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11.汽车评估师要测试某型号燃油汽车的性能，若驾驶汽车以72 km/h 的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油质量为1.2 kg。已知汽车匀速行驶时受到的牵引力F为$1.15×10^3$ N。汽油的热值是$4.6×10^7$ J/kg。求：
(1)测试时间内汽车行驶的路程；
(2)测试时间内汽车牵引力做的有用功；
(3)测试时间内该汽车的热机效率。
(1)测试时间内汽车行驶的路程；
(2)测试时间内汽车牵引力做的有用功；
(3)测试时间内该汽车的热机效率。
答案
(1)12 000 m;(2)1.38×10^7 J;(3)25%。
【解析】(1)汽车行驶的路程 $s = vt = 72\ \mathrm{km/h} × \frac{1}{6}\ \mathrm{h} = 12\ \mathrm{km} = 12\ 000\ \mathrm{m}$。(2)汽车牵引力做的有用功 $W = Fs = 1.15 × 10^3\ \mathrm{N} × 12\ 000\ \mathrm{m} = 1.38 × 10^7\ \mathrm{J}$。(3)汽油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=m_{油}q_{油}=1.2\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7\ \mathrm{J}$;则测试时间内该汽车的热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}=\frac{1.38×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}=25\%$。
【解析】(1)汽车行驶的路程 $s = vt = 72\ \mathrm{km/h} × \frac{1}{6}\ \mathrm{h} = 12\ \mathrm{km} = 12\ 000\ \mathrm{m}$。(2)汽车牵引力做的有用功 $W = Fs = 1.15 × 10^3\ \mathrm{N} × 12\ 000\ \mathrm{m} = 1.38 × 10^7\ \mathrm{J}$。(3)汽油完全燃烧放出的热量$Q_{放}=m_{油}q_{油}=1.2\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7\ \mathrm{J}$;则测试时间内该汽车的热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}=\frac{1.38×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}=25\%$。
解析
【分析】
本题是力学与热学结合的计算题，解题思路如下：
1. 求汽车行驶路程：已知匀速行驶的速度和时间，利用匀速直线运动路程公式$s=vt$，需先统一速度和时间的单位，再计算并转换路程单位；
2. 求牵引力的有用功：利用功的计算公式$W=Fs$，代入已知牵引力和第一问算出的路程即可；
3. 求热机效率：热机效率是有用功与汽油完全燃烧放出总热量的比值，先通过热值公式$Q_{放}=mq$算出总热量，再用有用功除以总热量得到效率。
【解析】
(1) 先统一单位：$t=10\ \mathrm{min}=\frac{10}{60}\ \mathrm{h}=\frac{1}{6}\ \mathrm{h}$，根据$s=vt$，代入$v=72\ \mathrm{km/h}$得：
$s=72\ \mathrm{km/h}×\frac{1}{6}\ \mathrm{h}=12\ \mathrm{km}=12000\ \mathrm{m}$；
(2) 根据功的公式$W=Fs$，代入$F=1.15×10^3\ \mathrm{N}$、$s=12000\ \mathrm{m}$得：
$W=1.15×10^3\ \mathrm{N}×12000\ \mathrm{m}=1.38×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 汽油完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=m_{油}q_{油}=1.2\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7\ \mathrm{J}$，
热机效率：$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.38×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$。
【答案】
(1)12000 m；(2)1.38×10^7 J；(3)25%。
【知识点】
速度公式应用、功的计算、热机效率计算。
【点评】
本题为初中物理常规基础计算题，考查核心公式的应用与单位换算，解题步骤清晰，只要掌握基础公式即可正确解答，能有效检验学生对力学、热学基础知识点的掌握程度。
【难度系数】
0.7
本题是力学与热学结合的计算题，解题思路如下：
