭完全燃烧放出的热量：
已知木炭质量 $ m_{\mathrm{炭}} = 84\ \mathrm{g} = 0.084\ \mathrm{kg} $，热值 $ q = 3.4 × 10^7\ \mathrm{J/kg} $，根据燃料放热公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，可得：
$ Q_{\mathrm{放}} = 0.084\ \mathrm{kg} × 3.4 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 2.856 × 10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算水升高后的温度：
由题意知 $ Q_{\mathrm{吸}} = Q_{\mathrm{放}} = 2.856 × 10^6\ \mathrm{J} $，水的比热容 $ c_{\mathrm{水}} = 4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} $，质量 $ m_{\mathrm{水}} = 17\ \mathrm{kg} $，根据吸热公式 $ Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t $，得温度变化量：
$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}} = \frac{2.856 × 10^6\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 17\ \mathrm{kg}} = 40\ \mathrm{℃} $，
则水的末温 $ t = t_0 + \Delta t = 20\ \mathrm{℃} + 40\ \mathrm{℃} = 60\ \mathrm{℃} $。
【答案】$ 2.856×10^6 $；60
【知识点】燃料热值计算、热量的计算
【点评】本题考查热值与热量的基础计算，核心是公式的正确应用和单位换算，属于常规基础题。
【难度系数】0.6
【解析】
1. 计算木炭完全燃烧放出的热量：
已知木炭质量 $ m_{\mathrm{炭}} = 84\ \mathrm{g} = 0.084\ \mathrm{kg} $，热值 $ q = 3.4 × 10^7\ \mathrm{J/kg} $，根据燃料放热公式 $ Q_{\mathrm{放}} = mq $，可得：
$ Q_{\mathrm{放}} = 0.084\ \mathrm{kg} × 3.4 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 2.856 × 10^6\ \mathrm{J} $。
2. 计算水升高后的温度：
由题意知 $ Q_{\mathrm{吸}} = Q_{\mathrm{放}} = 2.856 × 10^6\ \mathrm{J} $，水的比热容 $ c_{\mathrm{水}} = 4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} $，质量 $ m_{\mathrm{水}} = 17\ \mathrm{kg} $，根据吸热公式 $ Q_{\mathrm{吸}} = cm\Delta t $，得温度变化量：
$ \Delta t = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{c_{\mathrm{水}}m_{\mathrm{水}}} = \frac{2.856 × 10^6\ \mathrm{J}}{4.2 × 10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 17\ \mathrm{kg}} = 40\ \mathrm{℃} $，
则水的末温 $ t = t_0 + \Delta t = 20\ \mathrm{℃} + 40\ \mathrm{℃} = 60\ \mathrm{℃} $。
【答案】$ 2.856×10^6 $；60
【知识点】燃料热值计算、热量的计算
【点评】本题考查热值与热量的基础计算，核心是公式的正确应用和单位换算，属于常规基础题。
【难度系数】0.6
10.(2026西宁模拟)货车自重是6.1 t，车轮与地面的总接触面积是0.5 m²，装有24 t砂石的货车在平直的公路上匀速行驶30 km，货车受到的阻力是货车总重力的$\frac{1}{50}$，消耗柴油10 kg，则货车对地面的压强为
6.02×10⁵
Pa，这一过程中货车牵引力所做的功是1.806×10⁸
J，货车发动机的效率是42%
。($q_{柴油}=4.3×10^7$ J/kg，g取10 N/kg)答案
10. 6.02×10⁵ 1.806×10⁸ 42%
解析
【分析】
要解决这道题，需分三步计算：1. 货车对地面的压强：压强公式为$p=\frac{F}{S}$，货车对地面的压力等于总重力，先算出总质量，再求总重力，最后代入压强公式；2. 牵引力做功：货车匀速行驶时牵引力等于阻力，阻力是总重力的$\frac{1}{50}$，先算阻力即牵引力，再结合行驶距离，用$W=Fs$计算功；3. 发动机效率：效率为有用功与柴油完全燃烧放热的比值，先算柴油放热，再用有用功除以放热得到效率，计算时注意单位统一（吨转千克、千米转米）。
【解析】
1. 计算货车对地面的压强：
总质量$m_{总}=6.1t + 24t = 30.1t = 30100kg$，
