8.甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，那么甲、乙在相同时间内所消耗汽油的质量之比为（）

A.3:4
B.2:3
C.3:2
D.4:3

8.D
【点拨】设甲的功率为 $P_{甲}$，效率为 $\eta_{甲}$，乙的功率为 $P_{乙}$，效率为 $\eta_{乙}$，汽油的热值为 $q$，做功时间为 $t$，甲在时间 $t$ 内做的有用功 $W_{甲}=P_{甲} t$，乙在时间 $t$ 内做的有用功 $W_{乙}=P_{乙} t$。由题意知 $P_{甲}: P_{乙}=2: 1$，$\eta_{甲}: \eta_{乙}=30\%: 20\%=3: 2$；甲在时间 $t$ 内消耗的总能量 $Q_{甲}=\dfrac{W_{甲}}{\eta_{甲}}=\dfrac{P_{甲} t}{\eta_{甲}}$，甲在时间 $t$ 内的耗油量 $m_{甲}=\dfrac{Q_{甲}}{q}=\dfrac{P_{甲} t}{\eta_{甲} q}$；同理可得乙在时间 $t$ 内的耗油量 $m_{乙}=\dfrac{P_{乙} t}{\eta_{乙} q}$；甲、乙两汽油机在相同时间 $t$ 内的耗油量之比 $m_{甲}: m_{乙}=\dfrac{P_{甲} t}{\eta_{甲} q}: \dfrac{P_{乙} t}{\eta_{乙} q}=\dfrac{P_{甲}}{\eta_{甲}}: \dfrac{P_{乙}}{\eta_{乙}}=\dfrac{P_{甲} \eta_{乙}}{P_{乙} \eta_{甲}}=\dfrac{2 × 2}{1 × 3}=4: 3$。故选 D。

【分析】
要计算相同时间内甲、乙消耗汽油的质量之比，需逐步推导功率、热机效率、燃料热值与耗油量的关系：①根据功率公式，相同时间内热机做的有用功为$W=Pt$；②热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，因此热机消耗的总热量$Q_{放}=\frac{W}{\eta}$；③燃料完全燃烧放出的热量$Q_{放}=mq$，故耗油量$m=\frac{Q_{放}}{q}$；④将甲、乙的耗油量表达式作比，代入已知的功率比和效率比即可求解。
【解析】
设甲的功率为$P_{甲}$，效率为$\eta_{甲}$，乙的功率为$P_{乙}$，效率为$\eta_{乙}$，汽油的热值为$q$，做功时间为$t$。
1. 相同时间内，甲做的有用功：$W_{甲}=P_{甲}t$，乙做的有用功：$W_{乙}=P_{乙}t$；
2. 由热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，得甲消耗的总热量：$Q_{甲}=\frac{W_{甲}}{\eta_{甲}}=\frac{P_{甲}t}{\eta_{甲}}$，乙消耗的总热量：$Q_{乙}=\frac{W_{乙}}{\eta_{乙}}=\frac{P_{乙}t}{\eta_{乙}}$；
3. 由燃料放热公式$Q_{放}=mq$，得甲的耗油量：$m_{甲}=\frac{Q_{甲}}{q}=\frac{P_{甲}t}{\eta_{甲}q}$，乙的耗油量：$m_{乙}=\frac{Q_{乙}}{q}=\frac{P_{乙}t}{\eta_{乙}q}$；
4. 相同时间内，甲、乙耗油量之比：
$\frac{m_{甲}}{m_{乙}}=\frac{\frac{P_{甲}t}{\eta_{甲}q}}{\frac{P_{乙}t}{\eta_{乙}q}}=\frac{P_{甲}\eta_{乙}}{P_{乙}\eta_{甲}}$；
已知$P_{甲}:P_{乙}=2:1$，$\eta_{甲}:\eta_{乙}=30\%:20\%=3:2$，代入得：
$\frac{m_{甲}}{m_{乙}}=\frac{2×2}{1×3}=\frac{4}{3}$，即$m_{甲}:m_{乙}=4:3$。
【答案】
D
【知识点】
热机效率、功率计算、热值应用
【点评】
本题为热机相关的比例计算题，需熟练掌握功率、热机效率、燃料热值的公式及变形，理清各物理量间的关系，通过比例代入即可求解，考查学生对热机核心概念的综合应用能力。
【难度系数】
0.5

9. ★★★（新考法 新定义）汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃比（可燃混合气中空气质量与燃油质量之比），某总排量为2.0 L的发动机的空燃比为22：1，混合气的密度为1.5 kg/m³，则发动机做一次功，燃料完全燃烧产生的热量为J，当发动机飞轮每分钟转3 000转时，汽车输出的机械功率为45 kW。此时该发动机的效率是%（汽油的热值为4.6×10⁷ J/kg）。若该发动机年平均消耗汽油620 kg，如果将效率提高了1 %，则一年可以节约kg的汽油。

