文档内容
专题 02 《内能的利用》压轴培优题型训练【七大题型】
一．四冲程的能量转化（共4小题）
二．内燃机工作循环的计算（共4小题）
三．热值的简单计算（共6小题）
四．固体和液体的热值计算（共2小题）
五．热机的效率公式与计算（共9小题）
六．能量的转化与转移（共3小题）
七．能量的利用效率（共8小题）
一．四冲程的能量转化（共4小题）
1．如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图 b
为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断不正确的是（ ）
A．图a中气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞使舰载机获得牵引力
B．气缸内的蒸汽推动活塞时，其内能减小
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图B所示的原理相似
D．汽油机一个工作循环的正确顺序是A、B、C、D
【答案】C
【解答】解：A是吸气冲程、B是压缩冲程、C是做功冲程、D是排气冲程，蒸汽弹射
装置是内能转化为机械能，与C图做功冲程相似；
AB、a图中，气缸内蒸汽体积膨胀，对外做功，其内能减小，同时推动活塞，使舰载机
获得巨大的牵引力，该过程中内能转化为机械能，燃气的内能减小，故AB正确；C、蒸汽弹射装置工作时内能转化为机械能，与汽油机的做功冲程相似，而图 B中汽油
机的进气门和排气门关闭，活塞向上移动，是汽油机的压缩冲程，与蒸汽弹射装置工作
时的原理不同，故C错误；
D、四冲程汽油机一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，所以汽油机
一个工作循环的正确顺序是ABCD，故D正确。
故选：C。
2．根据图中实验回答问题
（1）如图1所示，在热水和冷水中分别滴入两滴墨水，不要搅动杯中的水，热水杯中
的墨水扩散得快，选用热水和冷水做实验的目的是便于探究分子无规则运动速度与 温
度 的关系。
（2）如图2所示，瓶内装有少量的水，水上方有水蒸气，塞紧瓶塞，用打气筒向瓶内
打气，当塞跳起时，有白雾产生，白雾是水蒸气 液化 而成的，这说明气体对外做功
时，内能 减小 ，温度 降低 。
（3）如图3所示是热机的这个冲程是通过 做功 的方式改变它的内能。
（4）如图4所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，用酒精灯给水加热至沸腾的过程
中，这是用 热传递 的方法使水的内能增加，发生的能量转化是 化学能转化为内能
；当软木塞被冲出时，发生的能量转化是 内能转化为机械能 这个实验虽然简单，却
表现出热机中能量转化的基本过程。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）在分别盛有热水和冷水的玻璃杯中，小心地滴入一滴红墨水，会看到滴入热水中
的红墨水扩散的快；选用热水和冷水做实验，这是因为冷水和热水的温度不同，以便于
探究分子无规则运动速度与温度的关系；
（2）瓶子里装有一些水，用力打气，瓶内的气体对瓶塞做功，瓶内气体的内能减少，
温度降低，瓶内的水蒸气液化成小水珠，出现白气；
（3）由图可知，热机两个气阀都关闭，活塞向下运动，所以是做功冲程，做功冲程内
能对外做功，将内能转化为机械能，是通过做功的方式改变物体的内能的；
（4）在试管中装些水，用酒精灯加热的过程中，酒精燃烧将化学能转化为内能，这些
内能传递给试管中的水；使得水的内能增加，产生大量的水蒸气，试管内的气体压强增
大，大于外界的大气压，水蒸气就会将塞子冲出，即对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
故答案为：（1）温度；（2）液化；减小；降低；（3）做功；（4）热传递；化学能转
化为内能；内能转化为机械能。
3．阅读短文，回答问题
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地
松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去了，这时气球获得了气动力。我们再
观察一个实验：如图甲所示，将一个针管的活塞推到底端，并通过一个胶管与一个吹了
气的气球相连。用力挤压气球，发现活塞被顶起。这个实验说明空气作为动力对活塞做
了功。
被压缩的气体压强变大，能对外做功。那么在生活中是否能将空气作为一种“能源”，
变成一种推进物体前进的动力呢？经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩
空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。
图乙是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸，总容量为90L，
可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h，平均每加一次气能行
驶200km或10h．压缩空气动力汽车的充气方式有两种：一是使用车辆自带的空气压缩
机，使用家庭电路作为电源，就可在4个小时内完成充气；二是到指定的加气站，可在
短短3分钟内完成充气。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、
维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点，在科
学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。
根据上述材料，回答下列问题：
（1）压缩空气动力汽车与汽油机汽车相比优点是 不直接使用燃料（体积小、结构简
单、维修成本低等） 。（说出一点即可）
（2）汽油机是利用 内 能做功的，图丙所示是四冲程汽油机的 C 冲程。
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
（3）分析上文，下面说法正确的是 AB （正确的选项多于一个）。
A．松开鼓起来的气球时，气球飞出去，这是因为物体间力的作用是相互的B．空气动力汽车工作时将内能转化为机械能
C．以空气发动机为动力的汽车，靠气缸内空气燃烧产生能量
D．空气动力汽车工作时不会有能量的损失
（4）资料表明，空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，对于产生此现象的
原因，请你提出一条合理的解释 气体对外做功，内能减小，温度降低 。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）由材料内容的介绍可知，压缩空气动力汽车与汽油机相比的优点主要有：不直接
使用燃料、体积小、结构简单、维修成本低等；
（2）热机的原理是利用燃烧产生的高温燃气推动活塞做功，从而把内能转化为机械能。
由图丙可知，进气门、排气门关闭，活塞下行，所以是做功冲程，故C正确；
（3）A、松开鼓起来的气球时，气球飞出去，这是因为气球向外喷气时，自身也获得一
个反作用力，因此说明物体间力的作用是相互的，故A正确；
B、空气动力汽车工作时压缩的气体对外做或，将内能转化为机械能，故B正确；
C、以空气发动机为动力的汽车，靠气缸内空气膨胀对外做功，而不是燃烧产生能量，
故C错误；
D、空气动力汽车工作时能量会有一定的损失，因此能量不可能完全被利用，故D错误；
故选AB；
（4）空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，这主要是因为气体对外做功，
内能减小，温度降低。
故答案为：（1）不直接使用燃料（体积小、结构简单、维修成本低等）；（2）内；
C；（3）AB；（4）气体对外做功，内能减小，温度降低。
4．小明的爸爸新买了一辆小汽车，如图1所示，今年“五•一”期间，爸爸开车带着小明
出去旅游。汽车（包括车上的人和物品）质量为 1.8×103kg，车轮与地面的总接触面积