1. 求汽车行驶路程：已知匀速行驶的速度和时间，利用匀速直线运动路程公式$s=vt$，需先统一速度和时间的单位，再计算并转换路程单位；
2. 求牵引力的有用功：利用功的计算公式$W=Fs$，代入已知牵引力和第一问算出的路程即可；
3. 求热机效率：热机效率是有用功与汽油完全燃烧放出总热量的比值，先通过热值公式$Q_{放}=mq$算出总热量，再用有用功除以总热量得到效率。
【解析】
(1) 先统一单位：$t=10\ \mathrm{min}=\frac{10}{60}\ \mathrm{h}=\frac{1}{6}\ \mathrm{h}$，根据$s=vt$，代入$v=72\ \mathrm{km/h}$得：
$s=72\ \mathrm{km/h}×\frac{1}{6}\ \mathrm{h}=12\ \mathrm{km}=12000\ \mathrm{m}$；
(2) 根据功的公式$W=Fs$，代入$F=1.15×10^3\ \mathrm{N}$、$s=12000\ \mathrm{m}$得：
$W=1.15×10^3\ \mathrm{N}×12000\ \mathrm{m}=1.38×10^7\ \mathrm{J}$；
(3) 汽油完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=m_{油}q_{油}=1.2\ \mathrm{kg}×4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=5.52×10^7\ \mathrm{J}$，
热机效率：$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{1.38×10^7\ \mathrm{J}}{5.52×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=25\%$。
【答案】
(1)12000 m；(2)1.38×10^7 J；(3)25%。
【知识点】
速度公式应用、功的计算、热机效率计算。
【点评】
本题为初中物理常规基础计算题，考查核心公式的应用与单位换算，解题步骤清晰，只要掌握基础公式即可正确解答，能有效检验学生对力学、热学基础知识点的掌握程度。
【难度系数】
0.7
1. (2024,哈尔滨)完全燃烧0.1 m³的天然气放出的热量是________J；若这些热量的20%被4 kg的液体吸收，使其温度升高50 ℃，则该液体的比热容是________J/(kg·℃)。($q_{天然气}=3.0×10^7$ J/m³)
答案
完全燃烧0.1 m³的天然气放出的热量$Q_{放}=Vq_{天然气}=0.1\ \mathrm{m}^3×3.0×10^7\ \mathrm{J/m}^3=3×10^6\ \mathrm{J}$;液体吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}\eta=3×10^6\ \mathrm{J}×20\% = 6×10^5\ \mathrm{J}$;该液体的比热容$c=\frac{Q_{吸}}{m\Delta t}=\frac{6×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×50\ ℃}=3.0×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)$。
解析
【分析】
本题分为两个计算步骤：第一空需利用燃料完全燃烧放热公式计算天然气放出的热量；第二空需先根据热效率算出液体吸收的热量，再通过吸热公式变形求出液体的比热容。解题时需准确应用相关公式，注意热效率的含义及单位统一。
【解析】
1. 计算天然气完全燃烧放出的热量：
根据公式 $ Q_{放}=Vq_{天然气} $，代入数据得：
$ Q_{放}=0.1\ \mathrm{m}^3×3.0×10^7\ \mathrm{J/m}^3=3×10^6\ \mathrm{J} $；
2. 计算液体吸收的热量：
已知热量的20%被液体吸收，即 $ Q_{吸}=Q_{放}×20\% $，代入数据得：
$ Q_{吸}=3×10^6\ \mathrm{J}×20\%=6×10^5\ \mathrm{J} $；
3. 计算液体的比热容：
根据吸热公式 $ Q_{吸}=cm\Delta t $，变形得 $ c=\frac{Q_{吸}}{m\Delta t} $，代入数据得：
$ c=\frac{6×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×50\ ℃}=3.0×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} $。
【答案】
$ 3×10^6 $；$ 3.0×10^3 $
【知识点】
燃料的热值、热量的计算、比热容
【点评】
本题是热值与比热容结合的基础计算题，核心考查相关公式的应用，只要掌握公式并准确代入数据即可解答，属于常规基础题型。
【难度系数】
0.8
本题分为两个计算步骤：第一空需利用燃料完全燃烧放热公式计算天然气放出的热量；第二空需先根据热效率算出液体吸收的热量，再通过吸热公式变形求出液体的比热容。解题时需准确应用相关公式，注意热效率的含义及单位统一。
【解析】
1. 计算天然气完全燃烧放出的热量：
根据公式 $ Q_{放}=Vq_{天然气} $，代入数据得：
