初中物理内能利用计算题1.docx
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初中物理内能利用计算题1
初中物理-内能利用-计算题1
一.解答题(共11小题)
1.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0.8×103kg/m3,汽油的热值为4.5×107J/kg)
2.质量为3t的小型载重汽车,额定功率为l00kW,车上装有6t的砂石.汽车先以lOm/s的速度在平直公路上以20kW的功率匀速行驶了lOmin,消耗汽油1.2kg,然后又以额定功率用了2min的时间,将砂石从山坡底运送到50m高的坡顶施工现场.g取10N/kg.试问:
(1)1.2kg的汽油完全燃烧放出的热量为多少?
(已知汽油的热值为4.5×107J/kg)
(2)汽车在平直公路上匀速行驶时,受到的阻力为多少?
(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少?
3.莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样,其中“T”就是“涡轮增压”,是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转,来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转,从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压,使汽油燃烧更充分,燃气压强更大,同时也减少了废气中的有害物质,达到提高发动机效率和减少废气污染的目的.这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kW•h),已知汽油的热值为4.6×107J/kg.(温馨提示:
最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量;0.2kg/(kW•h)表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油).
求:
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少?
(2)该汽车发动机的效率最高可达多少?
(结果保留整数)
4.我国自行生产的混合动力汽车已经服务于北京奥运.混合动力汽车启动时,内燃机并不工作,蓄电池通过某种方式向车轮输送能量;当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,也可以同时给蓄电池充电;当车辆需要全力加速时,内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量.
电压/v
300
功率/w
30
容量/Ah
100
质量/kg
320
(1)根据以上描述,请你说出一种混合动力汽车不同于普通汽车的优点 .
(2)表是某台混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数(其中容量即为电荷量),试求该蓄电池组最多可储存多少电能.
(3)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.5h,观察仪表盘,发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg,车速为50km/h,蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%.从汽车使用技术手册中,测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×107J/kg,汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示.
①内燃机若完全燃烧燃油4.475kg能放出多少热量?
②车速为50km/h时汽车发动机的动力有多大?
③试计算该汽车内燃机的效率(不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失).
5.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2,一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa,飞轮1min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),若1min消耗汽油0.01L.汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3;汽油的热值为4.6×l07J/kg.求:
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力;
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功;
(3)汽油机的功率.
(4)该汽油机的效率.
6.液化石油气的热值高达4.6×107J/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2.9×107J/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=4.2×103J/(kg•℃),问:
(1)瓶内燃气的热值是多少?
(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?
7.
(1)地球上海洋的面积约占地球表面积的70~75%,海洋的贮水量约为1.3×1021千克,海水资源极其丰富.当前某些发达国家公然践踏国际规则,肆意排放CO2,引起温室效应.假定由此导致海水的温度升高0.1℃,则海水将多吸收的热量约为 焦[设海水的比热为4.2×103焦/(千克•℃)]
(2)淡水资源缺乏是一个全球性难题,世界各国都在倡导节约用水,合理利用水资源.然而生活中常有一些细节被人们所忽略,如水龙头不拧紧会滴水.假设某水龙头没拧紧每秒钟会滴下两滴水,每滴水约为0.05毫升,照此计算,这只水龙头连续滴水一个月(30天)会流失约 千克的水.(水的密度ρ水=1.0×103千克/米3)
8.由于降水偏少以及火力发电用煤安排不足等原因,全国大多数省份供电不足,频频跳闸停电,影响居民生活及农业生产.某校为了维持正常教学用电,自购了一台发电机,铭牌上的参数如下表.
型号
200GF
额定功率
50Hz
转速
1500r/min
额定电流
400A
额定功率
200Kw
效率
80%
请回答下列问题:
(1)柴油发电机由柴油机和发电机两部分组合而成,工作时的能量转化是:
柴油燃烧 能转变为内能,柴油机 冲程中内能转变为机械能,最后通过发电机转化为电能.
