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1、九年级物理内能利用计算专题一、计算题（本大题共13小题，共104.0分）1. 如图所示某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为S，一个冲程中活塞在汽缸中移动的距离是L，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为P，t时间内曲轴转动N圈、消耗汽油的质量为m，根据所学知识可知，曲轴转两周做一次.已知汽油的热值为q不考虑大气压对计算的影响，不计摩擦损失.(温馨提示：所求的物理量用题中字母表示)求满负荷工作时(1)这种汽油机做功冲程中燃气对活塞的平均压力(2)t时间内汽油机做的功(3)这种汽油机把内能转化为机械能的效率2. 晓欣同学看到一些小汽车的尾部都标有“0.8”、“1.6”、“1.8”或“2.0”等字样，他
2、上网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数值.所谓排气量就是发动机气缸的工作容积，是指所有气缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和.一般情况下发动机的“排气量”越大，功率越大.汽车发动机每一个工作循环要经历四个冲程，带动曲轴转动2周.现有一辆小轿车发动机排气量为1.8L，最大功率为74kw，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min.汽油机工作时的最佳空燃比(即空气和燃油的质量比)为14：1，压缩比是10(即气缸总容积与燃烧室容积的比值)，若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3，汽油的热值为4.6107J/kg、密度为0.71103kg/m3.请计算：(
3、1)这台发动机在最大功率时1min内发动机做的有用功(2)1min内发动机吸气冲程的次数(3)1min内发动机消耗汽油的质量(4)这台发动机在最大功率时的热机效率3. 如图所示，是小华和同学们利用酒精灯加热试管中的水，直至将塞在试管口的塞子冲出的实验示意图.根据下表提供的数据，解答以下问题(如需计算，则计算结果保留至小数点后一位)(1)如果在实验中完全燃烧了7g的酒精，那么这些酒精放出的热量是多少？(酒精的热值是3.0107J/kg) (2)上一问中酒精放出的热量若有40%用来加热水，能将质量为多少质量的水在一标准大气压下从20加热到沸腾？4. 如图所示为一款内燃机的汽缸结构图，已知活塞的面积
4、为S，在做功冲程中燃气的平均压强为P，做程冲程中活塞移动的距离为L，内燃机每分钟消耗的燃油质量为m，燃料的热值为q，飞轮每分钟转动N周.(以上各物理量均采用国际单位中的主单位，以下计算结果均用题目中的已知量表示)求：(1)做功冲程中活塞受到的压力；(2)做功冲程中燃气对活塞所做的功；(3)每分钟燃料完全燃烧放出的热量；(4)内燃机的机械效率5. 可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20的水加热到100，
5、共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2103J/(kg)，天然气的热值q=4.2107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：(1)水吸收的热量；(2)燃气锅炉烧水时的效率；(3)若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰6. 小彤家使用的是瓶装液化气，每瓶中装入的液化气质量为21kg.(液化气的热值取5107J/kg.) (1)21kg的液化气完全燃烧，释放的热量是多少？(2)若整瓶液化气完全燃烧释放热量的60%被利用，那么散失的热量是多少？(3)小彤想节约能源、降低能耗，若将上述散失的热量全部利用起来，可以把多少千克温度为20的水加热到100？7. 某同学在研究“沙子和水谁
6、的吸热本领大”时，选用了两只完全相同的酒精灯用完全相同的方式分别给质量都是200g的沙子和水加热.他绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象分别如图a、图b所示.已知酒精的热值q=3.0107J/kg，加热时酒精灯平均每分钟消耗2.8g酒精.已知水的比热容c水=4.2103J/(kg)，求：(1)加热2min时间内水吸收的热量Q吸水；(2)这2min时间内酒精灯的加热效率；(3)沙子的比热容c沙8. 某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，在6min内完全燃烧了2kg的煤，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图象.水的比热容为4.2103J/(kg)，煤的热值约为3107
7、J/kg求：(1)煤完全燃烧产生的热量；(2)经过6min时间加热，水所吸收的热量；(3)煤炉烧水时的热效率9. 现代社会，“变废为宝”已成为节约能源的重要途径，例如“填埋”和“焚烧”垃圾都可发电，这样既处理了垃圾，又起到了节能减排的效果.经研究表明每焚烧1t垃圾可发电8.1108J.请同学们计算一下1t垃圾发电产生的这些能量(1)相当于完全燃烧多少kg的汽油放出的热量？(汽油的热值q=3107J/kg) (2)可使效率为30%的汽车匀速前进多少km？(汽车匀速前进受到的摩擦力f=648N) (3)如果这些能量全部被水吸收，可将多少kg50的水烧开？c水=4.2103J/(kg)，在一个标准大
8、气压下；结果保留整数10. 鄂尔多斯市向“大气污染宣战”研究表明：“PM2.5来源中，机动车的排放占比较大，保护环境人人有责，小明家相应我市改善空气质量的号召，准备将家里的小轿车进行了油改气(燃烧汽油改为燃烧天然气).小明查找资料发现天然气发动机的效率为40%.如表是小明家该品牌轿车的测试报告如表： 车型测试道路测试距离测试速度整车质量消耗汽油受到的阻力某品牌轿车标准水平国道100km80km/h匀速行驶1000kg10L整车重的0.08倍已知汽油的密度=0.71103kg/m3，热值q=4.6107J/kg，g=10N/kg，请你帮小兵解答小轿车在满足测试条件时的下列问题(1)该轿车行驶10
