1. （国家政策）2025年3月1日，国家标准《新能源汽车运行安全性能检验规程》正式实施。我国新能源汽车保有量已达4397万辆，占汽车总量的12.01%，其中纯电动汽车占比高达68.74%，数量达3022万辆。小明家计划把汽油车更换成新能源汽车，他看到网络上对两款汽油车和新能源汽车的测评，对比消耗相同能量两车行驶的路程，以下是他了解到的相关信息：

(1)图甲为汽油车的能量流向图，在该次行驶过程中消耗汽油30 kg，汽油完全燃烧放出的热量Q为 J，若汽油机的热机效率为30%，则有用机械能为 J。（汽油的热值为$4.6× 10^7$ J/kg）
(2)图乙为新能源汽车的能量流向图，若该车消耗的电能$E=Q$，电动机的损耗能量为$3.45× 10^8$ J，则电动机的工作效率为 %。

1.(1)$1.38×10^9$；$4.14×10^8$ (2)75

【分析】
本题结合能量流向图，考查热值、热机效率和电动机效率的计算。解题时需明确：汽油完全燃烧放热用热值公式计算，有用能量是总能量乘以效率；电动机效率是有用机械能与消耗电能的比值，需先求出有用机械能再计算效率。
【解析】
(1) 汽油完全燃烧放出的热量公式为 $ Q = mq $，代入数据计算：
$ Q = 30\ \mathrm{kg} × 4.6 × 10^7\ \mathrm{J/kg} = 1.38 × 10^9\ \mathrm{J} $；
汽油机的热机效率 $ \eta = \frac{W_{\mathrm{有用}}}{Q} $，因此有用机械能：
$ W_{\mathrm{有用}} = \eta Q = 30\% × 1.38 × 10^9\ \mathrm{J} = 4.14 × 10^8\ \mathrm{J} $。
(2) 由题意知电动机消耗的电能 $ E = Q = 1.38 × 10^9\ \mathrm{J} $，电动机的有用机械能为总电能减去损耗能量：
$ W'_{\mathrm{有用}} = E - W_{\mathrm{损耗}} = 1.38 × 10^9\ \mathrm{J} - 3.45 × 10^8\ \mathrm{J} = 1.035 × 10^9\ \mathrm{J} $；
电动机的工作效率 $ \eta' = \frac{W'_{\mathrm{有用}}}{E} × 100\% = \frac{1.035 × 10^9\ \mathrm{J}}{1.38 × 10^9\ \mathrm{J}} × 100\% = 75\% $。
【答案】
(1) $ 1.38×10^9 $；$ 4.14×10^8 $ (2) 75
【知识点】
热值计算；热机效率；电动机效率
【点评】
本题是结合能量流向图的基础效率计算题，核心是理解“效率=有用能量/总能量”的定义，代入公式即可求解，属于学生易掌握的常规题型。
【难度系数】
0.6

2. （科学推理）近年来，国家大力推动新能源汽车的发展，绿色环保的新能源汽车已走进千家万户。某电动汽车的功率为$ P $，行驶$ s $的距离所需时间为$ t $，电动汽车电动机的机械效率为$ \eta_1 $。在其他条件均相同时，传统燃油汽车行驶$ s $的距离，需要热值为$ q $的传统汽油燃料若干升，汽油发动机的热机效率为$ \eta_2 $。通过查询可知：每消耗1 L的传统汽油燃料需要排放出的有害尾气质量为$ m $。若两辆汽车都行驶$ s $的距离时，电动汽车做的有用功为________，电动汽车比传统燃油汽车少排放有害气体的质量$ M $为________。（均用题目中所给字母表示）

$\eta_1 Pt$；$\dfrac{m\eta_1 Pt}{q\eta_2}$
【点拨】电动汽车做的有用功$W_有=\eta_1 W_总=\eta_1 Pt$，由题意可知，其他条件均相同，故传统燃油汽车做的有用功$W_有'=\eta_1 Pt$，那么汽油完全燃烧释放的热量$Q_总=\dfrac{W_有'}{\eta_2}=\dfrac{\eta_1 Pt}{\eta_2}=qV$，则需要的汽油的体积$V=\dfrac{\eta_1 Pt}{q\eta_2}$，电动汽车不排放有害气体，而每消耗1 L的传统汽油燃料需要排放出的有害尾气质量为$m$，电动汽车比传统燃油汽车少排放有害气体的质量$M=mV=\dfrac{m\eta_1 Pt}{q\eta_2}$。

