專題06機(jī)械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化模型-【?？急厮ⅰ?022中考物理?？加嬎泐}(能量的轉(zhuǎn)化效率問題專題)之經(jīng)典模型培優(yōu)練習(xí)(原卷版+解析)

專題06機(jī)械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化模型1．“運(yùn)20”是我國自主研發(fā)的大型運(yùn)輸機(jī)，它的發(fā)動機(jī)是一種熱機(jī)，通過航空煤油在氣室中燃燒，從噴口向后高速噴出氣體，使發(fā)動機(jī)獲得向前的推力，若“運(yùn)20”在高空中飛行時，在恒定的水平推力F作用下，以200m/s的速度沿水平方向勻速航行1h，需要燃燒航空煤油4800kg，已知飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供的機(jī)械功率是3.2×107W，航空煤油的熱值為q＝4.0×107J/kg。則在這1h內(nèi)：（1）航空煤油完全燃燒放出的熱量是多少？（2）該發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率是多大？2．隨著重視環(huán)境，新能源車開始普及。某品牌純電動汽車?yán)m(xù)航里程約為500km，電池容量為。普通家用充電樁充電功率為7kW。另一品牌燃油車油箱容積為80L，勻速行駛時能提供的牽引力大約是2000N，加滿一箱汽油大約能勻速行駛400km。（1）若使用普通家用充電樁，給上述純電動汽車充滿一次電需要多長時間？（2）上述燃油車加滿一箱油，油的質(zhì)量是多少？（汽油密度取0.7×103kg/m3）（3）上述燃油車一箱汽油完全燃燒能釋放多少熱量？（汽油的熱值取4.5×107J/kg）（4）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是多少？（小數(shù)點(diǎn)后保留1位小數(shù)）3．新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車已是發(fā)展趨勢。某品牌純電汽車?yán)m(xù)航里程約為500km，電池容量為76kW·h。普通家用充電樁充電功率為8kW。同類型號的燃油車油箱容積為60L，勻速行駛時能提供的牽引力大約是500N，加滿一箱汽油能勻速行駛800km。（汽油密度取0.7×103kg/m3，汽油的熱值為4.5×107J/kg）（1）若使用普通家用充電樁，給上述純電汽車充滿一次電需要多長時間？（2）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是多少？（3）計算兩種汽車的百公里能耗，并說明能耗不同的主要原因。4．如圖所示為某種型號的多功能灑水車，它空載時的質(zhì)量為3t，配備了一個內(nèi)深為1m的大容量水箱，底部有一個面積為0.003m2的放水孔。若多功能灑水車在水平地面上勻速行駛時受到的阻力恒為總重的0.08倍，某次該車滿載（裝滿）后由靜止開始在水平面上啟動，在啟動（加速）過程中，發(fā)動機(jī)消耗100g柴油。測得汽車牽引力的功率及其瞬時速度隨時間的變化情況分別如圖甲和圖乙所示。已知g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，q柴油=4.0×107J/kg，燃油完全燃燒。求：（1）該灑水車滿載時，若用質(zhì)量不計的小鋼片從外部堵住放水孔，則需對小鋼片施加的外力至少是多少N？（2）該灑水車在啟動（加速）過程中熱機(jī)效率是多少？（3）該灑水車水箱的容積是多少m3？5．如圖所示是利用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛的汽車，其質(zhì)量為1.5t，車輪與地面接觸的總面積為750cm2，該車在水平路面上勻速直線行駛13.8km，用時10min，消耗汽油2kg，這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率為46kW，求：（汽油熱值為q汽＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）（1）汽車在該路段的速度；（2）汽車靜止在水平地面上時，對地面的壓強(qiáng)；（3）在這一過程中汽車受到的阻力；（4）在這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的效率。6．