登录
5. 新装置 [2026 盐城期中] 氧弹量热计是一种用于测量燃料热值的仪器，如图甲所示。测量时，将一定质量的燃料样品放入充有高压氧气的密闭容器(氧弹)中进行完全燃烧，产生的热量通过氧弹外壁传递给盛水桶中的水，导致水温升高。通过温度传感器测量水温的升高量，计算出燃料的热值。某燃料热值测量的部分实验数据和演算记录值如图丙所示。热容量 E 是指系统中水温升高 1 ℃时吸收的总热量(单位:J/℃)。
热容量($E$): $8.4 × 10^3$ J/℃
燃料质量($m_1$): 2.00 g
燃料热值($q$): $4.2 × 10^7$ J/kg
丙
(1)燃料样品完全燃烧放出的热量为
(2)根据测量与演算过程，用图丙中的物理量符号写出水温变化量的表达式:$\Delta t=$
(3)盛水桶中水的质量$m_2$为
(4)图乙是小明设计的测量燃料热值装置，与图甲相比，图
热容量($E$): $8.4 × 10^3$ J/℃
燃料质量($m_1$): 2.00 g
燃料热值($q$): $4.2 × 10^7$ J/kg
丙
(1)燃料样品完全燃烧放出的热量为
$8.4×10^4$
J。(2)根据测量与演算过程，用图丙中的物理量符号写出水温变化量的表达式:$\Delta t=$
$\dfrac{m_1q}{E}$
，其数值为10
℃。(3)盛水桶中水的质量$m_2$为
2
kg。(4)图乙是小明设计的测量燃料热值装置，与图甲相比，图
甲
装置测量值更精确，写出使用该装置的一条优点:甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧(或密闭容器能减少热损失，合理即可)
。答案
5.(1)$8.4×10^4$ (2)$\dfrac{m_1q}{E}$；10 (3)2
(4)甲；甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧(或密闭容器能减少热损失，合理即可)
(4)甲；甲装置中氧气充足，燃料可充分燃烧(或密闭容器能减少热损失，合理即可)
6. [2026 西安模拟]氢气—汽油发动机采用氢气
22 物理 九年级 全一册 人教版
和汽油两种燃料工作，可进行自由切换。氢气和汽油的热值分别为$q_{氢气}=1.5×10^8\ \mathrm{J/kg}$、$q_{汽油}=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$。小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250 km，出发时油箱内汽油的质量为8 kg。设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车以恒定功率行驶，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。
阶段一:轿车使用氢燃料从甲地出发，以25 m/s的速度匀速行驶1 h到达丙地，此过程中轿车的牵引力为800 N，消耗了0.8 kg氢气；
阶段二:从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25 m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%。
(1)求0.8 kg氢气完全燃烧放出的热量。
(2)求阶段一轿车发动机的效率。
(3)请通过计算说明小华最终能否到达乙地。
22 物理 九年级 全一册 人教版
和汽油两种燃料工作，可进行自由切换。氢气和汽油的热值分别为$q_{氢气}=1.5×10^8\ \mathrm{J/kg}$、$q_{汽油}=4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$。小华驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距250 km，出发时油箱内汽油的质量为8 kg。设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车以恒定功率行驶，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。
阶段一:轿车使用氢燃料从甲地出发，以25 m/s的速度匀速行驶1 h到达丙地，此过程中轿车的牵引力为800 N，消耗了0.8 kg氢气；
阶段二:从丙地开始，由于氢气不足，小华切换汽油为燃料，轿车仍以25 m/s的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%。
(1)求0.8 kg氢气完全燃烧放出的热量。
(2)求阶段一轿车发动机的效率。
(3)请通过计算说明小华最终能否到达乙地。
答案
6.解: (1)氢气完全燃烧放出的热量 $Q_{放氢}=m_{氢气} q_{氢气}=0.8\ \mathrm{kg}×1.5×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^8\ \mathrm{J}$。
