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17. 随着生活水平的提高，汽车已经进入百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。汽车应用了许多物理知识，请你解答：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中
（2）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将
（3）某台汽油机飞轮的转速为2400 r/min，在1 s内，汽油机完成
（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中
压缩
冲程将机械能转化为内能。如图甲、乙所示是我们课堂演示的两个实验，与此冲程原理相同的是甲
（选填“甲”或“乙”）实验，在这个实验中，改变内能的方式是做功
（选填“热传递”或“做功”）。（2）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将
降低
（选填“升高”“不变”或“降低”）。（3）某台汽油机飞轮的转速为2400 r/min，在1 s内，汽油机完成
80
个冲程，对外做功20
次。答案
17.（1）压缩 甲 做功 （2）降低 （3）80 20
解析
【分析】
本题考查汽油机相关物理知识，解题思路如下：
1. 回忆汽油机四冲程的能量转化规律：压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能；分析甲、乙实验原理：甲是下压活塞对气体做功，机械能转化为内能，与压缩冲程原理一致，乙是内能转化为机械能，对应做功冲程，同时明确改变内能的方式分为做功和热传递，甲实验属于做功改变内能。
2. 理解发动机效率的定义：效率是有用功能量与燃料完全燃烧释放能量的比值，燃烧不充分时，有用能量占比减少，效率降低。
3. 掌握四冲程汽油机的工作规则：飞轮每转2圈，完成1个工作循环（4个冲程），对外做功1次；先将转速换算为每秒转数，再计算1s内的冲程数和做功次数。
【解析】
（1）汽油机的压缩冲程中，活塞向上压缩气缸内气体，将机械能转化为内能；图甲实验中，下压活塞时对筒内空气做功，机械能转化为空气的内能，使棉花燃烧，与压缩冲程原理相同，该实验中改变内能的方式是做功；图乙是内能转化为机械能，对应做功冲程。故依次填：压缩、甲、做功。
（2）发动机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，汽油燃烧不充分冒“黑烟”时，有用能量占比减小，因此发动机效率降低。故填：降低。
（3）飞轮转速为2400 r/min，换算为每秒转数：$\frac{2400}{60}=40\,\mathrm{r/s}$。四冲程汽油机每转2圈完成4个冲程、对外做功1次，因此1s内飞轮转40圈时，完成冲程数为$40×2=80$个，对外做功次数为$\frac{40}{2}=20$次。故依次填：80、20。
【答案】
（1）压缩；甲；做功 （2）降低 （3）80；20
【知识点】
汽油机冲程；内能改变方式；热机效率
【点评】
本题围绕汽油机核心基础知识点展开，涵盖冲程能量转化、内能改变、效率判断及转速相关计算，考查学生对热学基础内容的掌握与应用能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
本题考查汽油机相关物理知识，解题思路如下：
1. 回忆汽油机四冲程的能量转化规律：压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能；分析甲、乙实验原理：甲是下压活塞对气体做功，机械能转化为内能，与压缩冲程原理一致，乙是内能转化为机械能，对应做功冲程，同时明确改变内能的方式分为做功和热传递，甲实验属于做功改变内能。
2. 理解发动机效率的定义：效率是有用功能量与燃料完全燃烧释放能量的比值，燃烧不充分时，有用能量占比减少，效率降低。
3. 掌握四冲程汽油机的工作规则：飞轮每转2圈，完成1个工作循环（4个冲程），对外做功1次；先将转速换算为每秒转数，再计算1s内的冲程数和做功次数。
【解析】
（1）汽油机的压缩冲程中，活塞向上压缩气缸内气体，将机械能转化为内能；图甲实验中，下压活塞时对筒内空气做功，机械能转化为空气的内能，使棉花燃烧，与压缩冲程原理相同，该实验中改变内能的方式是做功；图乙是内能转化为机械能，对应做功冲程。故依次填：压缩、甲、做功。
（2）发动机效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，汽油燃烧不充分冒“黑烟”时，有用能量占比减小，因此发动机效率降低。故填：降低。
（3）飞轮转速为2400 r/min，换算为每秒转数：$\frac{2400}{60}=40\,\mathrm{r/s}$。四冲程汽油机每转2圈完成4个冲程、对外做功1次，因此1s内飞轮转40圈时，完成冲程数为$40×2=80$个，对外做功次数为$\frac{40}{2}=20$次。故依次填：80、20。
【答案】
（1）压缩；甲；做功 （2）降低 （3）80；20
【知识点】
汽油机冲程；内能改变方式；热机效率
【点评】
本题围绕汽油机核心基础知识点展开，涵盖冲程能量转化、内能改变、效率判断及转速相关计算，考查学生对热学基础内容的掌握与应用能力，难度适中。
【难度系数】
0.6