(2)发电机的工作原理是( )
A、电流的磁效应;B、电磁感应现象;C、磁场对电流有作用力;D、通电线圈在磁场中转动
(3)到了夏天,全校50个教室,各个教室要增开“220V100W”的电风扇4台,学生公寓、教师办公室要增开“220V0.8kW”的空调机40台,多媒体教室、会议室、计算机房要增开“220V2.5kW”空调机8台.若其他设备总功率为80kW并照常运行.
①试通过计算说明现有发电机能否满足需要.
②柴油发电机对学校的环境会造成哪些影响?
(至少两点)
9.2010年上海世博会使用了一种纯电动节能环保车.这种车使用电池作动力源,走起来比燃油车的响声小得多,同时也不会排放气体.下表是一款纯电动汽车与同型号内燃机汽车对比的测试数据(测试过程可视为匀速直线运动).
车型
能源
测试距离
牵引力
有用功
百公里耗能
效率
纯电动汽车
电能
100km
600N
7.2×107J
83.3%
内燃机汽车
汽油
100km
600N
3×108J
(1)请通过计算,在表格内填写汽车牵引力做的有用功及内燃机汽车的效率;
(2)根据题目信息,说出这种纯电动汽车节能、环保主要体现在哪几个方面?
10.发动机是汽车的核心部件,发动机的质量决定了整车的性能和品质,现代汽车主要分汽油和柴油两类发动机,其中汽油发动机提供动力的是内燃机的汽缸.若某台以汽油为燃料的汽车,发动机内有四个汽缸,其相关数据如下表所示.
(1)汽车以100km/h速度匀速运动时发动机的输出功率最大,则1min内有用功 J.
(2)汽车内燃机一个工作循环包括四个冲程,一个汽缸正常工作四个冲程的顺序是 (对甲、乙、丙、丁重新排序), 图所示的冲程内燃机给汽车提供动力.
(3)汽车排气量是指发动机气缸的工作容积,汽车排气量越大,功率越大,空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比.
汽车发动机数据表
1min内完成工作循环
2600次
93#汽油
汽缸内汽油和空气的混合密度
1.35kg/m3
排气量
1.8L
热值
4.6×107(J/kg)
发动机最大功率
75(kw)
空燃比
14:
1
当汽车以100km/h速度匀速运动时,根据表中数据求汽车发动机的效率.(计算结果保留一小数)
11.一种正在研制中的太阳能动力车如图,它上面的太阳能接收板的有效面积为S=8m2,天气晴朗、接收板正对着太阳时,每1m2面积上每1s内接收到的太阳能是1.0×103J.正常运行时:
这种车将太阳能转化成机械能的效率可达12%.求:
(1)2h内太阳能动力车接收到的太阳能是多少J?
(2)正常运行时该车的功率可达多少kW?
(3)若该车(含载重)的总质量为160kg,沿水平路面行驶时受到的阻力为总重力的
,则它在水平路面上匀速行驶的速度可达多少m/s?
(运算中取g=10N/kg)
初中物理-内能利用-计算题1
参考答案与试题解析
一.解答题(共11小题)
1.(2015•内江)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0.8×103kg/m3,汽油的热值为4.5×107J/kg)
【考点】热机的效率;功率的计算.
【专题】计算题;比热容、热机、热值;功、功率、机械效率.
【分析】
(1)根据ρ=
求出消耗汽油的质量,利用Q放=mq求汽油完全燃烧放出的热量,再利用效率公式η=
的变形公式W=ηQ放可求出牵引力做的功.
(2)知道前进的距离,利用
求出汽车运动的时间,利用P=
即可求出功率.
【解答】解:
(1)由ρ=
得消耗汽油的质量为:
m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10﹣3m3=1.2kg,
汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=1.2kg×4.5×107J/kg=5.4×107J;
由η=
得,汽油机的有用功:
W=ηQ放=30%×5.4×107J=1.62×107J;
(2)由v=
得汽车运动的时间:
t=
=
=
h=400s;
汽车的输出功率:
P=
=
=4.05×104W.