9.$6×10^3$；30；20
【点拨】一个工作循环吸入混合气的体积 $V=2 \ \mathrm{L}=2 × 10^{-3} \ \mathrm{m}^3$，其质量 $m_{混}=\rho_{混} V=1.5 \ \mathrm{kg/m}^3 × 2 × 10^{-3} \ \mathrm{m}^3=3 × 10^{-3} \ \mathrm{kg}$；一个工作循环吸入汽油的质量 $m_{油}=\dfrac{1}{1+22} m_{混}=\dfrac{1}{23} × 3 × 10^{-3} \ \mathrm{kg}=\dfrac{3}{23} × 10^{-3} \ \mathrm{kg}$；发动机做一次功，燃料完全燃烧产生的热量 $Q_{放}=q m_{油}=4.6 × 10^7 \ \mathrm{J/kg} × \dfrac{3}{23} × 10^{-3} \ \mathrm{kg}=6 × 10^3 \ \mathrm{J}$；发动机飞轮的转速为 3 000 r/min，说明 1 s 内发动机飞轮的转动次数等于 50 次，一个工作循环中，飞轮转动两周，对外做功一次，1 s 内飞轮转动 50 次，对外做功 25 次；1 s 内汽油完全燃烧释放的热量 $Q_{放总}=25 Q_{放}=25 × 6 × 10^3 \ \mathrm{J}=1.5 × 10^5 \ \mathrm{J}$，根据公式 $P=\dfrac{W}{t}$ 可知，发动机 1 s 内做功 $W=Pt=45 × 10^3 \ \mathrm{W} × 1 \ \mathrm{s}=4.5 × 10^4 \ \mathrm{J}$；该发动机的效率 $\eta_1=\dfrac{W}{Q_{放总}}=\dfrac{4.5 × 10^4 \ \mathrm{J}}{1.5 × 10^5 \ \mathrm{J}}=30\%$。发动机效率提高后 $\eta_2=30\%+1\%=31\%$；发动机效率提高前后，有用功相等，则 $\eta_1 Q_1=\eta_2 Q_2$，即 $\eta_1 m_1 q=\eta_2 m_2 q$，所以提高效率后该发动机年平均消耗的汽油质量 $m_2=\dfrac{\eta_1 m_1 q}{\eta_2 q}=\dfrac{\eta_1 m_1}{\eta_2}=\dfrac{30\% × 620 \ \mathrm{kg}}{31\%}=600 \ \mathrm{kg}$，该发动机一年可以节约汽油的质量 $\Delta m=m_1 - m_2=620 \ \mathrm{kg}-600 \ \mathrm{kg}=20 \ \mathrm{kg}$。

【分析】
首先明确空燃比是可燃混合气中空气质量与燃油质量之比，需先算出发动机一个工作循环吸入的汽油质量，结合热值计算一次做功燃料完全燃烧的热量；再根据飞轮转速与做功次数的关系，算出每秒总放热量，结合功率公式求发动机效率；最后利用效率与汽油质量的关系，计算效率提高后节约的汽油质量。
【解析】
1. 计算一个工作循环吸入混合气的体积：$V=2.0\ \mathrm{L}=2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$，混合气质量 $m_{混}=\rho_{混}V=1.5\ \mathrm{kg/m}^3×2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=3×10^{-3}\ \mathrm{kg}$。
2. 计算一次做功的燃料热量：空燃比为22:1，汽油质量占混合气的$\frac{1}{22+1}=\frac{1}{23}$，则一次做功的汽油质量$m_{油}=\frac{1}{23}×m_{混}=\frac{1}{23}×3×10^{-3}\ \mathrm{kg}$，燃料完全燃烧的热量：$Q_{放}=qm_{油}=4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}×\frac{3×10^{-3}}{23}\ \mathrm{kg}=6×10^3\ \mathrm{J}$。
3. 计算发动机效率：飞轮转速$3000\ \mathrm{r/min}=50\ \mathrm{r/s}$，热机每转2周对外做功1次，故每秒做功25次，每秒总放热$Q_{总}=25×Q_{放}=25×6×10^3\ \mathrm{J}=1.5×10^5\ \mathrm{J}$；每秒有用功$W=Pt=45×10^3\ \mathrm{W}×1\ \mathrm{s}=4.5×10^4\ \mathrm{J}$，效率$\eta=\frac{W}{Q_{总}}×100\%=\frac{4.5×10^4\ \mathrm{J}}{1.5×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=30\%$。
4. 计算节约的汽油质量：效率提高后$\eta'=30\%+1\%=31\%$，有用功相等时$\eta m q=\eta' m' q$，得$m'=\frac{\eta m}{\eta'}=\frac{30\%×620\ \mathrm{kg}}{31\%}=600\ \mathrm{kg}$，节约汽油$\Delta m=620\ \mathrm{kg}-600\ \mathrm{kg}=20\ \mathrm{kg}$。
【答案】$6×10^3$；30；20
【知识点】热值计算、热机效率、功和功率
【点评】本题为新定义类热机综合题，需结合空燃比定义、热机工作规律及效率公式解题，步骤较多，考查学生对物理概念的理解和公式的灵活应用能力。
【难度系数】0.4

