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3 [2026郑州五校联考期中]混合动力车具有节能、低排放等优点，这种汽车内燃机在给汽车提供动力的同时，也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的蓄电池储存的最大电能是$1.8× 10^{8}\ \mathrm{J}$，若该车以60 km/h的车速匀速直线行驶了1 h，汽车所受阻力大小为800 N，蓄电池组的电能也增加了最大电能的15%，内燃机共消耗燃油3 kg。燃油热值$q=4.6× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$，则：
(1)该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？
(2)该汽车行驶中牵引力做了多少功？
(3)该汽车内燃机的效率是多大？（结果保留到0.1%）
(1)该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？
(2)该汽车行驶中牵引力做了多少功？
(3)该汽车内燃机的效率是多大？（结果保留到0.1%）
答案
(1)燃油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=mq=3\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.38×10^8\ \mathrm{J}$。
(2)汽车行驶的距离$s=vt=60\ \mathrm{km/h}×1\ \mathrm{h}=60\ \mathrm{km}=6×10^4\ \mathrm{m}$，因为汽车匀速直线行驶，所以汽车所受的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则汽车所受牵引力$F_{牵}=F_{阻}=800\ \mathrm{N}$，牵引力做的功$W_{牵}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×6×10^4\ \mathrm{m}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(3)蓄电池组增加的电能$\Delta E=E_{max}×15\%=1.8×10^8\ \mathrm{J}×15\%=2.7×10^7\ \mathrm{J}$，内燃机输出的有用能量$W_{有用}=W_{牵}+\Delta E=4.8×10^7\ \mathrm{J}+2.7×10^7\ \mathrm{J}=7.5×10^7\ \mathrm{J}$，内燃机的效率$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{7.5×10^7\ \mathrm{J}}{1.38×10^8\ \mathrm{J}}×100\%≈54.3\%$。
(2)汽车行驶的距离$s=vt=60\ \mathrm{km/h}×1\ \mathrm{h}=60\ \mathrm{km}=6×10^4\ \mathrm{m}$，因为汽车匀速直线行驶，所以汽车所受的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则汽车所受牵引力$F_{牵}=F_{阻}=800\ \mathrm{N}$，牵引力做的功$W_{牵}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×6×10^4\ \mathrm{m}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(3)蓄电池组增加的电能$\Delta E=E_{max}×15\%=1.8×10^8\ \mathrm{J}×15\%=2.7×10^7\ \mathrm{J}$，内燃机输出的有用能量$W_{有用}=W_{牵}+\Delta E=4.8×10^7\ \mathrm{J}+2.7×10^7\ \mathrm{J}=7.5×10^7\ \mathrm{J}$，内燃机的效率$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{7.5×10^7\ \mathrm{J}}{1.38×10^8\ \mathrm{J}}×100\%≈54.3\%$。
解析
【分析】
本题围绕混合动力车的能量相关计算展开，分三步解题：
1. 求燃油完全燃烧放出的热量，直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入燃油质量和热值计算；
2. 求牵引力做的功，先由速度和时间算出行驶距离，再根据匀速运动时牵引力与阻力平衡得到牵引力，最后用$W=Fs$计算功；
3. 求内燃机效率，需先算出有用能量（牵引力做功与蓄电池增加的电能之和），再除以燃油完全燃烧放出的总热量，乘以100%得到效率，注意结果保留一位小数。
【解析】
(1) 燃油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=3\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.38×10^8\ \mathrm{J}$。
(2) 汽车行驶的距离：
$s=vt=60\ \mathrm{km/h}×1\ \mathrm{h}=60\ \mathrm{km}=6×10^4\ \mathrm{m}$，
因汽车匀速直线行驶，牵引力与阻力是平衡力，故$F_{牵}=F_{阻}=800\ \mathrm{N}$，
牵引力做的功：
$W_{牵}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×6×10^4\ \mathrm{m}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(3) 蓄电池增加的电能：
