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1.某型号汽油机的飞轮转速是1 200 r/min，则该汽油机每秒钟完成
10
个做功冲程，其中压缩
冲程将机械能转化为内能，当汽油燃烧不充分时，排气管会冒“黑烟”，此时汽油机的效率将变小
（选填“变大”“变小”或“不变”）。答案
1. 10 压缩 变小
解析
【分析】要解决这道题，需掌握汽油机的工作循环规律、各冲程的能量转化以及热机效率的概念：首先将飞轮转速换算为每秒转数，结合汽油机“飞轮转2圈对应1个做功冲程”的规律计算做功冲程数量；再明确压缩冲程的能量转化；最后根据燃烧充分程度对有用能量占比的影响判断效率变化。
【解析】1. 换算飞轮转速：1200 r/min = 1200÷60 = 20 r/s。汽油机每完成1个工作循环，飞轮转2圈，对应1个做功冲程，因此每秒完成的做功冲程数为20÷2 =10个。2. 汽油机的四个冲程中，压缩冲程是活塞压缩气缸内气体，将机械能转化为内能。3. 汽油燃烧不充分冒“黑烟”，说明燃料释放的总能量中，用来做有用功的能量占比减少，因此汽油机的效率变小。
【答案】10；压缩；变小
【知识点】汽油机工作原理、热机效率、冲程能量转化
【点评】本题考查汽油机核心基础知识点，需牢记工作循环与飞轮转数的关系，理解效率的本质，属于常规基础题。
【难度系数】0.6
【解析】1. 换算飞轮转速：1200 r/min = 1200÷60 = 20 r/s。汽油机每完成1个工作循环，飞轮转2圈，对应1个做功冲程，因此每秒完成的做功冲程数为20÷2 =10个。2. 汽油机的四个冲程中，压缩冲程是活塞压缩气缸内气体，将机械能转化为内能。3. 汽油燃烧不充分冒“黑烟”，说明燃料释放的总能量中，用来做有用功的能量占比减少，因此汽油机的效率变小。
【答案】10；压缩；变小
【知识点】汽油机工作原理、热机效率、冲程能量转化
【点评】本题考查汽油机核心基础知识点，需牢记工作循环与飞轮转数的关系，理解效率的本质，属于常规基础题。
【难度系数】0.6
2.现代生活离不开汽车，某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图
所示，若输入的化学能为2000 J，输出的动能为300 J，且有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为
所示，若输入的化学能为2000 J，输出的动能为300 J，且有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为15%
。答案
2. 15%
解析
【分析】
要计算小轿车的效率，需先明确热机效率的定义：效率是有用能量与总输入能量的比值。题目中明确有用能量是输出的动能，总输入能量是输入的化学能，因此只需用动能除以化学能，再转化为百分比即可得到效率。
【解析】
根据热机效率的计算公式：$\eta = \frac{有用能量}{总输入能量} × 100\%$。本题中，有用能量为输出的动能（300 J），总输入能量为输入的化学能（2000 J），代入公式计算：
$\eta = \frac{300\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{J}} × 100\% = 15\%$
【答案】
15%
【知识点】
热机效率、能量转化
【点评】
本题考查热机效率的基础计算，关键是准确区分有用能量和总能量，属于简单的基础题型，学生易掌握。
【难度系数】
0.8
要计算小轿车的效率，需先明确热机效率的定义：效率是有用能量与总输入能量的比值。题目中明确有用能量是输出的动能，总输入能量是输入的化学能，因此只需用动能除以化学能，再转化为百分比即可得到效率。
【解析】
根据热机效率的计算公式：$\eta = \frac{有用能量}{总输入能量} × 100\%$。本题中，有用能量为输出的动能（300 J），总输入能量为输入的化学能（2000 J），代入公式计算：
$\eta = \frac{300\ \mathrm{J}}{2000\ \mathrm{J}} × 100\% = 15\%$
【答案】
15%
【知识点】
热机效率、能量转化
【点评】
本题考查热机效率的基础计算，关键是准确区分有用能量和总能量，属于简单的基础题型，学生易掌握。
【难度系数】
0.8
3.某单缸四冲程汽油机在1 s内完成了10个工作循环，则该汽油机工作时，飞轮的转速为
1 200
r/min。此汽油机在一个工作循环中消耗了6 g汽油，已知这台汽油机的效率为30%，则它在一个工作循环中输出的有用机械能为$8.28×10^4$
J，该汽油机的输出功率为$8.28×10^5$
W。(汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg)答案
3. 1 200 8.28×10^4 8.28×10^5
