江苏省 苏科版 初三物理 上学期 第十二章 机械能和内能 汇编之热机效率类计算有答案文档格式.docx
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103
kg,受到的阻力为车重的0.1倍,其中g=10N/kg.求:
(1)该房车的行驶速度;
(2)该房车牵引力所做的功;
(3)已知这一过程消耗燃油1.5×
10-2m3,则热机在这一过程中消耗的总能量(假设燃油完全燃烧,燃油密度为0.8×
103kg/m3,燃油热值q为4.5×
107J/kg);
(4)该房车发动机的热机效率.
7.一辆水陆两栖坦克总重3×
105N,它的发动机是一台新型内燃机,两条履带与地面接触的总面积为5m2.(ρ水=1.0×
103kg/m3g=10N/kg)
(1)该坦克要从水平冰面上经过,冰层能承受的最大压强为7×
104Pa,请用计算说明坦克能否安全通过?
(2)该坦克涉水过河漂浮在水面上时,求它排开水的体积是多大?
(3)一次执行任务时,该坦克在平直公路上匀速行驶1200m,用时2min,发动机牵引力的功率保持600kW恒定不变,发动机消耗了4.5kg的燃料(燃料的热值为4.0×
107J/kg),求发动机提供的牵引力是多大?
发动机的效率是多大?
8.汽车已进入百姓家庭,汽车发动机性能的好坏倍受人们关注.在汽车发动机的设计过程中,既要考虑能量的有效利用,又要考虑发动机的冷却问题.[汽油热值为4.6×
107J/kg,汽油密度为0.7×
103kg/m3,水的比热容为4.2×
103J/(kg•℃)]
(1)为了防止发动机过热,汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度.5kg水在冷却系统中温度升高50℃,所吸收的热量是多少?
(2)假如5kg水温度升高50℃,吸收的热量由燃气热水器燃烧天然气来提供,燃烧天然气体积为0.1m3(假设天然气完全燃烧).已知天然气的热值为3.2×
107J/m3.求该热水器的效率?
(3)10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min,可以释放出多少能量(假设汽油完全燃烧)?
若发动机输出的功率为6×
104
W,则此汽车发动机的效率是多少?
(汽车发动机效率的计算结果精确到1%)
9.建筑工地上有一台大型汽车吊,把100t建筑材料从地面吊到15m高处,在这过程中,汽车吊消耗柴油的质量为2.0kg(柴油的热值为q=4.3×
107J/kg,取g=10N/kg),求:
(1)汽车吊做的有用功是多少?
(2)完全燃烧2.0kg柴油释放的内能是多少?
(3)该过程中汽车吊的效率为多少?
10.我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试,汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min,消耗燃油0.3kg,汽车发动机的牵引力是1000N.已知燃油的热值为4.5×
107J/kg。
试求:
(1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量是多少?
(2)汽车牵引力所做的功是多少?
(3)发动机的效率是多少?
答案和解析
1.【答案】解:
(1)客机的速度v=720km/h=200m/s,t=5min=300s,
由v=得客机通过的路程:
s=vt=200m/s×
300s=6×
104m;
由于客机沿水平直线匀速飞行,
则二力平衡条件可得牵引力:
F=f=0.1G=0.1mg=0.1×
7.5×
104kg×
10N/kg=7.5×
104N;
发动机的功率:
P===Fv=7.5×
104N×
200m/s=1.5×
107W;
(2)飞机发动机在这段时间内所做的功:
W=Fs=7.5×
6×
104m=4.5×
109J;
由η=得,燃料燃烧放出的热量:
Q===6×
109J,
由Q=mq得,燃烧燃料的质量:
m′===12kg。
答:
(1)客机在这段时间内通过的路程为6×
发动机的功率为1.5×