$ Q_{放}=0.1\ \mathrm{m}^3×3.0×10^7\ \mathrm{J/m}^3=3×10^6\ \mathrm{J} $；
2. 计算液体吸收的热量：
已知热量的20%被液体吸收，即 $ Q_{吸}=Q_{放}×20\% $，代入数据得：
$ Q_{吸}=3×10^6\ \mathrm{J}×20\%=6×10^5\ \mathrm{J} $；
3. 计算液体的比热容：
根据吸热公式 $ Q_{吸}=cm\Delta t $，变形得 $ c=\frac{Q_{吸}}{m\Delta t} $，代入数据得：
$ c=\frac{6×10^5\ \mathrm{J}}{4\ \mathrm{kg}×50\ ℃}=3.0×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} $。
【答案】
$ 3×10^6 $；$ 3.0×10^3 $
【知识点】
燃料的热值、热量的计算、比热容
【点评】
本题是热值与比热容结合的基础计算题，核心考查相关公式的应用，只要掌握公式并准确代入数据即可解答，属于常规基础题型。
【难度系数】
0.8
2. 使用清洁能源有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明用某种常温下为气态的清洁能源将质量为2 kg,初温为15 ℃的水加热到95 ℃,这个过程中水吸收的热量是
$6.72×10^5$
J;若此过程的热效率为40%,则此过程消耗清洁能源0.04
m³。[水的比热容为$4.2×10^3$ J/(kg·℃),清洁能源的热值为$4.2×10^7$ J/m³]答案
水吸收的热量$Q_{吸}=c_{水}m_{水}(t-t_0)=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·℃)×2\ \mathrm{kg}×(95\ ℃-15\ ℃)=6.72×10^5\ \mathrm{J}$;由$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$可得,$Q_{放}=\frac{Q_{吸}}{\eta}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{40\%}=1.68×10^6\ \mathrm{J}$;需要清洁能源的体积为$V=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/m}^3}=0.04\ \mathrm{m}^3$。
解析
【分析】
要解决这道题，需分两步计算：第一步利用吸热公式计算水吸收的热量；第二步结合热效率求出燃料需放出的总热量，再通过热值公式算出消耗清洁能源的体积。解题时要牢记相关热学公式，准确代入数据，注意温度变化量的计算（末温减初温）。
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
根据吸热公式 $ Q_{吸}=c_{水}m_{水}(t-t_0) $，代入已知数据：
$ c_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃}) $，$ m_{水}=2\ \mathrm{kg} $，$ t=95℃ $，$ t_0=15℃ $，
得 $ Q_{吸}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})×2\ \mathrm{kg}×(95℃-15℃)=6.72×10^5\ \mathrm{J} $。
2. 计算清洁能源完全燃烧放出的热量：
已知热效率 $ \eta=40\% $，由 $ \eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}} $ 变形得 $ Q_{放}=\frac{Q_{吸}}{\eta} $，代入数据：
$ Q_{放}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{40\%}=1.68×10^6\ \mathrm{J} $。
3. 计算消耗清洁能源的体积：
根据热值公式 $ Q_{放}=qV $ 变形得 $ V=\frac{Q_{放}}{q} $，代入 $ q=4.2×10^7\ \mathrm{J/m^3} $，
得 $ V=\frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=0.04\ \mathrm{m^3} $。
【答案】
$ 6.72×10^5 $；$ 0.04 $
【知识点】
热量计算、热值、热效率
【点评】
本题考查热学基础公式的应用，属于常规计算题，只要掌握吸热公式、热效率公式和热值公式，准确代入数据即可求解，侧重考查公式的运用能力。
【难度系数】
0.8
要解决这道题，需分两步计算：第一步利用吸热公式计算水吸收的热量；第二步结合热效率求出燃料需放出的总热量，再通过热值公式算出消耗清洁能源的体积。解题时要牢记相关热学公式，准确代入数据，注意温度变化量的计算（末温减初温）。
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
根据吸热公式 $ Q_{吸}=c_{水}m_{水}(t-t_0) $，代入已知数据：
$ c_{水}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃}) $，$ m_{水}=2\ \mathrm{kg} $，$ t=95℃ $，$ t_0=15℃ $，