$\Delta E=E_{max}×15\%=1.8×10^8\ \mathrm{J}×15\%=2.7×10^7\ \mathrm{J}$，
内燃机输出的有用能量：
$W_{有用}=W_{牵}+\Delta E=4.8×10^7\ \mathrm{J}+2.7×10^7\ \mathrm{J}=7.5×10^7\ \mathrm{J}$，
内燃机的效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{7.5×10^7\ \mathrm{J}}{1.38×10^8\ \mathrm{J}}×100\%≈54.3\%$。
【答案】
(1) $1.38×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $4.8×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $54.3\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、内燃机效率
【点评】
本题以混合动力车为实际背景，结合热学与力学知识，考察公式的应用能力，需注意单位换算（如路程单位），属于基础综合题，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题围绕混合动力车的能量相关计算展开，分三步解题：
1. 求燃油完全燃烧放出的热量，直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入燃油质量和热值计算；
2. 求牵引力做的功，先由速度和时间算出行驶距离，再根据匀速运动时牵引力与阻力平衡得到牵引力，最后用$W=Fs$计算功；
3. 求内燃机效率，需先算出有用能量（牵引力做功与蓄电池增加的电能之和），再除以燃油完全燃烧放出的总热量，乘以100%得到效率，注意结果保留一位小数。
【解析】
(1) 燃油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq=3\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.38×10^8\ \mathrm{J}$。
(2) 汽车行驶的距离：
$s=vt=60\ \mathrm{km/h}×1\ \mathrm{h}=60\ \mathrm{km}=6×10^4\ \mathrm{m}$，
因汽车匀速直线行驶，牵引力与阻力是平衡力，故$F_{牵}=F_{阻}=800\ \mathrm{N}$，
牵引力做的功：
$W_{牵}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×6×10^4\ \mathrm{m}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
(3) 蓄电池增加的电能：
$\Delta E=E_{max}×15\%=1.8×10^8\ \mathrm{J}×15\%=2.7×10^7\ \mathrm{J}$，
内燃机输出的有用能量：
$W_{有用}=W_{牵}+\Delta E=4.8×10^7\ \mathrm{J}+2.7×10^7\ \mathrm{J}=7.5×10^7\ \mathrm{J}$，
内燃机的效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{7.5×10^7\ \mathrm{J}}{1.38×10^8\ \mathrm{J}}×100\%≈54.3\%$。
【答案】
(1) $1.38×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $4.8×10^7\ \mathrm{J}$；(3) $54.3\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、内燃机效率
【点评】
本题以混合动力车为实际背景，结合热学与力学知识，考察公式的应用能力，需注意单位换算（如路程单位），属于基础综合题，难度适中。
【难度系数】
0.6
4 [2026西安高新一中月考] 在第十五届中国航展上，全球首辆量产分体式飞行汽车首次向全球观众进行公开飞行。如图甲所示，该款分体式飞行汽车由陆行体和飞行体两部分构成，总质量约4 t。几分钟的时间，飞行体从陆行体后尾箱处自动分离，展开机臂后，飞行体自动升空、巡航、降落。
(1)若陆行体的最大载油量为60 kg，使用的燃油的热值为$5×10^7$ J/kg。燃料完全燃烧时放出的总热量是多少？
(2)若陆行体的发动机效率为30%，匀速直线行驶过程中所受阻力为车重的0.02倍，现陆行体要去距离基地500 km的目的地执行任务，问它能否在完成任务后原路返回基地？(g取10 N/kg)
(3)若飞行体在水平匀速飞行过程中所受阻力与速度的关系如图乙所示，某次飞行过程中，以54 km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的输出功率是多少？
(1)若陆行体的最大载油量为60 kg，使用的燃油的热值为$5×10^7$ J/kg。燃料完全燃烧时放出的总热量是多少？
(2)若陆行体的发动机效率为30%，匀速直线行驶过程中所受阻力为车重的0.02倍，现陆行体要去距离基地500 km的目的地执行任务，问它能否在完成任务后原路返回基地？(g取10 N/kg)
(3)若飞行体在水平匀速飞行过程中所受阻力与速度的关系如图乙所示，某次飞行过程中，以54 km/h的速度水平匀速飞行时，发动机的输出功率是多少？
答案
(1)由题意可知，燃油的质量$m=60\ \mathrm{kg}$，燃油的热值$q=5×10^7\ \mathrm{J/kg}$，则完全燃烧时放出的热量$Q_{放}=mq=60\ \mathrm{kg}×5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$。