为0.09m2，当汽车以25m/s的速度在平直路面上匀速行驶时，匀速行驶时所受阻力为
1000N．求：
（1）当汽车以25m/s的速度在平直路面上匀速行驶时牵引力是多大？
（2）汽车静止时对路面的压强？
（3）观察小汽车的外型，判断小汽车在水平路面高速行驶和静止时，对地面压力哪一
个大？为什么？
（4）汽车以汽油做为燃料，如图2四幅图片表示的是汽油机工程过程中的4个冲程，
在汽车行驶中能给汽车提供动力的是如图2中的哪一个 C 。【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由于汽车在平直路面上匀速行驶，
所以汽车处于平衡状态，故牵引力等于阻力，即F＝f＝1000N；
（2）汽车静止时对路面的压力：F＝G＝mg＝1.8×103kg×10N/kg＝1.8×104N，
汽车静止时对地面的压强：p＝ ＝ ＝2×105Pa；
（3）汽车静止时对地面的压力等于汽车自身的重力；根据小汽车的外形可知，当小汽
车高速行驶时，汽车上方的空气流速大于下方的空气流速，所以上方的压强小于下方的
压强，从而产生向上的压力差，减小了对地面的压力，故小汽车在水平路面静止时对地
面压力大；
（4）在汽车行驶中将内能转化为机械能，能给汽车提供动力的是做功冲程；由图 2知，
C图气门都关闭，活塞向下运行，气缸容积增大，是做功冲程，将内能转化为机械能，
故选C。
答：（1）当汽车以25m/s的速度在平直路面上匀速行驶时牵引力是1000N；
（2）汽车静止时对路面的压强是2×105Pa；
（3）小汽车在水平路面静止时对地面压力大；根据小汽车的外形可知，当小汽车高速
行驶时，汽车上方的空气流速大于下方的空气流速，所以上方的压强小于下方的压强，
从而产生向上的压力差，减小了对地面的压力；
（4）在汽车行驶中能给汽车提供动力的是图2中的C。
二．内燃机工作循环的计算（共4小题）
5．汽车是我们熟悉的交通工具，它给人们的生活提供了便利，促进了社会经济的发展。某
型号汽车当它以20m/s的速度在平直路面匀速行驶时，受到的阻力为600N，每行驶
100km消耗汽油为8L．汽油热值为3.7×107J/L．求：
（1）汽车以20m/s的速度行驶，牵引力的功率。
（2）汽车以20m/s的速度匀速行驶，汽车发动机效率。
（3）汽车有很多用途，但也带来很多不利影响，请举一例，并就如何减少不利影响提
出一条合理建议。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）汽车均匀行驶，F＝f＝600N，
牵引力功率：P＝ ＝ ＝Fv＝600N×20m/s＝12000W；
（2）若汽车行驶100km，汽油燃烧放出的热量：
Q放 ＝3.7×107J/L×8L＝2.96×108J；
汽车牵引力做的功W＝FS＝fS＝600N×105m＝6×107J汽车的效率： ＝ ＝ ×100%≈20.3%；
（3）使用汽车时会有用发动机工作造成噪声污染，建议：城区内禁止汽车鸣笛；不可
η
避免的发生交通事故，建议：驾驶员和行人遵守交通规则。
答：（1）汽车以60Km/h的速度匀速行驶时，牵引力的功率为10000W；
（2）汽车以60Km/h的速度匀速行驶时，汽车的效率为20.3%；
（3）使用汽车会造成噪声污染；可在城区内禁止汽车鸣笛。
6．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为 40cm2，一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9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，
当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），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。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）p＝9.0×105Pa，S＝40cm2＝40×10﹣4m2，
∵p＝
∴燃气对活塞的平均压力为：F＝pS＝9.0×l05Pa×40×10﹣4m2＝3600N。
（2）∵s＝50mm＝0.05m，
∴一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W＝Fs＝3600N×0.05m＝180J。
（3）飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动1800周，要对外做功900次，
∴燃气对活塞做的总功为：W总 ＝W×900＝180J×900＝162000J，
而t＝1min＝60s，
∴汽油机的功率为：P＝ ＝ ＝2700W。
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为3600N。
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为180J。
（3）汽油机的功率为2700W。
7．一四冲程的柴油机。活塞面积是0.06m2，活塞的行程是10cm，做功冲程的平均压强是
3.5×105Pa，求
（1）做功冲程中气体做的功
（2）每分钟完成500个工作循环，则柴油机的功率是多少？
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由p＝ 可得，燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝3.5×105Pa×0.06m2＝2.1×104N，做功冲程中气体做的功：
W ＝Fs ＝2.1×104N×0.1m＝2.1×103J；
1 1
（2）因为一个工作循环对外做功一次，
所以，每分钟完成500个工作循环，对外做功的次数为N＝500，
该柴油机每分钟做的功：
W＝NW ＝500×2.1×103J＝1.05×106J，
1
时间t＝1min＝60s，
则柴油机的功率：
P＝ ＝ ＝1.75×104W。
答：（1）做功冲程中气体做的功为2.1×103J；
（2）柴油机的功率为1.75×104W。
8．图1为四缸发动机工作原理：内燃机通过连杆把四个汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使
各汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸
分别在做吸气、压缩和排气工作。
排量 2.0L
输出功率 120kW
转速 6000r/min
（1）发动机在做功冲程里，高温、高压的燃气推动活塞向下运动，对外做功，同时将
内 能转化为 机械 能。
（2）有一台四缸发动机，其主要技术指标如上表所示。其中排量等于四个汽缸工作容
积的总和，汽缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积，又称单缸排量，它取
决于活塞的面积和活塞上下运动的距离L（如图2）。该发动机在1s内做功 1.2×1 0 5
J，单缸排量V＝ 0. 5 L。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能；
（2）∵P＝ ，
∴发动机在1s内做功：W＝Pt＝120×103W×1s＝1.2×105J，
∵四缸总排量为2.0L，
单缸排量：
V＝ ×2.0L＝0.5L，
故答案为：（1）内；机械；（2）1.2×105；0.5。
三．热值的简单计算（共6小题）
9．随着物质生活水平的提高，小轿车已经走进了我们普通的家庭.小明家最近也购买了一
辆轿车.请根据下列提供的信息回答相关问题．
小明通过上网查阅得到这款轿车发动机输出功率与转速的关系如图乙所示；小明又通过
父亲了解到，当车速是100km/h时，发动机转速是2000r/min，平均油耗为9L/100km．
分析上述信息可知：当这辆汽车以100km/h匀速行驶时，1小时发动机所做的有用功为
1.08×10 8 J，消耗汽油产生的内能 3.312×1 0 8 J，此时发动机的效率约为 32.6%
