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13.【开放性试题】热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标.我国某集团已发布全球首款热机的效率突破 50％的商业化柴油机的消息,这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破 10 s.
(1)立志成为汽车设计师的小明,也想设计改造发动机,使热机的效率达 80％.考虑影响热机效率的因素,你认为小明可以改进创新的措施是
(2)假如小明的设想实现了,会给我们的生活带来的影响是
(1)立志成为汽车设计师的小明,也想设计改造发动机,使热机的效率达 80％.考虑影响热机效率的因素,你认为小明可以改进创新的措施是
改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量等(合理即可)
.(2)假如小明的设想实现了,会给我们的生活带来的影响是
节省燃料(或减少有害气体的排放等)
.(写出一条即可)答案
13.(1)改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量等(合理即可)
(2)节省燃料(或减少有害气体的排放等)
(2)节省燃料(或减少有害气体的排放等)
解析
【分析】
本题围绕热机效率展开，首先需明确热机效率的定义：热机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值，影响热机效率的因素包括燃料燃烧是否充分、机械部件间的摩擦损耗、废气带走的热量、散热损失等。第(1)问需从这些影响因素出发，思考改进热机效率的合理措施；第(2)问则结合效率提高的意义，分析对生活的影响，答案具有开放性，合理即可。
【解析】
(1) 热机效率低的原因主要有燃料燃烧不充分、克服机械摩擦消耗能量、废气带走大量热量等，因此可从优化这些环节入手改进：比如改良热机结构使燃料燃烧更充分，减小各部件间的摩擦以减少能量损耗，利用废气带走的热量实现能量的二次利用等，这些措施均能提高热机效率；
(2) 若热机效率提升至80%，在完成相同有用功的前提下，消耗的燃料会减少，既节省了能源，又能降低有害气体的排放，还能降低使用成本等，选取其中一条合理表述即可。
【答案】
(1) 改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量等(合理即可)；(2) 节省燃料(或减少有害气体的排放等)
【知识点】
热机效率、热机的利用
【点评】
本题为开放性试题，紧密联系实际生活中的热机技术问题，考查学生对热机效率影响因素的理解与应用能力，鼓励学生发散思维，体现了物理知识与生活、科技的结合，符合素质教育的要求。
【难度系数】
0.5
本题围绕热机效率展开，首先需明确热机效率的定义：热机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值，影响热机效率的因素包括燃料燃烧是否充分、机械部件间的摩擦损耗、废气带走的热量、散热损失等。第(1)问需从这些影响因素出发，思考改进热机效率的合理措施；第(2)问则结合效率提高的意义，分析对生活的影响，答案具有开放性，合理即可。
【解析】
(1) 热机效率低的原因主要有燃料燃烧不充分、克服机械摩擦消耗能量、废气带走大量热量等，因此可从优化这些环节入手改进：比如改良热机结构使燃料燃烧更充分，减小各部件间的摩擦以减少能量损耗，利用废气带走的热量实现能量的二次利用等，这些措施均能提高热机效率；
(2) 若热机效率提升至80%，在完成相同有用功的前提下，消耗的燃料会减少，既节省了能源，又能降低有害气体的排放，还能降低使用成本等，选取其中一条合理表述即可。
【答案】
(1) 改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量等(合理即可)；(2) 节省燃料(或减少有害气体的排放等)
【知识点】
热机效率、热机的利用
【点评】
本题为开放性试题，紧密联系实际生活中的热机技术问题，考查学生对热机效率影响因素的理解与应用能力，鼓励学生发散思维，体现了物理知识与生活、科技的结合，符合素质教育的要求。
【难度系数】
0.5
14.【物理学与社会发展】(山东聊城中考)随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一.某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1 s内提供的电能约为$1.8×10^4$ J，1年内提供的电能约为$4.8×10^{11}$ J.