(2)阶段一轿车行驶时间 $t=1\ \mathrm{h}=3\ 600\ \mathrm{s}$,由 $v=\dfrac{s}{t}$得,阶段一轿车行驶的距离 $s_1=vt=25\ \mathrm{m/s}×1×3\ 600\ \mathrm{s}=9×10^4\ \mathrm{m}=90\ \mathrm{km}$;阶段一牵引力做的功 $W_{有1}=Fs_1=800\ \mathrm{N}×90×10^3\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{J}$;使用氢燃料的情况下,轿车发动机的效率 $\eta_1=\dfrac{W_{有1}}{Q_{放氢}}=\dfrac{7.2×10^7\ \mathrm{J}}{1.2×10^8\ \mathrm{J}}=60\%$。
(3)阶段二轿车行驶距离 $s_2=s-s_1=250\ \mathrm{km}-90\ \mathrm{km}=160\ \mathrm{km}=1.6×10^5\ \mathrm{m}$;阶段二牵引力做的功,即所需的有用功 $W_{有2}=Fs_2=800\ \mathrm{N}×1.6×10^5\ \mathrm{m}=1.28×10^8\ \mathrm{J}$;8 kg 汽油完全燃烧放出的热量 $Q_{放汽油}=m_{汽油}\ q_{汽油}=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$,由 $\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}$可得,燃油发动机能提供的有用功 $W_{有}=\eta_2 Q_{放汽油}=30\%×3.6×10^8\ \mathrm{J}=1.08×10^8\ \mathrm{J}$,比较可知,燃油发动机能提供的有用功小于到达乙地所需的有用功,所以小华最终不能到达乙地。
(2)阶段一轿车行驶时间 $t=1\ \mathrm{h}=3\ 600\ \mathrm{s}$,由 $v=\dfrac{s}{t}$得,阶段一轿车行驶的距离 $s_1=vt=25\ \mathrm{m/s}×1×3\ 600\ \mathrm{s}=9×10^4\ \mathrm{m}=90\ \mathrm{km}$;阶段一牵引力做的功 $W_{有1}=Fs_1=800\ \mathrm{N}×90×10^3\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{J}$;使用氢燃料的情况下,轿车发动机的效率 $\eta_1=\dfrac{W_{有1}}{Q_{放氢}}=\dfrac{7.2×10^7\ \mathrm{J}}{1.2×10^8\ \mathrm{J}}=60\%$。
(3)阶段二轿车行驶距离 $s_2=s-s_1=250\ \mathrm{km}-90\ \mathrm{km}=160\ \mathrm{km}=1.6×10^5\ \mathrm{m}$;阶段二牵引力做的功,即所需的有用功 $W_{有2}=Fs_2=800\ \mathrm{N}×1.6×10^5\ \mathrm{m}=1.28×10^8\ \mathrm{J}$;8 kg 汽油完全燃烧放出的热量 $Q_{放汽油}=m_{汽油}\ q_{汽油}=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$,由 $\eta=\dfrac{W_{有}}{Q_{放}}$可得,燃油发动机能提供的有用功 $W_{有}=\eta_2 Q_{放汽油}=30\%×3.6×10^8\ \mathrm{J}=1.08×10^8\ \mathrm{J}$,比较可知,燃油发动机能提供的有用功小于到达乙地所需的有用功,所以小华最终不能到达乙地。
解析
【分析】
本题分三个小问，解题思路如下：
1. 第(1)问：利用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，代入氢气的质量和热值，直接计算氢气完全燃烧放出的热量。
2. 第(2)问：先由速度公式$s=vt$算出阶段一轿车行驶的距离，再用功的公式$W=Fs$算出牵引力做的有用功，最后根据热机效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}$计算阶段一发动机的效率。
3. 第(3)问：先算出阶段二需行驶的距离，进而得到阶段二需要的有用功；再计算8kg汽油完全燃烧放出的热量，结合阶段二发动机效率算出汽油能提供的有用功，比较两者大小，判断能否到达乙地。
【解析】
(1) 0.8 kg氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放氢}=m_{氢气}q_{氢气}=0.8\ \mathrm{kg}×1.5×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^8\ \mathrm{J}$。
(2) 阶段一轿车行驶时间$t=1\ \mathrm{h}=3600\ \mathrm{s}$，由$v=\frac{s}{t}$得，阶段一行驶的距离：
$s_1=vt=25\ \mathrm{m/s}×3600\ \mathrm{s}=9×10^4\ \mathrm{m}=90\ \mathrm{km}$；
阶段一牵引力做的有用功：
$W_{有1}=Fs_1=800\ \mathrm{N}×9×10^4\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{J}$；