[解析]四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次，所以汽油机在1 s内完成了10个循环，转20圈，则1 min转1 200圈，即该汽油机工作时飞轮的转速为1 200 r/min。汽油的质量$m=6\ \mathrm{g}=0.006\ \mathrm{kg}$，汽油完全燃烧产生的热量$Q_放=qm=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}×0.006\ \mathrm{kg}=2.76×10^5\ \mathrm{J}$，因为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_放}$，所以一个工作循环中输出的有用机械能$W_{有用}=\eta W_总=30\%×2.76×10^5\ \mathrm{J}=8.28×10^4\ \mathrm{J}$。汽油机在1 s内完成了10个循环，则完成一个工作循环需要的时间$t=\frac{1}{10}\ \mathrm{s}$，汽油机的输出功率$P=\frac{W_{有用}}{t}=\frac{8.28×10^4\ \mathrm{J}}{\frac{1}{10}\ \mathrm{s}}=8.28×10^5\ \mathrm{W}$。
[解析]四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次，所以汽油机在1 s内完成了10个循环，转20圈，则1 min转1 200圈，即该汽油机工作时飞轮的转速为1 200 r/min。汽油的质量$m=6\ \mathrm{g}=0.006\ \mathrm{kg}$，汽油完全燃烧产生的热量$Q_放=qm=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}×0.006\ \mathrm{kg}=2.76×10^5\ \mathrm{J}$，因为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_放}$，所以一个工作循环中输出的有用机械能$W_{有用}=\eta W_总=30\%×2.76×10^5\ \mathrm{J}=8.28×10^4\ \mathrm{J}$。汽油机在1 s内完成了10个循环，则完成一个工作循环需要的时间$t=\frac{1}{10}\ \mathrm{s}$，汽油机的输出功率$P=\frac{W_{有用}}{t}=\frac{8.28×10^4\ \mathrm{J}}{\frac{1}{10}\ \mathrm{s}}=8.28×10^5\ \mathrm{W}$。
解析
【分析】
要解决这道题，需分三步推导：1. 牢记四冲程汽油机的工作规律：1个工作循环飞轮转2圈，据此计算飞轮转速；2. 利用热值公式算出汽油完全燃烧的总热量，结合热机效率公式求出单个工作循环的有用机械能；3. 根据1秒内的工作循环数，计算单位时间内的有用功，即输出功率。
【解析】
1. 计算飞轮转速：四冲程汽油机1个工作循环对应飞轮转2圈，已知1s内完成10个工作循环，则1s内飞轮转 $10 × 2 = 20$ 圈；1分钟（60s）飞轮转的圈数为 $20 × 60 = 1200$ 圈，故飞轮转速为 $1200\ \mathrm{r/min}$。
2. 计算单个工作循环的有用机械能：汽油质量 $m = 6\ \mathrm{g} = 0.006\ \mathrm{kg}$，汽油完全燃烧释放的总热量 $Q_{\mathrm{放}} = qm = 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg} × 0.006\ \mathrm{kg} = 2.76 × 10^5\ \mathrm{J}$；根据热机效率公式 $\eta = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}}$，得有用机械能 $W_{\mathrm{有用}} = \eta Q_{\mathrm{放}} = 30\% × 2.76 × 10^5\ \mathrm{J} = 8.28 × 10^4\ \mathrm{J}$。
3. 计算输出功率：1s内完成10个工作循环，单个工作循环的时间 $t = \frac{1}{10}\ \mathrm{s}$，则输出功率 $P = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{t} = \frac{8.28 × 10^4\ \mathrm{J}}{\frac{1}{10}\ \mathrm{s}} = 8.28 × 10^5\ \mathrm{W}$。
【答案】
1200；8.28×10^4；8.28×10^5
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热值与热机效率、功率计算
【点评】
