中考物理二輪復習經(jīng)典培優(yōu)模型練專題02機械能與內(nèi)能的轉化模型（教師版）

試卷第=page11頁，共=sectionpages33頁專題02機械能與內(nèi)能的轉化模型詳解版1．如圖為汽油機做功沖程的示意圖．若某型號單缸四沖程汽油機的活塞沖程長度為L=0.12m，某種工作狀態(tài)下做功沖程燃氣的平均壓力為F=3×103N，活塞以1400次/分鐘作往復運動，汽油機往復運動兩次，對外做功一次．求：

(1）汽油機在此工作狀態(tài)下，對外做的一次功的大?。?/p>

(2）汽油機在此工作狀態(tài)下，1min內(nèi)做功的功率；

(3）如果此工作狀態(tài)下每分鐘消耗20g汽油，那么汽油機把內(nèi)能轉化為機械能的效率．(q汽油=4.6×107J/kg、不計摩擦，結果保留兩位有效數(shù)字）【答案】(1）360J(2）4200W(3）27%【詳解】(1）汽油機對外做功一次所做的功：W1=FS=3×103N×0.12m=360J(2）汽油機一分鐘做的功：W=SKIPIF1<0W1=SKIPIF1<0×1400×360J=252000J汽油機做功的功率：P=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0=4200W(3）燃料燃燒一分鐘獲得的內(nèi)能：Q放=mq=20×10-3kg×4.6×107J/kg=9.2×105J汽油機把內(nèi)能轉化為機械能的效率：η=SKIPIF1<0×100%=SKIPIF1<0×100%≈27%．2．智能汽車己經(jīng)成為世界車輛工程領域研究的熱點和汽車工業(yè)增長的新動力，如下圖是一款質量為2t的智能汽車正在進行無人駕駛測試，汽車通過滑輪組勻速將物體提升，在汽車對繩子施加的拉力F作用下，質量為1200kg的物體以1m/s的速度勻速上升了3m，在這個過程中，拉力F做功的功率為15kW。不計繩重和輪與軸的摩擦。(q汽油=4.6×107J/kg；g=10N/kg）求：(1)拉力F的大?。?2)拉力F所做的總功；(3)假如在此過程中給好燃燒汽油4g，則該汽車將內(nèi)能轉化為機械能的效率是多少。(效率用百分數(shù)表示，小數(shù)點后面保留一小數(shù)）【答案】(1）5000N；(2）4.5×104J；(3）24.5%【詳解】解：(1)由圖可知，滑輪組中有3段繩子承擔物重，n=3，車運動的速度為SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得，拉力F的大小SKIPIF1<0(2)車移動的距離為SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得，拉力所做的總功SKIPIF1<0(3)由SKIPIF1<0得，燃燒4g汽油放出的熱量SKIPIF1<0機械效率為SKIPIF1<0答：(1)拉力F的大小為5000N；(2)拉力F所做的總功為SKIPIF1<0；(3)該汽車將內(nèi)能轉化為機械能的效率是24.5%。3．一臺單缸四沖程柴油機的飛輪轉速為360r/min，在做功沖程中活塞受到燃氣的平均壓強為1.5×106Pa，活塞的橫截面積是S=1.2×10-2m2，行程是L=0.3m。(1)該柴油機在一次做功沖程中能做多少功？(2)該柴油機的功率為多大？(3)若該柴油機將內(nèi)能轉化為機械能的效率為30%，已知柴油的燃燒值是4.3×107J/kg，則該柴油機每工作10min須燃燒柴油多少kg？(結果保留兩位小數(shù)）【答案】(1)SKIPIF1<0(2)1.62SKIPIF1<0(3)0.75kg【詳解】解：(1)燃氣對活塞的壓力為F=pS=1.5SKIPIF1<0=1.8SKIPIF1<0做功沖程中壓力做的功為W=Fs=1.8SKIPIF1<0(2)柴油機的飛輪轉速為360r/min，飛輪轉兩周完成四個沖程，對活塞做功一次，則飛輪1min內(nèi)做功的次數(shù)為n=SKIPIF1<0=180該汽油機的功率為P=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0=SKIPIF1<0=1.62SKIPIF1<0(3)根據(jù)題意可知SKIPIF1<0即4.3SKIPIF1<0mSKIPIF1<0可得m≈0.75kg答：(1)該柴油機在一次做功沖程中能做SKIPIF1<0功；(2)該柴油機的功率為1.62SKIPIF1<0；(3)若該柴油機將內(nèi)能轉化為機械能的效率為30%，已知柴油的燃燒值是4.3×107J/kg，則該柴油機每工作10min須燃燒柴油0.75kg。4．某公交汽車以天然氣為燃料，該車在平直公路上以15m/s的速度勻速行駛10min，消耗的天然氣為4.5m3，汽車發(fā)動機提供的牽引力為6000N。已知天然氣的熱值是4×107J/m3，試求：(1)汽車發(fā)動機做的功是多少J?(2)所消耗的天然氣完全燃燒所放出的熱量是多少J?(3)發(fā)動機工作時將天然氣完全燃燒獲得的內(nèi)能轉化為機械能的效率是多大?【答案】(1)5.4×107J；(2)1.8×108J；(3)30%【詳解】解：(1)汽車發(fā)動機做的功為W＝Fs＝Fvt＝6000N×15m/s×10×60s＝5.4×107J(2)天然氣完全燃燒所放出的熱量是Q放＝qV＝4×107J/m3×4.5m3＝1.8×108J(3)發(fā)動機的熱效率為η＝SKIPIF1<0＝30%答：(1)汽車發(fā)動機做的功是5.4×107J；(2)所消耗的天然氣完全燃燒所放出的熱量是1.8×108J；(3)發(fā)動機工作時將天然氣完全燃燒獲得的內(nèi)能轉化為機械能的效率是30%。