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3. 2024年4月20日,我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会,刷新了柴油机热效率的世界纪录。下图所示内燃机的四个冲程中,气缸内气体的内能最小的是 (
D
)。答案
3. D
解析
【分析】要确定气缸内气体内能最小的冲程，需先根据气门开闭状态和活塞运动方向判断四个冲程，再结合各冲程的内能变化规律分析：首先明确四个冲程的判断方法：进气门打开是吸气冲程，排气门打开是排气冲程，两气门都关闭时，活塞向上是压缩冲程，活塞向下且火花塞点火是做功冲程。吸气冲程中气缸内是刚吸入的新鲜低温混合气，未被压缩，内能最小；压缩冲程机械能转化为内能，内能增大；做功冲程内能转化为机械能，内能虽减小但初始内能大于吸气冲程；排气冲程排出高温废气，内能也大于吸气冲程。
【解析】1. 判断各冲程：A图两气门关闭，活塞向下，火花塞点火，为做功冲程；B图排气门打开，活塞向上，为排气冲程；C图两气门关闭，活塞向上，为压缩冲程；D图进气门打开，活塞向下，为吸气冲程。2. 分析内能：压缩冲程内能增大，做功冲程内能减小但仍大于吸气冲程，排气冲程排出高温废气内能较大，吸气冲程吸入新鲜低温混合气，内能最小。因此答案为D。
【答案】D
【知识点】内燃机冲程判断、内能变化
【点评】本题考查内燃机四个冲程的识别及内能变化，需掌握各冲程的特征和能量转化，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
【解析】1. 判断各冲程：A图两气门关闭，活塞向下，火花塞点火，为做功冲程；B图排气门打开，活塞向上，为排气冲程；C图两气门关闭，活塞向上，为压缩冲程；D图进气门打开，活塞向下，为吸气冲程。2. 分析内能：压缩冲程内能增大，做功冲程内能减小但仍大于吸气冲程，排气冲程排出高温废气内能较大，吸气冲程吸入新鲜低温混合气，内能最小。因此答案为D。
【答案】D
【知识点】内燃机冲程判断、内能变化
【点评】本题考查内燃机四个冲程的识别及内能变化，需掌握各冲程的特征和能量转化，属于基础应用类题目。
【难度系数】0.5
4. 右图为单缸四冲程汽油机的
压缩
冲程，该冲程活塞移动时，气缸内燃料混合气体的压强变大
。若该汽油机转速为2 400 r/min，则它每分钟完成1 200
个如图所示的冲程。答案
4. 压缩 大 1 200
解析
【分析】要确定汽油机的冲程，需观察气门状态和活塞运动方向：图中两个气门均关闭，活塞向上运动，符合压缩冲程的特征；压缩冲程中活塞压缩气缸内气体，体积减小，压强增大；计算冲程数时，需结合汽油机转速与工作循环的关系：四冲程汽油机每2转完成1个工作循环，每个工作循环包含1个压缩冲程，据此可算出每分钟压缩冲程的数量。
【解析】1. 判断冲程：由图可知，汽油机的两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程；2. 压强变化：压缩冲程中，活塞向上运动，气缸内燃料混合气体的体积减小，压强变大；3. 计算冲程数：汽油机转速为2400 r/min，即每分钟飞轮转2400圈，四冲程汽油机每完成1个工作循环需要飞轮转2圈，每个工作循环对应1个压缩冲程，所以每分钟完成的压缩冲程数量为2400÷2=1200个。
【答案】压缩 大 1200
【知识点】汽油机四冲程、压强与体积的关系、热机工作原理
【点评】本题考查汽油机四冲程的判断、压缩冲程的特点及相关计算，属于热机部分的基础知识点，需掌握四冲程的判断方法和转速与冲程的换算关系，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】1. 判断冲程：由图可知，汽油机的两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程；2. 压强变化：压缩冲程中，活塞向上运动，气缸内燃料混合气体的体积减小，压强变大；3. 计算冲程数：汽油机转速为2400 r/min，即每分钟飞轮转2400圈，四冲程汽油机每完成1个工作循环需要飞轮转2圈，每个工作循环对应1个压缩冲程，所以每分钟完成的压缩冲程数量为2400÷2=1200个。
【答案】压缩 大 1200
【知识点】汽油机四冲程、压强与体积的关系、热机工作原理
【点评】本题考查汽油机四冲程的判断、压缩冲程的特点及相关计算，属于热机部分的基础知识点，需掌握四冲程的判断方法和转速与冲程的换算关系，难度适中。
【难度系数】0.6
5. 下列关于燃料的热值的说法正确的是（