本题综合考查热学与力学的基础知识点，需掌握四冲程内燃机的转速规律，熟练运用热值、热机效率、功率的计算公式，注意单位换算的准确性，属于中等难度的综合题。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分三步推导：1. 牢记四冲程汽油机的工作规律：1个工作循环飞轮转2圈，据此计算飞轮转速；2. 利用热值公式算出汽油完全燃烧的总热量，结合热机效率公式求出单个工作循环的有用机械能；3. 根据1秒内的工作循环数，计算单位时间内的有用功，即输出功率。
【解析】
1. 计算飞轮转速：四冲程汽油机1个工作循环对应飞轮转2圈，已知1s内完成10个工作循环，则1s内飞轮转 $10 × 2 = 20$ 圈；1分钟（60s）飞轮转的圈数为 $20 × 60 = 1200$ 圈，故飞轮转速为 $1200\ \mathrm{r/min}$。
2. 计算单个工作循环的有用机械能：汽油质量 $m = 6\ \mathrm{g} = 0.006\ \mathrm{kg}$，汽油完全燃烧释放的总热量 $Q_{\mathrm{放}} = qm = 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg} × 0.006\ \mathrm{kg} = 2.76 × 10^5\ \mathrm{J}$；根据热机效率公式 $\eta = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}}$，得有用机械能 $W_{\mathrm{有用}} = \eta Q_{\mathrm{放}} = 30\% × 2.76 × 10^5\ \mathrm{J} = 8.28 × 10^4\ \mathrm{J}$。
3. 计算输出功率：1s内完成10个工作循环，单个工作循环的时间 $t = \frac{1}{10}\ \mathrm{s}$，则输出功率 $P = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{t} = \frac{8.28 × 10^4\ \mathrm{J}}{\frac{1}{10}\ \mathrm{s}} = 8.28 × 10^5\ \mathrm{W}$。
【答案】
1200；8.28×10^4；8.28×10^5
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热值与热机效率、功率计算
【点评】
本题综合考查热学与力学的基础知识点，需掌握四冲程内燃机的转速规律，熟练运用热值、热机效率、功率的计算公式，注意单位换算的准确性，属于中等难度的综合题。
【难度系数】
0.6
4.关于热机的效率,下列说法中正确的是（
A.热机做的有用功越多,效率就一定高
B.热机的功率大,效率就一定高
C.热机消耗的燃料越多,效率就越低
D.以上说法都不正确
D
）A.热机做的有用功越多,效率就一定高
B.热机的功率大,效率就一定高
C.热机消耗的燃料越多,效率就越低
D.以上说法都不正确
答案
4. D
解析
【分析】首先明确热机效率的定义：热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的总能量的比值，公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，效率是比值，与有用功、燃料质量无直接单一关系，也和功率（描述做功快慢的物理量）无关。接下来逐一分析选项：A选项仅强调有用功多，但未考虑总放热的多少，若总放热更多，效率不一定高；B选项混淆了功率和效率的概念，功率与效率无直接关联；C选项仅强调消耗燃料多，但未考虑有用功的变化，消耗燃料多若有用功成比例增加，效率不一定低；因此三个选项均错误。
【解析】热机效率的核心公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，其中$W_{有用}$是热机做的有用功，$Q_{放}$是燃料完全燃烧释放的总能量。
1. 选项A：效率由有用功和总放热的比值决定，仅有用功多，总放热更多时，效率可能更低，故A错误；
2. 选项B：功率反映做功快慢，效率反映能量利用率，二者是不同物理量，无直接关系，故B错误；
3. 选项C：消耗燃料多，若有用功按比例增大，效率不一定降低，故C错误；
综上，A、B、C均错误，答案为D。
【答案】D
【知识点】热机效率、功率与效率的区别
【点评】本题考查热机效率的基础概念，需准确区分效率（能量利用率）和功率（做功快慢）的不同，避免概念混淆导致误判，是热机部分的易错基础题。
【难度系数】0.5
【解析】热机效率的核心公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，其中$W_{有用}$是热机做的有用功，$Q_{放}$是燃料完全燃烧释放的总能量。
1. 选项A：效率由有用功和总放热的比值决定，仅有用功多，总放热更多时，效率可能更低，故A错误；
2. 选项B：功率反映做功快慢，效率反映能量利用率，二者是不同物理量，无直接关系，故B错误；
3. 选项C：消耗燃料多，若有用功按比例增大，效率不一定降低，故C错误；
综上，A、B、C均错误，答案为D。
【答案】D
【知识点】热机效率、功率与效率的区别