.（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，密度为0.8×103kg/m3）
【答案】1.08×108；3.312×108；32.6%。
【解答】解：当车速是100km/h时，发动机转速是2000r/min，
由图象知，发动机转速是2000r/min，此时发动机输出功率是：P＝30kW＝3×104W，
t＝1h＝3600s，
由P＝ 得，当这辆汽车以100km/h匀速行驶时，1小时发动机所做的有用功：W＝Pt＝
3×104W×3600s＝1.08×108J。
由v＝ 得，1小时这辆汽车以100km/h匀速行驶路程：s＝vt＝100km/h×1h＝100km，
汽车平均油耗为9L/100km，
所以汽车行驶1h，消耗汽油9L，消耗汽油的体积：V＝9L＝9dm3＝9×10﹣3m3，
由密度公式得，消耗汽油的质量：m＝ V＝0.8×103kg/m3×9×10﹣3m3＝7.2kg，
ρ消耗汽油放出的热量：Q＝mq＝7.2kg×4.6×107J/kg＝3.312×108J，
发动机的效率： ＝ ＝ ≈0.326＝32.6%。
故答案为：1.08×108；3.312×108；32.6%。
η
10．木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧，得到了下表
的数据：
燃料的质量/g 100 200 300
燃料完全燃烧放出的热量 Q木柴/J 1.3×106 2.6×106 3.9×106
Q焦炭/J 3.0×106 6.0×106 9.0×106
Q木炭/J 3.4×106 6.8×106 10.2×106
（1）从表中的数据可知，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是 不同
的；对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越 多 。
（2）从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料，完全燃烧放出的热量与其质量的比
值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称之为
热值 ，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。
（3）在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了
衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入 热效率
来描述。
【答案】（1）不同；多；（2）热值；（3）热效率。
【解答】解：
（1）由表格中数据可知，完全燃烧质量相同的木材、焦炭、木炭放出的热量不同；对
于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越多；
（2）对于同一种燃料，完全燃烧放出的热量与燃料的质量成正比，即放出热量与质量
的比值不变，物理学中用热值表示燃料的这一特性；
（3）为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入的
是热效率的概念，能量损失越少，热效率越高，便能节约能源，减小对环境的破坏。
故答案为：（1）不同；多；（2）热值；（3）热效率。
11．小明同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验探究煤油和食用菜籽油的热值大
小关系，他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，记录结果见表。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃
菜籽油 20 31
煤油 20 43
（1）在安装、调整试验器材时，合理的顺序是（图甲中）；应先调整，固定 B 的位
置，再调整固定 A 的位置。（均选填“A”或“B”）
（2）为了保证实验结论的可靠性，小明同学选择了两套相同的装置，在实验中应控制；煤油和菜籽油的 质量 及烧杯中水的 质量和初温 相同。
（3）通过表中记录的数据，你认为煤油和菜油两种燃料中热值较大的是 煤油 。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）为了利用灯的外焰给烧杯充分加热，安装器材时需要先固定 B的位置，然后再调
整A的位置，并且不要碰到烧杯壁和烧杯底；
（2）为了保证实验的可靠性，需要控制煤油和菜籽油的质量及烧杯中水的质量和初温
相同；
（3）分析表格数据可知，甲杯水的温度升高的较快，即甲灯燃烧产生的热量多，所以
煤油的热值大。
故答案为：（1）B；A；（2）质量；质量和初温；（3）煤油。
12．下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。
燃料种类 无烟煤 酒精 煤油 干木柴 液态氢
热值 3.4×107 3.0×107 4.6×107 1.2×107 1.4×108
（1）由表可知，完全燃烧1g的酒精，可放出热量 3×1 0 4 J；放出相同的热量，完全
燃烧干木柴与液态氢的质量比是 3 5 ： 3 。
（2）为了探究“燃料完全燃烧时放出的热量是否与燃料的种类有关”，设计探究方案
如下：
①在实验时所选用燃料种类应 不同 ，质量应 相同 （选填“相同”或“不
同”）。
②若燃烧放出的热量用水吸收，用不同燃料加热时水温升高的多少，来比较燃料燃烧
值的大小，则实验中除了盛水容器相同外，你认为还应注意：（只要求填写两种）
A． 水的质量相同 ；B． 水的初温相同 。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）燃烧1g＝0.001kg的酒精可放出的热量：Q＝mq＝0.001kg×3.0×107J/kg＝3×104J；
放出相同的热量，完全燃烧干木柴与氢气的质量比：
根据Q木 ＝m木q木 、Q氢 ＝m氢q氢
又根据Q氢 ＝Q木＝ ＝ ＝ ；
（2）①探究燃料燃烧时放出热量的多少是否与燃料的种类有关，就应该选择种类不同，
质量相同的燃料；
②若燃烧放出的热量用水吸收，则实验中除了盛水容器相同外，你认为还应注意：水
的质量要相等，水的初温要相同。
故答案为：（1）3×104；35：3；（2）①不同；相同；②水的质量相同；水的初温相
同。
13．2022年3月23日，位于临沂市境内的山东最大抽水蓄能电站沂蒙电站正式投产，总装
机容量1.2×106kW，由4台相同的的发电机组成。抽水蓄能电站是为了解决电网高峰、
低谷之间供需矛盾而产生的，是间接储存电能的一种方式。在下半夜用电低谷时，它利
用过剩的电力驱动水泵，将水从下水库抽到上水库储存起来，次日白天和前半夜用电高
峰时，再将水放出，并流入下水库。其工作原理如图，已知该电站设计年发电量约
2.1×109kW•h，建成投运后，可在5min内由满负荷抽水转变为满负荷发电，极大缓解系
统调峰压力，（g＝10N/kg，q煤 ＝3.0×107J/kg）求：
（1）储水水库里有大量的水，水的 比热容 较大，可以起到调节气温的作用；你觉
得修建这种蓄能电站有什么好处： 可再生、清洁、无污染 ；
（2）蓄能电站某天发电量6×106kW•h，这些能量如果完全由燃烧煤炭获得，至少需要
燃烧多少t的煤炭？
（3）蓄能电站发电过程中，将上水库的水放出，水的重力做功，将机械能转化为电能
发电，若该抽水器能电站在放水发电阶段的效率
发
＝90%，该抽水蓄能电站上、下水
库的水面高度差H＝100m，为保证该抽水蓄能电站4台发电机组全部满负荷连续发电
η
5h，试估算该抽水蓄能电站上水库的容量V至少要多少m3？
【答案】（1）比热容；可再生、清洁、无污染；
（2）至少需要燃烧720t的煤炭；
（3）该抽水蓄能电站上水库的容量V至少要2.4×107m3。
【解答】解：（1）因为水的比热容较大，白天，相同质量的水和沙石比较，吸收相同
的热量，水的温度升高的少；夜晚，放出相同的热量，水的温度降低的少，使得昼夜的温差小，能有效调节周围环境的气温；