5．我國研制的大客機C919搭載某渦輪噴氣發(fā)動機，它的熱效率和推進效率比一般客機高，所謂熱效率是指發(fā)動機獲得的機械能與燃料完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能之比，而推進效率則是指發(fā)動機對飛機的推力所做的功與發(fā)動機獲得的機械能之比。速度v/m/s100200300400500阻力f/N0.9×1043.6×1048.1×1041.44×1052.25×105(1)飛機飛行時所受阻力f與運行速度v的關系如表，則它們之間的數(shù)量關系；(2)若飛機以200m/s的水平速度勻速巡航0.5h過程中，消耗燃油1080kg，則此過程，飛機克服阻力所做的功為多少J；若發(fā)動機的熱效率為40%，則發(fā)動機的推進效率為多少？(燃油熱值q=5.0×107J/kg）【答案】(1)f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N；(2)1.296×1010，60%【詳解】解：(1)當v=100m/s時f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N=0.9×104N當v=200m/s時f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N=3.6×104N當v=300m/s時f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N=8.1×104N當v=400m/s時f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N=1.44×105N當v=500m/s時f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N=2.25×105N所以，飛機飛行時所受阻力f與運行速度v的關系f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N(2)飛機水平勻速巡航時，處于平衡狀態(tài)，受到平衡力的作用，發(fā)動機巡航推力與受到的阻力平衡力，大小相等，故f=F=3.6×104N；燃料完全燃燒放出的熱量Q=mq=1080kg×5×107J/kg=5.4×1010J根據(jù)SKIPIF1<0得發(fā)動機獲得的機械能W機械=ηQ放=40%×5.4×1010J=2.16×1010J發(fā)動機巡航的距離為s=vt=200m/s×0.5×3600s=360000m飛機克服阻力所做的功(推力所做的功）W推力=Fs=3.6×104N×360000m=1.296×1010J發(fā)動機的推進效率SKIPIF1<0答：(1)飛機飛行時所受阻力f與運行速度v的關系為f=(SKIPIF1<0）2×0.9×104N。(2)飛機克服阻力所做的功為1.296×1010J，發(fā)動機的推進效率為60%。6．如圖是一款新型智能送餐機器人，空載質量SKIPIF1<0，輪子與地面接觸總面積SKIPIF1<0。(g取SKIPIF1<0，汽油的執(zhí)值取SKIPIF1<0）求：(1）機器人空載時對水平地面的壓強是多少？(2）某次送餐過程中，機器人以SKIPIF1<0的速度勻速直線移動，若它在運動過程中所受阻力為SKIPIF1<0，則在SKIPIF1<0內(nèi)驅動力對機器人所做的功是多少？(3）如果做這些功用燃燒汽油來供給，完全燃燒放出內(nèi)能轉化機械能的效率為30%，則做這些功需要消耗多少汽油？【答案】(1）3×106Pa；(2）2400J；(3）2×104kg【詳解】(1）機器人空載時對地面的壓力SKIPIF1<0SKIPIF1<0對地面的壓強SKIPIF1<0(2）機器人勻速直線行駛，驅動力SKIPIF1<0SKIPIF1<0，由SKIPIF1<0得SKIPIF1<0驅動力對機器人所做的功SKIPIF1<0(3）燃燒汽油放出的熱量SKIPIF1<0需要消耗的汽油SKIPIF1<0答：(1）機器人空載時對水平地面的壓強是3×106Pa；(2）在SKIPIF1<0內(nèi)驅動力對機器人所做的功是2400J；(3）做這些功需要消耗2×104kg汽油。7．我市創(chuàng)建環(huán)保模范城市，引進了新能源混合動力公交車，該車采用液化天然氣和電混合使用作為驅動車輛的動力，既節(jié)約資源又減少排放，已知一輛公交車的總質量為5×103kg，車行駛時所受力阻力是車總重的0.5倍(g取10N/kg）。求：(1）公交車在平直公路上勻速行駛時的牽引力；(2）公交車以10m/s的速度通過1200m長的橋梁需要的時間及牽引力做的功？(3）液化天然氣的熱值為4.8×107J/kg，完全燃燒放出的內(nèi)能轉化為機械能的效率為40%，則做這些功需要消耗的液化天然氣的質量。