中考物理一轮复习讲义+练习第16讲 内能与热机-讲义（2份，原卷版+解析版）

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\l "_Tc5922" 考点二 比热容的探究实验 PAGEREF _Tc5922 \h 12
\l "_Tc291" 考点三 热机及热机效率的计算 PAGEREF _Tc291 \h 16
知识回顾
知识点一、分子热运动
1、物质的构成：常见的物质是由极其微小的粒子分子、原子构成的。
2、分子热运动：
（1）不同的物质在互相接触的过程中彼此进入对方的现象叫扩散。
（2）扩散现象表明，一切物质的分子都在不停地做无规则运动。
（3）由于分子的无规则运动跟温度有关，所以这种无规则运动叫做分子的热运动。
3、分子之间存在引力和斥力：
固体被压缩时，分子间的距离变小，作用力表现为斥力；当固体被拉伸时，分子间的距离变大，作用力表现为引力。
知识点二、内能
1、定义：物体内部大量分子做无规则运动所具有的能量叫分子动能。由于分子之间有一定的距离，也有一定的作用力，因而分子具有势能，称为分子势能。物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和，叫物体的内能。
2、单位：焦耳，符号J。
3、影响内能大小的因素：质量、温度、体积、状态。
4、改变内能的方法：
（1）热传递：热传递能量从高温物体传递到低温物体，低温物体内能增加，高温物体内能减少。实质上热传递是内能在不同的物质内部转移的过程。
（2）做功：外界对物体做功，物体内能增加；物体对外界做功，物体内能减小。
要点诠释：
1、一切物体都有内能，同一个物体，它的温度越高，内能越大。物体内能的大小，除与温度有关外，还与物体的体积、状态、质量等因素有关。
2、热量：热传递中，传递的能量的多少叫热量。即“热量”是一个过程量，只能说“吸收”或“释放”了热量，不能说物体含有热量。热量的单位是焦耳（J）。
3、热传递和做功改变内能是等效的。热传递是能量的转移，做功是能量的转化。
4、内能与机械能的区别
⑴由于物体内部的无规则运动不会停止，因此物体的内能不可能为0；而机械能可能为0。（如一个静止在水平地面的足球，机械能为0但内能不为0）
⑵机械能是宏观的能量，和物体整体的运动速度与是否受力有关；内能是物体内部分子的能量，是微观的能量，和物体的整体无关。
⑶机械能和内能是不同形式的能，它们之间可以互相转化。
知识点三、比热容
1、定义：一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比，叫做这种物质的比热容。符号c。
2、单位：焦每千克摄氏度，符号是J/(㎏·℃）。
3、热量的计算
（1）吸热公式：
式中Q吸表示物体吸收的热量，c表示物质的比热容，m表示物体的质量，t0表示物体原来的温度，t表示物体后来的温度。（t-t0）表示温度的升高量。
（2）放热公式：
式中（t0-t）表示物体温度的降低量。
要点诠释：
1、比热容是物质本身的一种性质，
（1）同种物质在同一状态下的比热容与其质量、吸收（或放出）热量的多少及温度的改变无关。
（2）同一种物质在不同的状态下比热容不同，如冰、水的比热容是不同的。
2、水的比热容比较大，是4.2×103J/(㎏·℃）。主要表现：
（1）由于水的比热容较大，一定质量的水升高（或降低）一定的温度吸收（或放出）的热量较多，我们用水作为冷却剂和取暖用。
（2）由于水的比热容较大，一定质量的水吸收（或放出）较多的热量而自身的温度却改变不多，这一点有利于调节气候。夏天，太阳晒到海面上，海水的温度升高过程中吸收大量的热，所以人们住在海边并不觉得特别热；冬天，气温低了，海水由于温度降低而放出大量的热，使沿海气温降得不是太低，所以住在海边的人又不觉得特别冷。
知识点四、热机
利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
要点诠释：
（1）内能利用的两种方式：加热、做功。
（2）内燃机及其工作原理：
①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。