这种蓄能电站的优点有很多，如清洁、污染少、环保、取之不尽、节约资源等；
（2）煤炭放出的热量为：
Q放 ＝W＝6×106kW•h＝6×106×3.6×106J＝2.16×1013J，
则煤炭的质量为：m＝ ＝ ＝7.2×105kg＝720t；
（3）蓄能电站发电过程中，将上水库的水放出，水的重力做功为：
W水 ＝Gh＝mgh＝ Vgh，
因为抽水器能电站ρ在放水发电阶段的效率
发
＝90%，
所以水的重力的做功有90%转化为电能，
η
故，W电 ＝ 发W水 ，
即Pt＝
发
ηVgh，
所以抽水蓄能电站上水库的容量为：
η ρ
V＝ ＝ ＝2.4×107m3。
答：（1）比热容；可再生、清洁、无污染；
（2）至少需要燃烧720t的煤炭；
（3）该抽水蓄能电站上水库的容量V至少要2.4×107m3。
14．阅读短文，回答问题。
电动自行车
电动自行车因为具有轻便、快捷和环保等优点备受大家喜爱。通常说的电动车是以蓄
电池作为能量来源，电动机为核心部件，通过控制器调节电流大小来改变速度的交通工具
世界上第一辆电动车诞生于十九世纪，时至今日电动自行车已发生了巨大变化。
下表是某型号电动自行车（如图甲）的相关数据。
质量m/kg 40
行驶过程中轮胎与地面接触的总面积S/m2 8×10﹣3电能转化为机械能的效率 75%
工作电压U/V η 48
规定行驶速度v/km•h﹣1 ≤36
（1）电动车是用蓄电池作为电源的，在工作时是把 化学 能转化为电能。
（2）如果该电动自行车采用400W•h（瓦时）的大容量电池供电，则其最多能输出的机
械能1.08×107J。若这么多的机械能由效率为 30%的汽油机提供，则需要燃烧汽油
0.08 kg。（已知本地汽油的热值为4.5×106J/kg）
（3）小明骑该车以最大规定速度在水平路面匀速行驶10km。已知小明的质量是40kg，
且该电动自行车行驶过程中所受到的摩擦力f随车辆和人的总质量M的变化关系图象如
图乙所示。则上述骑行过程中克服摩擦力做功的功率为 20 0 W，如果行驶的路程为
s（单位m），人和车的总质量为M（单位kg），该过程中克服摩擦力做功的表达式为
J。
【答案】（1）化学；（2）8；（3）200； 。
【解答】解：（1）蓄电池在充电的时候是把电能转化为化学能储存起来，然后在使用
的时候再把储存的化学能释放出来转化为电能；
（2）由 ＝ 可知，汽油燃烧需要放出的热量：Q放 ＝ ＝ ＝3.6×107J；
η
由Q放 ＝mq可知，需要燃烧汽油的质量：m汽油 ＝ ＝ ＝8kg；
（3）小明骑行过程中，小明和车的总质量M＝m人+m车 ＝40kg+40kg＝80kg；
由图乙可知，小明骑电动车过程中所受的摩擦力大小 f＝20N，骑行的最大速度：v＝
36km/h＝10m/s；
骑行过程中克服摩擦力做功的功率为：P＝ ＝ ＝Fv＝fv＝20N×10m/s＝200W；
由图乙可知，骑行过程中受到的摩擦力f＝ ，则该骑行过程中克服摩擦力所做的
功：W＝Fs＝fs＝ （J）。
故答案为：（1）化学；（2）8；（3）200； 。
四．固体和液体的热值计算（共2小题）
15．如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的质
量都相同。
（1）比较不同燃料的热值应选择 B 、 C 两个装置，比较不同物质的比热容应选择A 、 B 两个装置（选填装置序号A、B、C）。
（2）已知酒精的热值为3.0×107J/kg，10g酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×1 0 5 J。
（3）水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），它的物理意义 1kg 的水温度升高（或降低）
1 ℃所吸收（或放出）的热量为 4.2×10 3 J 。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过
温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断放热的多少和热值大小，应选择 B和C两图
进行实验；
为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和
温度的变化相同，通过比较加热时间（判断吸热的多少），进而判断两种比热容的大小
关系，应选择A和B两图进行实验；
（2）10g酒精完全燃烧放出的热量：Q放 ＝mq＝10×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝3.0×105J；
（3）水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），物理意义是：1kg的水温度升高（或降低）1℃
所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
故答案为：（1）B、C；A、B；
（2）3.0×105；
（3）1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
16．科学家正在研制一种用水作燃料的“零排放汽车”，其工作原理是：水和硼反应产生
氢，氢再进入内燃机燃烧或装入燃料电池发电；后续反应产生的水又被收集，唯一副产
品“氧化硼”还可以再转变成硼并循环利用。（g＝10N/kg）
（1）据科学家计算，一辆汽车一次装载18kg硼和45L水，反应放出的能量与30kg汽
油相当（汽油的热值为4.6×107J/kg），30kg汽油完全燃烧放出的能量是多少J？
（2）如果该车以108km/h的速度在水平路面上匀速行驶，反应放出的能量转化为机械
能的效率为80%，该车的质量是1.6t，车受到的阻力是车重的10%。则该车发动机的输
出功率是多大？
（3）加一次硼和水可以供车行驶多少km？
【答案】（1）若汽油完全燃烧，那么放出的热量是1.38×109J；
（2）该车发动机的输出功率是4.8×104W；
（3）加一次硼和水可以供车行驶690千米。【解答】解：（1）30kg汽油完全燃烧时放出的热量：
Q放 ＝mq＝30kg×4.6×107J/kg＝1.38×109J；
（2）汽车受到的重力：G＝mg＝1.6×103kg×10N/kg＝1.6×104N；
汽车受到的阻力：f＝0.1G＝0.1×1.6×104N＝1.6×103N；
因为汽车匀速行驶，所以牵引力等于阻力：F＝f＝1.6×103N；
汽车的速度：v＝108km/h＝108× m/s＝30m/s，
由P＝ ＝ ＝Fv得，汽车的功率：
P＝Fv＝1.6×103N×30m/s＝4.8×104W；
（3）由 ＝ 得，加一次硼和水汽车发动机做功：
W＝ Q放η ＝80%×1.38×109J＝1.104×109J；
由W＝Fs得，汽车行驶路程：
η
s＝ ＝ ＝6.9×105m＝690km。
答：（1）若汽油完全燃烧，那么放出的热量是1.38×109J；
（2）该车发动机的输出功率是4.8×104W；
（3）加一次硼和水可以供车行驶690千米。
五．热机的效率公式与计算（共9小题）
17．汽油机甲，飞轮每分钟转2400转，汽油机的汽缸容积为150cm3，满负荷工作时做功
冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa，且甲汽油机一分钟消耗25g汽油。汽油机甲与汽油机
乙的效率比值为5：4，汽油机甲的功率是乙的2.5倍，则汽油机甲的功率和甲、乙汽油
机相同时间的油耗之比为（ ）（汽油的热值为4.8×107J/kg）
A．3.6×106W；2：1 B．6000W；2：1
C．3.6×106W；1：2 D．6000W；1：2
【答案】B
【解答】解：（1）满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为2.0×106Pa，根据压强公式
p＝ 可得平均压力为F＝pS，
根据体积公式V＝Sh，得活塞冲程长为h＝ ，
所以做功冲程一次对外做的功为W＝Fh＝pS× ＝pV＝2.0×106Pa×150×10﹣6m3＝300J；