如圖所示是慶祝中華人民共和國成立70周年的閱兵式，我國自主研發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的99A式主戰(zhàn)坦克通過天安門廣場接受檢閱時的畫面。已知一輛99A式坦克的質(zhì)量為52t，其靜止在地面上時履帶與地面的接觸面積為4m2。若坦克以5m/s的速度勻速在天安門廣場上通過500m的距離時，坦克發(fā)動機(jī)的功率為1000kW。（柴油的熱值q取4×107J/kg，g取10N/kg，發(fā)動機(jī)的效率為40%）求：（1）坦克靜止時對水平地面上的壓強(qiáng)？（2）坦克受到的阻力是多少？（3）坦克消耗柴油的質(zhì)量是多少？7．我國自主研發(fā)的某品牌汽車進(jìn)行技術(shù)測試，已知汽車的總質(zhì)量為2t，該車在某段長1.2km的水平路面做勻速直線運(yùn)動，用時40s，汽車在行駛過程中受到的阻力為車重的0.2倍，汽車在此過程中消耗的汽油產(chǎn)生了1×107J熱量。（g取10N/kg）求在該段測試過程中：（1）汽車的行駛速度；（2）汽車受到的重力；（3）汽車的牽引力做的功；（4）汽車發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率。8．一臺推土機(jī)的推力為，勻速推著土總行程達(dá)800m，共消耗2kg柴油，求該推土機(jī)裝的柴油機(jī)的熱機(jī)效率。柴油熱值（），求：（1）推土機(jī)做的有用功；（2）柴油完全燃燒放出的熱量；（3）柴油機(jī)效率。9．氫氣動力汽車環(huán)保、高效，一輛氫氣動力試驗汽車的總質(zhì)量為，2min內(nèi)汽車在水平路面上勻速行駛了，消耗了30g的氫氣此過程汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的牽引力為。（氫氣的熱值取，水的比熱容為，g取（）求：（1）氫氣完全燃燒放出的熱量可以使的水升高多少；（2）汽車牽引力做功的功率；（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率。10．中國首次火星探索任務(wù)“天問一號”探測器的成功發(fā)射，是我國綜合國力和創(chuàng)新能力提升的重要標(biāo)志，如圖所示是某火箭發(fā)射時的場景，目前運(yùn)載火箭一般使用液體氫作為燃料，液態(tài)氧作為助燃劑，氫的熱值為1.4×108J/kg。（1）某火箭發(fā)射時攜帶6×104kg液態(tài)氫燃料，這些燃料完全燃燒最多能將多少千克初溫為20℃的水加熱至沸騰？【c水=4.2×103J/（kg·℃），當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓】（2）氫能源車的發(fā)動機(jī)工作時將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為氫氣在氣缸中燃燒，某次測試中，一輛氫能源車以70kW的功率勻速行駛20min，消耗了2kg燃料，求該發(fā)動機(jī)的效率。11．在山區(qū)一般喜歡買大排量的車子，為了節(jié)能減排，我們內(nèi)地一般不必要買太大排量的車。一款新型汽車以某一速度在一段平直的公路上勻速行駛一段距離，消耗了汽油，其發(fā)動機(jī)的效率為，則在這段運(yùn)動過程中，已知：汽油的熱值為求：（1）汽油完全燃燒放出的熱量；（2）該汽車發(fā)動機(jī)做的有用功；（3）該車在高速路上勻速行駛時平均牽引力為，則燃燒汽油行駛的距離。12．隨著人們生活水平的提高，小汽車已經(jīng)成為一種普遍的代步工具，小偉家新買了一輛小汽車。國慶節(jié)他和家人準(zhǔn)備前往青青草原吃手抓羊肉，在出發(fā)前到加油站加了40L的汽油，假設(shè)他們一直以90km/h的速度勻速行駛，汽車受到的平均阻力為1150N，汽油的密度約為0.7×103kg/m3，汽油的熱值為4.6×107J/kg。（1）小汽車勻速行駛時，牽引力的功率是多少？（2）若這次旅游全程往返400km，所加的汽油也剛好用完（假設(shè)汽油能完全燃燒），求這輛小汽車發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率（結(jié)果保留1位小數(shù)）。專題06機(jī)械能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化模型1．“運(yùn)20”是我國自主研發(fā)的大型運(yùn)輸機(jī)，它的發(fā)動機(jī)是一種熱機(jī)，通過航空煤油在氣室中燃燒，從噴口向后高速噴出氣體，使發(fā)動機(jī)獲得向前的推力，若“運(yùn)20”在高空中飛行時，在恒定的水平推力F作用下，以200m/s的速度沿水平方向勻速航行1h，需要燃燒航空煤油4800kg，已知飛機(jī)發(fā)動機(jī)提供的機(jī)械功率是3.2×107W，航空煤油的熱值為q＝4.0×107J/kg。