【点评】本题考查热机效率的基础概念，需准确区分效率（能量利用率）和功率（做功快慢）的不同，避免概念混淆导致误判，是热机部分的易错基础题。
【难度系数】0.5
5.[新情境·环境保护]为了节约能源，需要提高热机效率，关于提高热机效率，下列说法正确的是（
A.尽量使用热值大的燃料
B.采用先进的制造技术，能将热机的机械效率提高到100%
C.尽量增加热机工作时间
D.尽量减少废气带走的热量
D
）A.尽量使用热值大的燃料
B.采用先进的制造技术，能将热机的机械效率提高到100%
C.尽量增加热机工作时间
D.尽量减少废气带走的热量
答案
5. D
解析
【分析】
要解答本题，需先明确热机效率的定义：热机效率是热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，提高热机效率的核心是减少能量损失（如废气带走的热量、机械散热、摩擦消耗的能量等），且热机效率永远无法达到100%。接下来逐一分析选项：
A选项：燃料的热值是其本身的特性，热值大小与热机效率无关，热机效率取决于有用功和总能量的比值，因此使用热值大的燃料不能提高热机效率，A错误；
B选项：热机工作时必然存在能量损耗，无法将机械效率提高到100%，B错误；
C选项：热机效率是比值，与工作时间无关，增加工作时间不会改变有用功与总能量的比值，无法提高效率，C错误；
D选项：废气带走的热量是热机能量损失的主要途径之一，减少废气带走的热量可降低能量损耗，从而提高热机效率，D正确。
【解析】
根据热机效率的定义及提高效率的方法，对各选项逐一判断：
1. 选项A：热机效率与燃料热值无关，热值大的燃料不对应更高的热机效率，排除A；
2. 选项B：热机工作时存在不可避免的能量损失，效率不可能达到100%，排除B；
3. 选项C：热机效率是有用功与总能量的比值，与工作时间无直接关系，排除C；
4. 选项D：减少废气带走的热量可有效降低能量损耗，是提高热机效率的合理方法，D正确。
【答案】
D
【知识点】
热机效率
【点评】
本题结合环境保护的新情境，考察热机效率的核心概念，属于热学基础题，需准确理解热机效率的含义及提高效率的途径，难度较低，大部分学生可正确解答。
【难度系数】
0.7
要解答本题，需先明确热机效率的定义：热机效率是热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，提高热机效率的核心是减少能量损失（如废气带走的热量、机械散热、摩擦消耗的能量等），且热机效率永远无法达到100%。接下来逐一分析选项：
A选项：燃料的热值是其本身的特性，热值大小与热机效率无关，热机效率取决于有用功和总能量的比值，因此使用热值大的燃料不能提高热机效率，A错误；
B选项：热机工作时必然存在能量损耗，无法将机械效率提高到100%，B错误；
C选项：热机效率是比值，与工作时间无关，增加工作时间不会改变有用功与总能量的比值，无法提高效率，C错误；
D选项：废气带走的热量是热机能量损失的主要途径之一，减少废气带走的热量可降低能量损耗，从而提高热机效率，D正确。
【解析】
根据热机效率的定义及提高效率的方法，对各选项逐一判断：
1. 选项A：热机效率与燃料热值无关，热值大的燃料不对应更高的热机效率，排除A；
2. 选项B：热机工作时存在不可避免的能量损失，效率不可能达到100%，排除B；
3. 选项C：热机效率是有用功与总能量的比值，与工作时间无直接关系，排除C；
4. 选项D：减少废气带走的热量可有效降低能量损耗，是提高热机效率的合理方法，D正确。
【答案】
D
【知识点】
热机效率
【点评】
本题结合环境保护的新情境，考察热机效率的核心概念，属于热学基础题，需准确理解热机效率的含义及提高效率的途径，难度较低，大部分学生可正确解答。
【难度系数】
0.7
6.[雅安中考]小明利用如图所示的装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过
热传递
（选填“热传递”或“做功”）的方式改变水的内能，水蒸气驱动小风车转动起来。该实验体现了热机
（选填“热机”或“电动机”）的工作原理。答案
6. 热传递 热机
解析
【分析】
首先，需明确改变物体内能的两种方式：做功和热传递，其中热传递是能量的转移，做功是能量的转化；其次，要区分热机与电动机的工作原理：热机是将内能转化为机械能的装置，电动机是将电能转化为机械能的装置。结合实验过程，加热水是能量转移，水蒸气驱动风车是内能转机械能，据此分析填空。
【解析】
1. 改变内能的方式：加热试管使水沸腾时，酒精灯的热量传递给水，使水的内能增加，该过程是内能从高温物体转移到低温物体，属于热传递，因此第一个空填“热传递”。
2. 工作原理判断：水蒸气驱动小风车转动，是水蒸气的内能转化为风车的机械能，热机的核心就是利用内能做功，将内能转化为机械能，而电动机是电能转化为机械能，因此该实验体现了“热机”的工作原理，第二个空填“热机”。
【答案】
热传递；热机
【知识点】
内能的改变方式、热机原理
【点评】
本题结合实验装置考察基础概念，难度较低，需要学生准确区分改变内能的两种方式，以及热机和电动机的能量转化特点，属于初中物理的基础题。
【难度系数】
0.7