18. 小丽同学在烧杯中装入 500 g 水，测得水的温度为 $20\ ℃$，然后用酒精灯给水加热，直至水温上升到 $40\ ℃$，共消耗 10 g 酒精。已知水的比热容为 $4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$，酒精的热值为 $3×10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}$。求：
（1）在上述过程中，水增加的内能。
（2）完全燃烧 10 g 酒精放出的热量。
（1）在上述过程中，水增加的内能。
（2）完全燃烧 10 g 酒精放出的热量。
答案
18.（1）$4.2×10^4\ \mathrm{J}$ （2）$3×10^5\ \mathrm{J}$
解析
【分析】
本题为热学基础计算题，分两小问。（1）水增加的内能等于水吸收的热量，需利用吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$计算，计算前要将水的质量单位换算为kg，温度变化量为末温与初温的差值；（2）酒精完全燃烧放出的热量利用燃料放热公式$Q_{放}=mq$计算，需将酒精质量单位换算为kg后代入热值计算。
【解析】
解：（1）水的质量：$m_{水}=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，
水升高的温度：$\Delta t=40\ ℃ - 20\ ℃=20\ ℃$，
水增加的内能等于水吸收的热量：
$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×0.5\ \mathrm{kg}×20\ ℃=4.2×10^4\ \mathrm{J}$；
（2）酒精的质量：$m_{酒精}=10\ \mathrm{g}=0.01\ \mathrm{kg}$，
完全燃烧10g酒精放出的热量：
$Q_{放}=m_{酒精}q=0.01\ \mathrm{kg}×3×10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}=3×10^5\ \mathrm{J}$。
【答案】（1）$4.2×10^4\ \mathrm{J}$；（2）$3×10^5\ \mathrm{J}$
【知识点】热量计算、比热容、热值
【点评】本题考查吸热公式与燃料放热公式的应用，解题关键是注意质量单位的换算，属于热学基础题，难度较低，适合巩固热学核心公式的应用。
【难度系数】0.8
本题为热学基础计算题，分两小问。（1）水增加的内能等于水吸收的热量，需利用吸热公式$Q_{吸}=cm\Delta t$计算，计算前要将水的质量单位换算为kg，温度变化量为末温与初温的差值；（2）酒精完全燃烧放出的热量利用燃料放热公式$Q_{放}=mq$计算，需将酒精质量单位换算为kg后代入热值计算。
【解析】
解：（1）水的质量：$m_{水}=500\ \mathrm{g}=0.5\ \mathrm{kg}$，
水升高的温度：$\Delta t=40\ ℃ - 20\ ℃=20\ ℃$，
水增加的内能等于水吸收的热量：
$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×0.5\ \mathrm{kg}×20\ ℃=4.2×10^4\ \mathrm{J}$；
（2）酒精的质量：$m_{酒精}=10\ \mathrm{g}=0.01\ \mathrm{kg}$，
完全燃烧10g酒精放出的热量：
$Q_{放}=m_{酒精}q=0.01\ \mathrm{kg}×3×10^7\ \mathrm{J}/\mathrm{kg}=3×10^5\ \mathrm{J}$。
【答案】（1）$4.2×10^4\ \mathrm{J}$；（2）$3×10^5\ \mathrm{J}$
【知识点】热量计算、比热容、热值
【点评】本题考查吸热公式与燃料放热公式的应用，解题关键是注意质量单位的换算，属于热学基础题，难度较低，适合巩固热学核心公式的应用。
【难度系数】0.8
19. 某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6 km，受到的平均阻力是$3.0× 10^{3}\ \mathrm{N}$，消耗燃油1.6 L（假设燃油完全燃烧）。已知燃油的密度$\rho=0.75× 10^{3}\ \mathrm{kg/m}^3$，热值$q=4× 10^{7}\ \mathrm{J/kg}$。求：
（1）在该测试中专用车牵引力所做的功。
（2）燃油完全燃烧放出的热量。
（3）该测试中专用车的热机效率。
（1）在该测试中专用车牵引力所做的功。
（2）燃油完全燃烧放出的热量。
（3）该测试中专用车的热机效率。
答案
19.（1）因为匀速行驶，所以$F=f=3×10^3\ \mathrm{N}$，$W=Fs=3×10^3\ \mathrm{N}×5.6×10^3\ \mathrm{m}=1.68×10^7\ \mathrm{J}$。
（2）$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1.2\ \mathrm{kg}$，$Q_{放}=mq=1.2\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
（3）$\eta=\dfrac{W}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.68×10^7\ \mathrm{J}}{4.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$。
（2）$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1.2\ \mathrm{kg}$，$Q_{放}=mq=1.2\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