(2)发动机在这段时间内燃烧航空煤油的质量12kg。
【解析】
(1)已知客机的速度和行驶的时间,根据公式s=vt可求通过的路程;
客机匀速运动,牵引力等于客机受到的阻力,根据公式P=Fv可求发动机的功率。
(2)根据W=Fs求出飞机发动机在这段时间内所做的功:
然后根据η=
求出燃料燃烧放出的热量,再根据Q=mq求出燃料的质量。
本题考查路程、牵引力、功和功率、热值等的计算,综合性强,关键是公式及其变形的灵活运用,要知道客机做匀速运动时牵引力等于受到的阻力。
2.【答案】解:
(1)该车静止在水平路面上时,对路面的压力:
F压=G=mg=1800kg×
10N/kg=1.8×
104N,
轮胎与地面接触的总面积为600cm2=6×
10-2m2,
汽车对路面的压强:
p===3×
105Pa;
(2)汽车行驶的速度:
v=72km/h=20m/s,
已知平均阻力f=500N,
因汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力,大小相等,
所以,牵引力F=f=500N,
牵引力做功的功率:
P===Fv=500N×
20m/s=1×
104W。
(3)消耗汽油的体积:
V=6L=0.006m3,
由ρ=可得,消耗汽油的质量:
m′=ρV=0.7×
103kg/m3×
0.006m3=4.2kg,
汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=m′q=4.2kg×
4.6×
107J/kg=1.937×
108J,
这段时间内该发动机所做的功:
W=Pt=1×
104W×
1.5×
3600s=5.4×
107J;
该车内燃机的效率:
η==×
100%≈28%。
(1)静止时汽车对水平路面的压强是3×
(2)测试中,若平均阻力为500N,牵引力做功的功率是1×
104W;
(3)在本次测试中,该车内燃机的效率是28%。
(1)小汽车静止在水平路面上时对地面的压力和自身的重力相等,根据G=mg求出其大小,根据p=
求出对路面的压强;
(2)先进行速度单位的换算,已知平均阻力为500N,汽车匀速行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力,大小相等,根据P=
=
=Fv求出汽车的功率;
(3)知道消耗汽油的体积,根据密度公式求出消耗汽油的质量,根据Q放=mq求出汽油完全燃烧释放的热量,再根据效率公式求出该发动机的效率。
本题是力学和热学的综合题,考查了学生对密度公式、压强公式、燃料完全燃烧放热公式、功率公式、效率公式的掌握和运用,利用所学知识,计算解决实际问题,学以致用。
3.【答案】解:
(1)轿车的速度v=108km/h=30m/s,行驶路程s=120km=1.2×
105m,
则根据v=可得,行驶的时间为:
t===4×
103s;
(2)因为P=,
所以发动机动力做的功:
W=Pt=15×
103W×
4×
103s=6×
(3)因为P===Fv,
所以汽车的牵引力:
F===500N;
轿车以108km/h的速度在水平高速公路上匀速行驶,受力平衡,
所以,受到的阻力:
f=F=500N;
(4)因为η=25%,η=。
所以,乙醇汽油燃烧放出的热量为:
Q放===2.4×
根据Q放=mq可得,乙醇汽油的质量为:
m===6kg。
(1)轿车行驶的时间为4×
(2)发动机动力做的功6×
(3)汽车受到的阻力500N;
(4)消耗乙醇汽油的质量为6kg。
(1)利用速度公式计算轿车行驶的时间;
(2)利用P=
计算发动机动力做的功;
(3)利用P=
=Fv计算汽车的牵引力,然后利用二力平衡得出受到的阻力;
(4)已知汽车发动机的效率为25%,可利用公式Q放=
计算出乙醇汽油燃烧放出的热量,再利用公式m=
计算出乙醇汽油的质量。
此题为热学和力学综合题,主要考查了速度公式、功、功率,以及热机的效率的相关计算,同时考查二力平衡条件及其应用,关键是各种公式的熟练运用。
4.【答案】解:
(1)水温升高△t=30℃-20℃=10℃;
(2)水吸收热量Q=cm△t=4.2×
103J/(kg•℃)×