答:
(1)该汽车发动机做的有用功是1.62×107J;
(2)该汽车的输出功率为4.05×104W.
【点评】本题考查了学生功、功率的公式、燃料完全燃烧放热公式的掌握和运用,明确哪些是有用能量、哪些是总能量是本题的关键,要求灵活运用所学公式.
2.(2015•河南)质量为3t的小型载重汽车,额定功率为l00kW,车上装有6t的砂石.汽车先以lOm/s的速度在平直公路上以20kW的功率匀速行驶了lOmin,消耗汽油1.2kg,然后又以额定功率用了2min的时间,将砂石从山坡底运送到50m高的坡顶施工现场.g取10N/kg.试问:
(1)1.2kg的汽油完全燃烧放出的热量为多少?
(已知汽油的热值为4.5×107J/kg)
(2)汽车在平直公路上匀速行驶时,受到的阻力为多少?
(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是多少?
【考点】燃料的热值;机械效率的计算;功率计算公式的应用.
【专题】比热容、热机、热值;功、功率、机械效率.
【分析】
(1)利用燃料放热公式,求出放出的热量;
(2)先利用牵引力的功率和时间求出牵引力所做的功,再根据W=Fs求出牵引力,结合二力平衡得到阻力;
(3)先求出有用功,再利用斜面的机械效率公式求出机械效率.
【解答】解:
(1)汽油燃烧放出的热量为:
Q=mq=1.2kg×4.5×107J/kg=5.4×107J;
(2)
由P=
可得牵引力做功为:
W=Pt=20000W×600s=1.2×107J,
由功的计算公式,可得牵引力为:
F=
=
=2000N,
由于汽车匀速运动,则受到的阻力为f=F=2000N;
(3)汽车在斜坡上做的有用功为:
W有用=Gh=mgh=6000kg×10N/kg×50m=3×106J,
总功为:
W总=P额t=100000W×2×60s=1.2×107J,
则机械效率为:
η=
×100%=
×100%=25%.
(1)1.2kg的汽油完全燃烧放出的热量为5.4×107J;
(2)汽车在平直公路上匀速行驶时,受到的阻力为2000N;
(3)汽车从坡底向坡顶运送砂石的机械效率是25%.
【点评】此题主要考查了燃料放热、力学功与功率的关系以及机械效率,属于能量综合运算题,难度适中.
3.(2014•江西)莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样,其中“T”就是“涡轮增压”,是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转,来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转,从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压,使汽油燃烧更充分,燃气压强更大,同时也减少了废气中的有害物质,达到提高发动机效率和减少废气污染的目的.这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kW•h),已知汽油的热值为4.6×107J/kg.(温馨提示:
最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量;0.2kg/(kW•h)表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油).
求:
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少?
(2)该汽车发动机的效率最高可达多少?
(结果保留整数)
【考点】有关热机的计算.
【专题】热和能.
【分析】
(1)根据Q=mq求出汽油完全燃烧时放出的热量;
(2)根据题意可知消耗0.2kg汽油获得的能量,根据η=
求出发动机的效率.
【解答】解:
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量:
Q放=mq=0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J;
(2)根据题意可知,完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W=1kW•h=3.6×106J,
汽车发动机的效率:
η=
×100%=
×100%≈39%.
答:
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J;
(2)该汽车发动机的效率最高可达39%.
【点评】此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握,难度不大.
4.(2008•武汉)我国自行生产的混合动力汽车已经服务于北京奥运.混合动力汽车启动时,内燃机并不工作,蓄电池通过某种方式向车轮输送能量;当需要高速行驶或蓄电池储存电能过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,也可以同时给蓄电池充电;当车辆需要全力加速时,内燃机和蓄电池还可以同时向车轮输送能量.
电压/v
300
功率/w
30
容量/Ah
100
质量/kg
320
(1)根据以上描述,请你说出一种混合动力汽车不同于普通汽车的优点 清洁,污染少、能源利用率高 .