（3）汽油机和柴油机的异同点：

汽油机 柴油机
知识点五、热值
我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。
要点诠释：
（1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关：
①燃料的种类；②燃料的质量；③燃料是否充分燃烧。
（2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。
知识点六、热机的效率
热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。
要点诠释：
（1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。
（2）提高热机效率的途径：
①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。
②在使用上，要正确使用，注意保养。
③充分利用废气带走的能量。
知识点七、能量的转化和守恒
1．常见的能量形式有：机械能、内能、电能、光能、化学能等。这些不同形式的能在一定的条件下可以相互转化。如摩擦生热是机械能转化为内能；水电站里的水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能。
2．能量的转化和守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
要点诠释：
定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。
考点一 分子热运动、内能、比热容、热值等基础概念理解
1．古诗词往往蕴含丰富的物理知识，在下列诗词中能体现“分子在不停地做无规则运动”是（ ）
A．水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香
B．两岸青山相对出，孤帆一片日边来
C．瀚海阑干百丈冰，愁云惨淡万里凝
D．姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船
【解答】解：A、水晶帘动微风起，满架蔷薇一院香，描述的是分子在不停地做无规则运动，故A正确；
B、两岸青山相对出，孤帆一片日边来，描述的是物体的相对运动，不是分子的运动，故B错误；
C、瀚海阑干百丈冰，愁云惨淡万里凝，描述的是凝固现象，不是分子的运动，故C错误；
D、姑苏城外寒山寺，夜半钟声到客船描述的是声现象，不是分子的运动，故D错误。
故选：A。
2．关于分子热运动，下列说法正确的是（ ）
A．石块很难被拉长，也很难被压缩，说明分子间既存在引力也存在斥力
B．用手捏海绵，海绵的体积变小了，说明分子间有间隙
C．雾霾天气有大量细微尘粒悬浮在空中，说明分子在做无规则运动
D．当某物体的温度降至0℃时，其分子就停止运动了
【解答】解：A、分子之间存在相互作用的引力和斥力。石块很难被拉长，也很难被压缩，说明分子间既存在引力也存在斥力，故A正确；
B、因为海绵内有空隙，所以用手捏海绵，海绵的体积变小了，不能说明分子间有间隙，故B错误；
C、尘粒是由大量分子组成的，尘粒的运动属于物体的机械运动，不能说明分子在做无规则运动，故C错误；
D、分子在任何温度下都在永不停息地做无规则运动，故D错误。
故选：A。
3．两只相同的集气瓶中分别装有空气和红棕色的二氧化氮气体，用玻璃板隔开后按图示放置，抽去玻璃板，保持两瓶口紧贴静置较长时间后，两瓶中气体颜色变得相同。已知瓶中二氧化氮气体的密度比空气的密度大，下列说法正确的是（ ）
A．此现象能说明分子间存在相互作用的引力
B．此现象与“夏日炎炎槐花飘香”的成因相同
C．颜色变得相同后，瓶中气体分子停止运动
D．颜色变得相同后，上方瓶中气体密度比空气小
【解答】解：A、当把中间的玻璃板抽掉后观察到上下两个瓶子颜色变均匀了，这是扩散现象，说明分子在不同的做无规则运动，故A错误；