总重力$G_{总}=m_{总}g = 30100kg×10N/kg = 3.01×10^5N$，
货车对地面的压力$F = G_{总}=3.01×10^5N$，
压强$p=\frac{F}{S}=\frac{3.01×10^5N}{0.5m^2}=6.02×10^5Pa$；
2. 计算牵引力所做的功：
货车匀速行驶，牵引力$F_{牵}=f=\frac{G_{总}}{50}=\frac{3.01×10^5N}{50}=6.02×10^3N$，
行驶距离$s=30km=3×10^4m$，
做功$W=F_{牵}s=6.02×10^3N×3×10^4m=1.806×10^8J$；
3. 计算发动机的效率：
柴油完全燃烧放热$Q_{放}=m_{柴油}q_{柴油}=10kg×4.3×10^7J/kg=4.3×10^8J$，
效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.806×10^8J}{4.3×10^8J}×100\%=42\%$；
【答案】
6.02×10⁵；1.806×10⁸；42%
【知识点】
压强计算；功的计算；热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的综合计算题，考查压强、功、效率的相关公式应用，关键在于明确压力等于总重力、匀速时牵引力与阻力的关系，需注意单位换算，整体难度适中，是中考常见题型。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分三步计算：1. 货车对地面的压强：压强公式为$p=\frac{F}{S}$，货车对地面的压力等于总重力，先算出总质量，再求总重力，最后代入压强公式；2. 牵引力做功：货车匀速行驶时牵引力等于阻力，阻力是总重力的$\frac{1}{50}$，先算阻力即牵引力，再结合行驶距离，用$W=Fs$计算功；3. 发动机效率：效率为有用功与柴油完全燃烧放热的比值，先算柴油放热，再用有用功除以放热得到效率，计算时注意单位统一（吨转千克、千米转米）。
【解析】
1. 计算货车对地面的压强：
总质量$m_{总}=6.1t + 24t = 30.1t = 30100kg$，
总重力$G_{总}=m_{总}g = 30100kg×10N/kg = 3.01×10^5N$，
货车对地面的压力$F = G_{总}=3.01×10^5N$，
压强$p=\frac{F}{S}=\frac{3.01×10^5N}{0.5m^2}=6.02×10^5Pa$；
2. 计算牵引力所做的功：
货车匀速行驶，牵引力$F_{牵}=f=\frac{G_{总}}{50}=\frac{3.01×10^5N}{50}=6.02×10^3N$，
行驶距离$s=30km=3×10^4m$，
做功$W=F_{牵}s=6.02×10^3N×3×10^4m=1.806×10^8J$；
3. 计算发动机的效率：
柴油完全燃烧放热$Q_{放}=m_{柴油}q_{柴油}=10kg×4.3×10^7J/kg=4.3×10^8J$，
效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.806×10^8J}{4.3×10^8J}×100\%=42\%$；
【答案】
6.02×10⁵；1.806×10⁸；42%
【知识点】
压强计算；功的计算；热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的综合计算题，考查压强、功、效率的相关公式应用，关键在于明确压力等于总重力、匀速时牵引力与阻力的关系，需注意单位换算，整体难度适中，是中考常见题型。
【难度系数】
0.6
11. 如图所示是我国自主研制的机械狗。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机器狗的运动利用液压系统，为其提供动力的是CatC9燃油发动机。
(1)为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于$80° \mathrm{C}$。4 kg的液压油温度由$30° \mathrm{C}$升高到$80° \mathrm{C}$需要吸收$4.8× 10^5 \mathrm{J}$的热量，则该液压油的比热容是多少？
(2)机械狗使用发动机消耗120 kg的燃油能提供$1.44× 10^9 \mathrm{J}$的有用功，则该发动机的效率是多少？(燃油的热值为$4× 10^7 \mathrm{J/kg}$)
(1)为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于$80° \mathrm{C}$。4 kg的液压油温度由$30° \mathrm{C}$升高到$80° \mathrm{C}$需要吸收$4.8× 10^5 \mathrm{J}$的热量，则该液压油的比热容是多少？
(2)机械狗使用发动机消耗120 kg的燃油能提供$1.44× 10^9 \mathrm{J}$的有用功，则该发动机的效率是多少？(燃油的热值为$4× 10^7 \mathrm{J/kg}$)
答案
11. (1)2.4×10³ J/(kg·℃) (2)30%
解析：(1) 该液压油的比热容为 $c = \frac{Q}{m(t-t_0)}=\frac{4.8×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×(80\ ℃-30\ ℃)}=2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
(2)燃油完全燃烧放出的热量为