10. [2026·青岛期中]为比较不同燃料的热值大小，小林同学设计了如图甲、乙所示的两组对比实验，甲、乙实验装置完全相同，烧杯内水的初温、质量均相同，且两种燃料燃烧时均匀放热。

(1)实验中，应控制两种燃料的（填“燃烧时间”“初温”或“质量”）相同。
(2)实验时，可以通过比较（填“加热时间”和“水升高的温度”）来比较两种燃料燃烧时放出热量的多少，用到的实验探究方法是。
(3)燃料燃烧过程中，记录燃烧时间和对应的水温，燃料燃烧完后，画出水的温度随时间变化的关系图像如图丙所示，假设这一过程燃料都完全燃烧，则热值较大的是燃料（填“1”或“2”）。
(4)小林同学想利用公式$Q_{吸}=cm(t-t_0)$先计算出水吸收的热量，然后利用该热量计算出燃料的热值，利用此实验方法计算出的热值将比真实值（填“偏大”或“偏小”），其原因是（写出一种即可）。

10.(1)质量 (2)水升高的温度；转换法 (3)1 (4)偏小；存在热散失，燃料燃烧放出的热量没有全部被水吸收

【分析】
要解决这道题，需结合热值实验的原理，运用控制变量法、转换法分析：
1. 比较不同燃料的热值，根据热值定义，需控制燃料质量相同，保证变量唯一；
2. 燃料放热无法直接测量，实验中通过水升高的温度间接反映燃料放热多少，这是转换法的应用；
3. 水的质量和比热容固定，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，水升高温度越高，说明燃料放热越多，结合图像判断燃料放热多少，进而比较热值；
4. 计算热值时，实际中燃料放热会有散失，未被水全部吸收，导致计算的热量偏小，热值计算值偏小。
【解析】
(1) 比较不同燃料的热值，需控制燃料的质量相同，才能通过燃料完全燃烧放出的热量多少比较热值，故填“质量”；
(2) 燃料放出的热量被水吸收，水升高的温度越高，说明燃料放出的热量越多，因此通过比较水升高的温度判断放热多少；将不易测量的燃料放热转换为易测量的水温变化，用到转换法；
(3) 由图丙可知，燃料1完全燃烧时，水温度从20℃升至80℃，升高60℃；燃料2完全燃烧时，水从20℃升至60℃，升高40℃。水的质量和比热容相同，根据$Q_{吸}=cm\Delta t$，$\Delta t$越大，水吸收热量越多，即燃料放热越多。两种燃料质量相同，根据$q=\frac{Q_{放}}{m}$，放热多的燃料热值大，故热值较大的是燃料1；
(4) 实验中，燃料燃烧放出的热量会部分散失到空气中，或被烧杯等装置吸收，未全部被水吸收，计算时用$Q_{吸}$代替$Q_{放}$，导致计算的热量偏小，因此热值计算值比真实值偏小。
【答案】
(1)质量 (2)水升高的温度；转换法 (3)1 (4)偏小；存在热散失，燃料燃烧放出的热量没有全部被水吸收
【知识点】
热值、转换法、控制变量法
【点评】
本题是热值实验的综合题，考查实验设计、方法应用、热值比较及误差分析，重点掌握控制变量法和转换法的应用，理解热值定义是解题关键，难度适中。
【难度系数】
0.5

11. (新考法 方案设计)土灶是我国古代劳动人民智慧的结晶，它通常以木柴、秸秆为燃料。目前，在农村仍有使用土灶做饭的习惯。某厂家根据土灶的结构设计了两款移动式土灶(如图甲和乙所示)。

(1)为使木柴充分燃烧，移动式土灶设计更合理的是(填“甲”或“乙”)。
(2)下列对土灶烟囱作用的说法不合理的一项是。
A.有利于可燃物充分燃烧
B.有利于冷热空气形成对流
C.有利于提高可燃物的热值
D.有利于排出气体和烟尘
(3)遇到有风的天气，土灶也能正常使用，产生的烟尘并不会沿烟囱“倒灌”进屋内，这是因为。
(4)1 kg干木柴在土灶中完全燃烧，可以让铁锅里2 kg的水温度升高50 ℃，则土灶的烧水效率为%。[$c_{水}=4.2×10^{3} J/(kg·℃)$，$q_{干木柴}=1.2×10^{7} J/kg$]
(5)现代农村已逐渐使用天然气灶取代土灶。利用天然气灶让铁锅里2 kg的水温度升高50 ℃，需燃烧天然气0.017 5 m³。则天然气灶效率与土灶效率的比值为。($q_{天然气}=4.0×10^{7} J/m³$)