汽油机甲，飞轮每分钟转2400转，由4冲程汽油机中，飞轮转速：做功次数＝2：1得，
一分钟汽油机甲的做功次数为1200次，所以一分钟汽油机甲做功为W甲 ＝W×1200＝300J×1200＝3.6×105J。
由P＝ 得，汽油机甲的功率为P甲 ＝ ＝ ＝6000W；
（2）甲汽油机一分钟消耗25g汽油，则其一分钟燃烧释放的热量为Q甲 ＝mq＝25×10﹣
3kg×4.8×107J/kg＝1.2×106J，
所以汽油机甲的效率为
甲
＝ ×100%＝ ×100%＝30%；
η
汽油机甲与汽油机乙的效率比值为5：4，则汽油机乙的效率 乙 ＝ × 甲 ＝ ×30%＝
24%；
η η
汽油机甲的功率是乙的2.5倍，则汽油机乙功率为P乙 ＝ ＝ ＝2400W，
所以一分钟汽油机乙做的功为W乙 ＝P乙×t＝2400W×60s＝1.44×105J；
则汽油机乙一分钟燃烧释放的热量为Q乙 ＝ ＝ ＝6×105J，
由q＝ 得，一分钟汽油机乙消耗的汽油质量为：m乙 ＝ ＝ ＝
0.0125kg＝12.5g。
甲、乙汽油机相同时间的油耗之比＝25g：12.5g＝2：1。
故选：B。
18．（多选）某品牌汽车的质量为M（含驾乘人员），车的钢质外亮密度为 、质量为
1
m，发动机的效率为
1
。若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为
ρ
车总重的k
倍（k＜1，为常数），受到的空气阻力为f，忽略其它摩擦阻力。经过技术革新，厂家
η
将车外亮换成了等体积，密度为 的新材料（ ＜ ），并对车子的流线型进行了优化，
2 2 1
使车子受到的空气阻力降低了2%ρ ，还将车子的
ρ
发动
ρ
机效率提高到了
2
，改进后汽车以
相同的速度匀速行驶。设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，改进前的耗
η
油量m ，改进后汽车的耗油量m 。在满足上述条件下说法正确的是（ ）
1 2
A．在消耗等量燃油的情况下，改进后汽车的行驶路程更长
B．改进后汽车以相同的速度匀速行驶时，有用功的功率变小
C．若燃油的热值为q，汽车匀速行驶的路程为s，则 ＝
1
D．改进后汽车的耗油量m
2
与改进前的耗油量m
1
的比
η
为【答案】AD
【解答】解：A、根据热机效率 ＝ ×100%＝ ×100%可知，在消耗等量燃油的情
况下，技术革新后， 变大，热机
η
对外做的有用功就多，即W有用 ＝Fs更大，因为汽车
做匀速直线运动，汽车
η
的牵引力F＝f总 ＝f摩擦+f阻力 ，技术革新后摩擦力和阻力都减小，
所以汽车的牵引力F减小，汽车行驶的路程s将变长，故A正确；
B、根据热机效率 ＝ ×100%可知，在消耗等量燃油的情况下，技术革新后， 变大，
热机对外做的有用功就多，汽车以相同的速度，通过相同的路程，所用的时间相同，根
η η
据有用功率P有用 ＝ 可知，有用功率变大，故B错误；
C、因为汽车做匀速直线运动，汽车的牵引力F
1
＝f总 ＝f摩擦+f阻力 ＝kMg+f，根据热机效
率 ＝ ×100%＝ ×100%＝ ，故C错误；
1
η
D、技术革新前后，汽车外壳的体积相等，即V前 ＝V后 ，所以 ＝ ，所以技术
革新后，汽车外壳的质量m′＝ m，汽车的牵引力F
2
＝f总 ′＝f摩擦 ′+f阻力 ′＝k
（Mg﹣mg+ mg）+（1﹣2%）f＝k（M﹣m+ m）g+0.98f，因为热机效率 ＝
η
×100%＝ ×100%，所以燃油的质量m＝ ，汽车以相同的速度，通过相同的
路程，所用的时间相同，因此技术革新后的耗油量m 与技术革新前的耗油量m 之比是
2 1
m ： m ＝ ： ＝
2 1
，故D正确。
故选：AD。
19．某品牌小汽车的“经济耗油量（90km/h）8L/100km”是指：这辆汽车以90km/h的速度行驶100km，消耗汽油8L。[已知
水
＝1.0×103kg/m3；c水 ＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽
油
＝3.2×107J/L]下表为此小汽车的相关ρ数据：
总质量：1500kg 经济耗油量：（90km/h）8L/100km
车轮与地面的总接触面积：8.0×10﹣2m2 水箱容量：4L
（1）汽车上的散热器用水作为冷却剂，是因为 水的比热容大 ；当水箱装满水，水
温升高25℃时，需要吸收的热量为多少？
（2）该汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km，汽车发动机的效率为31.25%。求
此时汽车的实际功率为多少？
（3）请你对驾驶员安全行车提出一条合理化建议。
【答案】（1）水的比热容大；需要吸收的热量为4.2×105J；
（2）汽车的实际功率为20kW；
（3）酒后不开车。
【解答】解：（1）水的比热容大，在质量和升高温度相同时，比其他物质吸收更多的
热量，所以汽车上的散热器用水作为冷却剂；
由 ＝ 可知，水箱中水的质量：m水 ＝ 水V水 ＝1.0×103kg/m3×4×10﹣3m3＝4kg；
水吸ρ收的热量：Q吸 ＝c水m水Δt＝4.2×10ρ 3J/（kg•℃）×4kg×25℃＝4.2×105J；
（2）汽车在经济耗油量下沿直线匀速行驶50km消耗的汽油：V汽油 ＝50km× ＝
4L；
汽油完全燃烧放出的热量：Q放 ＝V汽油q汽油 ＝4L×3.2×107J/L＝1.28×108J；
由 ＝ 可知，汽车所做的有用功：W＝ Q放 ＝31.25%×1.28×108J＝4×107J；
η η
由v＝ 可知，汽车行驶50km所用的时间：t＝ ＝ ＝ ＝2000s；
汽车的实际功率：P＝ ＝ ＝2×104W＝20kW；
（3）酒后不开车。
答：（1）水的比热容大；需要吸收的热量为4.2×105J；
（2）汽车的实际功率为20kW；
（3）酒后不开车。
20．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视
距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为37t，最大飞行高度达20000m，最大航行速
度达2.5倍声速（合3060km/h），最大载油量为10t，飞机航行时所受阻力的大小与速
度的关系见下表：速度v 100 200 300 400 500
（m/s）
阻力f/N 0.3×104 1.2×104 2.7×104 4.8×104 7.5×104
已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是40%，飞机使用的航空燃油
的热值为5×107J/kg，则：
（1）某次飞机以500m/s的速度匀速飞行10km，求此过程中发动机做的功和消耗的燃
油的质量；
（2）当飞机以速度v匀速飞行时，请推导飞机牵引力的功率P与v的关系式。
【答案】（1）此过程中发动机做的功为7.5×108J，消耗的燃油的质量为37.5kg；
（2）当飞机以速度v匀速飞行时，飞机牵引力的功率P与v的关系式为P＝（
）2×0.3×104N×v。
【解答】解：（1）某次飞机以500m/s的速度匀速飞行10km，根据表中数据可知，受
到的阻力为7.5×104N，
根据二力平衡的条件，飞机受到的牵引力为：F＝f＝7.5×104N，
此过程中发动机做的功为：W＝Fs＝7.5×104N×10×103m＝7.5×108J，
已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是40%，飞机使用的航空燃油
的热值为5×107J/kg，
根 据 可 得 ， 需 要 燃 油 的 质 量 ： m ＝ ＝
＝37.5kg。
（2）根据表中数据可知，200m/s 是 100m/s 的 2 倍，则对应受到的阻力之比为：
＝4＝22，
300m/s是100m/s的3倍，则对应的受到的阻力之比为： ＝9＝32，
故得出速度增大为原来的几倍，对应的受到的阻力增大为原来几倍的平方，当飞机以速
度v匀速飞行时，受到的阻力为：f′＝（ ）2×0.3×104N，
飞机的牵引力为：F′＝f′＝（ ）2×0.3×104N，