9、0km，消耗的总能量是多少？(2)该轿车行驶100km，做的有用功是多少？(3)从该轿车的效率看你建议小明家是否进行油改气？11. 液化石油气的热值高达4.6107J/kg，一些不法商贩为谋取暴利，常将液化石油气与价格低廉、热值仅为2.9107J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户.常州市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为100kg、初始温度为31的水装入容器内，用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至100恰好沸腾，瓶内燃气消耗了0.84kg.通过高效炉灶，水能吸收燃气完全燃烧释放热量的75%.已知水的比热容为c水=4.2103J/(kg)，问：(1)瓶内燃气的热值是多
10、少？(2)该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？12. 如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图.汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况.该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L.假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：(1)该汽车发动机做的有用功是多少？(2)该汽车的输出功率为多少？(已知：汽油的密度为0.8103kg/m3，汽油的热值为4.5107J/kg)13. 如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图.汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况.该款车以72km/
11、h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L.假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，(已知：汽油的密度为0.8103kg/m3，汽油的热值为4.5107J/kg)，那么，在这段运动过程中：(1)该汽车发动机做的有用功是多少？汽车受到的阻力多大？(2)该汽车的输出功率为多少？答案和解析【答案】1. 解：(1)燃气对活塞的平均压力为：F=pS(2)t时间内曲轴转动N圈，飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动N周，要对外做功N2次，做一次功W=FL=pSL；t时间内燃气对活塞做的总功为：W总=N2W=N2FL=N2pSL(3)消耗汽油的质量为m，已知汽油的热值为q，则释放的总能量
12、Q=mq，汽油机把内能转化为机械能的效率=W总Q100%=N2pSLmq100%=NpSL2mq100%答：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力为pS(2)t时间内燃气对活塞做的总功为N2pSL(3)汽油机的效率为NpSL2mq100%2. 解：(1)1min内做的有用功：W=Pt=7.4104W60s=4.44106J；(2)发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为5200r/min，每分钟完成工作循环：25200=10400，故完成吸气冲程10400个；(3)燃气的质量：m=V=1.35kg/m31.810-3m3=2.4310-3kg，因为空燃比是14：1，所以燃油的质量是整个质量的115，
13、做一次功消耗的汽油质量：2.4310-3kg115=1.6210-4kg，1min消耗汽油质量：m总=104001.6210-4kg=1.6848kg；(4)1min内汽油燃烧释放的热量：Q=mq=1.6848kg4.6107J/kg=7.75107J，发动机的效率：=WQ100%=4.44106J7.75107J100%5.7%答：(1)1min内做的有用功为4.44106J；(2)1min内发动机吸气冲程10400次；(3)1min内发动机消耗汽油的质量是1.6848kg；(4)发动机的效率是5.7%3. 解：(1)完全燃烧7g的酒精放出热量为：Q放=qm=710-3kg3.0107J/k
14、g=2.1105J；(2)水吸收的热量为：Q吸=40%Q放=40%2.1105J=8.4104J；根据Q吸=cm(t-t0)可知，水的质量为：m=Q吸c(t-t0)=8.4104J4.2103J/(kg)(100-20)=0.25kg答：(1)这些酒精放出的热量是2.1105J；(2)这些热量可以将0.25kg的水在一标准大气压下从20加热到沸腾4. 解：(1)根据p=FS可知，做功冲程中活塞受到的压力：F=pS；(2)做程冲程中活塞移动的距离为L，所以做功冲程燃气对活塞做的功为：W=FL=pSL；(3)内燃机每分钟消耗的燃油质量为m，所以每分钟燃料完全燃烧放出的热量为：Q=qm；(4)汽油机的效率为：=WQ=N2pSLqm=NpSL2qm答：(1)做功冲程中活塞受到的压力为pS；(2)做功冲程中燃气对活塞所做的功为pSL；(3)每分钟燃料完全燃烧放出的热量为qm；(4)内燃机的机械效率NpSL2qm5. 解：(1)水吸收的热量：Q吸=cmt=4.2103J/(kg)500kg(100-20)=1.68108J；(2)天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq天然气=12m34.2107J/m3=5.04108J；燃气锅炉烧水时的效率：=Q吸Q放10