B、夏日炎炎槐花飘香属于扩散现象，此现象与“夏日炎炎槐花飘香”的成因相同，故B正确；
C、组成物质的分子在不停地做无规则运动，两瓶颜色变得相同后，瓶中气体分子仍然在运动，故C错误；
D、因为NO2气体的密度大于空气的密度，所以两气体混合后，上方瓶中气体密度变大，大于空气的密度，故D错误。
故选：B。
4．关于机械能和内能，下列说法中正确的是（ ）
A．物体的机械能增加，它的内能一定增加
B．物体的动能不变，它的内能一定不变
C．物体的机械能为零，它的内能一定不为零
D．物体的重力势能减小，它的内能一定减小
【解答】解：A、内能与机械能没有关系，物体的机械能增加时，内能不一定增加，故A错误；
B、晶体物质熔化吸热，动能不变，内能增加，故B错误；
C、物体的内能总是大于零，物体的机械能可以为零，静止的物体有内能，但机械能为零，故C正确；
D、物体的重力势能和它的内能没有关系，物体的重力势能减小，它的内能可能增加，故D错误。
故选：C。
5．关于内能，下列说法中正确的是（ ）
A．0℃的冰块，内能为零
B．物体的温度降低，则物体的内能减少
C．温度高的物体比温度低的物体的内能多
D．质量大的物体内能一定比质量小的物体内能多
【解答】解：A、因为一切物体都具有内能，所以0℃的冰块具有内能，内能不为零。故A错误。
B、物体确定，质量和状态确定，温度降低，内能减少。故B正确。
C、在物体的状态和质量一定时，温度高的物体比温度低的物体的内能多，没有前提条件不能判断内能的大小。故C错误。
D、质量大的物体状态不能确定、温度不能确定，内能不能确定。故D错误。
故选：B。
6．下列关于温度、内能、热量的说法，正确的是（ ）
A．物体的温度越高，所含的热量越多
B．物体内能增加，一定从外界吸收热量
C．物体吸收热量，温度可能不变
D．物体内能增加，温度一定升高
【解答】解：A、温度高的物体分子运动剧烈，但不能说物体含有的热量多，因为热量是一个过程量，不能用具有、含有来修饰，故A错误；
B、物体的内能增加，可能是从外界吸收热量，也可能是外界对物体做功，故B错误；
CD、物体吸收热量，内能增加，温度不一定升高；比如，晶体在熔化过程中，吸收热量，但温度不变，故C正确、D错误。
故选：C。
7．关于热量、内能、温度间的关系，下列说法正确的是（ ）
A．同一物体，若它的温度升高，内能一定增加
B．物体吸收热量，温度一定升高
C．甲物体的温度比乙物体的高，甲物体的内能一定比乙物体的内能多
D．物体温度升高，一定是从外界吸收了热量
【解答】解：
A．同一物体温度升高，内能一定增加，故A正确；
B．物体吸收热量时，温度不一定升高，比如晶体的熔化过程，吸收热量，内能增加，温度不变，故B错误；
C．内能的大小与质量、温度和状态有关，只知道温度高低不能判断内能大小，故C错误；
D．物体的内能增加，可能是从外界吸收了热量，也可能是对物体做了功，故D错误。
故选：A。
8．下列说法中正确的是（ ）
A．1kg50℃的水比1kg30℃的水所含的热量多
B．热传递过程中，高温物体将温度传给低温物体
C．热量可以从内能小的物体传递给内能大的物体
D．温度升高得多的物体，它吸收的热量一定多
【解答】解：
A、描述热量的术语只能用吸收或放出，不能说含有多少热量，故A错误；
B、热传递中，热量从高温物体传给低温物体，故B错误；
C、热传递发生的条件是存在温度差异，内能小的物体的温度可能高，所以热量可以从内能小的物体传递给内能大的物体，故C正确；
D、物体在热传递过程中，吸收热量的多少，不仅与温度的变化有关，还与物体的质量、比热容有关，故D错误。
故选：C。
9．如所示各图所列举的事例中，属于热传递改变物体内能的是（ ）
A．搓手取暖B．烧煮食物
C．屁股感觉发热D．锯条发烫
【解答】解：A、冬天搓手，手会变暖，是克服摩擦做功将机械能转化为内能的，是通过做功的方式改变物体内能，故A错误；
B、烧煮食物，食物从火焰上吸收热量温度升高，是通过热传递的方式改变物体的内能，故B正确；
C、从滑梯滑下，臀部与滑梯摩擦，机械能转化为内能，臀部发热，这是利用做功来改变物体内能的，故C错误；
D、锯物体时，锯条发烫，是克服摩擦做功将机械能转化为内能，故D错误。
故选：B。