【答案】(1）2.5×104N；(2）120s；3×107J；(3）1.5625kg【詳解】解：(1）因為公交車在平直公路上勻速行駛時，受到牽引力和阻力是平衡力，牽引力F=f=0.5G=0.5mg=0.5×5×103kg×10N/kg=2.5×104N(2）通過1200m長的橋梁需要的時間t=SKIPIF1<0=120s牽引力做的功W=Fs=2.5×104N×1200m=3×107J(3）燃料完全燃燒放出的熱量為Q=SKIPIF1<0=7.5×107J消耗的液化天然氣的質量SKIPIF1<0=1.5625kg答：(1）公交車在平直公路上勻速行駛時的牽引力是2.5×104N；(2）公交車以10m/s的速度通過1200m長的橋梁需要的時間是120s，牽引力做的功是3×107J；(3）這些功需要消耗的液化天然氣的質量是1.5625kg。8．我國自主研制的新一代戰(zhàn)斗機，它最大起飛質量為37t，最大飛行高度達20000m，最大航行速度達2.5倍聲速(合3060km/h），飛機航行時所受阻力的大小與速度的關系見下表：速度v/(m/s）100200300400500阻力f/(×104N）0.31.22.74.87.5該飛機發(fā)動機的熱效率和推進效率都較高，所謂熱效率是指發(fā)動機獲得的機械能W機械與燃料完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能Q放之比，而推進效率是指發(fā)動機傳遞給飛機的推進功(推力所做的功W推力）與其獲得的機械能之比，飛機使用的航空燃油的熱值為5×107J/kg。若該機以巡航速度500m/s勻速水平飛行15min的過程中消耗燃油2.5t。求：(1）飛機發(fā)動機推力的功率；(2）如該發(fā)動機此時的熱效率為50%，則此過程中發(fā)動機的推進效率為多大？【答案】(1）3.75×107W；(2）54%【詳解】解：(1）由表格中數(shù)據(jù)得，飛機以500m/s的速度航行時，阻力為7.5×104N，由二力平衡得，此時的推力為SKIPIF1<0飛機發(fā)動機推力的功率SKIPIF1<0(2）飛機的推進功為SKIPIF1<0燃料放出的熱量SKIPIF1<0該發(fā)動機此時的熱效率為50%，則飛機獲得的機械能為SKIPIF1<0此過程中發(fā)動機的推進效率為SKIPIF1<0答：(1）飛機發(fā)動機推力的功率為3.75×107W；(2）如該發(fā)動機此時的熱效率為50%，則此過程中發(fā)動機的推進效率為54%。9．目前“節(jié)能減排”已引起全球的關注。如何減少能耗，提高汽車發(fā)動機的效率越來越受到人們的重視，大多數(shù)家用汽車的發(fā)動機均為汽油機，它把汽油燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能部分轉化成機械能，再通過傳動機構將動力傳給車輪使汽車行駛。發(fā)動機的效率是汽車的經(jīng)濟性能指標之一，廠家提供的汽車部分參數(shù)如下。測試數(shù)據(jù)：汽車質量1.5t，四個輪胎與地面接觸的總面積為0.1m2，在平直公路上以100km/h的速度勻速行駛時，百公里耗油量為10L，發(fā)動機輸出功率為28kW，使用的92號汽油的熱值為4.5SKIPIF1<0107J/kg，密度為0.7SKIPIF1<0103kg/m3。(g取10N/kg）求：(1）汽車靜止時對水平地面的壓強是多少?(2）在測試條件下，該汽車發(fā)動機的效率是多少?【答案】(1）SKIPIF1<0；(2）31.25%【詳解】解：(1）汽車的質量SKIPIF1<0汽車對水平地面的壓力SKIPIF1<0汽車對水平地面的壓強SKIPIF1<0(2）百公里耗油量SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得，汽車行百公里耗油的質量為SKIPIF1<0汽車行百公里燃燒汽油放出的熱量SKIPIF1<0汽車行百公里的路程SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得，汽車行百公里所用的時間為SKIPIF1<0由SKIPIF1<0得，汽車行駛百公里做的有用功為SKIPIF1<0在測試條件下，該汽車發(fā)動機的效率是SKIPIF1<0答：(1）汽車靜止時對水平地面的壓強是SKIPIF1<0；(2）在測試條件下，該汽車發(fā)動機的效率是31.25%。10．如圖所示是國產(chǎn)大型水陸兩棲飛機“鯤龍”AG600，它裝有4臺國產(chǎn)WJ6渦輪螺旋槳發(fā)動機，既能在陸地上起降，又能在水面上起降，是一艘會飛的船。飛機發(fā)動機的熱效率和推進效率是反映飛機性能的重要指標。發(fā)動機的熱效率是指發(fā)動機獲得的機械能與燃料完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能之比，推進效率是指發(fā)動機傳遞給飛機的推進功(推力所做的功）與獲得的機械能之比。飛機的部分參數(shù)如下表所示：WJ6發(fā)動機數(shù)量4臺M大起飛質量53.5t最大巡航速度SKIPIF1<0發(fā)動機巡航推力SKIPIF1<0發(fā)動機的熱效率40%發(fā)動機的推進效率……(1）“鯤龍”AG600在水面降落的過程中，重力勢能______，動能______。(2）若AG600以最大速度滿載巡航2h，消耗燃油5000kg，燃油的熱值SKIPIF1<0，求：①燃油完全燃燒獲得的內(nèi)能。()②發(fā)動機推力所做的功。()③此過程中發(fā)動機的推進效率。()【答案】