(2)表是某台混合动力汽车所用的镍氢蓄电池组的部分参数(其中容量即为电荷量),试求该蓄电池组最多可储存多少电能.
(3)测试人员驾驶该车在平直公路上匀速直线行驶0.5h,观察仪表盘,发现这段时间内汽车内燃机消耗燃油4.475kg,车速为50km/h,蓄电池组储存的电能由最大值的60%增加到80%.从汽车使用技术手册中,测试人员发现该车使用的燃油的热值为4.0×107J/kg,汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示.
①内燃机若完全燃烧燃油4.475kg能放出多少热量?
②车速为50km/h时汽车发动机的动力有多大?
③试计算该汽车内燃机的效率(不计内燃机外机械传动及充电过程中的能量损失).
【考点】热机的效率;功的计算;热量的计算;燃料的热值.
【专题】应用题;简答题;压轴题.
【分析】内燃机主要讲内能转化为机械能,在燃烧燃料时,产生的废气会污染环境,并且废气带走大部分热量,内燃机的效率很低.要解决此题需要用到计算公式:
W=UIt、Q=mq、W=Fs、η=
.
【解答】解:
(1)混合动力汽车启动时,内燃机不工作,只有当蓄电池电能过低或高速行驶时,才用到内燃机,所以混合动力汽车污染少.
故答案为:
清洁,污染少、能源利用率高.
(2)该蓄电池组储存的电能为:
W=UIt=300V×100A×3600s=1.08×108J
答:
该蓄电池可储存1.08×108J的电能.
(3)①内燃机若完全燃烧燃油4.475kg能放出的热量是:
Q=mq=4.475kg×4.0×107J/kg=1.79×108J
答:
放出的热量是1.79×108J.
②分析图可知:
车速为50km/h时,受到的阻力位2000N,又因为车做匀速直线运动,所以F=f=2000N
答:
发动机的动力为2000N.
③行驶过程中充入的电能W1=W×(80%﹣60%)=1.08×108J×(80%﹣60%)=2.16×107J
车行驶的路程为:
s=vt=50km/h×0.5h=25km=250OOm
行驶机械功:
W2=Fs=2000N×25000m=5×107J
内燃机的效率为:
η=
=40%
答:
内燃机的效率为40%.
【点评】此题考查了电功、机械功的计算,并且还考查了热机的效率,及燃料燃烧时的放热公式.考查得很全面.
5.(2005•南通)某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2,一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa,飞轮1min转动1800周,当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),若1min消耗汽油0.01L.汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3;汽油的热值为4.6×l07J/kg.求:
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力;
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功;
(3)汽油机的功率.
(4)该汽油机的效率.
【考点】有关热机的计算.
【专题】计算题.
【分析】热机工作时的压力和燃气的压强和活塞的面积有关,做功的多少和燃气的平均压力和做功的距离有关,计算功率要在对应的时间内计算做功的多少,计算效率也应是在对应的时间内燃料完全燃烧放出的热量和做的功.
【解答】解:
(1)燃气对活塞的平均压力:
F=PS=9.0×lO5Pa×30×10﹣4m2=2700N;
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功:
W=FS=2700N×0.05m=135J;
(3)曲轴每转两圈对外做功一次,所以1min转动1800周,要做功900次,所以P=
(4)该汽油机1min消耗汽油质量:
m=ρV=0.8×103kg/m3×0.01×10﹣3m3=0.008kg,
效率:
η=
.
答:
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N;
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J;
(3)汽油机的功率为2025W;
(4)汽油机的效率为33%.
【点评】此题考查热机中压力、功、功率、效率的计算.在计算功率和效率时要注意对应关系.
6.(2012•常州)液化石油气的热值高达4.6×107J/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2.9×107J/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=4.2×103J/(kg•℃),问:
(1)瓶内燃气的热值是多少?
(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?
【考点】燃料的热值;热量的计算.
【专题】计算题.
【分析】根据水的比热容,计算出水吸收的热量,然后根据炉灶的热效率,可求出燃气燃烧放出的热量,最后根据热值的概念,求出燃气的热值;对照所求热值与石油气热值的关系,判断是否掺假.