10．下列实例中，通过做功改变物体内能的是（ ）
A．冬天双手互相摩擦取暖
B．太阳照射沙子，沙子变热
C．利用太阳能热水器“烧水”
D．果汁里放入冰块，饮用时感觉很凉爽
【解答】解：A、两手之间相互摩擦做功，机械能转化为手的内能，手的内能增大温度升高，是通过做功改变了物体的内能，故A符合题意；
B、太阳照射沙子，沙子从阳光中吸收热量、内能增加，是通过热传递的方式改变了物体的内能，故B不符合题意；
C、太阳能热水器“烧水”，水从阳光中吸收热量、内能增加，是利用热传递的方式改变了水的内能，故C不符合题意；
D、果汁里放入冰块后，热量会从果汁向冰块中传递，使果汁的内能减小，温度降低，是通过热传递改变了果汁的内能，故D不符合题意。
故选：A。
11．下列说法正确的是（ ）
A．夏天的中午时分，海边沙子比海水热，是因为沙子吸热多，海水吸热少
B．夏天在地面上洒水，感觉到凉快主要是因为水的比热大
C．物质的比热容跟物质的种类有关，与物质的状态无关
D．在盛夏的夜晚，微风一般从陆地吹向海洋
【解答】解：A、夏天海边沙子比海水热，是因为在吸收相同热量时，沙子的比热容小，温度变化高，故A错误；
B、夏天在地面上洒水，感觉到凉快主要是因为水汽化时吸收热量，故B错误；
C、物质的比热容跟物质的种类和物体的状态有关，故C错误；
D、在盛夏的夜晚，同样放热的情况下，因海水的比热容大于陆地的比热容，水的温度降低的少，海洋上空气温高，气压低，微风从陆地吹向海洋，故D正确。
故选：D。
12．汽车油箱中的汽油用去一半后，剩余汽油的密度、比热容和热值（ ）
A．以上各项数据和使用之前比都不发生改变
B．热值变为原来的一半，密度、比热容不变
C．各数据和使用之前比都会变为原来的一半
D．热值不变，密度、比热容变为原来的一半
【解答】解：（1）密度是物质的一种特性，对于确定的某种物质，它的密度不随质量、体积的改变而改变，所以汽油用去一半后，剩余汽油的的密度不变；
（2）比热容是物质的一种特性，各种物质都有自己的比热容，某种物质的比热容和其质量、体积、温度无关，所以汽油用去一半后，剩余汽油的的比热容不变；
（3）热值是燃料的一种特性，与燃料的质量、温度和体积无关，所以汽油用去一半后，剩余汽油的热值不变。
综上所述，BCD错误，A正确。
故选：A。
13．据澎湃新闻，近日，广西南宁隆生达发电力科技有限公司（简称“隆生达发”）声称研发出一款“突破能量守恒定律”的电机组，引发争议．该公司官网称，这一技术名为“一种电容补偿式自循环发电系统”，下列分析正确的是（ ）
A．发电技术突破了能量守恒定律，证明能量可以不守恒
B．如果没有能量补充，装置最终会停下
C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去
D．不靠任何能量补充，1度电可变为10度电的装置可以实现
【解答】解：A、发电的过程中，其他形式的能量转化为电能，在转化过程中，总的能量是守恒的，故A错误；
B、如果没有能量补充，转化的电能会越来越少，装置最终会停下来，故B正确；
C、根据能量守恒定律，会有一部分能量转化为内能，因此，装置不能一直转动下去，故C错误；
D、根据能量守恒定律可知，不靠任何能量补充，1度电可变为10度电的装置是不能实现的，故D错误。
故选：B。
考点二 比热容的探究实验
14．为了比较甲乙两种液体的吸热能力，某同学设计了如下实验：
①在两个相同的烧杯中，分别装入初温、体积相等的甲、乙两种液体；
②在两个烧杯中分别放入规格相同的电加热器，在额定电压下加热相同时间；
③用温度计分别测出甲乙两种液体的末温。
请回答下列问题：
（1）在上述三个实验步骤中，存在错误的是步骤 ① （填写步骤前的序号），该步骤中错误的内容应改为 装入等质量的甲、乙两种液体 。
（2）步骤②中“加热相同时间”是为了 吸收相同的热量 。
（3）甲液体第3min的内能 小于 （选填“大于”“等于”或“小于”）第5min的内能。
（4）根据实验测得的数据分别描绘出了甲乙两种液体的温度随加热时间变化的图象，如图所示，由图可知， 甲 （选填“甲”或“乙”）液体的吸热能力较强。若要使甲乙两种液体升高相同的温度，则 甲 （选填“甲”或“乙”）液体需要加热更长时间。