減小

減小

SKIPIF1<0

SKIPIF1<0

50%【詳解】解：(1）“鯤龍”AG60在水面降落的過程中，質量不變，高度減小，速度減小，所以重力勢能減小，動能減小。(2）①燃油完全燃燒獲得的內(nèi)能Q=mq=5000kg×4.6×107J/kg=2.3×1011J②由SKIPIF1<0得，通過的路程s=vt=500km/h×2h=1000km=106m推力做的有用功W有=Fs=4.6×104N×106m=4.6×1010J③由SKIPIF1<0得，獲得的機械能W機=ηQ=40%×2.3×1011J=9.2×1010J所以，發(fā)動機的推進效率SKIPIF1<0答：(1）減??；減??；(2）①燃油完全燃燒獲得的內(nèi)能是2.3×1011J；②發(fā)動機推力所做的功為4.6×1010J；③發(fā)動機的推進效率為50%。11．南極冰面上，科考隊用拖拉機借助鋼索水平牽引裝有貨物的輕質木箱來運輸貨物。該拖拉機發(fā)動機的熱效率和推進效率都較高，所謂熱效率是指發(fā)動機獲得的機械能W機械與燃料完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能Q放之比，而推進效率是指發(fā)動機傳遞給拖拉機的牽引功(牽引力所做的功W牽引）與其獲得的機械能之比。某次運輸過程中該拖拉機牽引裝有貨物的木箱在水平冰面上以10m/s的速度勻速直線行駛10km，消耗柴油1kg，牽引木箱做功的功率為9kW．(q柴油=4.5×107J/kg）求該過程中：(1）木箱受到地面的滑動摩擦力多大？(2）牽引力做功多少焦耳？(3）若該發(fā)動機的熱效率為40%，則此過程中發(fā)動機的推進效率？【答案】(1）900N；(2）9×106J；(3）50%。【詳解】(1)由SKIPIF1<0可得，木箱受到的牽引力：SKIPIF1<0；木箱隨拖拉機勻速運動時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力和阻力是一對平衡力，二力大小相等，則木箱受到的摩擦力：f=F=