2kg×
30℃=2.52×
105J;
(3)热水器工作4min放出热量为:
Q吸=cm△t=4.2×
103J/(g·
℃)×
20℃=1.68×
105J
Q放=2.4×
105J
热水器的效率为:
。
(1)加热2min,水的温度升高了10℃;
(2)加热6min,水吸收了2.52×
105J的热量;
(3)该热水器的效率为70%。
解决此类综合性的题目,要结合相关的物理公式分析求解。
根据图象可以读出在各时间段内水的温度,利用公式Q吸=cm△t计算水吸收的热量,利用效率的公式
求出热水器的效率。
5.【答案】解:
(1)电动客车整车质量是3.5t,其重力G=mg=3.5×
103kg×
10N/kg=3.5×
104N,电动客车对地面的压力F=G=3.5×
104N,电动客车轮胎与路面的总接触面积是0.2m2,受力面积:
S=0.2m2,电动客车静止时对水平路面的压强是:
p===1.75×
(2)当电动客车以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时,受到的阻力是3000N,根据二力平衡,电动客车的牵引力等于阻力,F=f=3000N,它的输出功率是:
P===Fv=3000N×
30m/s=9×
(3)若燃油客车的输出功率与电动客车相同,即P=9×
104W,行驶1h,做的有用功:
W有用=Pt=9×
1×
3600s=3.24×
108J,燃油客车的效率为40%,
根据η===,故要燃烧的燃油:
V===25L。
(1)电动客车静止时对水平路面的压强是1.75×
(2)电动客车以30m/S的速度沿水平路面匀速行驶时,它的输出功率是=9×
(3)若燃油客车的输出功率与电动客车相同,燃油客车的效率为40%,行驶1h,要燃烧25升的燃油。
(1)已知电动客车整车质量,根据G=mg求其重力,电动客车对地面的压力F=G,已知电动客车轮胎与路面的总接触面积即受力面积,根据p=
求电动客车静止时对水平路面的压强;
(2)当电动客车以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时,受到的阻力是3000N,根据二力平衡,求出电动客车的牵引力,根据P=
=Fv求出输出功率;
(3)根据燃油客车的输出功率与电动客车相同,根据W有用=Pt求出行驶1h做的有用功;
根据η=
变形公式求要燃烧的燃油。
本题以当前的环保热点为背景,考查重力、压强、功率、热值、效率与二力平衡的知识,综合性较强。
6.【答案】解:
(1)v===72km/h;
(2)车重G=mg=3×
10N/kg=3×
车受到的阻力:
f=0.1×
G=0.1×
3×
104N=3×
103N,
因为车匀速行驶,
所以牵引力F=f=3×
牵引力做功:
W有用=Fs=3×
103N×
36000m=1.08×
(3)由ρ=得消耗燃油的质量:
m=ρV=0.8×
10-2m3=12kg,
燃油完全燃烧放出的热量(消耗的总能量):
W总=Q放=mq=12kg×
4.5×
107J/kg=5.4×
(4)房车的牵引力所做的功就是有用功,燃油完全燃烧放出的热量就是房车所做的总功,
η=×
100%=×
100%=20%.
(1)该房车的行驶速度为72km/h;
(2)该房车牵引力所做的功为1.08×
108J;
(3)热机在这一过程中消耗的总能量为5.4×
(4)该房车的效率为20%.
(1)知道车行驶的路程和时间,利用v=
求车的速度;
(2)知道车的质量,利用G=mg求车重,而受到的阻力为车重的0.1倍,可求车受到的阻力;
由于车匀速行驶,车受到的牵引力和阻力是一对平衡力,大小相等,可求牵引力大小,又知道行驶的路程,利用W=Fs求牵引力做功;
(3)知道燃油的密度和体积,利用m=ρV求燃油的质量,再利用Q放=mq求燃油完全燃烧放出的热量,即热机消耗的总能量;
(4)利用效率公式求该房车的效率.
本题为力学、热学、电学的综合题,综合考查了学生对重力公式、密度公式、功的公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式、二力平衡条件的了解与掌握,要求灵活运用相关公式.