（5）进一步分析发现，若甲的比热容为4.2×103J/（kg•℃），则乙的比热容为 2.1×103 J/（kg•℃）。
【解答】解：
（1）要比较甲、乙两种液体的吸热能力，实验需要采用控制变量法，根据吸热公式Q吸＝cmΔt可知，需控制甲、乙两液体的质量相同，故在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的甲、乙两种液体是不合理的，应当装入等质量的甲乙液体，所以步骤①错误；
（2）因相同的电热器在相同时间内放出的热量相等，所以吸收热量的多少可以用加热时间的长短来反映；为了比较两种液体的吸热能力，应当控制加热时间相同，即步骤③加热时间相同是为了使两种液体吸收相等的热量；
（3）根据转换法可知，对液体加热的时间越长，液体吸收的热量就越多，液体的内能就越多，因此甲液体第3min的内能小于第5min的内能；
（4）由甲、乙两种液体温度随时间变化关系的图象知，甲、乙两种液体升高相同的温度，甲液体加热时间长，则甲液体的吸热能力强；
（5）由图像可知，加热5min，
甲升高的温度为：Δt甲＝30℃﹣10℃＝20℃；
乙液体升高的温度为：Δt乙＝50℃﹣10℃＝40℃；
根据c＝可知，在质量和吸热相同的情况下，比热容与升高的温度成反比，乙的比热容：c乙＝×c甲＝×4.2×103J/（kg•℃）＝2.1×103J/（kg•℃）。
故答案为：（1）①；装入等质量的甲、乙两种液体；（2）吸收相同的热量；（3）小于；（4）甲；甲；（5）2.1×103。
15．在实验课上，为比较甲和乙两种不同液体吸热能力，各实验小组用如图所示的实验装置完成实验。
（1）设计实验时，需要对变量进行控制，下列变量控制中错误的是 C 。（选填字母序号）
A.两个烧杯的规格相同
B.两个电加热器的规格相同
C.甲、乙两种液体的体积相同
（2）加热过程中，某一时刻温度计的示数是（乙图中） 44 ℃。
（3）小江组实验数据记录如表：
分析以上实验数据可得：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，吸收的热量 不同 （选填“相同”或“不同”）， 甲 的吸热本领更强（选填“甲”或“乙”）.则两液体的比热容关系是c甲 ＞ c乙（选填“＞”、“＜”或“＝”）。若冬天小江想自制一个暖手袋，如果甲、乙两种液体都可装入暖手袋中作为供热物质，从物质放热能力角度考虑，则应选择 甲 （选填“甲”或“乙”）。
【解答】解：
（1）AB.根据转换法，选用两个电加热器的规格相同，可控制电加热器相同时间放出的热量相同；
用两个烧杯的规格相同，可控制甲和乙两种不同液体在相同时间吸热相同，AB正确；
C.根据比较吸热能力的方法，要控制不同物质的质量相同；而甲乙密度不同，根据m＝ρV，体积相同的两种液体质量不同，故甲、乙两种液体的体积相同是错误的；
故选C；
（2）温度计的分度值为1℃，此时温度在0℃以上，示数为44℃；
（3）分析以上实验数据可得：相同质量的不同种物质，升高相同的温度，甲加热时间长，根据转换法，吸收的热量不同（甲吸热多），由比较吸热能力的说法，甲的吸热本领更强，则两液体的比热容关系是c甲＞c乙；
根据Q＝cmΔt，相同质量的甲、乙两种液体，降低相同的温度，甲放热多，故若冬天小江想自制一个暖手袋，如果甲、乙两种液体都可装入暖手袋中作为供热物质，从物质放热能力角度考虑，则应选择甲。
故答案为：（1）C；（2）44；（3）不同；甲；＞；甲。
16．小明在学习了物质的比热容之后，想要比较相同质量的两种不同液体的吸热能力，采用图甲中A、B两个相同的装置进行实验，收集的实验数据如表所示。
（1）实验中用 加热时间 间接反映液体吸收热量的多少。
（2）分析表中数据可知，吸收相同的热量升温较快的是 液体2 ，说明 液体1 吸收能力较强。（均填“液体1”或“液体2”）
（3）如果液体1为水，其比热容为4.2×103J/（kg•℃），则液体2的比热容为 2.625×103 J/（kg•℃）
（4）两次实验中，实验器材的组装顺序都应是 自下而上 （填“至上而下”或“自下而上”）。