【分析】
首先，计算电动汽车的有用功：根据机械效率的定义，有用功等于总功乘以机械效率，而电动汽车的总功是功率与时间的乘积，即总功$ W_{总}=Pt $，因此有用功$ W_{有}=\eta_1 W_{总} $。
其次，计算少排放的有害气体质量：两辆汽车行驶相同距离，有用功相同，因此传统燃油汽车的有用功与电动汽车的有用功相等；根据热机效率的定义，燃油完全燃烧释放的总热量等于有用功除以热机效率，再结合热值公式（总热量=热值×汽油体积），可求出消耗汽油的体积；最后根据每升汽油排放的有害气体质量，即可算出少排放的总质量。
【解析】
1. 电动汽车的有用功：
电动汽车的总功为 $ W_{\mathrm{总}} = Pt $，根据机械效率公式 $ \eta_1 = \frac{W_{\mathrm{有}}}{W_{\mathrm{总}}} $，可得有用功：
$ W_{\mathrm{有}} = \eta_1 W_{\mathrm{总}} = \eta_1 Pt $。
2. 电动汽车比传统燃油汽车少排放的有害气体质量：
两辆汽车行驶相同距离，有用功相等，因此传统燃油汽车的有用功 $ W_{\mathrm{有}}' = W_{\mathrm{有}} = \eta_1 Pt $。
根据热机效率公式 $ \eta_2 = \frac{W_{\mathrm{有}}'}{Q_{\mathrm{总}}} $，可得汽油完全燃烧释放的总热量：
$ Q_{\mathrm{总}} = \frac{W_{\mathrm{有}}'}{\eta_2} = \frac{\eta_1 Pt}{\eta_2} $。
又因为总热量 $ Q_{\mathrm{总}} = qV $（$ V $ 为消耗汽油的体积），所以汽油体积：
$ V = \frac{Q_{\mathrm{总}}}{q} = \frac{\eta_1 Pt}{q\eta_2} $。
已知每消耗1L汽油排放有害尾气质量为 $ m $，则少排放的有害气体质量：
$ M = mV = m · \frac{\eta_1 Pt}{q\eta_2} = \frac{m\eta_1 Pt}{q\eta_2} $。
【答案】
$ \eta_1 Pt $；$ \dfrac{m\eta_1 Pt}{q\eta_2} $
【知识点】
机械效率、热机效率、热值
【点评】
本题结合新能源汽车与传统燃油汽车的效率问题，考查机械效率、热机效率及热值的综合应用，需要理清有用功与总功的关系，逐步推导各物理量，难度适中，注重对公式的理解与应用。
【难度系数】
0.5

3. ★★ [汕头期中改编] 为减少有害气体排放，LNG(液化天然气)新能源公交车已经投入运营多年，天然气汽车和汽油车相比较，尾气中的有害气体排放明显减少，无粉尘排放，因此天然气被称为清洁能源。请回答下列问题：

(1)天然气发动机完全燃烧1 m³天然气所做的有用功是 J。
(2)做同样多的有用功，汽油发动机需要完全燃烧 kg汽油。(结果保留两位小数)
(3)若某天然气公交汽车每天消耗100 m³的天然气，与使用汽油相比，它每天节约的运行成本是元。

3.(1)$1.485×10^7$ (2)1.08 (3)522
【点拨】(1)由$\eta=\dfrac{W_有}{W_总}×100\%$可得，$1\ \mathrm{m}^3$天然气完全燃烧，通过发动机所做的有用功$W_{有1}=\eta_1 q_1 V=45\%×3.3×10^7\ \mathrm{J/m}^3×1\ \mathrm{m}^3=1.485×10^7\ \mathrm{J}$。(2)根据题意可得，$W_{有2}=W_{有1}$，即$1.485×10^7\ \mathrm{J}=\eta_2 m q_2=30\%×m×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}$，解得$m≈1.08\ \mathrm{kg}$。(3)燃烧$1\ \mathrm{m}^3$天然气可节约的资金为$1.08\ \mathrm{kg}×9.0\ \mathrm{元/kg}-1\ \mathrm{m}^3×4.5\ \mathrm{元/m}^3=5.22$元，天然气公交汽车每天节约的运行成本是$5.22\ \mathrm{元}×100=522$元。

