8. 目前A市处于使用状态的汽车数量已突破400万辆.若每辆汽车每年耗油按1.6 t计算,汽车内燃机效率的平均值取30%,则每辆汽车每年消耗的汽油完全燃烧放出的热量为________ J($q_{汽油}=4.6×10^7$ J/kg).如果通过技术改进将内燃机的效率提高2%,A市每年可以节约________ t汽油.现在A市多数出租车已经使用天然气来代替汽油,使用天然气的好处是________.

8.$7.36×10^{10}$ $4×10^5$ 减少废气排放,保护环境

【分析】
本题需分三步解答：首先利用燃料放热公式计算每辆汽车年汽油完全燃烧放出的热量，需注意单位统一；其次根据热机效率不变的有用功关系，计算效率提高后A市每年节约的汽油量；最后结合天然气的环保特性回答使用好处。
【解析】
1. 计算每辆汽车年汽油完全燃烧放出的热量：
已知每辆汽车年耗油质量$ m = 1.6\ \mathrm{t} = 1600\ \mathrm{kg} $，汽油热值$ q = 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} $，根据燃料完全燃烧放热公式$ Q_{\mathrm{放}} = mq $，得：
$ Q_{\mathrm{放}} = 1600\ \mathrm{kg} × 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg} = 7.36×10^{10}\ \mathrm{J} $。
2. 计算A市每年节约的汽油量：
内燃机效率$ \eta = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}} $，当有用功$ W_{\mathrm{有用}} $不变时，效率与总放热量成反比。原效率$ \eta_1 = 30\% $，改进后效率$ \eta_2 = 30\% + 2\% = 32\% $。
对每辆汽车，有$ \eta_1 m_1 q = \eta_2 m_2 q $，约去$ q $得：$ m_2 = \frac{\eta_1}{\eta_2} m_1 = \frac{30\%}{32\%} × 1.6\ \mathrm{t} = 1.5\ \mathrm{t} $。
每辆汽车节约汽油质量$ \Delta m_1 = m_1 - m_2 = 1.6\ \mathrm{t} - 1.5\ \mathrm{t} = 0.1\ \mathrm{t} $。
A市汽车总量为$ 400\ \mathrm{万辆} = 4×10^6 $辆，总节约汽油$ \Delta m_{\mathrm{总}} = 4×10^6 × 0.1\ \mathrm{t} = 4×10^5\ \mathrm{t} $。
3. 使用天然气代替汽油的好处：天然气燃烧更充分，可减少废气排放，保护环境。
【答案】
$ 7.36×10^{10} $；$ 4×10^5 $；减少废气排放，保护环境
【知识点】
燃料的热值；热机效率；能源的利用
【点评】
本题综合考查热学核心公式的应用与新能源优势，需注意单位统一和效率公式的灵活转换，是初中物理热学的典型基础题。
【难度系数】
0.5

9.某实验小组用如图1所示的装置比较水和煤油的吸热本领.

(1)实验时应控制水和煤油的初温和相同.
(2)加热过程中,水和煤油吸收热量的多少是通过来判断的.
(3)用两个相同的电加热器来加热,每隔1 min记录一次温度,整个实验操作无误.图2甲中,图线(选填“a”或“b”)可以反映煤油的温度随时间的变化规律,煤油的比热容为 J/(kg·℃).
(4)某小组根据实验数据绘制的图像,如图2乙所示,发现乙图像中AB段与OC段相互平行,分析产生这种现象的原因可能是$m_a$(选填“大于”“小于”或“等于”)$m_b$.