（5）在初温相等的情况下，如果要使液体1和液体2最后的温度相同，就要给 液体1 加热更长的时间，这样液体1吸收的热量 大于 （填“大于”、“小于”或“等于”）液体2吸收的热量。
（6）在受太阳照射的条件相同时，内陆地区昼夜温差比沿海地区 大 ，这是因为干泥土和水相比，干泥土的 比热容 较小。
（7）另一同学将小明的实验装置改进成如图乙所示的装置，与原装的相比，改进后的装置的优点是 使试管内的物质均匀受热 。
【解答】解：（1）根据转换法，实验中用加热时间间接反映液体吸收热量的多少；
（2）通过分析表中数据，加热相同时间，吸收相同热量，升温较快的是液体2，由比较吸热能力的方法，说明液体1的吸热能力较强；
（3）由表中数据，加热2分钟（吸热相同），液体1升高的温度：40℃﹣20℃＝20℃，液体2升高的温度：52℃﹣20℃＝32℃，根据Q＝cm△t，在质量和吸热相同的条件，吸热与比热容成反比，故如果液体1为水，其比热容为4.2×103J/（kg•℃），则液体2的比热容为：
×4.2×103J/（kg•℃）＝2.625×103J/（kg•℃）；
（4）酒精灯需用外焰加热，所以要放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以放好烧杯后，再调节温度计的高度，因此必须按照自下而上的顺序进行；
（5）因加热相同时间，吸收相同热量，升温较快的是液体2，故在初温相等的情况下，如果要使液体1和液体2最后的温度相同，就要给液体1加热更长的时间，由转换法，此时液体1吸收的热量大于液体2吸收的热量；
（6）在受太阳照射的条件相同时，吸收热量相同，因沿海地区水多，内陆地区干泥土多，根据干泥土的比热容小，相同质量的水和干泥土比较，吸收相同的热量，由△t＝，干泥土的温度升高的多，即内陆地区昼夜温差比沿海地区大；
（7）如图丙的装置与原装置相比，该设计方案的优点是：该方案避免两次加热，用同一热源加热确保在相同时间内吸收的热量相等，使试管内的物质均匀受热。
故答案为：（1）加热时间； （2）液体2；液体1； （3）2.625×103；（4）自下而上；（5）液体1；大于； （6）大；比热容； （7）使试管内的物质均匀受热。
考点三 热机及热机效率的计算
17．汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的气缸总排量为2L（发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为气缸排量），发动机工作时，吸入气缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度ρ＝1.44kg/m3，汽油和空气的质量比为1：15，汽油的热值q＝4.5×107J/kg。如果发动机曲轴在1min转动3×103转，发动机的效率为40%，那么在这种情况下：
（1）汽车在1min做的有用功是多少？
（2）汽车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力为f＝3×103N，汽车行驶的速度是多少？
【解答】解：
（1）根据ρ＝可得，一次吸入混合物的质量：
m1＝ρV＝1.44kg/m3×2×10﹣3m3＝2.88×10﹣3kg，
因为曲轴每转动两周，完成一个工作循环，吸气一次，也做一次功，
所以，发动机曲轴在1min转动3×103转，吸气和做功都为1500次，
汽油和空气的质量比为1：15，可见汽油占混合物总质量的＝；
则发动机在1min内吸入汽油的总质量：
m＝m1×1500×＝2.88×10﹣3kg×1500×＝0.27kg；
这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q＝mq＝0.27kg×4.5×107J/kg＝1.215×107J，
根据η＝可得汽车在1min做的有用功：
W＝Q放η＝1.215×107J×40%＝4.86×106J；
（2）汽车在1min做的有用功的功率为：
P＝＝＝8.1×104W。
因为汽车匀速行驶，