根据 P＝ ＝ ＝Fv 可得，飞机牵引力的功率 P 与 v 的关系式为：P＝F′v＝（）2×0.3×104N×v。
答：（1）此过程中发动机做的功为7.5×108J，消耗的燃油的质量为37.5kg；
（2）当飞机以速度v匀速飞行时，飞机牵引力的功率P与v的关系式为P＝（
）2×0.3×104N×v。
21．如图为六安市某风景区山中的一段盘山公路照片。以汽油为燃料的观光汽车沿该盘山
公路（盘山公路近似处理为斜面）以36km/h的速度匀速行驶，经过15min从山脚到达
山顶；汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为9.2×103N。已知汽车完全燃烧释放的热量转
化为汽车牵引力做功的效率为30%，汽油热值q＝4.6×107J/kg，求：
（1）汽车上山时牵引力所做的功是多少？
（2）汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油？
【答案】（1）汽车上山时牵引力所做的功是8.28×107J。
（2）汽车从山脚到山顶消耗了6千克的汽油。
【解答】解：（1）已知v＝36km/h＝10m/s，
P＝ ＝ ＝Fv＝9.2×103N×10m/s＝9.2×104W。
汽车上山时牵引力所做的功：W＝Pt＝9.2×104W×15×60s＝8.28×107J；
（2）W＝ Q＝ qm，
η η
则m＝ ＝ ＝6kg。
答：（1）汽车上山时牵引力所做的功是8.28×107J。
（2）汽车从山脚到山顶消耗了6千克的汽油。
22．城市道路的干净整洁离不开道路清扫车。一辆道路清扫车在某次工作中，10min匀速
行驶了3km，若该道路清扫车在行驶过程中受到的摩擦力为2000N，发动机的热机效率
为40%，燃油的热值为3×107J/kg，求该道路清扫车在此次工作中：
（1）牵引力做的功；
（2）燃油完全燃烧放出的热量；
（3）消耗的燃油质量。
【答案】（1）牵引力做的功为6×106J；
（2）燃油完全燃烧放出的热量为1.5×107J；（3）消耗的燃油质量为0.5kg。
【解答】解：（1）因为清扫车做匀速直线运动，所以清扫车的牵引力为 F牵 ＝f＝
2000N。
牵引力做的功：
（2）根据 可得，燃油完全燃烧放出的热量：
（3）根据Q放 ＝mq可得，消耗的燃油质量：
答：（1）牵引力做的功为6×106J；
（2）燃油完全燃烧放出的热量为1.5×107J；
（3）消耗的燃油质量为0.5kg。
23．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，
柴油
＝0.8×103kg/m3）
空船ρ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
（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。
【答案】（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%。
【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，
∵观光艇漂浮，∴观光艇受到的浮力和总重力为平衡力，
∴观光艇满载乘客时所受浮力为：
F浮 ＝G＝1.28×104N；
（2）∵P＝ ＝ ＝Fv，
∴观光艇受到的牵引力为：
F＝ ＝ ＝4.3×103N，
∵观光艇匀速行驶，
∴观光艇受到的牵引力和水的阻力为平衡力，
∴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＝ Vq＝0.8×103kg/m3×5×10﹣3m3×4.3×107J/kg＝1.72×108J，
ρ
柴油发动机的效率： ＝ ×100%＝ ×100%＝45%。
答：（1）观光艇满载时，所受浮力是1.28×104N；
η
（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%。
24．2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车，该车排放物是水，不产生任何
污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为
5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍（不计驾驶员质
量），在0.2h内行驶了14km的路程，消耗的氢能源为0.2kg（不考虑氢能源燃料消耗
对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知 q氢 ＝1.4×108J/kg，g取
10N/kg）
（1）该车行驶的平均速度为多少km/h；
（2）牵引力做的功；
（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。
【答案】（1）行驶的平均速度为70km/h；
（2）牵引力做的功为1.4×107J；（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率为50%。
【解答】解：（1）测试过程中氢燃料电池车的平均速度： ＝ ＝ ＝70km/h；
（2）氢燃料电池车的总重力：G＝mg＝5×103kg×10N/kg＝5×104N，
氢燃料电池车匀速行驶时受到的阻力：f＝0.02G＝0.02×5×104N＝1×103N，
因为氢燃料电池车匀速行驶时的牵引力和受到的阻力是一对平衡力，
所以氢燃料电池车匀速行驶时的牵引力：F＝f＝1×103N，
牵引力做的功：W＝Fs＝1×103N×14×103m＝1.4×107J；
（3）氢燃料完全燃烧放出的热量：Q放 ＝m氢q氢 ＝0.2kg×1.4×108J/kg＝2.8×107J，
则氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率： ＝ ×100%＝ ×100%＝
50%。
η
答：（1）行驶的平均速度为70km/h；
（2）牵引力做的功为1.4×107J；
（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率为50%。
25．近年来，我国汽车工业发展迅猛，各种新型汽车不断投放市场，以下是我国某品牌轿
车的测试报告：汽油的热值q＝3.3×107J/L，燃料完全燃烧放出热量的公式Q＝qV，式中
V表示燃料的体积。请计算该品牌轿车在本次测试过程中：（g取10N/kg）
车型 某品牌轿车
测试道路 标准水平国道
测试距离 100km
测试速度 80km/h匀速行驶
整车质量 900kg
消耗汽油 9L
受到阻力 整车重的0.08倍
（1）汽车匀速行驶时发动机的牵引力是多少？汽车发动机牵引力做了多少机械功？
（2）9L汽油完全燃烧放出的热量是多少？
（3）发动机产生热量转化为牵引轿车前进所需能量的效率；（百分数保留1位小数）
（4）请根据能量流程图，提出2条提高发动机效率的有效措施。【答案】（1）汽车发动机做了7.2×107J机械功；
（2）9L汽油完全燃烧产生的内能为2.97×108J；
（3）发动机产生内能转化为牵引轿车前进所需能量的效率为24.2%。
（4）使燃料充分燃烧，然后减少燃烧产生能量的损失，保证良好润滑减少摩擦；尽量
降低散热；提高其利用率。
【解答】解：（1）由于汽车做匀速直线运动，在水平方向上受到的牵引力和阻力是一
对平衡力，则F＝f＝0.08G＝0.08mg＝0.08×900kg×10N/kg＝720N；
所做的机械功为：W＝Fs＝720N×100×1000m＝7.2×107J；
（2）汽油完全燃烧产生的内能为：Q放 ＝Vq汽油 ＝9L×3.3×107J/L＝2.97×108J；
（ 3 ） 发 动 机 产 生 内 能 转 化 为 牵 引 轿 车 前 进 所 需 能 量 的 效 率 为 ：
。
（4）由能量图流程图可知，能量的损耗主要是废气、散热、机械摩擦三部分，要提高
效率，首先使燃料充分燃烧，然后减少燃烧产生能量的损失，保证良好润滑减少摩擦；
尽量降低散热；提高其利用率。
答：（1）汽车发动机做了7.2×107J机械功；