首先，需明确改变物体内能的两种方式：做功和热传递，其中热传递是能量的转移，做功是能量的转化；其次，要区分热机与电动机的工作原理：热机是将内能转化为机械能的装置，电动机是将电能转化为机械能的装置。结合实验过程，加热水是能量转移，水蒸气驱动风车是内能转机械能，据此分析填空。
【解析】
1. 改变内能的方式：加热试管使水沸腾时，酒精灯的热量传递给水，使水的内能增加，该过程是内能从高温物体转移到低温物体，属于热传递，因此第一个空填“热传递”。
2. 工作原理判断：水蒸气驱动小风车转动，是水蒸气的内能转化为风车的机械能，热机的核心就是利用内能做功，将内能转化为机械能，而电动机是电能转化为机械能，因此该实验体现了“热机”的工作原理，第二个空填“热机”。
【答案】
热传递；热机
【知识点】
内能的改变方式、热机原理
【点评】
本题结合实验装置考察基础概念，难度较低，需要学生准确区分改变内能的两种方式，以及热机和电动机的能量转化特点，属于初中物理的基础题。
【难度系数】
0.7
7.[枣庄中考]古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况不同的是（
A.内燃机的做功冲程
B.内燃机的压缩冲程
C.钻木取火
D.流星雨的形成
A
）A.内燃机的做功冲程
B.内燃机的压缩冲程
C.钻木取火
D.流星雨的形成
答案
7. A
解析
【分析】
要解决本题，首先明确猛推推杆入筒过程的能量转化：猛推推杆时，对筒内气体做功，将机械能转化为内能，使艾绒温度升高达到燃点而燃烧。接下来逐一分析各选项的能量转化，找出与题干能量转化不同的选项。
【解析】
1. 题干过程的能量转化：猛推推杆入筒，是外界对物体做功，能量转化为机械能→内能。
2. 选项A：内燃机的做功冲程，是燃气膨胀推动活塞对外做功，能量转化为内能→机械能，与题干不同。
3. 选项B：内燃机的压缩冲程，活塞压缩气缸内气体，对气体做功，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
4. 选项C：钻木取火，通过克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使木头温度升高，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
5. 选项D：流星雨的形成，流星体进入大气层后与空气摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，使流星体燃烧发光，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
综上，能量转化情况不同的是A选项。
【答案】
A
【知识点】
能量转化、做功改变内能、内燃机冲程
【点评】
本题结合生活实例和内燃机冲程考查能量转化的判断，需准确掌握各过程的能量转化方向，属于基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.5
要解决本题，首先明确猛推推杆入筒过程的能量转化：猛推推杆时，对筒内气体做功，将机械能转化为内能，使艾绒温度升高达到燃点而燃烧。接下来逐一分析各选项的能量转化，找出与题干能量转化不同的选项。
【解析】
1. 题干过程的能量转化：猛推推杆入筒，是外界对物体做功，能量转化为机械能→内能。
2. 选项A：内燃机的做功冲程，是燃气膨胀推动活塞对外做功，能量转化为内能→机械能，与题干不同。
3. 选项B：内燃机的压缩冲程，活塞压缩气缸内气体，对气体做功，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
4. 选项C：钻木取火，通过克服摩擦做功，将机械能转化为内能，使木头温度升高，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
5. 选项D：流星雨的形成，流星体进入大气层后与空气摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，使流星体燃烧发光，能量转化为机械能→内能，与题干相同。
综上，能量转化情况不同的是A选项。
【答案】
A
【知识点】
能量转化、做功改变内能、内燃机冲程
【点评】
本题结合生活实例和内燃机冲程考查能量转化的判断，需准确掌握各过程的能量转化方向，属于基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.5
8.[易错题]某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3 600转，则每秒对外做功
$(q_{汽油}=4.6× 10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg})$
30
次，每次对外做功115 J，该汽油机的效率为25%，连续工作半小时需消耗汽油0.54
kg。$(q_{汽油}=4.6× 10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg})$
答案
8. 30 0.54