所以汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等，即F＝f＝3×103N，
根据P＝Fv可得，汽车行驶的速度：
v＝＝＝27m/s。
答：（1）汽车在1min做的有用功是4.86×106J；
（2）汽车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力为f＝3×103N，汽车行驶的速度是27m/s。
18．4月24日，国产075型两栖攻击舰“海南舰”正式入列，该舰入列标志着我国海军远洋两栖作战能力发生历史性飞跃。资料显示，075型两栖攻击舰的排水量为4万吨，其动力系统为16PC2﹣6B柴油发动机组，发动机组全部工作时输出的总功率是5万千瓦，其中有80%用于驱动舰艇航行，柴油发动机的效率为40%。某次海试，“海南舰”发动机全部工作时，匀速航行180km海域用了5h，g取10N/kg。求：
（1）该舰满载时静止在水面上受到的浮力是多大？
（2）这次海试“海南舰”航行过程中受到的阻力多少？
（3）这次海试“海南舰”需要消耗多少吨的柴油？（柴油的热值q＝4.5×107J/kg）
【解答】解：（1）由题意可知，075型两栖攻击舰的排水量为40000t＝4.0×107kg，
根据阿基米德原理该舰满载时静止在水面上受到的浮力：F浮＝G排＝mg＝4.0×107kg×10N/kg＝4.0×108N；
（2）由题意知发动机组全部工作时输出的总功率P输＝50000kW＝5×107W，其中有80%用于驱动舰艇航行，则P＝80%P输，
t＝5h＝5×3600s＝18000s，s＝180km＝180000m，
因为“海南舰”匀速航行，所以F牵＝F阻，
由公式W＝Pt＝F牵s可得，
“海南舰”航行过程中受到的阻力：F阻＝F牵＝＝＝＝4×106N；
（3）输出的机械功：W＝P输t＝5×107W×18000s＝9×1011J，
由题意知：η＝×100%＝40%，
则燃料放出热量：Q放＝＝＝2.25×1012J，
由Q放＝mq知：m＝＝＝5×104kg＝50t。
答：（1）该舰满载时静止在水面上受到的浮力是4.0×108N；
（2）这次海试“海南舰”航行过程中受到的阻力4×106N；
（3）这次海试“海南舰”需要消耗柴油50t。
19．为助力乡村振兴，南通市不少村镇利用水乡特色，将生态农业和旅游观光相结合，打造美丽乡村。如图是某村使用的观光艇，其部分技术参数如表：
（g＝10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg，ρ柴油＝0.8×103kg/m3）
（1）若每位游客的平均质量为60kg，求观光艇满载时，受到的浮力；
（2）若观光艇以最大速度匀速航行时，求观光艇受到水的平均阻力；
（3）某次以最大航速游玩30min，消耗柴油5×10﹣3m3，求发动机的效率。
【解答】解：（1）观光艇满载时观光艇和8人的总质量为：
m＝800kg+60kg×8＝1280kg，
满载时人、观光艇和8人的总重力为：
G＝mg＝1280kg×10N/kg＝1.28×104N，
因为观光艇漂浮，所以观光艇受到的浮力和总重力为平衡力，
所以观光艇满载乘客时所受浮力为：
F浮＝G＝1.28×104N；
（2）根据P＝＝＝Fv知观光艇受到的牵引力为：
F＝＝＝4.3×103N，
因为观光艇匀速行驶，
所以观光艇受到的牵引力和水的阻力为平衡力，
所以观光艇受到水的平均阻力为：
f＝F＝4.3×103N；
（3）t＝30min＝1800s，
30分钟发动机输出有用功为：
W＝Pt＝4.3×104W×1800s＝7.74×107J，
柴油完全燃烧放出的热量（总能量）为：
Q放＝mq＝ρVq＝0.8×103kg/m3×5×10﹣3m3×4.3×107J/kg＝1.72×108J，
柴油发动机的效率：
η＝×100%＝×100%＝45%。
答：（1）观光艇满载时，所受浮力是1.28×104N；
（2）观光艇以最大速度航行时，受到水的平均阻力是4.3×103N；
（3）发动机的效率为45%。
20．如图是青岛胶州湾跨海大桥，大桥全长36km，成为世界最长跨海大桥。大桥拉近了黄岛开发区与青岛核心腹地的距离，改变胶州湾天堑阻隔实现“大青岛”发展规划。该大桥双向6车道，设计车速80km/h。