得 $ Q_{吸}=4.2×10^3\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg·℃})×2\ \mathrm{kg}×(95℃-15℃)=6.72×10^5\ \mathrm{J} $。
2. 计算清洁能源完全燃烧放出的热量：
已知热效率 $ \eta=40\% $，由 $ \eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}} $ 变形得 $ Q_{放}=\frac{Q_{吸}}{\eta} $，代入数据：
$ Q_{放}=\frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{40\%}=1.68×10^6\ \mathrm{J} $。
3. 计算消耗清洁能源的体积：
根据热值公式 $ Q_{放}=qV $ 变形得 $ V=\frac{Q_{放}}{q} $，代入 $ q=4.2×10^7\ \mathrm{J/m^3} $，
得 $ V=\frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/m^3}}=0.04\ \mathrm{m^3} $。
【答案】
$ 6.72×10^5 $；$ 0.04 $
【知识点】
热量计算、热值、热效率
【点评】
本题考查热学基础公式的应用，属于常规计算题，只要掌握吸热公式、热效率公式和热值公式，准确代入数据即可求解，侧重考查公式的运用能力。
【难度系数】
0.8
3. 下列说法正确的是(
A.一般情况下,汽油机的效率比柴油机的高
B.燃料完全燃烧时热值较大,不完全燃烧时热值较小
C.效率高的内燃机,消耗的燃料就少
D.不断改进和创新,可以减少各种能量损失,从而提高热机的效率
D
)。A.一般情况下,汽油机的效率比柴油机的高
B.燃料完全燃烧时热值较大,不完全燃烧时热值较小
C.效率高的内燃机,消耗的燃料就少
D.不断改进和创新,可以减少各种能量损失,从而提高热机的效率
答案
一般情况下,柴油机的效率比汽油机的高,选项A错误;燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的燃烧程度无关,选项B错误;效率高的内燃机,消耗的燃料不一定就少,此选项没有说明有用功是否相同,选项C错误;不断改进和创新,可以减少各种能量损失,可以提高热机的效率,选项D正确。
解析
【分析】
要判断各选项的正误，需明确热机效率和热值的物理意义：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关；热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出总能量的比值，反映能量利用的比例。再逐个分析选项：A选项需对比汽油机和柴油机的效率特点，B选项要明确热值与燃烧程度无关，C选项需理解效率是比值而非绝对消耗，D选项结合提高热机效率的方法判断。
【解析】
A选项：一般情况下，柴油机的压缩冲程压缩程度更大，燃气做功时转化的有用功占比更高，效率比汽油机高，故A错误；
B选项：热值是燃料的固有属性，只由燃料种类决定，与是否完全燃烧无关，故B错误；
C选项：热机效率是有用功与总功的比值，效率高仅说明有用功占总功的比例大，若总消耗的燃料多，效率高的内燃机消耗的燃料不一定少，该选项未限定有用功相同，故C错误；
D选项：减少热机工作中废气带走的热量、机械摩擦等能量损失，可提升有用功占总能量的比例，从而提高热机效率，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
热机效率、热值
【点评】
本题考查热机效率和热值的基础概念，需准确区分两者的物理意义，尤其注意热值与燃烧情况无关、效率是比值而非绝对量这两个易错点，属于概念辨析类基础题，需熟练掌握核心定义。
【难度系数】
0.7
要判断各选项的正误，需明确热机效率和热值的物理意义：热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关；热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出总能量的比值，反映能量利用的比例。再逐个分析选项：A选项需对比汽油机和柴油机的效率特点，B选项要明确热值与燃烧程度无关，C选项需理解效率是比值而非绝对消耗，D选项结合提高热机效率的方法判断。
【解析】
A选项：一般情况下，柴油机的压缩冲程压缩程度更大，燃气做功时转化的有用功占比更高，效率比汽油机高，故A错误；
B选项：热值是燃料的固有属性，只由燃料种类决定，与是否完全燃烧无关，故B错误；
C选项：热机效率是有用功与总功的比值，效率高仅说明有用功占总功的比例大，若总消耗的燃料多，效率高的内燃机消耗的燃料不一定少，该选项未限定有用功相同，故C错误；
D选项：减少热机工作中废气带走的热量、机械摩擦等能量损失，可提升有用功占总能量的比例，从而提高热机效率，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
热机效率、热值
【点评】
本题考查热机效率和热值的基础概念，需准确区分两者的物理意义，尤其注意热值与燃烧情况无关、效率是比值而非绝对量这两个易错点，属于概念辨析类基础题，需熟练掌握核心定义。
【难度系数】
0.7
