车已成为人们常用的交通工具,某物理小组的同学在社会实践活动中,通过实际调查和网上查询,绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图,如图所示,请你参与讨论下列有关问题。

(1)汽车刹车时,为防止刹车片过热造成刹车失灵,要向刹车片喷水,这是通过的方式改变刹车片的内能。
(2)当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,这时发动机的效率将(选填“升高”“不变”或“降低”)。
(3)若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”,由图中提供的数据可得,该汽车的能量转化效率为。
(4)现在,我国汽车的保有量已达到亿辆,每年共耗油约$4.8×10^{11}\ \mathrm{kg}$。汽车内燃机的效率平均值取30%,如果能把内燃机的效率提高2%,则我国每年可以节约kg燃油,从而减小碳排放,为环保作出贡献。
2. 阅读短文,回答下列问题。

1.(1)热传递
(2)降低
(3)12.5%
$(4)3×10^10$
【解析】(1)防止刹车片过热造成刹车失灵,要向刹车片和轮胎喷水,利用水汽化吸热来降低刹车片的温度,这是通过热传递的方式改变刹车片的内能。
(2)汽油发动机冒“黑烟”,说明汽油燃烧不充分,在消耗相同燃料的情况下,转化的有用功将会减少,发动机的热机效率会降低。
(3)汽车的能量转化效率
η=W有/W输入$ ×100% = (1×10^4 J)/(8×10^4 J) ×100% =12.5% $。
(4)内燃机效率提高2%,此时内燃机效率η₂=η₁+2%=30%+2%=32%,由η=W有/W输入=W有/(mq) 得W有=ηmq,
内燃机效率提高后有用功相同,所以每辆汽车的有用功η₁m₁q=η₂m₂q,则m₂=(η₁/η₂)m₁,我国每年节约的燃油$Δm=m₁-m₂=(1-η₁/η₂)m₁=(1-30%/32%)×4.8×10^11 kg=3×10^10 kg$。

【分析】
本题围绕汽车能量流向图考查热学相关知识，解题思路如下：
(1) 回忆改变内能的两种方式（做功、热传递），向刹车片喷水时，水吸收热量使刹车片降温，属于能量转移，据此判断改变内能的方式；
(2) 明确热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值，冒“黑烟”说明燃料燃烧不充分，相同燃料下有用功减少，据此判断效率变化；
(3) 先明确题目定义的“能量转化效率”为有用功与输入发动机能量的比值，再从图中提取有用功（1×10⁴J）和输入发动机的能量（8×10⁴J），代入公式计算；
(4) 利用效率公式η=W有/(mq)，当有用功不变时，效率变化前后燃油质量满足η₁m₁=η₂m₂，据此推导节约燃油的质量，代入已知数据计算。
【解析】
(1) 改变内能的方式有做功和热传递，向刹车片喷水时，水吸收热量，刹车片放出热量、温度降低，是通过热传递的方式改变刹车片的内能；
(2) 发动机效率是有用功与燃料完全燃烧放出能量的比值，汽油燃烧不充分冒“黑烟”，相同燃料下转化的有用功减少，因此发动机的效率降低；
(3) 根据题目定义，能量转化效率η=W有/W输入×100%，从图中得W有=1×10⁴J，W输入=8×10⁴J，代入得η=(1×10⁴J)/(8×10⁴J)×100%=12.5%；
(4) 内燃机效率η=W有/(mq)，效率提高前后有用功相同，即η₁m₁q=η₂m₂q，得m₂=(η₁/η₂)m₁，节约的燃油Δm=m₁-m₂=(1 - η₁/η₂)m₁，代入η₁=30%，η₂=32%，m₁=4.8×10¹¹kg，得Δm=(1 - 30%/32%)×4.8×10¹¹kg=3×10¹⁰kg。
【答案】
(1)热传递；(2)降低；(3)12.5%；(4)3×10¹⁰kg
【知识点】
热机效率、改变内能的方式、能量转化效率
【点评】
本题结合汽车能量流向图，将热学知识与实际生活应用结合，考查学生对基本概念的理解和公式的应用能力，题目难度适中，注重知识的实际运用。
【难度系数】
0.6

某油电混合动力汽车工作原理如图甲所示，该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50 km/h的速度匀速行驶1 h，观察仪表盘发现这段时间内燃机消耗燃油10 kg。汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值$q=4.0×10^7$ J/kg）


（1）该混合动力汽车的内燃机是一台单缸四冲程汽油机，如图乙所示的是汽油机的冲程，此时活塞（选填“向上”或“向下”）运动，此冲程是利用的方式改变内能的。
（2）“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标，是指车辆消耗的能量与行驶路程（百公里）和车辆总质量（吨数）乘积的比值，则该车在测试过程中的吨百公里能耗为J/（100 km·t）。

2.(1)压缩 向上 做功$ (2)8×10^8$
【解析】(1)由题图乙可知,进气门和排气门都关闭,曲轴顺时针转动,活塞向上运动。活塞对气缸内的气体做功,该冲程是压缩冲程,是利用做功的方式改变内能的。
(2)测试人员驾驶该车在平直公路上以50 km/h的速度匀速行驶1 h,观察仪表盘发现这段时间内燃机消耗燃油10 kg,则燃油放出的热量Q放$=mq=10 kg×4.0×10^7 J/kg=4.0×10^8 J$。该车在测试过程中的吨百公里能耗q能耗=2Q放$/(100 km×m)= (2×4.0×10^8 J)/(100 km×1 t)=8×10^8 J/(100 km·t)$。

【分析】
第(1)问需根据汽油机气门状态和活塞运动方向判断冲程类型，压缩冲程的特征是进、排气门关闭，活塞向上运动，该冲程通过做功改变内能；第(2)问需先计算燃油燃烧释放的总能量，再结合“吨百公里能耗”的定义（消耗能量与行驶路程、车辆总质量乘积的比值）代入数值计算。
【解析】
(1) 观察汽油机工作状态：进气门和排气门均关闭，曲轴转动带动活塞向上运动，此为压缩冲程；压缩冲程中活塞压缩气缸内气体做功，将机械能转化为内能，属于做功改变内能。
(2) 计算燃油完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq=10\ \mathrm{kg}×4.0×10^7\ \mathrm{J/kg}=4.0×10^8\ \mathrm{J}$；
测试中汽车行驶路程：$s=vt=50\ \mathrm{km/h}×1\ \mathrm{h}=50\ \mathrm{km}$；
根据“吨百公里能耗”定义，结合车辆总质量为1t，可得：$\mathrm{吨百公里能耗}=\frac{Q_{放}}{\frac{s}{100\ \mathrm{km}}×m}=\frac{4.0×10^8\ \mathrm{J}}{\frac{50\ \mathrm{km}}{100\ \mathrm{km}}×1\ \mathrm{t}}=8×10^8\ \mathrm{J/(100 km·t)}$。
【答案】
(1) 压缩；向上；做功 (2) $8×10^8$
【知识点】
汽油机冲程判断、热值计算、能耗定义应用
【点评】
本题结合混合动力汽车场景，考查汽油机冲程判断、内能改变方式及能耗计算，需准确理解冲程特征和题目定义，整体难度适中。
【难度系数】
0.5