[解析]飞轮每分钟转3 600转，则每秒转60转，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2转，对外做功1次，所以该汽油机每秒对外做功30次。该汽油机1 h对外做功的次数$n=3\ 600\ \mathrm{s}×30\ \mathrm{次/s}=1.08×10^5$次，0.5 h所做的功$W=\frac{1}{2}×1.08×10^5\ \mathrm{次}×115\ \mathrm{J/次}=6.21×10^6\ \mathrm{J}$，由$\eta=\frac{W}{Q_放}$可知，0.5 h消耗的汽油完全燃烧放出的热量$Q_放=\frac{W}{\eta}=\frac{6.21×10^6\ \mathrm{J}}{25\%}=2.484×10^7\ \mathrm{J}$，由$Q_放=mq$可知，0.5 h消耗汽油的质量$m=\frac{Q_放}{q_{汽油}}=\frac{2.484×10^7\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.54\ \mathrm{kg}$。
[解析]飞轮每分钟转3 600转，则每秒转60转，由于汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2转，对外做功1次，所以该汽油机每秒对外做功30次。该汽油机1 h对外做功的次数$n=3\ 600\ \mathrm{s}×30\ \mathrm{次/s}=1.08×10^5$次，0.5 h所做的功$W=\frac{1}{2}×1.08×10^5\ \mathrm{次}×115\ \mathrm{J/次}=6.21×10^6\ \mathrm{J}$，由$\eta=\frac{W}{Q_放}$可知，0.5 h消耗的汽油完全燃烧放出的热量$Q_放=\frac{W}{\eta}=\frac{6.21×10^6\ \mathrm{J}}{25\%}=2.484×10^7\ \mathrm{J}$，由$Q_放=mq$可知，0.5 h消耗汽油的质量$m=\frac{Q_放}{q_{汽油}}=\frac{2.484×10^7\ \mathrm{J}}{4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}=0.54\ \mathrm{kg}$。
解析
【分析】
首先明确单缸四冲程汽油机的工作规律：一个工作循环中，飞轮转2转，对外做功1次。第一步，先将飞轮每分钟转数换算为每秒转数，结合规律算出每秒对外做功次数；第二步，计算半小时内汽油机做的总功，再利用热机效率公式算出汽油完全燃烧放出的总热量，最后根据热值公式求出消耗汽油的质量。
【解析】
1. 计算每秒对外做功次数：
飞轮转速为3600转/分钟，换算为每秒转数：$ \frac{3600\ \mathrm{转}}{60\ \mathrm{秒}} = 60\ \mathrm{转/秒} $。
四冲程汽油机每2转对外做功1次，因此每秒对外做功次数：$ \frac{60\ \mathrm{转/秒}}{2} = 30\ \mathrm{次} $。
2. 计算半小时消耗汽油的质量：
半小时换算为秒：$ 0.5\ \mathrm{h} = 0.5 × 3600\ \mathrm{s} = 1800\ \mathrm{s} $。
半小时内对外做功总次数：$ 1800\ \mathrm{s} × 30\ \mathrm{次/s} = 5.4 × 10^4\ \mathrm{次} $。
半小时内总功：$ W = 5.4 × 10^4\ \mathrm{次} × 115\ \mathrm{J/次} = 6.21 × 10^6\ \mathrm{J} $。
根据热机效率公式$ \eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} $，得汽油完全燃烧放出的热量：$ Q_{\mathrm{放}} = \frac{W}{\eta} = \frac{6.21 × 10^6\ \mathrm{J}}{25\%} = 2.484 × 10^7\ \mathrm{J} $。
根据热值公式$ Q_{\mathrm{放}} = mq $，得消耗汽油的质量：$ m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q_{\mathrm{汽油}}} = \frac{2.484 × 10^7\ \mathrm{J}}{4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}} = 0.54\ \mathrm{kg} $。
【答案】
30；0.54
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热机效率、热值计算
【点评】
本题为易错题，核心考查四冲程汽油机飞轮转数与做功次数的对应关系，以及热机效率、热值的综合应用。解题时需注意：① 飞轮转数与做功次数的比例（2转对应1次做功）；② 时间单位换算（半小时而非1小时），避免因概念混淆或单位错误失分。