（2）9L汽油完全燃烧产生的内能为2.97×108J；
（3）发动机产生内能转化为牵引轿车前进所需能量的效率为24.2%。
（4）使燃料充分燃烧，然后减少燃烧产生能量的损失，保证良好润滑减少摩擦；尽量
降低散热；提高其利用率。
六．能量的转化与转移（共3小题）
26．阅读下列材料，并按要求回答问题。
材料一：在宇宙空间宇航员处于失重状态，当宇航员用锤子敲击物体时，人和锤子也会
向背离物体的方向运动，并且敲击时的作用力越大，人和锤子被弹的越远，根本无法进
行再次敲击。
材料二：科学家把宇航员用的锤子设计成空心，并在里面装入一定量的钢砂。敲击时使
钢砂相对锤子运动起来，这样就可以有效减缓锤子被反弹。由此攻克了在宇宙空间不能
用锤子反复敲打物体的难题。
请结合力学、能量转化等知识解释太空中锤子敲击物体的不同现象。
【答案】见试题解答内容
【解答】答：宇航员用锤子敲击物体，因为物体间力的作用是相互的，所以当敲击钉子
时，钉子也会给人和锤子一个相反的力，导致它们向后运动。当锤子设计成空心的时候，
当手握锤子敲击物体时，原来处于静止状态的钢砂会由于惯性保持原来的状态，与锤子
发生相对运动；钢砂运动产生的摩擦力，使锤子的部分机械能转化为内能，减慢了锤子
的运动，所以在宇宙空间就能用这种锤子反复敲打物体。
27．阅读短文，回答问题。
激 光你一定见过绚丽多彩的激光吧，激光是1960年才被发现的，其特点是波长单一，高度
集中，不四处扩散。1963年，有科学家用激光做了个实验：用一束激光瞄准一个红色的
大气球，大气球里还有一个蓝色的小气球。激光居然穿过大气球，刺破了小气球，而大
气球安然无恙。参观者弗洛克医生由此想到：能否用激光穿过角膜去封住视网膜上破裂
的血管，“点焊”视网膜呢？他大胆地进行了实验，手术只用几分钟，取得了圆满成功。
原来，用50W激光器照射机体，在焦点上会形成1000～1500℃的高温，焦斑周围会产
生极薄的热凝固层，“焊”住了血管，阻止了毛细血管流血。这样，激光手术刀便成了
医生的有力武器。
（1）文中科学家采用的激光是 A 。
A．红颜色 B．黄颜色 C．蓝颜色 D．绿颜色
（2）激光 不可能 （可能/不可能）是白色光。
（3）弗洛克医生在给病人修复视网膜时，是把激光的能量转化成 内 能。
（4）你能说出激光还有哪些应用吗？（至少举两例）
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）由题意可知，激光通过红色的气球而不能通过蓝色气球，故说明该
激光应为红色光，故选A；
（2）由题意知，激光的波长单一，而白色光中含有七色光，而不同色光的波长不同，
故说明激光不可能是白光；
（3）在手术中，由于消耗了激光的能量，而使人眼的温度升高，说明激光的能量转化
为了人眼的内能；
（4）激光由于高度集中、不易分散，能量集中，故在生产生活中有很多的应用，如：
激光测距；激光切割；激光焊接；激光武器等。
故答案为：（1）A；（2）不可能；（3）内；（4）激光测距；激光切割；激光焊接；
激光武器等（任选其二）。
28．阅读短文，回答问题。
无链条电动自行车
无链条电动自行车，整体外形时尚，没有了链条，外观变得与普通自行车或电动车有些
不同，如图所示。无链条电动自行车被称为“没有链条的混合动力电动自行车”。它结
合了电子动力和人体动力，此车既可以通过给锂电池充电获得能量；也可以通过骑行者
踩脚踏板获得能量。骑行者踩脚踏板的动能，可通过车上的发电机转化为电能，存储在
自行车框架中的锂电池内，之后通过电动机驱动后轮转化成动能，以此驱动自行车前进。
所以使骑行者更省力，同时减少了对环境的污染。
图中所示这款无链条电动自行车，其锂电池容量一次充满为1.08×106J。若骑行者不踩脚
踏板，仅靠锂电池，“电力驱动”可水平正常行驶 1.8×104m；若骑行者踩脚踏板辅助锂
电池给车提供能量，“混合动力驱动”可使车水平连续行驶3.2×104m。
与链条车相比，这种新型自行车具备许多优点。比如：省力、耐用、安全、灵便、干净
卫生、结构简单、修理方便，骑行12000km也无须大修。因此，无链条电动自行车是城市中一种理想的交通工具。
（1）骑行者踩脚踏板的目的是把踩脚踏板的动能转化为 电 能存储。
（2）文中第二段所提的测试情景，无链条电动自行车充满电水平正常行驶时，若仅靠
“电力驱动”，获得的平均动力为 6 0 N。若靠“混合动力驱动”时，人所提供的能
量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比为 7 ： 9 。
（3）小华骑着无链条电动自行车在平直公路上以速度 v 匀速行驶，发动机功率为P。
0
快进入闹市区时，小华松开一半调速板，使车子的功率立即减小一半并保持该功率继续
行驶。下面四个图像中，表示该过程中汽车的速度与时间的关系正确的是 C 。
【答案】（1）电；（2）60；7：9；（3）C。
【解答】解：
（1）“发电机”实现“自发电”的发电原理是电磁感应现象，无链条电动自行车可将
骑行者踩脚踏板所产生的机械能通过发电机转化为电能；
（2）由题意可知，不考虑能量损失时，锂电池充满电时获得的机械能 W＝1.08×106J，
水平正常行驶的路程s＝1.8×104m，
由W＝Fs可得，仅靠“电力驱动”获得的平均动力F＝ ＝ ＝60N；
若骑行者踩脚踏板辅助锂电池给车提供能量，“混合动力驱动”可使车水平连续行驶
3.2×104m，
则需要的总机械能W总 ＝Fs总 ＝60N×3.2×104m＝1.92×106J，
人所提供的能量W人 ＝W总 ﹣W＝1.92×106J﹣1.08×106J＝8.4×105J，
所以，人所提供的能量与“电力驱动”时锂电池提供的能量之比 W人 ：W＝8.4×105J：
1.08×106J＝7：9；
（3）根据P＝ ＝ ＝Fv可知，电动自行车的功率减小一半时，牵引力减小为原来的
一半，阻力不变，合力的方向与运动的方向相反，电动自行车做减速运动，
再由P＝Fv可知，当电动自行车的速度减小时，其牵引力增大，受到的合力减小，电动
自行车的速度减少变缓，
当牵引力和阻力相等时，电动自行车做匀速直线运动，故C正确、ABD错误。故答案为：（1）电；（2）60；7：9；（3）C。
七．能量的利用效率（共8小题）
29．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知
甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的 ，当甲物质升高的温度是乙
物质的 时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的
，则两加热器利用热能的效率之比是（ ）
A．3：4 B．1：1 C．3：2 D．2：1
【答案】B
【解答】解：由题意可知，c甲 ＝2c乙 ，m甲 ＝ m乙 ，Δt甲 ＝ Δt乙 ，m甲 ′＝ m乙 ′，
由Q吸 ＝cmΔt可得，甲乙物质吸收的热量之比：
＝ ＝ ＝ ，
由Q放 ＝mq可得，两加热器消耗燃料完全燃烧释放的热量之比：
＝ ＝ ＝ ＝ ，
由 ＝ ×100%可得，两加热器利用热能的效率之比：
η
＝ ＝ × ＝ × ＝ 。
故选：B。
30．小明学习了热机后，对汽车产生兴趣。查阅资料发现：为保证汽车性能，其发动机并
不直接将动力输给车辆。而是通过如图所示的液力变矩器来实现“柔性连接”。变矩器
内充满传动液，发动机带动输入轴和泵轮转动，将传动液“吹”向涡轮，带动涡轮和输
出轴转动，将动力输出给车辆。其传动效率 等于输出轴功率P输出 与输入轴功率P输入
η
的比值，即 ＝ 。
（1）小明爸爸踩着刹车等红灯，发动机运转着但输出轴停止了转动，此时液力变矩器
η
的 ＝ 0 。若等红灯时发动机功率为1kW，其能量全部由传动液所受的阻力做功转
η化成了内能，其中50%被传动液吸收。则等红灯的10s内，变矩器中5kg的传动液将升
温 0. 5 ℃。[c传动液 ＝2×103J/（kg•℃）]
（2）由于转动轴上的功率等于轴上的力与轴转动速度的乘积，而泵轮和涡轮没有直接
相连，当车辆需要更大动力时，可以不改变发动机的转速和输入功率，涡轮能自动
降低 转动速度而获得更大的输出动力。若某时刻，输出轴与输入轴上力之比为3：2，