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C.一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D.焦炭的热值是 $3.0 × 10^7 \, \mathrm{J/kg}$，完全燃烧1 kg焦炭能放出 $3.0 × 10^7 \, \mathrm{J}$ 的热量
D
）。A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C.一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D.焦炭的热值是 $3.0 × 10^7 \, \mathrm{J/kg}$，完全燃烧1 kg焦炭能放出 $3.0 × 10^7 \, \mathrm{J}$ 的热量
答案
5. D
解析
【分析】首先明确热值的核心概念：热值是燃料的固有特性，仅由燃料种类决定，与燃料质量、燃烧是否充分无关；燃料完全燃烧放热公式为$Q=mq$（$q$为热值，$m$为燃料质量）。再逐一分析选项：A选项混淆热值特性，B选项忽略放热由热值和质量共同决定，C选项错误认为质量变化改变热值，D选项符合热值定义与放热计算，因此正确。
【解析】热值是燃料本身的特性，仅与燃料种类有关，与质量、燃烧充分度无关；燃料完全燃烧放出热量$Q=mq$。
选项A：热值与燃烧是否充分无关，错误；
选项B：根据$Q=mq$，放热由热值和质量共同决定，热值小但质量大时，放热不一定少，错误；
选项C：酒精用去三分之一后，种类不变，热值不变，错误；
选项D：焦炭热值为$3.0×10^7 J/kg$，完全燃烧1kg焦炭放热$Q=1kg×3.0×10^7 J/kg=3.0×10^7 J$，正确。
【答案】D
【知识点】燃料的热值
【点评】本题考查热值概念理解与放热公式应用，属于热学基础题，需准确把握热值是燃料固有特性的关键点，难度较低。
【难度系数】0.7
【解析】热值是燃料本身的特性，仅与燃料种类有关，与质量、燃烧充分度无关；燃料完全燃烧放出热量$Q=mq$。
选项A：热值与燃烧是否充分无关，错误；
选项B：根据$Q=mq$，放热由热值和质量共同决定，热值小但质量大时，放热不一定少，错误；
选项C：酒精用去三分之一后，种类不变，热值不变，错误；
选项D：焦炭热值为$3.0×10^7 J/kg$，完全燃烧1kg焦炭放热$Q=1kg×3.0×10^7 J/kg=3.0×10^7 J$，正确。
【答案】D
【知识点】燃料的热值
【点评】本题考查热值概念理解与放热公式应用，属于热学基础题，需准确把握热值是燃料固有特性的关键点，难度较低。
【难度系数】0.7
6. 关于燃料及其热值,下列说法中正确的是（
A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,它的热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状况无关
D.燃料燃烧时温度越高,放出的热量越多
C
）。A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,它的热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状况无关
D.燃料燃烧时温度越高,放出的热量越多
答案
6. C
解析
【分析】
要解决这道题，需先明确燃料热值的定义和特性：热值是燃料的固有属性，仅由燃料的种类决定，与燃料的质量、是否燃烧、燃烧是否完全等因素无关。再逐一分析每个选项的对错即可。
【解析】
热值的定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它是燃料的固有特性，只与燃料的种类有关，与其他因素无关。
对各选项分析如下：
A选项：热值是燃料的固有属性，与是否燃烧无关，未燃烧的燃料热值不为零，A错误；
B选项：热值与燃烧状况无关，无论燃料是否完全燃烧，其热值都不变，B错误；
C选项：燃料的热值只由种类决定，与质量、燃烧状况无关，C正确；
D选项：燃料燃烧放出的热量Q=mq（或Q=Vq），放出热量多少与热值、质量（或体积）有关，与燃烧时的温度无关，D错误。
综上，正确答案为C。
【答案】
C
【知识点】
燃料的热值
【点评】
本题考查燃料热值的基本概念，核心是理解热值是燃料的固有特性，与其他因素无关，属于基础概念题，需准确掌握定义。
【难度系数】
0.7
要解决这道题，需先明确燃料热值的定义和特性：热值是燃料的固有属性，仅由燃料的种类决定，与燃料的质量、是否燃烧、燃烧是否完全等因素无关。再逐一分析每个选项的对错即可。
【解析】
热值的定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它是燃料的固有特性，只与燃料的种类有关，与其他因素无关。
对各选项分析如下：