(2)由题意可知，飞行汽车总质量$m_{总}=4\ \mathrm{t}=4000\ \mathrm{kg}$，则飞行汽车的重力$G=m_{总}g=4000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4×10^4\ \mathrm{N}$，由于其做匀速直线运动，则所受牵引力$F_{牵}=F_{阻}=0.02G=0.02×4×10^4\ \mathrm{N}=800\ \mathrm{N}$，往返总路程$s=2×500\ \mathrm{km}=1000\ \mathrm{km}=1.0×10^6\ \mathrm{m}$，克服阻力所做的功$W_{有用}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×1.0×10^6\ \mathrm{m}=8×10^8\ \mathrm{J}$，若发动机效率$\eta=30\%$，则完成往返所需燃料释放的热量$Q_{放需}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{8×10^8\ \mathrm{J}}{30\%}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}＜Q_{放}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$，因此燃料足够往返。
(3)由题图乙可知，飞行体以$v=54\ \mathrm{km/h}=15\ \mathrm{m/s}$的速度水平匀速飞行时，所受阻力$F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$，因飞行体做匀速直线运动，则$F_{牵}'=F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$，则发动机的输出功率$P=\frac{F_{牵}'s}{t}=F_{牵}'v=4000\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m/s}=6×10^4\ \mathrm{W}$。
(2)由题意可知，飞行汽车总质量$m_{总}=4\ \mathrm{t}=4000\ \mathrm{kg}$，则飞行汽车的重力$G=m_{总}g=4000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4×10^4\ \mathrm{N}$，由于其做匀速直线运动，则所受牵引力$F_{牵}=F_{阻}=0.02G=0.02×4×10^4\ \mathrm{N}=800\ \mathrm{N}$，往返总路程$s=2×500\ \mathrm{km}=1000\ \mathrm{km}=1.0×10^6\ \mathrm{m}$，克服阻力所做的功$W_{有用}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×1.0×10^6\ \mathrm{m}=8×10^8\ \mathrm{J}$，若发动机效率$\eta=30\%$，则完成往返所需燃料释放的热量$Q_{放需}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{8×10^8\ \mathrm{J}}{30\%}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}＜Q_{放}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$，因此燃料足够往返。
(3)由题图乙可知，飞行体以$v=54\ \mathrm{km/h}=15\ \mathrm{m/s}$的速度水平匀速飞行时，所受阻力$F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$，因飞行体做匀速直线运动，则$F_{牵}'=F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$，则发动机的输出功率$P=\frac{F_{牵}'s}{t}=F_{牵}'v=4000\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m/s}=6×10^4\ \mathrm{W}$。
解析
【分析】
本题围绕飞行汽车的相关物理问题展开，分三个小问考查不同物理计算：
1. 第一问求燃料完全燃烧放出的热量，直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入已知燃油质量和热值即可计算；
2. 第二问需先算飞行汽车总重力，再根据阻力与重力的关系求阻力，匀速行驶时牵引力等于阻力，接着计算往返总路程，进而算出克服阻力的有用功，结合发动机效率算出所需总热量，与实际放出的热量比较判断是否能往返；
3. 第三问先将速度单位从$\mathrm{km/h}$换算为$\mathrm{m/s}$，从图乙读取对应速度的阻力，匀速飞行时牵引力等于阻力，再用功率公式$P=Fv$计算输出功率。
【解析】
(1) 已知燃油质量$m=60\ \mathrm{kg}$，热值$q=5×10^7\ \mathrm{J/kg}$，根据燃料完全燃烧放热公式：
$Q_{放}=mq=60\ \mathrm{kg}×5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$。
(2) 飞行汽车总质量$m_{总}=4\ \mathrm{t}=4000\ \mathrm{kg}$，总重力：
$G=m_{总}g=4000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4×10^4\ \mathrm{N}$；
匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，$F_{牵}=F_{阻}=0.02G=0.02×4×10^4\ \mathrm{N}=800\ \mathrm{N}$；
往返总路程$s=2×500\ \mathrm{km}=1000\ \mathrm{km}=1.0×10^6\ \mathrm{m}$；