（1）作为青岛市民的小明，高兴之余突然想：如果自己骑自行车走完全程需要多长时间呢？小明测量出了自己自行车后轮的周长为180cm，在平直的公路上测出自行车后轮转50圈用时30s．请计算：小明如果骑车完成全程需要多少秒？
（2）如果某汽车以72km/h的速度通过大桥，该汽车发动机的功率为60kW．该汽车发动机的能量利用率为25%，请计算该汽车通过该大桥需要消耗汽油的质量？（汽油热值为4.5×107J/kg）
（3）请用物理学的术语解释，为什么要对通过公路桥梁的机动车的载重总质量和速度进行限制（分别答出一条即可）。
【解答】解：（1）运动的路程：
s人＝50×180cm＝9000cm＝90m，
小明骑车的速度：
v人＝＝＝3m/s；
骑车完成全程需要的时间：
t人＝＝＝12000s。
（2）汽车通过大桥用的时间是：
t车＝＝＝0.5h；
发动机做的功为：
W发＝Pt＝60000W×1800s＝1.08×108J；
由η＝得汽油放出的热量是：
W放＝＝＝4.32×108J；
汽油的质量为：
m＝＝＝9.6kg。
（3）①机动车的质量越大，车的惯性越大，使刹车困难，易造成交通事故的发生，加强交通事故的严重性。
②机动车的速度越大，刹车后汽车滑行的距离越远，易造成交通事故的发生。
③机动车的质量越大，对桥面的压力越大（压强越大），容易对桥面造成破坏。
答：（1）小明如果骑车完成全程需要12000秒；
（2）汽车通过该大桥需要消耗汽油的质量是9.6kg；
（3）①机动车的质量越大，车的惯性越大，使刹车困难，易造成交通事故的发生，加强交通事故的严重性。
②机动车的速度越大，刹车后汽车滑行的距离越远，易造成交通事故的发生。
不同点
相同点
项目
汽油机
柴油机
（1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。
（2）都将内能转化为机械能。
（3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
构造
气缸顶部有火花塞
气缸顶部有喷油嘴
点火方式
压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式
压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式
燃料
汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物
柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气
压缩比
压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6
压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16
做功
做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功
做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功
效率
效率较低20％至30％
效率较高30％至45％
用途
轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具
笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械
液体名称
液体质量m/g
液体初温t1/℃
液体末温t2/℃
加热时间t/min
甲
200
40
50
12
200
40
50
6
加热时间/min
0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
温度/℃
液体1
20
25
30
35
40
45
液体2
20
28
36
44
52
60
空船质量
800kg
发动机输出最大功率
4.3×104W
最大载人数量
8人
最大航速
10m/s