【难度系数】
0.5
首先明确单缸四冲程汽油机的工作规律：一个工作循环中，飞轮转2转，对外做功1次。第一步，先将飞轮每分钟转数换算为每秒转数，结合规律算出每秒对外做功次数；第二步，计算半小时内汽油机做的总功，再利用热机效率公式算出汽油完全燃烧放出的总热量，最后根据热值公式求出消耗汽油的质量。
【解析】
1. 计算每秒对外做功次数：
飞轮转速为3600转/分钟，换算为每秒转数：$ \frac{3600\ \mathrm{转}}{60\ \mathrm{秒}} = 60\ \mathrm{转/秒} $。
四冲程汽油机每2转对外做功1次，因此每秒对外做功次数：$ \frac{60\ \mathrm{转/秒}}{2} = 30\ \mathrm{次} $。
2. 计算半小时消耗汽油的质量：
半小时换算为秒：$ 0.5\ \mathrm{h} = 0.5 × 3600\ \mathrm{s} = 1800\ \mathrm{s} $。
半小时内对外做功总次数：$ 1800\ \mathrm{s} × 30\ \mathrm{次/s} = 5.4 × 10^4\ \mathrm{次} $。
半小时内总功：$ W = 5.4 × 10^4\ \mathrm{次} × 115\ \mathrm{J/次} = 6.21 × 10^6\ \mathrm{J} $。
根据热机效率公式$ \eta = \frac{W}{Q_{\mathrm{放}}} $，得汽油完全燃烧放出的热量：$ Q_{\mathrm{放}} = \frac{W}{\eta} = \frac{6.21 × 10^6\ \mathrm{J}}{25\%} = 2.484 × 10^7\ \mathrm{J} $。
根据热值公式$ Q_{\mathrm{放}} = mq $，得消耗汽油的质量：$ m = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q_{\mathrm{汽油}}} = \frac{2.484 × 10^7\ \mathrm{J}}{4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg}} = 0.54\ \mathrm{kg} $。
【答案】
30；0.54
【知识点】
四冲程汽油机工作原理、热机效率、热值计算
【点评】
本题为易错题，核心考查四冲程汽油机飞轮转数与做功次数的对应关系，以及热机效率、热值的综合应用。解题时需注意：① 飞轮转数与做功次数的比例（2转对应1次做功）；② 时间单位换算（半小时而非1小时），避免因概念混淆或单位错误失分。
【难度系数】
0.5
9.[新素材·现代科技]我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18 m/s的速度匀速行驶了5 min，消耗汽油0.3 kg，汽车发动机的牵引力是1 000 N。已知汽油的热值为$4.5×10^7 J/kg$，则消耗的汽油完全燃烧产生的热量是
$1.35×10^7$
J，发动机的效率是$40\%$
。答案
9. $1.35×10^7$ $40\%$
解析
【分析】
要解决这道题，需分两步计算：①利用热值公式计算汽油完全燃烧放出的热量；②计算发动机效率，效率为牵引力做的有用功与汽油完全燃烧总热量的比值，计算时需先通过速度和时间换算行驶距离，再结合功的公式计算有用功，注意单位统一。
【解析】
1. 计算汽油完全燃烧产生的热量：
已知汽油质量$ m=0.3\ \mathrm{kg} $，热值$ q=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} $，根据热值公式$ Q=mq $：
$ Q = mq = 0.3\ \mathrm{kg} × 4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.35×10^7\ \mathrm{J} $。
2. 计算发动机的效率：
先换算时间单位：$ t=5\ \mathrm{min}=5×60\ \mathrm{s}=300\ \mathrm{s} $，汽车行驶距离$ s=vt=18\ \mathrm{m/s}×300\ \mathrm{s}=5400\ \mathrm{m} $；
牵引力做的有用功$ W=Fs=1000\ \mathrm{N}×5400\ \mathrm{m}=5.4×10^6\ \mathrm{J} $；
发动机效率$ η=\frac{W}{Q}×100\% $，代入数据得：
$ η=\frac{5.4×10^6\ \mathrm{J}}{1.35×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=40\% $。
【答案】
$1.35×10^7$；$40\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、热机效率
【点评】