克服阻力做的有用功：
$W_{有用}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×1.0×10^6\ \mathrm{m}=8×10^8\ \mathrm{J}$；
根据效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放需}}$，得往返所需热量：
$Q_{放需}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{8×10^8\ \mathrm{J}}{30\%}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}$；
因$Q_{放需}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}＜Q_{放}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$，故燃料足够往返。
(3) 速度单位换算：$v=54\ \mathrm{km/h}=54×\frac{1000\ \mathrm{m}}{3600\ \mathrm{s}}=15\ \mathrm{m/s}$；
由图乙可知，$v=15\ \mathrm{m/s}$时，飞行体所受阻力$F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$；
匀速飞行时，牵引力$F_{牵}'=F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$；
根据功率公式$P=Fv$，发动机输出功率：
$P=F_{牵}'v=4000\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m/s}=6×10^4\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $3.0×10^9\ \mathrm{J}$；(2) 能；(3) $6×10^4\ \mathrm{W}$
【知识点】
热值计算、机械效率、功率计算
【点评】
本题以飞行汽车为载体，将热学、力学的基础计算与实际场景结合，考查公式应用、单位换算及图像读取能力，是一道综合性适中的基础题，注重学生对核心知识点的掌握与灵活运用。
【难度系数】
0.6
本题围绕飞行汽车的相关物理问题展开，分三个小问考查不同物理计算：
1. 第一问求燃料完全燃烧放出的热量，直接应用热值公式$Q_{放}=mq$，代入已知燃油质量和热值即可计算；
2. 第二问需先算飞行汽车总重力，再根据阻力与重力的关系求阻力，匀速行驶时牵引力等于阻力，接着计算往返总路程，进而算出克服阻力的有用功，结合发动机效率算出所需总热量，与实际放出的热量比较判断是否能往返；
3. 第三问先将速度单位从$\mathrm{km/h}$换算为$\mathrm{m/s}$，从图乙读取对应速度的阻力，匀速飞行时牵引力等于阻力，再用功率公式$P=Fv$计算输出功率。
【解析】
(1) 已知燃油质量$m=60\ \mathrm{kg}$，热值$q=5×10^7\ \mathrm{J/kg}$，根据燃料完全燃烧放热公式：
$Q_{放}=mq=60\ \mathrm{kg}×5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$。
(2) 飞行汽车总质量$m_{总}=4\ \mathrm{t}=4000\ \mathrm{kg}$，总重力：
$G=m_{总}g=4000\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=4×10^4\ \mathrm{N}$；
匀速行驶时，牵引力与阻力平衡，$F_{牵}=F_{阻}=0.02G=0.02×4×10^4\ \mathrm{N}=800\ \mathrm{N}$；
往返总路程$s=2×500\ \mathrm{km}=1000\ \mathrm{km}=1.0×10^6\ \mathrm{m}$；
克服阻力做的有用功：
$W_{有用}=F_{牵}s=800\ \mathrm{N}×1.0×10^6\ \mathrm{m}=8×10^8\ \mathrm{J}$；
根据效率公式$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放需}}$，得往返所需热量：
$Q_{放需}=\frac{W_{有用}}{\eta}=\frac{8×10^8\ \mathrm{J}}{30\%}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}$；
因$Q_{放需}≈2.67×10^9\ \mathrm{J}＜Q_{放}=3.0×10^9\ \mathrm{J}$，故燃料足够往返。
(3) 速度单位换算：$v=54\ \mathrm{km/h}=54×\frac{1000\ \mathrm{m}}{3600\ \mathrm{s}}=15\ \mathrm{m/s}$；
由图乙可知，$v=15\ \mathrm{m/s}$时，飞行体所受阻力$F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$；
匀速飞行时，牵引力$F_{牵}'=F_{阻}'=4000\ \mathrm{N}$；
根据功率公式$P=Fv$，发动机输出功率：
$P=F_{牵}'v=4000\ \mathrm{N}×15\ \mathrm{m/s}=6×10^4\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $3.0×10^9\ \mathrm{J}$；(2) 能；(3) $6×10^4\ \mathrm{W}$
【知识点】
热值计算、机械效率、功率计算
【点评】
本题以飞行汽车为载体，将热学、力学的基础计算与实际场景结合，考查公式应用、单位换算及图像读取能力，是一道综合性适中的基础题，注重学生对核心知识点的掌握与灵活运用。
【难度系数】
0.6