【解答】解:
(1)水吸收的热量为:
Q吸=cm(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×(100℃﹣31℃)=2.898×107J;
燃气燃烧放出的热量为:
Q放=
=
=3.864×107J;
瓶内燃气的热值为:
q=
=
=4.6×107J/kg;
(2)通过计算得出的瓶内燃气的热值正好等于液化石油气的热值,即q=q石油气=4.6×107J/kg;故该液化石油气站销售的瓶装液化石油气没有掺混二甲醚;
答:
(1)瓶内燃气的热值是4.6×107J/kg;
(2)该液化石油气站销售的瓶装液化石油气没有掺混二甲醚.
【点评】此题属于热学的综合题,将比热容与热值的相关计算,通过热效率联系在一起;根据相应的计算公式可解答.
7.(2002•丽水)
(1)地球上海洋的面积约占地球表面积的70~75%,海洋的贮水量约为1.3×1021千克,海水资源极其丰富.当前某些发达国家公然践踏国际规则,肆意排放CO2,引起温室效应.假定由此导致海水的温度升高0.1℃,则海水将多吸收的热量约为 5.46×1023 焦[设海水的比热为4.2×103焦/(千克•℃)]
(2)淡水资源缺乏是一个全球性难题,世界各国都在倡导节约用水,合理利用水资源.然而生活中常有一些细节被人们所忽略,如水龙头不拧紧会滴水.假设某水龙头没拧紧每秒钟会滴下两滴水,每滴水约为0.05毫升,照此计算,这只水龙头连续滴水一个月(30天)会流失约 259.2 千克的水.(水的密度ρ水=1.0×103千克/米3)
【考点】燃料的热值.
【专题】实验题;电与热、生活用电.
【分析】
(1)已知海水的质量、温度的变化量、海水的比热容,利用吸热公式Q吸=cm△t求海水吸收的热量;
(2)根据题意求出这只水龙头连续滴水一个月流失的体积,再根据密度公式求出流失水的质量.
【解答】解:
(1)海水吸收的热量:
Q=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×1.3×1021kg×0.1℃=5.46×1023J;
(2)流失水的体积:
V=2×5×10﹣8m3×24×3600×30=0.2592m3,
由ρ=
得,流失的水的质量:
m=ρ水V=1.0×103kg/m3×0.2592m3=259.2kg.
故答案为:
5.46×1023;259.2.
【点评】本题考查了热量公式和电功公式、密度公式的灵活应用,根据题意得出一个月流失水的体积是关键.
8.(2007•崇左)由于降水偏少以及火力发电用煤安排不足等原因,全国大多数省份供电不足,频频跳闸停电,影响居民生活及农业生产.某校为了维持正常教学用电,自购了一台发电机,铭牌上的参数如下表.
型号
200GF
额定功率
50Hz
转速
1500r/min
额定电流
400A
额定功率
200Kw
效率
80%
请回答下列问题:
(1)柴油发电机由柴油机和发电机两部分组合而成,工作时的能量转化是:
柴油燃烧 化学 能转变为内能,柴油机 做功 冲程中内能转变为机械能,最后通过发电机转化为电能.
(2)发电机的工作原理是( B )
A、电流的磁效应;B、电磁感应现象;C、磁场对电流有作用力;D、通电线圈在磁场中转动
(3)到了夏天,全校50个教室,各个教室要增开“220V100W”的电风扇4台,学生公寓、教师办公室要增开“220V0.8kW”的空调机40台,多媒体教室、会议室、计算机房要增开“220V2.5kW”空调机8台.若其他设备总功率为80kW并照常运行.
①试通过计算说明现有发电机能否满足需要.
②柴油发电机对学校的环境会造成哪些影响?
(至少两点)
【考点】内燃机的四个冲程;噪声及来源;发电机的构造和原理.
【专题】计算题;简答题;压轴题.
【
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- 初中 物理 内能 利用 算题