（3）$\eta=\dfrac{W}{Q_{放}}×100\%=\dfrac{1.68×10^7\ \mathrm{J}}{4.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$。
解析
【分析】
1. 第一问：专用车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，大小相等，先确定牵引力，再利用功的公式$W=Fs$计算牵引力做功，需将路程单位$km$转换为$m$。
2. 第二问：先根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算燃油质量，再用燃料放热公式$Q_{放}=mq$计算总热量，需将体积单位$L$转换为$m^3$。
3. 第三问：热机效率是有用功与总热量的比值，公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入前两问结果计算即可。
【解析】
（1）专用车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故$F=f=3.0×10^3\ \mathrm{N}$；行驶路程$s=5.6\ \mathrm{km}=5.6×10^3\ \mathrm{m}$，牵引力做功$W=Fs=3.0×10^3\ \mathrm{N}×5.6×10^3\ \mathrm{m}=1.68×10^7\ \mathrm{J}$。
（2）燃油体积$V=1.6\ \mathrm{L}=1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，由$\rho=\frac{m}{V}$得燃油质量$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1.2\ \mathrm{kg}$，燃油完全燃烧放热$Q_{放}=mq=1.2\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
（3）热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.68×10^7\ \mathrm{J}}{4.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$。
【答案】
19.（1）$1.68×10^7\ \mathrm{J}$；（2）$4.8×10^7\ \mathrm{J}$；（3）$35\%$
【知识点】
功的计算、热值与热量计算、热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，考查平衡力应用、功的计算、燃料放热及热机效率求解，关键是统一单位，属于常规题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
1. 第一问：专用车匀速行驶时，牵引力与阻力是平衡力，大小相等，先确定牵引力，再利用功的公式$W=Fs$计算牵引力做功，需将路程单位$km$转换为$m$。
2. 第二问：先根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$计算燃油质量，再用燃料放热公式$Q_{放}=mq$计算总热量，需将体积单位$L$转换为$m^3$。
3. 第三问：热机效率是有用功与总热量的比值，公式为$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$，代入前两问结果计算即可。
【解析】
（1）专用车匀速行驶，牵引力与阻力平衡，故$F=f=3.0×10^3\ \mathrm{N}$；行驶路程$s=5.6\ \mathrm{km}=5.6×10^3\ \mathrm{m}$，牵引力做功$W=Fs=3.0×10^3\ \mathrm{N}×5.6×10^3\ \mathrm{m}=1.68×10^7\ \mathrm{J}$。
（2）燃油体积$V=1.6\ \mathrm{L}=1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，由$\rho=\frac{m}{V}$得燃油质量$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×1.6×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=1.2\ \mathrm{kg}$，燃油完全燃烧放热$Q_{放}=mq=1.2\ \mathrm{kg}×4×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.8×10^7\ \mathrm{J}$。
（3）热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.68×10^7\ \mathrm{J}}{4.8×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=35\%$。
【答案】
19.（1）$1.68×10^7\ \mathrm{J}$；（2）$4.8×10^7\ \mathrm{J}$；（3）$35\%$
【知识点】
功的计算、热值与热量计算、热机效率
【点评】
本题是力学与热学结合的基础计算题，考查平衡力应用、功的计算、燃料放热及热机效率求解，关键是统一单位，属于常规题型，难度适中。
【难度系数】
0.6
