1. 政府推出的“汽车下乡”“小排量购置税减半”“以旧换新”等政策，极大地促进了汽车行业的发展，小明的爸爸最近也购买了一辆汽车。小明利用所学的物理知识对汽车进行了一系列探索与研究活动。
(1)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的较大的特点，同样情况下能吸收更多的热量。假如在1个标准大气压下，有400 g、初温为55 ℃的水，温度升高了10 ℃，吸收J热量。[水的比热容为$4.2×10^3$ J/(kg·℃)]
(2)小明阅读了汽车发动机的说明书后，制成了如图甲所示的内燃机的能量流向图，请根据给出的信息，计算完全燃烧0.2 kg的汽油能够放出J的能量，这些能量能输出J的有用功。(汽油的热值为$4.6×10^7$ J/kg)

(3)若汽油机工作时的转速为3 000 r/min，则1 min内汽油机一个气缸完成个冲程，把该汽油机运至月球上，则汽油机（填“能”或“不能”）正常工作。
(4)若汽车以60 kW的恒定功率启动做直线运动，运动过程中受到的阻力不变，运动的速度v与时间t的关系如图乙所示。则在0～5 s内，汽车发动机对外做功J，汽车在匀速运动过程中受到的阻力是N。
(5)汽车行驶时发动机产生的牵引力为F，则燃烧质量为m的汽油，能使汽车前进的距离s=（用给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示）。

1.(1)比热容；$1.68×10^4$ (2)$9.2×10^6$；$3.22×10^6$ (3)6 000；不能 (4)$3×10^5$；2 000 (5)$\frac{35\% qm}{F}$

【分析】
本题围绕汽车相关物理知识，分5小问考查热学、力学的核心知识点。解题时需逐一对应每个小问的物理概念，结合公式推导计算：第(1)问利用水的比热容特性和热量公式计算；第(2)问结合热值公式和能量流向图的效率计算；第(3)问根据汽油机转速与冲程的关系，结合月球环境特点判断；第(4)问用功率公式和匀速时力的关系计算；第(5)问结合热机效率和功的公式推导距离表达式。
【解析】
(1) 汽车发动机用水散热，是因为水的比热容较大，相同质量的水升高相同温度时能吸收更多热量。
水的质量$m=400\ \mathrm{g}=0.4\ \mathrm{kg}$，温度升高$\Delta t=10\ \mathrm{℃}$，根据热量公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$：
$Q_{\mathrm{吸}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×0.4\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{℃}=1.68×10^4\ \mathrm{J}$。
(2) 汽油完全燃烧放出的热量$Q_{\mathrm{放}}=mq=0.2\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=9.2×10^6\ \mathrm{J}$；
由能量流向图可知，有用功占总能量的比例为$1-30\%-30\%-5\%=35\%$，因此有用功$W_{\mathrm{有}}=Q_{\mathrm{放}}×35\%=9.2×10^6\ \mathrm{J}×0.35=3.22×10^6\ \mathrm{J}$。
(3) 汽油机转速为$3000\ \mathrm{r/min}$，即1分钟飞轮转3000转，汽油机每2转对应4个冲程，故1分钟完成的冲程数为$3000×2=6000$个；
汽油机工作需要空气助燃，月球上无空气，因此汽油机不能正常工作。
(4) 汽车功率$P=60\ \mathrm{kW}=6×10^4\ \mathrm{W}$，0~5s内发动机做功$W=Pt=6×10^4\ \mathrm{W}×5\ \mathrm{s}=3×10^5\ \mathrm{J}$；
由图乙知，汽车匀速运动时速度$v=30\ \mathrm{m/s}$，匀速时牵引力等于阻力，根据$P=Fv$，阻力$f=F=\frac{P}{v}=\frac{6×10^4\ \mathrm{W}}{30\ \mathrm{m/s}}=2000\ \mathrm{N}$。
(5) 燃烧质量为$m$的汽油放出的热量$Q=qm$，热机效率为$35\%$，故有用功$W_{\mathrm{有}}=0.35qm$；又$W_{\mathrm{有}}=Fs$，因此$s=\frac{W_{\mathrm{有}}}{F}=\frac{35\% qm}{F}$。
【答案】
(1) 比热容；$1.68×10^4$
(2) $9.2×10^6$；$3.22×10^6$
(3) 6000；不能
(4) $3×10^5$；2000
(5) $\frac{35\% qm}{F}$
【知识点】
比热容、热量计算；热值与热机效率；汽油机与功率
【点评】
本题以汽车为载体，将热学、力学知识点与实际生活结合，考查学生对基础公式的应用能力，涉及能量转化、汽油机工作原理等核心内容，难度适中，注重知识的实际运用。
【难度系数】
0.5

2. 我国航天技术已达到世界领先水平。喷气发动机是指靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推力的发动机，广泛用作飞行器的动力装置，可分为两大类：一类是火箭发动机，另一类是空气喷气发动机。二者主要的差别是：火箭发动机的燃料和氧化剂由飞行器携带，空气喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂。