11.(1)乙 (2)C (3)烟囱口处的空气流速大于柴火口处的空气流速，使烟囱口处的压强小于柴火口处的压强 (4)3.5 (5)120 : 7
【点拨】(1)在乙中有通风口，进入更多的空气，能使木柴充分燃烧，所以移动式土灶设计更合理的是乙。(2)土灶设计烟囱的作用：有利于冷热空气形成对流，有利于可燃物充分燃烧，有利于排出有害气体和烟尘；热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关。故选 C。(4)完全燃烧 1 kg 的干木柴放出的热量 $Q_{放}=mq_{干木柴}=1 \ \mathrm{kg} × 1.2 × 10^7 \ \mathrm{J/kg}=1.2 × 10^7 \ \mathrm{J}$，水温度升高 50 ℃ 所吸收的热量 $Q_{吸}=c_{水} m_{水} \Delta t=4.2 × 10^3 \ \mathrm{J/(kg · ° C)} × 2 \ \mathrm{kg} × 50 \ ° \mathrm{C}=4.2 × 10^5 \ \mathrm{J}$，土灶的烧水效率 $\eta=\dfrac{Q_{吸}}{Q_{放}}=\dfrac{4.2 × 10^5 \ \mathrm{J}}{1.2 × 10^7 \ \mathrm{J}}=3.5\%$。(5)天然气灶的效率 $\eta'=\dfrac{Q_{吸}}{Q_{放}'}=\dfrac{4.2 × 10^5 \ \mathrm{J}}{4.0 × 10^7 \ \mathrm{J/m^3} × 0.0175 \ \mathrm{m^3}}=60\%$，所以天然气灶效率与土灶效率的比值为 $60\% : 3.5\% = 120:7$。

【分析】
本题围绕土灶的设计与使用，结合燃烧条件、流体压强、热值、热量计算及效率等知识解题。(1)木柴充分燃烧需要充足氧气，对比甲、乙结构，乙有通风口可补充更多空气，据此判断；(2)结合烟囱作用和热值的特性分析选项；(3)利用流体压强与流速的关系解释；(4)分别计算水吸收的热量和木柴完全燃烧放出的热量，再根据效率公式计算；(5)先计算天然气完全燃烧放出的热量，求出天然气灶效率，再与土灶效率求比值。
【解析】
(1) 木柴充分燃烧需要充足的氧气，乙土灶有通风口，能为木柴燃烧提供更多的空气，使木柴更充分燃烧，故设计更合理的是乙。
(2) 烟囱的作用是形成冷热空气对流，利于可燃物充分燃烧，排出烟尘和有害气体；热值是燃料的固有特性，只与燃料种类有关，与燃烧情况无关，因此不能提高可燃物的热值，不合理的是C。
(3) 根据流体压强与流速的关系：流速越大的位置压强越小。有风时，烟囱口处的空气流速大于柴火口处的空气流速，导致烟囱口处的压强小于柴火口处的压强，因此烟尘不会倒灌进屋内。
(4) 1 kg干木柴完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq_{干木柴}=1\ \mathrm{kg}×1.2×10^7\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^7\ \mathrm{J}$；
水吸收的热量：$Q_{吸}=c_{水}m_{水}\Delta t=4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)}×2\ \mathrm{kg}×50℃=4.2×10^5\ \mathrm{J}$；
土灶的烧水效率：$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}×100\%=\frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{1.2×10^7\ \mathrm{J}}×100\%=3.5\%$。
(5) 天然气完全燃烧放出的热量：$Q_{放}'=Vq_{天然气}=0.0175\ \mathrm{m^3}×4.0×10^7\ \mathrm{J/m^3}=7×10^5\ \mathrm{J}$；
天然气灶的效率：$\eta'=\frac{Q_{吸}}{Q_{放}'}×100\%=\frac{4.2×10^5\ \mathrm{J}}{7×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=60\%$；
天然气灶效率与土灶效率的比值为：$60\%:3.5\%=120:7$。
【答案】
(1)乙 (2)C (3)烟囱口处的空气流速大于柴火口处的空气流速，使烟囱口处的压强小于柴火口处的压强 (4)3.5 (5)120:7
【知识点】
燃烧条件、流体压强与流速、热值与热量计算、效率计算
【点评】
本题结合生活中的土灶设计，将物理、化学知识融入实际问题，考查学生运用基础知识解决实际问题的能力，体现了学科知识的实用性。
【难度系数】
0.4