$Q_{放}=mq=120\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^9\ \mathrm{J}$，
该发动机的效率为
$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.44×10^9\ \mathrm{J}}{4.8×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$。
解析：(1) 该液压油的比热容为 $c = \frac{Q}{m(t-t_0)}=\frac{4.8×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×(80\ ℃-30\ ℃)}=2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
(2)燃油完全燃烧放出的热量为
$Q_{放}=mq=120\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^9\ \mathrm{J}$，
该发动机的效率为
$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.44×10^9\ \mathrm{J}}{4.8×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$。
解析
【分析】
本题考查热学相关计算，分为两小问：
1. 第(1)问求液压油的比热容，需利用热量计算公式$Q=cm\Delta t$，变形得到比热容公式$c=\frac{Q}{m(t-t_0)}$，代入已知的热量、质量、温度变化量即可计算。
2. 第(2)问求发动机效率，需先计算燃油完全燃烧放出的总热量$Q_{放}=mq$，再根据效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%$，代入有用功和总热量计算效率。
【解析】
(1) 根据热量公式$Q=cm\Delta t$，变形得液压油的比热容：
$c=\frac{Q}{m(t-t_0)}=\frac{4.8×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×(80°\mathrm{C}-30°\mathrm{C})}=2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}$。
(2) 先计算120kg燃油完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=mq=120\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^9\ \mathrm{J}$；
再计算发动机的效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.44×10^9\ \mathrm{J}}{4.8×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$。
【答案】
(1) $2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$；(2) $30\%$
【知识点】
比热容计算、热机效率计算
【点评】
本题为热学基础计算题，考查热量公式和热机效率公式的应用，解题关键是牢记公式并准确代入数值计算，注意温度变化量的计算和单位统一，属于难度较低的常规题型。
【难度系数】
0.6
本题考查热学相关计算，分为两小问：
1. 第(1)问求液压油的比热容，需利用热量计算公式$Q=cm\Delta t$，变形得到比热容公式$c=\frac{Q}{m(t-t_0)}$，代入已知的热量、质量、温度变化量即可计算。
2. 第(2)问求发动机效率，需先计算燃油完全燃烧放出的总热量$Q_{放}=mq$，再根据效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%$，代入有用功和总热量计算效率。
【解析】
(1) 根据热量公式$Q=cm\Delta t$，变形得液压油的比热容：
$c=\frac{Q}{m(t-t_0)}=\frac{4.8×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×(80°\mathrm{C}-30°\mathrm{C})}=2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·° C)}$。
(2) 先计算120kg燃油完全燃烧放出的总热量：
$Q_{放}=mq=120\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^9\ \mathrm{J}$；
再计算发动机的效率：
$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.44×10^9\ \mathrm{J}}{4.8×10^9\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$。
【答案】
(1) $2.4×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$；(2) $30\%$
【知识点】
比热容计算、热机效率计算
【点评】
本题为热学基础计算题，考查热量公式和热机效率公式的应用，解题关键是牢记公式并准确代入数值计算，注意温度变化量的计算和单位统一，属于难度较低的常规题型。
【难度系数】
0.6