(1)若该风力发电机1 s内提供的电能全部转化为内能，并有70%被水吸收，可以使100 g常温下的水升高多少摄氏度？
$[c_{水}=4.2×10^3 J/(kg·℃)]$
(2)若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭？(煤炭的热值约为$q=3.0×10^7 J/kg$)
(1)若该风力发电机1 s内提供的电能全部转化为内能，并有70%被水吸收，可以使100 g常温下的水升高多少摄氏度？
$[c_{水}=4.2×10^3 J/(kg·℃)]$
(2)若该风力发电机1年内提供的电能改由火力发电机来提供，且火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约40%转化为电能，则需要完全燃烧多少千克煤炭？(煤炭的热值约为$q=3.0×10^7 J/kg$)
答案
14.解:(1)根据题意得,一台风力发电机1 s内提供的电能约为$1.8×10^4$ J,1 s 内所产生的电能 70%被水吸收,则水吸收的热量:$Q_{吸}=70\%W_{电}=70\%×1.8×10^4\ \mathrm{J}=1.26 × 10^4\ \mathrm{J}$, 由 $Q_{吸} = cm\Delta t$ 可得, 水升高的温度: $\Delta t = \dfrac{Q_{吸}}{cm} =\dfrac{1.26×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×100×10^{-3}\ \mathrm{kg}}=30\ \mathrm{℃}.$
(2)一台风力发电机1 年内提供的电能约为$4.8×10^{11}$ J,火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约 40%转化为电能,则煤炭燃烧放出的热量:$Q_{放}=\dfrac{W'_{电}}{40\%}=\dfrac{4.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{40\%}=1.2×10^{12}\ \mathrm{J}.$ 需要完全燃烧煤炭的质量:$m=\dfrac{Q_{放}}{q}=\dfrac{1.2×10^{12}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=4×10^4\ \mathrm{kg}.$
(2)一台风力发电机1 年内提供的电能约为$4.8×10^{11}$ J,火力发电机工作时煤炭燃烧产生的热量约 40%转化为电能,则煤炭燃烧放出的热量:$Q_{放}=\dfrac{W'_{电}}{40\%}=\dfrac{4.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{40\%}=1.2×10^{12}\ \mathrm{J}.$ 需要完全燃烧煤炭的质量:$m=\dfrac{Q_{放}}{q}=\dfrac{1.2×10^{12}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=4×10^4\ \mathrm{kg}.$
解析
【分析】
本题分为两小问，均围绕热量、热值及效率的计算展开：
(1) 第一问：已知1s内发电机提供的电能，且70%的电能被水吸收，需先计算水吸收的热量；再利用吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，变形求出水升高的温度，计算时需注意将水的质量单位换算为kg。
(2) 第二问：已知1年内发电机提供的电能，火力发电效率为40%，需先根据效率公式求出煤炭完全燃烧放出的总热量；再利用热值公式$Q_{放}=mq$，变形求出需要完全燃烧煤炭的质量。
【解析】
(1) 计算水升高的温度
已知发电机1s内提供的电能$W_{电}=1.8×10^4\ \mathrm{J}$，水吸收的热量为电能的70%，则：
$Q_{吸}=70\%W_{电}=70\%×1.8×10^4\ \mathrm{J}=1.26×10^4\ \mathrm{J}$
水的质量$m=100\ \mathrm{g}=0.1\ \mathrm{kg}$，根据吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，变形得：
$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m}=\frac{1.26×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.1\ \mathrm{kg}}=30\ \mathrm{℃}$
(2) 计算需要完全燃烧煤炭的质量
已知发电机1年内提供的电能$W'_{电}=4.8×10^{11}\ \mathrm{J}$，火力发电效率为40%，则煤炭完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=\frac{W'_{电}}{40\%}=\frac{4.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{0.4}=1.2×10^{12}\ \mathrm{J}$
根据热值公式$Q_{放}=mq$，变形得：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.2×10^{12}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=4×10^4\ \mathrm{kg}$
【答案】
(1) $30\ \mathrm{℃}$；(2) $4×10^4\ \mathrm{kg}$
【知识点】
热量计算、热值应用、效率计算
【点评】
本题结合新能源发电的实际场景，考查初中物理中热量、热值、效率的基础计算，属于常规应用题，解题关键是熟练掌握相关公式并注意单位的统一，难度适中，是中考物理的常见题型。
【难度系数】
0.6
本题分为两小问，均围绕热量、热值及效率的计算展开：
(1) 第一问：已知1s内发电机提供的电能，且70%的电能被水吸收，需先计算水吸收的热量；再利用吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，变形求出水升高的温度，计算时需注意将水的质量单位换算为kg。
(2) 第二问：已知1年内发电机提供的电能，火力发电效率为40%，需先根据效率公式求出煤炭完全燃烧放出的总热量；再利用热值公式$Q_{放}=mq$，变形求出需要完全燃烧煤炭的质量。
【解析】
(1) 计算水升高的温度
已知发电机1s内提供的电能$W_{电}=1.8×10^4\ \mathrm{J}$，水吸收的热量为电能的70%，则：
$Q_{吸}=70\%W_{电}=70\%×1.8×10^4\ \mathrm{J}=1.26×10^4\ \mathrm{J}$
水的质量$m=100\ \mathrm{g}=0.1\ \mathrm{kg}$，根据吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$，变形得：
$\Delta t=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m}=\frac{1.26×10^4\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.1\ \mathrm{kg}}=30\ \mathrm{℃}$
(2) 计算需要完全燃烧煤炭的质量
已知发电机1年内提供的电能$W'_{电}=4.8×10^{11}\ \mathrm{J}$，火力发电效率为40%，则煤炭完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=\frac{W'_{电}}{40\%}=\frac{4.8×10^{11}\ \mathrm{J}}{0.4}=1.2×10^{12}\ \mathrm{J}$
根据热值公式$Q_{放}=mq$，变形得：
$m=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.2×10^{12}\ \mathrm{J}}{3.0×10^7\ \mathrm{J/kg}}=4×10^4\ \mathrm{kg}$
【答案】
(1) $30\ \mathrm{℃}$；(2) $4×10^4\ \mathrm{kg}$
【知识点】
热量计算、热值应用、效率计算
【点评】
本题结合新能源发电的实际场景，考查初中物理中热量、热值、效率的基础计算，属于常规应用题，解题关键是熟练掌握相关公式并注意单位的统一，难度适中，是中考物理的常见题型。
【难度系数】
0.6