A选项：热值是燃料的固有属性，与是否燃烧无关，未燃烧的燃料热值不为零，A错误；
B选项：热值与燃烧状况无关，无论燃料是否完全燃烧，其热值都不变，B错误；
C选项：燃料的热值只由种类决定，与质量、燃烧状况无关，C正确；
D选项：燃料燃烧放出的热量Q=mq（或Q=Vq），放出热量多少与热值、质量（或体积）有关，与燃烧时的温度无关，D错误。
综上，正确答案为C。
【答案】
C
【知识点】
燃料的热值
【点评】
本题考查燃料热值的基本概念，核心是理解热值是燃料的固有特性，与其他因素无关，属于基础概念题，需准确掌握定义。
【难度系数】
0.7
7.有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500 J，曲轴的转速是300 r/min，每分钟消耗汽油5 g，则该内燃机的功率是
1 250
W，机械效率是32.6%
。（$q_{汽油}=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$）答案
7. 1 250 32.6%
解析
【分析】
要解决这道题，需先明确四冲程汽油机的工作特点：曲轴每转2圈完成1个工作循环，对外做功1次。计算功率时，先根据曲轴转速算出每分钟的做功次数，再求出每分钟做的有用功，最后用功率公式计算；计算机械效率时，需先算出每分钟消耗汽油完全燃烧放出的总热量，再用有用功与总热量的比值求效率。
【解析】
1. 计算内燃机的功率：
已知曲轴转速为300 r/min，即每分钟转300圈。四冲程汽油机每2圈完成1个工作循环，对外做功1次，因此每分钟做功次数为：
$ N = \frac{300}{2} = 150 $ 次
每次做功500 J，每分钟做的有用功为：
$ W_{有用} = N × W_0 = 150 × 500\ \mathrm{J} = 75000\ \mathrm{J} $
时间 $ t = 1\ \mathrm{min} = 60\ \mathrm{s} $，根据功率公式 $ P = \frac{W}{t} $，得功率：
$ P = \frac{75000\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}} = 1250\ \mathrm{W} $
2. 计算机械效率：
每分钟消耗汽油质量 $ m = 5\ \mathrm{g} = 0.005\ \mathrm{kg} $，汽油完全燃烧放出的总热量：
$ Q_{放} = m q = 0.005\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 2.3 × 10^5\ \mathrm{J} $
机械效率 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} × 100\% = \frac{75000\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^5\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 32.6\% $
【答案】
1250；32.6%
【知识点】
功率计算、机械效率、四冲程汽油机工作原理
【点评】
本题考查内燃机的功率与机械效率计算，核心是掌握四冲程汽油机做功次数与曲轴转速的关系，以及功、热量、效率的基本公式，属于基础应用类题目，需注意单位换算的准确性。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需先明确四冲程汽油机的工作特点：曲轴每转2圈完成1个工作循环，对外做功1次。计算功率时，先根据曲轴转速算出每分钟的做功次数，再求出每分钟做的有用功，最后用功率公式计算；计算机械效率时，需先算出每分钟消耗汽油完全燃烧放出的总热量，再用有用功与总热量的比值求效率。
【解析】
1. 计算内燃机的功率：
已知曲轴转速为300 r/min，即每分钟转300圈。四冲程汽油机每2圈完成1个工作循环，对外做功1次，因此每分钟做功次数为：
$ N = \frac{300}{2} = 150 $ 次
每次做功500 J，每分钟做的有用功为：
$ W_{有用} = N × W_0 = 150 × 500\ \mathrm{J} = 75000\ \mathrm{J} $
时间 $ t = 1\ \mathrm{min} = 60\ \mathrm{s} $，根据功率公式 $ P = \frac{W}{t} $，得功率：
$ P = \frac{75000\ \mathrm{J}}{60\ \mathrm{s}} = 1250\ \mathrm{W} $
2. 计算机械效率：