【分析】
本题考查热机效率和热值的综合计算，解题思路如下：
1. 第(1)问利用热机效率公式η=W有/Q放，结合气体燃料完全燃烧放热公式Q放=qV，计算1m³天然气对应的有用功；
2. 第(2)问根据“有用功相同”的条件，结合汽油的热机效率和热值，变形公式计算所需汽油的质量；
3. 第(3)问先算出相同有用功下，天然气和对应汽油的成本差，再乘以每天消耗的天然气体积，得到每天节约的运行成本。
【解析】
(1) 1m³天然气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放1}=q_1V=3.3×10^7\ \mathrm{J/m^3}×1\ \mathrm{m^3}=3.3×10^7\ \mathrm{J}$
根据热机效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}$，有用功：
$W_{有1}=\eta_1Q_{放1}=45\%×3.3×10^7\ \mathrm{J}=1.485×10^7\ \mathrm{J}$
(2) 做相同有用功时，汽油发动机的有用功$W_{有2}=W_{有1}=1.485×10^7\ \mathrm{J}$，由$W_{有2}=\eta_2q_2m$得：
$m=\frac{W_{有2}}{\eta_2q_2}=\frac{1.485×10^7\ \mathrm{J}}{30\%×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}}≈1.08\ \mathrm{kg}$
(3) 做$1.485×10^7\ \mathrm{J}$有用功时，1m³天然气成本为4.5元，对应汽油成本：
$1.08\ \mathrm{kg}×9.0\ \mathrm{元/kg}=9.72\ \mathrm{元}$
每1m³天然气节约成本：$9.72\ \mathrm{元}-4.5\ \mathrm{元}=5.22\ \mathrm{元}$
每天消耗100m³天然气，节约成本：$5.22\ \mathrm{元}×100=522\ \mathrm{元}$
【答案】
(1)$1.485×10^7$ (2)$1.08$ (3)$522$
【知识点】
热机效率、燃料热值
【点评】
本题是热学基础应用题，考查热机效率和热值公式的灵活运用，计算时需注意公式变形和单位统一，适合学生巩固相关知识点，难度适中。
【难度系数】
0.6

4. [晋城期中]阅读短文，回答下列问题。
氢动力新能源汽车
随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量在不断上升，而汽油等资源最终会被消耗殆尽。最终的解决办法是发展新能源汽车，氢动力汽车属于新能源汽车，它的工作原理是氢气在燃料电池堆系统内与空气中的氧气发生化学反应释放出能量，经DC－DC转换器整流后输送给驱动器，使汽车获得动力。
使用氢能源的最大好处是它能跟空气中的氧气发生化学反应，产生水蒸气，有效减少了其他燃油汽车造成的空气污染问题，因此氢动力汽车是替代传统汽车最理想的汽车。但由于氢的密度很低，能够储存的氢燃料十分有限，且氢气泄漏后容易燃烧和爆炸，使得氢气的储存和运输存在困难。
(1)氢气与氧气发生化学反应释放出能量，经整流后输送给驱动器，使氢动力汽车获得动力。
(2)氢燃烧释放的能量使汽车发动机运转，此过程相当于四冲程汽油机的冲程。使用氢作为燃料是因为它具有较大的。
(3)(开放性设问)如果你是设计师，在设计氢动力汽车时，能够让它更节能的措施是(写出一条即可)。

4.(1)DC－DC转换器 (2)做功；热值 (3)使车身轻量化，以减少能量消耗(答案合理即可)

【分析】
本题结合氢动力新能源汽车的短文材料，考查信息提取能力、热学相关知识点及开放性思维。解题时需先从短文中定位对应信息，再结合物理知识分析各问题：(1)直接从短文第一段提取整流装置；(2)根据四冲程汽油机冲程的能量转化判断对应冲程，结合燃料的特性分析氢作为燃料的优势；(3)从节能角度提出合理的设计措施。
【解析】
(1) 阅读短文第一段可知，氢动力汽车的能量经DC－DC转换器整流后输送给驱动器，因此此处填DC－DC转换器。
(2) 四冲程汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，氢燃烧释放的内能转化为汽车的机械能，对应做功冲程；燃料的热值是衡量燃料放热能力的物理量，相同质量的燃料完全燃烧时，热值越大放出的热量越多，因此氢作为燃料是因为它具有较大的热值。
(3) 设计氢动力汽车时，可从减少能量损耗、降低行驶阻力等角度提出节能措施，例如使车身轻量化，减少行驶过程中的能量消耗（或优化氢气储存装置，降低氢气泄漏带来的能量损耗等，合理即可）。
【答案】
(1)DC－DC转换器 (2)做功；热值 (3)使车身轻量化，以减少能量消耗(答案合理即可)
【知识点】
新能源的应用、四冲程内燃机、燃料的热值
【点评】
本题以氢动力汽车为背景，将科技热点与物理知识结合，既考查学生从材料中提取关键信息的能力，又巩固了热学基础知识点，开放性设问还能培养学生的创新思维，难度适中。
【难度系数】
0.7