7.【答案】解:
(1)一辆水陆两栖坦克总重3×
105N,对冰面的压力等于其重力,
坦克对冰面的压强:
p====6×
104Pa<7×
104Pa,故坦克能安全通过;
(2)该坦克过河漂浮在水面上时,其受到的浮力等于重力,即F浮=G=3×
105N,
由F浮=ρ水gV排得排开水的体积:
V排===30
m3;
(3)该坦克在平直公路上匀速行驶的速度:
v===10m/s,
因匀速行驶,且P===Fv,则发动机提供的牵引力:
F===6×
4.5kg的燃料完全燃烧放出的热量:
Q=mq=4.5kg×
4.0×
107J/kg=1.8×
发动机的效率:
η===×
100%=40%,
(1)冰层能承受的最大压强为7×
104Pa,该坦克能从水平冰面上安全通过;
(2)该坦克涉水过河漂浮在水面上时,它排开水的体积是30
(3)发动机提供的牵引力是6×
104N,发动机的效率是40%。
(1)坦克在对冰面的压力等于其重力,已知受力面积,利用p=
求压强大小,并与冰层能承受的最大压强比较;
(2)坦克在水中航行时,处于漂浮状态,受到的浮力等于自重,利用F浮=ρ水gV排求排开水的体积;
(3)已知坦克在平直公路上匀速行驶的距离与时间,v=
求其速度,根据P=
=Fv求出发动机提供的牵引力;
已知发动机消耗了4.5kg的燃料和燃料的热值为4.0×
107J/kg,根据Q=mq求放出的热量,根据η=
×
100%求发动机的效率。
本题考查了压强公式、功率公式、物体浮沉条件的应用、功、燃料放出热量及效率的计算,综合性强。
8.【答案】解:
(1)水温升高50℃吸收的热量:
J/(kg•℃)×
5kg×
50℃=1.05×
106J;
(2)天然气放出的热量为:
Q放=vq=0.1m3×
3.2×
107J/m3=3.2×
该热水器的效率为:
;
(3)汽油的体积V=10L=0.01m3,
汽油的质量为:
m=ρV=0.7×
0.01m3=7kg,
这些汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=7kg×
107J/kg=3.22×
发动机工作时间:
t=30min=1800s,
发动机做的有用功:
W=Pt=6×
1800s=1.08×
108J,
(1)5kg水在冷却系统中温度升高50℃,所吸收的热量是1.05×
(2)10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min,可以释放出3.22×
108J的能量;
此汽车发动机的效率是34%。
(1)知道水的质量、水温度的升高值和水的比热容,利用吸热公式求水吸收的热量;
(2)根据公式Q=vq计算天然气放出的热量,根据效率公式计算热水器的效率;
(3)知道汽油的体积,利用密度公式求汽油的质量,再利用燃料完全燃烧放热公式求汽油燃烧可以释放的能量(总能量);
知道发动机的输出功率和工作时间,利用W=Pt可求有用功,再利用效率公式求发动机的效率。
本题考查了学生对密度公式、吸热公式、功率公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用,知识点多、综合性强,要求灵活运用公式,属于难题!
9.【答案】解:
(1)建筑材料的质量m=100t=105kg,
建筑材料的重力为:
G=mg=105kg×
10N/kg=106N,
汽车吊做的有用功为:
W有用=Gh=106N×
15m=1.5×
107J。
(2)柴油完全燃烧释放的内能(即柴油完全燃烧放出的热量):
Q放=m柴油q=2.0kg×
4.3×
107J/kg=8.6×
(3)汽车吊的效率为:
100%≈17.4%。
(1)汽车吊做的有用功是1.5×
(2)完全燃烧2.0kg柴油释放的内能是8.6×
(3)该过程中汽车吊的效率为17.4%。
(1)知道建筑材料的质量,可利用公式G=mg计算出建筑材料的重力,又知道上升的高度,可利用公式W有用=Gh计算出汽车吊做的有用功。
(2)知道柴油的质量和柴油的热值,可利用公式Q放=mq计算出柴油完全燃烧放出的热量,即燃烧柴油释放的内能。
(3)利用效率公式η=
计算出汽车吊的效率。
此题主要考查的是学生对功的计算公式、热值的计算和热机效率计算公式的理解和掌握,在计算过程中要注意单位的换算。
10.【答案】解:
(1)汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=0.3kg×
107J/kg=1.35×
(2)汽车匀速行驶的时间t=5min=300s:
由v=可得:
s=vt=18m/s×
300s=5400m,
汽车发动机所做的有用功:
W=Fs=1000N×
5400m=5.4×
(3)汽油机的效率:
100%=40%。
(1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量是1.35×
(2)汽车牵引力所做的功是5.4×
(3)发动机的效率是40%。
(1)知道消耗汽油的质量,利于Q放=mq求出汽油完全燃烧放出的热量;
(2)知道汽车匀速行驶的时间和速度,根据v=
求出汽车匀速行驶的路程,根据W=Ft求出汽车牵引力所做的功;
(3)根据η=
100%求出汽油机的效率。
本题考查了速度公式和做功公式、燃料完全燃烧释放热量公式、效率公式的综合应用,掌握好相应的公式不难解答。
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