(1)如图甲所示是火箭发射时的情景，下列说法正确的是（填字母，多选）。
A. 火箭的燃料燃烧得越充分，效率越高
B. 火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大
C. 空气喷气发动机可用于各种宇宙飞行器中
D. 火箭升空过程中外壳温度会上升，这是通过做功的方式增加了外壳的内能
(2)在跨学科实践课上，某小组开展了“制作火箭模型”的项目化学习活动。小组的同学制作了水火箭并进行发射，如图乙、丙是其发射情况及结构示意图，对水火箭打气，打开阀门，水向下喷出，水火箭一飞冲天。使用打气筒打气时能量转化过程与汽油机的冲程相同。水火箭起飞用到的物理原理是。
(3)(新定义)一架飞机搭载的涡轮喷气发动机，其部分参数如表，表中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功(推力所做的功)与其获得的机械能之比。已知飞机所受空气阻力与飞行速度平方的关系如图丁所示，当飞机以200 m/s的速度水平匀速飞行0.5 h的过程中，需要t的航空燃油。

热效率$\eta$ 40%
推进效率$\eta$ 60%
航空燃油热值$q$ $5.0× 10^7\ \mathrm{J/kg}$

$f/(× 10^4\ \mathrm{N})$
$v^2/[× 10^4\ (\mathrm{m·s}^{-1})^2]$
丁

2.(1)AD (2)压缩；力的作用是相互的，且力能改变物体的运动状态 (3)1.08 【点拨】(3)由题可知，飞机水平匀速飞行，由图丁可知，当$v=200\ \mathrm{m/s}$时，推力$F=f=3.6×10^4\ \mathrm{N}$，推进功$W_{推进}=Fs=Fvt$，由推进效率$\eta_2=\frac{W_{推进}}{W_{机械}}×100\%$得，$W_{机械}=\frac{W_{推进}}{\eta_2}$，由热效率$\eta_1=\frac{W_{机械}}{Q_{放}}×100\%$得，$Q_{放}=\frac{W_{机械}}{\eta_1} = \frac{Fvt}{\eta_1\eta_2}$，燃油质量$m=\frac{Q_{放}}{q} = \frac{Fvt}{\eta_1\eta_2q} = \frac{3.6×10^4\ \mathrm{N}×200\ \mathrm{m/s}×0.5×3\ 600\ \mathrm{s}}{40\%×60\%×5.0×10^7\ \mathrm{J/kg}} =1\ 080\ \mathrm{kg}=1.08\ \mathrm{t}$。

【分析】
本题围绕航天技术相关物理知识设置三个小问，第(1)问为概念辨析题，需结合热机效率、燃料特性、发动机适用条件、内能改变方式逐一判断选项；第(2)问考查汽油机冲程与力的作用原理，需明确压缩冲程的能量转化及力的相互性；第(3)问为综合计算题，需结合效率定义、功的公式、热值公式，先确定匀速飞行时的推力，再逐步推导燃油质量，注意单位换算。
【解析】
(1) 逐一分析选项：
A选项：热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值，燃料燃烧越充分，能量利用率越高，效率越高，A正确；
B选项：火箭选液氢作燃料是因为液氢热值大，相同质量下释放热量多，而非比热容大，B错误；
C选项：空气喷气发动机依赖空气作为氧化剂，宇宙中无空气，无法用于宇宙飞行器，C错误；
D选项：火箭升空时外壳与空气摩擦，通过做功增加外壳内能，温度上升，D正确。故答案为AD。
(2) 打气筒打气时，压缩空气做功，机械能转化为内能，与汽油机压缩冲程的能量转化相同；水向下喷出时，水对火箭施加向上的反作用力，使火箭升空，利用了力的作用是相互的，且力能改变物体的运动状态。故依次填压缩；力的作用是相互的，且力能改变物体的运动状态。
(3) 飞机水平匀速飞行，推力等于阻力。由图丁，v=200m/s时，v²=(200m/s)²=4×10⁴(m·s⁻¹)²，对应阻力f=3.6×10⁴N，故推力F=f=3.6×10⁴N。
飞行时间t=0.5h=0.5×3600s=1800s，推进功W推进=Fvt。
根据推进效率η₂=W推进/W机械，得W机械=W推进/η₂；根据热效率η₁=W机械/Q放，得Q放=W机械/η₁=W推进/(η₁η₂)=Fvt/(η₁η₂)。
由Q放=mq，得燃油质量m=Q放/q=Fvt/(η₁η₂q)。
代入数值计算：
m=(3.6×10⁴N×200m/s×1800s)/(40%×60%×5.0×10⁷J/kg)=1080kg=1.08t。
【答案】
(1)AD；(2)压缩；力的作用是相互的，且力能改变物体的运动状态；(3)1.08
【知识点】
热机效率、力的相互性、热值与功的计算
【点评】
本题结合航天技术情境，考查热学、力学核心知识点，既有概念辨析又有综合计算，需准确理解效率定义、汽油机冲程特点及力的作用原理，计算时要注意单位换算，整体难度适中。
【难度系数】
0.5