9.(1)质量 (2)加热时间 (3)$a$ $1.575×10^3$ (4)大于

【分析】
本题围绕“比较水和煤油的吸热本领”实验展开，需结合控制变量法、转换法及比热容公式$Q=cm\Delta t$分析：
1. 探究不同物质吸热能力时，需控制变量，保证除物质种类外的其他影响因素相同；
2. 相同加热器的放热规律是：相同时间提供的热量相同，因此吸热多少可通过加热时间判断；
3. 利用水和煤油的比热容差异（水的比热容更大），结合图甲的温度变化量判断对应图线，再通过热量公式计算煤油的比热容；
4. 图乙中两段平行说明温度变化率相同，结合热量公式和比热容的数值关系，分析质量的大小关系。
【解析】
(1) 比较水和煤油的吸热本领，需控制两者的初温和质量相同，这是控制变量法的要求，确保实验的公平性。
(2) 实验中使用相同的电加热器，相同时间内放出的热量相同，因此水和煤油吸收热量的多少通过加热时间判断，加热时间越长，吸收的热量越多。
(3) 相同质量的水和煤油吸收相同热量时，煤油的比热容更小，升温更快。图甲中，0~10min内，图线a的温度变化$\Delta t_a=98° C-90° C=8° C$，图线b的温度变化$\Delta t_b=98° C-95° C=3° C$，a升温更快，因此图线$\boldsymbol{a}$反映煤油的温度变化规律。
根据$Q=cm\Delta t$，相同时间内水和煤油吸收的热量$Q$相同，质量$m$相同，因此$c_{\mathrm{水}}m\Delta t_{\mathrm{水}}=c_{\mathrm{煤油}}m\Delta t_{\mathrm{煤油}}$，约去$m$得：
$c_{\mathrm{煤油}}=c_{\mathrm{水}}×\frac{\Delta t_{\mathrm{水}}}{\Delta t_{\mathrm{煤油}}}=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×\frac{3° C}{8° C}=1.575×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}$。
(4) 图乙中AB段与OC段平行，说明相同时间内两者温度变化量$\Delta t$相同，即温度变化率相同。相同时间内吸热$Q$相同，由$Q=cm\Delta t$得：$c_{\mathrm{水}}m_b=c_{\mathrm{煤油}}m_a$，则$m_a=\frac{c_{\mathrm{水}}}{c_{\mathrm{煤油}}}m_b$。由于$c_{\mathrm{水}}＞c_{\mathrm{煤油}}$，因此$m_a\boldsymbol{大于}m_b$。
【答案】
(1) 质量
(2) 加热时间
(3) $a$；$1.575×10^3$
(4) 大于
【知识点】
比热容、控制变量法、热量计算
【点评】
本题考查探究物质吸热本领的实验，核心是实验方法的应用和比热容公式的分析，需结合图像提取温度变化信息，注重对实验原理的理解，是热学的常规实验题。
【难度系数】
0.5

10.汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分,环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题.如图甲所示,小明家新购一辆汽车,若该汽车在某高速公路上以100 km/h的速度匀速行驶时100 km油耗为8 L,已知汽车在该路段上所受阻力为675 N.(g取10 N/kg,汽油的密度为$0.75×10^3 kg/m^3$,汽油的热值为$4.5×10^7 J/kg$)问:

(1)该路段上行驶100 km消耗汽油的质量为多少?
(2)据此计算汽车发动机的效率为多少?
(3)小明爸爸在给他讲车的性能时,总是说“排量”,却很少说“功率”,为此他从网上查到了排量的定义:活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量,如图乙所示.若该汽车四缸发动机的单缸排量为0.5 L(即气缸内上止点到下止点距离为20 cm,单个气缸横截面积为25 cm²),单缸飞轮转速为40 r/s时,做功冲程燃气对活塞的平均压强为$5×10^5 Pa$时汽车发动机单缸的输出功率为多少?