本题结合现代科技素材，综合考查热值、功、热机效率的基础计算，需注意时间单位换算，是公式应用的典型题，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需分两步计算：①利用热值公式计算汽油完全燃烧放出的热量；②计算发动机效率，效率为牵引力做的有用功与汽油完全燃烧总热量的比值，计算时需先通过速度和时间换算行驶距离，再结合功的公式计算有用功，注意单位统一。
【解析】
1. 计算汽油完全燃烧产生的热量：
已知汽油质量$ m=0.3\ \mathrm{kg} $，热值$ q=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} $，根据热值公式$ Q=mq $：
$ Q = mq = 0.3\ \mathrm{kg} × 4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.35×10^7\ \mathrm{J} $。
2. 计算发动机的效率：
先换算时间单位：$ t=5\ \mathrm{min}=5×60\ \mathrm{s}=300\ \mathrm{s} $，汽车行驶距离$ s=vt=18\ \mathrm{m/s}×300\ \mathrm{s}=5400\ \mathrm{m} $；
牵引力做的有用功$ W=Fs=1000\ \mathrm{N}×5400\ \mathrm{m}=5.4×10^6\ \mathrm{J} $；
发动机效率$ η=\frac{W}{Q}×100\% $，代入数据得：
$ η=\frac{5.4×10^6\ \mathrm{J}}{1.35×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=40\% $。
【答案】
$1.35×10^7$；$40\%$
【知识点】
热值计算、功的计算、热机效率
【点评】
本题结合现代科技素材，综合考查热值、功、热机效率的基础计算，需注意时间单位换算，是公式应用的典型题，难度适中。
【难度系数】
0.6
10.[新课标·科学论证]有甲、乙两台汽油机，若在同一时间内甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样时间内，甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比为（
A.2：5
B.8：5
C.5：8
D.5：2
B
）A.2：5
B.8：5
C.5：8
D.5：2
答案
10. B
解析
【分析】
要解决这道题，需利用热机效率公式推导消耗汽油质量的关系：热机效率η=W有用/Q放，燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq，联立可推导出消耗汽油质量m=W有用/(ηq)。题目中给出甲的有用功是乙的2倍，甲、乙效率分别为25%和20%，且汽油热值q相同，代入质量比表达式即可求解。
【解析】
根据热机效率公式η=W有用/Q放，燃料完全燃烧放热公式Q放=mq，联立得：
m = Q放/q = W有用/(ηq)
则甲、乙消耗汽油的质量之比：
m甲/m乙 = (W甲/(η甲 q)) / (W乙/(η乙 q)) = (W甲/W乙) × (η乙/η甲)
已知W甲=2W乙，η甲=25%，η乙=20%，代入得：
m甲/m乙 = (2W乙/W乙) × (20%/25%) = 2 × (4/5) = 8/5
即甲、乙消耗汽油质量之比为8:5，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
热机效率计算、燃料燃烧放热计算
【点评】
本题考查热机效率的应用，核心是公式变形与比例计算，需明确热值q在本题中为相同量，属于热学基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
要解决这道题，需利用热机效率公式推导消耗汽油质量的关系：热机效率η=W有用/Q放，燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq，联立可推导出消耗汽油质量m=W有用/(ηq)。题目中给出甲的有用功是乙的2倍，甲、乙效率分别为25%和20%，且汽油热值q相同，代入质量比表达式即可求解。
【解析】
根据热机效率公式η=W有用/Q放，燃料完全燃烧放热公式Q放=mq，联立得：
m = Q放/q = W有用/(ηq)
则甲、乙消耗汽油的质量之比：
m甲/m乙 = (W甲/(η甲 q)) / (W乙/(η乙 q)) = (W甲/W乙) × (η乙/η甲)
已知W甲=2W乙，η甲=25%，η乙=20%，代入得：
m甲/m乙 = (2W乙/W乙) × (20%/25%) = 2 × (4/5) = 8/5
即甲、乙消耗汽油质量之比为8:5，对应选项B。
【答案】
B
【知识点】
热机效率计算、燃料燃烧放热计算
【点评】
本题考查热机效率的应用，核心是公式变形与比例计算，需明确热值q在本题中为相同量，属于热学基础题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