則在這1h內(nèi)：（1）航空煤油完全燃燒放出的熱量是多少？（2）該發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率是多大？【答案】（1）1.92×1011J；（2）60%【詳解】解（1）由題干已知消耗航空煤油的質(zhì)量為4800kg，航空煤油的熱值為4.0×107J/kg，則航空煤油完全燃燒放出的熱量是為Q放＝mq＝4800kg×4.0×107J/kg＝1.92×1011J（2）飛機(jī)發(fā)動機(jī)所做的有用功為W＝Pt＝3.2×107W×1×3600s＝1.152×1011J該發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率為答：（1）航空煤油完全燃燒放出的熱量是1.92×1011J；（2）該發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率是60%。2．隨著重視環(huán)境，新能源車開始普及。某品牌純電動汽車?yán)m(xù)航里程約為500km，電池容量為。普通家用充電樁充電功率為7kW。另一品牌燃油車油箱容積為80L，勻速行駛時能提供的牽引力大約是2000N，加滿一箱汽油大約能勻速行駛400km。（1）若使用普通家用充電樁，給上述純電動汽車充滿一次電需要多長時間？（2）上述燃油車加滿一箱油，油的質(zhì)量是多少？（汽油密度取0.7×103kg/m3）（3）上述燃油車一箱汽油完全燃燒能釋放多少熱量？（汽油的熱值取4.5×107J/kg）（4）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是多少？（小數(shù)點(diǎn)后保留1位小數(shù)）【答案】（1）；（2）；（3）；（4）【詳解】解：（1）根據(jù)可得，使用普通家用充電樁，給上述純電動汽車充滿一次電需要的時間（2）燃油車加滿一箱油，油的質(zhì)量是（3）油車一箱汽油完全燃燒能釋放的熱量（4）燃油車燒完一箱油做的有用功燃油車的熱機(jī)效率大約是答：（1）使用普通家用充電樁，給純電汽車充滿一次電需要；（2）上述燃油車加滿一箱油，油的質(zhì)量是；（3）上述燃油車一箱汽油完全燃燒能釋放的熱量為；（4）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是。3．新能源汽車取代傳統(tǒng)燃油汽車已是發(fā)展趨勢。某品牌純電汽車?yán)m(xù)航里程約為500km，電池容量為76kW·h。普通家用充電樁充電功率為8kW。同類型號的燃油車油箱容積為60L，勻速行駛時能提供的牽引力大約是500N，加滿一箱汽油能勻速行駛800km。（汽油密度取0.7×103kg/m3，汽油的熱值為4.5×107J/kg）（1）若使用普通家用充電樁，給上述純電汽車充滿一次電需要多長時間？（2）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是多少？（3）計算兩種汽車的百公里能耗，并說明能耗不同的主要原因?！敬鸢浮浚?）9.5h；（2）21.2%；（3）純電汽車百公里能耗5.472×107J、燃油車百公里能耗2.3625×108J，電動汽車的效率高于燃油汽車【詳解】解：（1）純電汽車充滿一次電需要的時間為（2）燃油車加滿一箱油的質(zhì)量m=ρV=0.7×103kg/m3×60×10-3m3=42kg一箱汽油完全燃燒釋放的熱量Q放=mq=42kg×4.5×107J/kg=1.89×109J消耗一箱汽油燃油車做的功W=Fs=500N×800×103m=4×108J燃油車的熱機(jī)效率（3）純電汽車百公里能耗燃油車百公里能耗能耗不同的主要原因是電動汽車的效率高于燃油汽車。答：（1）若使用普通家用充電樁，給上述純電汽車充滿一次電需要9.5h；（2）上述燃油車的熱機(jī)效率大約是21.2%；（3）純電汽車百公里能耗5.472×107J、燃油車百公里能耗2.3625×108J，電動汽車的效率高于燃油汽車。4．如圖所示為某種型號的多功能灑水車，它空載時的質(zhì)量為3t，配備了一個內(nèi)深為1m的大容量水箱，底部有一個面積為0.003m2的放水孔。若多功能灑水車在水平地面上勻速行駛時受到的阻力恒為總重的0.08倍，某次該車滿載（裝滿）后由靜止開始在水平面上啟動，在啟動（加速）過程中，發(fā)動機(jī)消耗100g柴油。測得汽車牽引力的功率及其瞬時速度隨時間的變化情況分別如圖甲和圖乙所示。