10.解:(1)由题意可知,匀速行驶时 100 km 油耗为8 L,则消耗汽油的体积:$V=8\ \mathrm{L}=8×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$,消耗汽油的质量:$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×8×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=6\ \mathrm{kg}.$
(2)消耗的汽油完全燃烧释放的热量:$Q_{\mathrm{放}}=mq=6\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=2.7×10^8\ \mathrm{J}$,汽车获得的有用功:$W_{\mathrm{有用}}=Fs=675\ \mathrm{N}×100×10^3\ \mathrm{m}=6.75×10^7\ \mathrm{J}$,则汽车发动机的效率:$\eta=\dfrac{W_{\mathrm{有用}}}{Q_{\mathrm{放}}}=\dfrac{6.75×10^7\ \mathrm{J}}{2.7×10^8\ \mathrm{J}}=25\%.$
(3)发动机单缸做功一次输出的功:$W=Fs=pS×s=5×10^5\ \mathrm{Pa}×25×10^{-4}\ \mathrm{m}^2×20×10^{-2}\ \mathrm{m}=250\ \mathrm{J}$,单缸飞轮转速为40 r/s,则单缸1 s内做功20次,做功1次所用时间为0.05 s,则发动机单缸的输出功率:$P=\dfrac{W}{t}=\dfrac{250\ \mathrm{J}}{0.05\ \mathrm{s}}=5×10^3\ \mathrm{W}.$

【分析】
本题围绕汽车相关物理问题展开，分三小问逐步求解：
1. 第(1)问求汽油质量，已知汽油密度和体积，利用密度公式$m=\rho V$计算，需注意体积单位$L$换算为$m^3$；
2. 第(2)问求发动机效率，效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，其中有用功是汽车匀速行驶克服阻力做的功$W_{有用}=Fs$，总热量是汽油完全燃烧释放的热量$Q_{放}=mq$，需换算路程单位为米；
3. 第(3)问求单缸输出功率，先算燃气对活塞一次做功$W=pS· h$，再根据四冲程发动机“飞轮转2圈做功1次”的规律，结合飞轮转速算出1s内做功次数，最后用功率公式$P=\frac{W_{总}}{t}$计算，注意面积、长度单位换算。
【解析】
(1) 消耗汽油的体积：$V=8\ \mathrm{L}=8×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，
根据密度公式$\rho=\frac{m}{V}$，得汽油质量：
$m=\rho V=0.75×10^3\ \mathrm{kg/m}^3×8×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=6\ \mathrm{kg}$。
(2) 汽油完全燃烧释放的热量：
$Q_{放}=mq=6\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=2.7×10^8\ \mathrm{J}$，
汽车行驶路程：$s=100\ \mathrm{km}=10^5\ \mathrm{m}$，
克服阻力做的有用功：
$W_{有用}=Fs=675\ \mathrm{N}×10^5\ \mathrm{m}=6.75×10^7\ \mathrm{J}$，
发动机效率：
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}=\frac{6.75×10^7\ \mathrm{J}}{2.7×10^8\ \mathrm{J}}=25\%$。
(3) 活塞移动距离$h=20\ \mathrm{cm}=0.2\ \mathrm{m}$，活塞面积$S=25\ \mathrm{cm}^2=25×10^{-4}\ \mathrm{m}^2$，
燃气对活塞一次做功：
$W=pS· h=5×10^5\ \mathrm{Pa}×25×10^{-4}\ \mathrm{m}^2×0.2\ \mathrm{m}=250\ \mathrm{J}$，
四冲程发动机飞轮每转2圈做功1次，飞轮转速$40\ \mathrm{r/s}$，则1s内做功次数$n=\frac{40}{2}=20$次，
1s内单缸总功：$W_{总}=nW=20×250\ \mathrm{J}=5000\ \mathrm{J}$，
单缸输出功率：
$P=\frac{W_{总}}{t}=\frac{5000\ \mathrm{J}}{1\ \mathrm{s}}=5×10^3\ \mathrm{W}$。
【答案】
(1) $6\ \mathrm{kg}$；(2) $25\%$；(3) $5×10^3\ \mathrm{W}$
【知识点】
密度公式、机械效率、功率计算
【点评】
本题为热学与力学的综合应用题，结合汽车实际场景考察基础公式应用，同时涉及四冲程发动机做功次数规律，需注意单位换算，难度适中，能较好考察学生的综合应用能力。
【难度系数】
0.5