每分钟消耗汽油质量 $ m = 5\ \mathrm{g} = 0.005\ \mathrm{kg} $，汽油完全燃烧放出的总热量：
$ Q_{放} = m q = 0.005\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 2.3 × 10^5\ \mathrm{J} $
机械效率 $ \eta = \frac{W_{有用}}{Q_{放}} × 100\% = \frac{75000\ \mathrm{J}}{2.3 × 10^5\ \mathrm{J}} × 100\% \approx 32.6\% $
【答案】
1250；32.6%
【知识点】
功率计算、机械效率、四冲程汽油机工作原理
【点评】
本题考查内燃机的功率与机械效率计算，核心是掌握四冲程汽油机做功次数与曲轴转速的关系，以及功、热量、效率的基本公式，属于基础应用类题目，需注意单位换算的准确性。
【难度系数】
0.6
8.某品牌的柴油车进行性能测试,该车在1600 N的牵引力驱动下,沿平直路面以20 m/s的速度匀速行驶了4.3 km,消耗了0.5 L柴油。在此次路测过程中,求:($\rho_{\mathrm{柴油}} = 0.8 × 10^3 \ \mathrm{kg/m}^3, q_{\mathrm{柴油}} = 4.3 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}$)
(1)消耗柴油的质量。
(2)牵引力功率。
(3)柴油机效率。
(1)消耗柴油的质量。
(2)牵引力功率。
(3)柴油机效率。
答案
8. 解:(1)消耗柴油的质量:
$m =\rho_{柴油}V=0.8 × 10^3 \ \mathrm{kg/m}^3 ×0.5 × 10^{-3} \ \mathrm{m}^3 =0.4 \ \mathrm{kg}$;
(2)牵引力功率:
$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=1\ 600 \ \mathrm{N} ×20 \ \mathrm{m/s} =3.2 × 10^4 \ \mathrm{W}$;
(3)柴油机做的有用功:
$W_{有}=Fs=1\ 600 \ \mathrm{N} ×4.3 × 10^3 \ \mathrm{m} =6.88 × 10^6 \ \mathrm{J}$,
0.4 kg 柴油完全燃烧放出的热量:
$Q_{放}=mq_{柴油}=0.4 \ \mathrm{kg} ×4.3 × 10^7 \ \mathrm{J/kg} =1.72 × 10^7 \ \mathrm{J}$,
柴油机效率:$\eta =\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\% =\frac{6.88 × 10^6 \ \mathrm{J}}{1.72 × 10^7 \ \mathrm{J}}×100\% =40\%$。
答:(1)消耗柴油的质量为 0.4 kg;(2)牵引力功率为$3.2 ×10^4 \ \mathrm{W}$;(3)柴油机效率为 40%。
$m =\rho_{柴油}V=0.8 × 10^3 \ \mathrm{kg/m}^3 ×0.5 × 10^{-3} \ \mathrm{m}^3 =0.4 \ \mathrm{kg}$;
(2)牵引力功率:
$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=1\ 600 \ \mathrm{N} ×20 \ \mathrm{m/s} =3.2 × 10^4 \ \mathrm{W}$;
(3)柴油机做的有用功:
$W_{有}=Fs=1\ 600 \ \mathrm{N} ×4.3 × 10^3 \ \mathrm{m} =6.88 × 10^6 \ \mathrm{J}$,
0.4 kg 柴油完全燃烧放出的热量:
$Q_{放}=mq_{柴油}=0.4 \ \mathrm{kg} ×4.3 × 10^7 \ \mathrm{J/kg} =1.72 × 10^7 \ \mathrm{J}$,
柴油机效率:$\eta =\frac{W_{有}}{Q_{放}}×100\% =\frac{6.88 × 10^6 \ \mathrm{J}}{1.72 × 10^7 \ \mathrm{J}}×100\% =40\%$。
答:(1)消耗柴油的质量为 0.4 kg;(2)牵引力功率为$3.2 ×10^4 \ \mathrm{W}$;(3)柴油机效率为 40%。
解析