已知g=10N/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，q柴油=4.0×107J/kg，燃油完全燃燒。求：（1）該灑水車滿載時，若用質(zhì)量不計的小鋼片從外部堵住放水孔，則需對小鋼片施加的外力至少是多少N？（2）該灑水車在啟動（加速）過程中熱機(jī)效率是多少？（3）該灑水車水箱的容積是多少m3？【答案】（1）30N；（2）45%；（3）7m3【詳解】解：（1）水對小孔的壓強(qiáng)為若用質(zhì)量不計的小鋼片從外部堵住放水孔，則需對小鋼片施加的外力至少是（2）該灑水車在啟動（加速）過程中所做的有用功為柴油燃燒放出的熱量為該灑水車在啟動（加速）過程中熱機(jī)效率是（3）多功能灑水車在水平地面上勻速行駛時受到的阻力等于牽引力，則阻力為則滿載時的總重力為滿載時的總質(zhì)量為則水的質(zhì)量為水的體積等于水箱的容積，則水箱的容積為答：（1）該灑水車滿載時，若用質(zhì)量不計的小鋼片從外部堵住放水孔，則需對小鋼片施加的外力至少是30N；（2）該灑水車在啟動（加速）過程中熱機(jī)效率是45%；（3）該灑水車水箱的容積是7m3。5．如圖所示是利用5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)遠(yuǎn)程駕駛的汽車，其質(zhì)量為1.5t，車輪與地面接觸的總面積為750cm2，該車在水平路面上勻速直線行駛13.8km，用時10min，消耗汽油2kg，這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的輸出功率為46kW，求：（汽油熱值為q汽＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）（1）汽車在該路段的速度；（2）汽車靜止在水平地面上時，對地面的壓強(qiáng)；（3）在這一過程中汽車受到的阻力；（4）在這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的效率?！敬鸢浮浚?）23m/s；（2）2×105Pa；（3）2000N；（4）30%【詳解】解：（1）汽車在該路段的速度為（2）汽車靜止在水平地面上時，對地面的壓力為則對地面的壓強(qiáng)為（3）汽車勻速行駛時受到的牽引力為汽車在水平公路上勻速直線行駛時受到的阻力和牽引力是一對平衡力，大小相等，所以，在這一過程中汽車受到的阻力為2000N。（4）牽引力做的有用功為汽油完全燃燒放出的熱量為在這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的效率為答：（1）汽車在該路段的速度為23m/s；（2）汽車靜止在水平地面上時，對地面的壓強(qiáng)為2×105Pa；（3）在這一過程中汽車受到的阻力為2000N；（4）在這一過程中汽車發(fā)動機(jī)的效率為30%。6．如圖所示是慶祝中華人民共和國成立70周年的閱兵式，我國自主研發(fā)的具有世界先進(jìn)水平的99A式主戰(zhàn)坦克通過天安門廣場接受檢閱時的畫面。已知一輛99A式坦克的質(zhì)量為52t，其靜止在地面上時履帶與地面的接觸面積為4m2。若坦克以5m/s的速度勻速在天安門廣場上通過500m的距離時，坦克發(fā)動機(jī)的功率為1000kW。（柴油的熱值q取4×107J/kg，g取10N/kg，發(fā)動機(jī)的效率為40%）求：（1）坦克靜止時對水平地面上的壓強(qiáng)？（2）坦克受到的阻力是多少？（3）坦克消耗柴油的質(zhì)量是多少？【答案】（1）1.3×105Pa；（2）2×105N；（3）6.25kg【詳解】解：（1）坦克靜止時對水平地面上的壓力F＝G＝mg＝52×103kg×10N/kg＝5.2×105N坦克靜止時對水平地面上的壓強(qiáng)（2）若坦克以5m/s的速度勻速在天安門廣場上通過500m的距離時，坦克發(fā)動機(jī)的功率為1000kW，根據(jù)所以，坦克的牽引力由于坦克勻速直線行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的阻力和牽引力是一對平衡力，所以，坦克受到的阻力f＝F′＝2×105N（3）坦克牽引力做的功W＝F′s＝2×105N×500m＝1×108J由知道，所消耗的柴油完全燃燒釋放的熱量由Q放＝mq知道，坦克消耗柴油的質(zhì)量答：（1）坦克靜止時對水平地面上的壓強(qiáng)為1.3×105Pa；（2）坦克受到的阻力是2×105N；（3）坦克消耗柴油的質(zhì)量是6.25kg。7．我國自主研發(fā)的某品牌汽車進(jìn)行技術(shù)測試，已知汽車的總質(zhì)量為2t，該車在某段長1.2km的水平路面做勻速直線運(yùn)動，用時40s，汽車在行駛過程中受到的阻力為車重的0.2倍，汽車在此過程中消耗的汽油產(chǎn)生了1×107J熱量。