阶段一发动机的效率：
$\eta_1=\frac{W_{有1}}{Q_{放氢}}=\frac{7.2×10^7\ \mathrm{J}}{1.2×10^8\ \mathrm{J}}=60\%$。
(3) 全程$s=250\ \mathrm{km}=2.5×10^5\ \mathrm{m}$，阶段二需要行驶的距离：
$s_2=s - s_1=2.5×10^5\ \mathrm{m} - 9×10^4\ \mathrm{m}=1.6×10^5\ \mathrm{m}$；
阶段二需要的有用功：
$W_{有2}=Fs_2=800\ \mathrm{N}×1.6×10^5\ \mathrm{m}=1.28×10^8\ \mathrm{J}$；
8 kg汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放汽油}=m_{汽油}q_{汽油}=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$；
阶段二汽油能提供的有用功：
$W_{有}=\eta_2 Q_{放汽油}=30\%×3.6×10^8\ \mathrm{J}=1.08×10^8\ \mathrm{J}$；
因为$1.08×10^8\ \mathrm{J} ＜ 1.28×10^8\ \mathrm{J}$，即汽油提供的有用功小于到达乙地所需的有用功，所以小华最终不能到达乙地。
【答案】
(1) $1.2×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $60\%$；(3) 不能到达乙地。
【知识点】
热值计算、热机效率、功的计算
【点评】
本题结合汽车行驶的实际场景，综合考查热值、功、热机效率的计算，需要学生熟练掌握相关公式，分阶段分析问题是解题的核心，难度适中，适合九年级学生练习。
【难度系数】
0.5
本题分三个小问，解题思路如下：
1. 第(1)问：利用燃料完全燃烧放热公式$Q_{放}=mq$，代入氢气的质量和热值，直接计算氢气完全燃烧放出的热量。
2. 第(2)问：先由速度公式$s=vt$算出阶段一轿车行驶的距离，再用功的公式$W=Fs$算出牵引力做的有用功，最后根据热机效率公式$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}$计算阶段一发动机的效率。
3. 第(3)问：先算出阶段二需行驶的距离，进而得到阶段二需要的有用功；再计算8kg汽油完全燃烧放出的热量，结合阶段二发动机效率算出汽油能提供的有用功，比较两者大小，判断能否到达乙地。
【解析】
(1) 0.8 kg氢气完全燃烧放出的热量：
$Q_{放氢}=m_{氢气}q_{氢气}=0.8\ \mathrm{kg}×1.5×10^8\ \mathrm{J/kg}=1.2×10^8\ \mathrm{J}$。
(2) 阶段一轿车行驶时间$t=1\ \mathrm{h}=3600\ \mathrm{s}$，由$v=\frac{s}{t}$得，阶段一行驶的距离：
$s_1=vt=25\ \mathrm{m/s}×3600\ \mathrm{s}=9×10^4\ \mathrm{m}=90\ \mathrm{km}$；
阶段一牵引力做的有用功：
$W_{有1}=Fs_1=800\ \mathrm{N}×9×10^4\ \mathrm{m}=7.2×10^7\ \mathrm{J}$；
阶段一发动机的效率：
$\eta_1=\frac{W_{有1}}{Q_{放氢}}=\frac{7.2×10^7\ \mathrm{J}}{1.2×10^8\ \mathrm{J}}=60\%$。
(3) 全程$s=250\ \mathrm{km}=2.5×10^5\ \mathrm{m}$，阶段二需要行驶的距离：
$s_2=s - s_1=2.5×10^5\ \mathrm{m} - 9×10^4\ \mathrm{m}=1.6×10^5\ \mathrm{m}$；
阶段二需要的有用功：
$W_{有2}=Fs_2=800\ \mathrm{N}×1.6×10^5\ \mathrm{m}=1.28×10^8\ \mathrm{J}$；
8 kg汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放汽油}=m_{汽油}q_{汽油}=8\ \mathrm{kg}×4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$；
阶段二汽油能提供的有用功：
$W_{有}=\eta_2 Q_{放汽油}=30\%×3.6×10^8\ \mathrm{J}=1.08×10^8\ \mathrm{J}$；
因为$1.08×10^8\ \mathrm{J} ＜ 1.28×10^8\ \mathrm{J}$，即汽油提供的有用功小于到达乙地所需的有用功，所以小华最终不能到达乙地。
【答案】
(1) $1.2×10^8\ \mathrm{J}$；(2) $60\%$；(3) 不能到达乙地。
【知识点】
热值计算、热机效率、功的计算
【点评】
本题结合汽车行驶的实际场景，综合考查热值、功、热机效率的计算，需要学生熟练掌握相关公式，分阶段分析问题是解题的核心，难度适中，适合九年级学生练习。
【难度系数】
0.5