【分析】本题是力学与热学的综合计算题，需分三步求解：①求柴油质量，利用密度公式，注意体积单位换算（升转立方米）；②求牵引力功率，匀速行驶时功率可直接用$P=Fv$简化计算；③求柴油机效率，需先算牵引力做的有用功，再算柴油完全燃烧释放的总热量，最后用有用功与总热量的比值计算效率，解题关键是公式的正确应用和单位统一。
【解析】
解：(1) 消耗柴油的体积：$V = 0.5\ \mathrm{L} = 0.5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3$
根据密度公式 $\rho = \frac{m}{V}$，得消耗柴油的质量：
$m = \rho_{\mathrm{柴油}}V = 0.8 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 0.5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 = 0.4\ \mathrm{kg}$
(2) 匀速行驶时，牵引力功率可简化为 $P = Fv$，代入数据：
$P = 1600\ \mathrm{N} × 20\ \mathrm{m/s} = 3.2 × 10^4\ \mathrm{W}$
(3) 牵引力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Fs = 1600\ \mathrm{N} × 4.3 × 10^3\ \mathrm{m} = 6.88 × 10^6\ \mathrm{J}$
0.4 kg柴油完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq_{\mathrm{柴油}} = 0.4\ \mathrm{kg} × 4.3 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.72 × 10^7\ \mathrm{J}$
柴油机效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{6.88 × 10^6\ \mathrm{J}}{1.72 × 10^7\ \mathrm{J}} × 100\% = 40\%$
【答案】(1) 消耗柴油的质量为0.4 kg；(2) 牵引力功率为$3.2 × 10^4\ \mathrm{W}$；(3) 柴油机效率为40%。
【知识点】密度公式应用、功率计算、热机效率计算
【点评】本题为力学与热学的基础综合题，主要考查密度、功率、热机效率的基本公式运用，解题时需注意单位的统一（如体积单位升转立方米），整体难度不大，适合中等水平学生解答。
【难度系数】0.6
【解析】
解：(1) 消耗柴油的体积：$V = 0.5\ \mathrm{L} = 0.5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3$
根据密度公式 $\rho = \frac{m}{V}$，得消耗柴油的质量：
$m = \rho_{\mathrm{柴油}}V = 0.8 × 10^3\ \mathrm{kg/m}^3 × 0.5 × 10^{-3}\ \mathrm{m}^3 = 0.4\ \mathrm{kg}$
(2) 匀速行驶时，牵引力功率可简化为 $P = Fv$，代入数据：
$P = 1600\ \mathrm{N} × 20\ \mathrm{m/s} = 3.2 × 10^4\ \mathrm{W}$
(3) 牵引力做的有用功：
$W_{\mathrm{有}} = Fs = 1600\ \mathrm{N} × 4.3 × 10^3\ \mathrm{m} = 6.88 × 10^6\ \mathrm{J}$
0.4 kg柴油完全燃烧放出的热量：
$Q_{\mathrm{放}} = mq_{\mathrm{柴油}} = 0.4\ \mathrm{kg} × 4.3 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.72 × 10^7\ \mathrm{J}$
柴油机效率：
$\eta = \frac{W_{\mathrm{有}}}{Q_{\mathrm{放}}} × 100\% = \frac{6.88 × 10^6\ \mathrm{J}}{1.72 × 10^7\ \mathrm{J}} × 100\% = 40\%$
【答案】(1) 消耗柴油的质量为0.4 kg；(2) 牵引力功率为$3.2 × 10^4\ \mathrm{W}$；(3) 柴油机效率为40%。
【知识点】密度公式应用、功率计算、热机效率计算
【点评】本题为力学与热学的基础综合题，主要考查密度、功率、热机效率的基本公式运用，解题时需注意单位的统一（如体积单位升转立方米），整体难度不大，适合中等水平学生解答。
【难度系数】0.6