（g取10N/kg）求在該段測試過程中：（1）汽車的行駛速度；（2）汽車受到的重力；（3）汽車的牽引力做的功；（4）汽車發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率?！敬鸢浮浚?）30m/s；（2）20000N；（3）4.8×106J；（4）48%【詳解】解：（1）已知該汽車運(yùn)動時間為t=40s，行駛距離為s=1.2km=1200m因此，汽車的行駛速度（2）汽車受到的重力為G=mg=2000kg×10N/kg=20000N（3）因汽車勻速行駛時處于平衡狀態(tài)，受到的牽引力F和阻力f是一對平衡力，則牽引力為F=f=0.2G=0.2×20000N=4000N則此過程中汽車牽引力做的功W=Fs=4000N×1200m=4.8×106J（4）汽油燃燒的熱量為Q=1×107J，牽引力做功為W=4.8×106J，則發(fā)動機(jī)的效率為答：（1）汽車的行駛速度為30m/s；（2）汽車受到的重力為20000N；（3）汽車的牽引力做的功為4.8×106J；（4）汽車發(fā)動機(jī)的熱機(jī)效率為48%。8．一臺推土機(jī)的推力為，勻速推著土總行程達(dá)800m，共消耗2kg柴油，求該推土機(jī)裝的柴油機(jī)的熱機(jī)效率。柴油熱值（），求：（1）推土機(jī)做的有用功；（2）柴油完全燃燒放出的熱量；（3）柴油機(jī)效率。【答案】（1）；（2）；（3）【詳解】解：（1）推土機(jī)做的有用功（2）柴油完全燃燒放出的熱量（3）柴油機(jī)的效率答：（1）推土機(jī)做的有用功是；（2）柴油完全燃燒放出的熱量是；（3）柴油機(jī)效率是。9．氫氣動力汽車環(huán)保、高效，一輛氫氣動力試驗汽車的總質(zhì)量為，2min內(nèi)汽車在水平路面上勻速行駛了，消耗了30g的氫氣此過程汽車發(fā)動機(jī)產(chǎn)生的牽引力為。（氫氣的熱值取，水的比熱容為，g取（）求：（1）氫氣完全燃燒放出的熱量可以使的水升高多少；（2）汽車牽引力做功的功率；（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率?！敬鸢浮浚?）；（2）；（3）【詳解】解:（1）30g氫氣完全燃燒釋放的熱量水吸收的熱量為由得，升高的溫度為（2）牽引力做的功牽引力的功率（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率答：（1）30g氫氣完全燃燒放出的熱量可以使100kg的水升高10℃；（2）汽車牽引力做功的功率為；（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率為。10．中國首次火星探索任務(wù)“天問一號”探測器的成功發(fā)射，是我國綜合國力和創(chuàng)新能力提升的重要標(biāo)志，如圖所示是某火箭發(fā)射時的場景，目前運(yùn)載火箭一般使用液體氫作為燃料，液態(tài)氧作為助燃劑，氫的熱值為1.4×108J/kg。（1）某火箭發(fā)射時攜帶6×104kg液態(tài)氫燃料，這些燃料完全燃燒最多能將多少千克初溫為20℃的水加熱至沸騰？【c水=4.2×103J/（kg·℃），當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓】（2）氫能源車的發(fā)動機(jī)工作時將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為氫氣在氣缸中燃燒，某次測試中，一輛氫能源車以70kW的功率勻速行駛20min，消耗了2kg燃料，求該發(fā)動機(jī)的效率?！敬鸢浮浚?）2.5×107kg；（2）30%【詳解】解：（1）氫的熱值q=1.4×108J/kg，質(zhì)量m=6×104kg，完全燃燒釋放的熱量為Q=qm1=1.4×108J/kg×6×104kg=8.4×1012J初溫為20℃的水加熱至沸騰溫度的變化量為?t=100℃-20℃=80℃由Q=cm?t可知能夠加熱的水的質(zhì)量為

（2）汽車行進(jìn)時功率P=70kW=7×104W用的時間t=20min=1200s則汽車做的有用功W有=Pt=7×104W×1200s=8.4×107J消耗燃料的質(zhì)量m2=2kg可知工作過程總功為Q2=qm2=1.4×108J/kg×2kg=2.8×108J可知發(fā)動機(jī)效率

答：（1）可將2.5×107kg的水加熱至沸騰；（2）發(fā)動機(jī)的機(jī)械效率為30%。11．在山區(qū)一般喜歡買大排量的車子，為了節(jié)能減排，我們內(nèi)地一般不必要買太大排量的車。一款