输出轴与输入轴转动速度之比为3：5，则此时变矩器的传动效率为 90% 。
【答案】（1）0；0.5；（2）降低；90%。
【解答】解：（1）小明爸爸踩着刹车等红灯，发动机运转着但输出轴停止了转动，即
此时的输出功率为零，由 ＝ 可知，此时液力变矩器的 ＝0；
等红灯时传动液吸收的热量
η
：Q吸 ＝50%W＝50%Pt＝50%×100η0W×10s＝5000J，
因 为 Q 吸 ＝ cmΔt ， 所 以 传 动 液 升 温
；
（2）已知转动轴上的功率等于轴上的力与轴转动速度的乘积，即P＝Fv，所以当车辆
需要更大动力时，可以不改变发动机的转速和输入功率，涡轮能自动降低转动速度而获
得更大的输出动力；
已知F输出 ：F输入 ＝3：2，v输出 ：v输入 ＝3：5，则此时变矩器的传动效率为 ＝ ＝
η
＝ ＝90%。
故答案为：（1）0；0.5；（2）降低；90%。
31．阅读材料，回答问题。
为节约能源，某型号汽车在关闭发动机后，通过小型发电机将减速运动时的部分动能转
化为电能储存在蓄电池中。表中所示是该型号汽车的部分技术参数，其中储能效率是指
汽车正常行驶时关闭发动机，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的
效率。耗油量是指汽车正常行驶100km消耗燃油的体积。测试中，先让汽车正常行驶，
然后关闭发动机，分别测出开启和关闭发电机两种情况下，汽车通过的路程 s与对应的
速度大小v，计算出动能E ，作出E 随s变化的图象，如图所示。
k k
（1）发电机发电过程中，动能除了转化为电能外，由于发电机的线圈会发热导致温度升高，因此还有部分能量转化为 内 能。
（2）汽车正常行驶100km，消耗燃油的质量为 7 kg，完全燃烧这些燃油产生的热量
为3.22×108J，则燃油的热值为 3.22×1 0 7 J/L．（已知燃油的密度为0.7×103kg/m3）
（3）测试时，汽车在大小为800N的牵引力作用下，以25m/s的速度正常行驶1000m。
此过程中，下列说法正确的是 D
A．汽车受到的阻力为1.2×104N
B．汽车行驶的时间为20s
C．汽车牵引力做的功为3.2×108J
D．汽车牵引力的功率为20kW
（4）由图象可知，表示开启发电机进行测试的图线是 ② （填“①”或“②”），
判断的依据是：开启发电机后，有一部分动能转化为电能；而关闭发电机后，动能全部
用于 克服摩擦做功 ，因此 关闭 （选填“开启”或“关闭”）发电机时运动的路
程会较长。
（5）若汽车正常行驶时的动能E ＝3.75×105J，某时刻关闭发动机，同时发电机开始工
k0
作，最终有 1.5×1 0 5 J的动能转化为内能。
××型汽车
总质量（kg） 1200
储能效率（%） 60
耗油量（L/100km） 10
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）在发电过程中，动能除了转化为电能外，由于线圈有电阻，电流通
过线圈时要产生热量，还有部分能量转化为内能。
（2）因为V＝10L＝10dm3＝0.01m3， ＝0.7×103kg/m3
由密度公式可知，消耗燃油的质量为： ρm＝ V＝0.7×103kg/m3×0.01m3＝7kg；
根据Q放 ＝Vq知， ρ
燃油的热值为：q＝ ＝ ＝3.22×107J/L；
（3）汽车在大小为800N的牵引力作用下，以25m/s的速度正常行驶1000m。
A、汽车匀速行驶，在水平方向上受到的牵引力与阻力是一对平衡力，因此牵引力为800N，阻力也为800N，故A错误；
B、由v＝ 可得，行驶的时间为：t＝ ＝ ＝40s，故B错误；
C、牵引力做的功为：W＝Fs＝800N×1000m＝8×105J，故C错误；
D、牵引力的功率为：P＝ ＝ ＝20000W＝20kW，故D正确；
故选D。
（4）若开启发电机，则动能会有一部分转化为电能，一部分克服摩擦做功；而关闭发
电机时，动能全部用于克服摩擦做功；因此关闭发电机时运动的路程会较长，动能与路
程的图象是②。
（5）因为储能效率60%，
所以动能转化为内能的效率为： ＝1﹣60%＝40%；
而E ＝3.75×105J，
k0 η
所以W内 ＝E
k0
＝3.75×105J×40%＝1.5×105J。
故答案为：（1η ）内； （2）7；3.22×107；（3）D；（4）②；克服摩擦做功；关闭；
（5）1.5×105。
32．一辆总重为2.4×104N的越野车，在平直公路上匀速行驶115km．消耗汽油20kg．越野
车所受阻力为其总重的0.1倍。已知汽油的热值为4.6×107J/kg，g取10N/kg，试求：
（1）车受到的牵引力
（2）牵引力做的功
（3）此过程中越野车将汽油燃烧转化为推力推动汽车做功的效率。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）因越野车在平直公路上匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和
阻力是一对平衡力，
所以，车受到的牵引力：
F＝f＝0.1G＝0.1×2.4×104N＝2.4×103N；
（2）牵引力做的功：
W＝Fs＝2.4×103N×115×103m＝2.76×108J；
（3）20kg汽油完全燃料释放的热量：
Q放 ＝mq＝20kg×4.6×107J/kg＝9.2×108J，
越野车将汽油燃烧转化为推力推动汽车做功的效率：
＝ ×100%＝ ×100%＝30%。
答：（1）车受到的牵引力为2.4×103N；
η
（2）牵引力做的功为2.76×108J；（3）此过程中越野车将汽油燃烧转化为推力推动汽车做功的效率为30%。
33．如图甲是小明家用的燃气热水器，乙图是连接在热水器上的一个混水阀。若将混水阀
开关调到0位置左边并抬起把手，热水器自动点火，天然气燃烧，水龙头出热水；往O
点右边调出冷水，按下把手则停止出水。小明在某次使用热水器时，把热水器的出水温
度设定为44℃，此时测得从B管流进的自来水和流量为2L/min，从C管流出的温度为
40℃．小明检查燃气表，发现热水器工作1分钟消耗天然气0.04m3，（自来水的温度为
20℃ ， 天 然 气 的 热 值 是 3.6×107J/m3 ） ． 请 解 决 下 列 问 题 ：
（1）天然气完全燃烧时， 化学 能转化为 内 能，用热水器加热水是用 热传
递 方法改变水的内能。
（2）从A管流进混水阀的热水的流量为多少L/min？（计算过程中不计热损失）
（3）该热水器的加热效率是多少？
【答案】见试题解答内容
【解答】解：
（1）天然气燃烧时，消耗化学能，产生内能，所以是将化学能转化为内能的过程；
用热水器加热水是用热传递的方法改变水的内能；
（2）不计热损失，热水放出的热量全部被水吸收，热水放出的热量为：Q放 ＝cm热
Δt ；
1
冷水吸收的热量为：Q吸 ＝cm冷Δt
2
，
则：Q放 ＝Q吸 ，即cm热Δt
1
＝cm冷Δt
2
，m热Δt
1
＝m冷Δt
2
﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
从B管流进的自来水的流量为2L/min，即每分钟流进B管的冷水体积V ＝2L，
B
根据 ＝ 并将数据代入①式可得： 水V
A
×（44℃﹣40℃）＝ 水V
B
×（40℃﹣
20℃），
ρ ρ ρ
解得：V ＝5V ＝5×2L＝10L，
A B
故从A管流进混水阀的热水的流量为10L/min；（3）热水器的出水温度设定为44℃（即加热时水的末温），水加热前的初温为20℃；
被热水器加热的水的体积为V ＝10L；
A
每分钟被热水器加热的水的质量为：m＝ 水V
A
＝1×103kg/m3×10×10﹣3m3＝10kg；
则热水器中水吸收的热量：Q＝cmΔt＝ ρ4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（44℃﹣20℃）＝
1.08×106J；
天然气放出的热量为：Q'＝Vq＝0.04m3×3.6×107J/m3＝1.44×106J。
则烧水的效率为： ＝ ＝ ×100%＝70%。
答：（1）化学；内；热传递；
η
（2）从A管流进混水阀的热水的流量为10L/min；
（3）该热水器的加热效率是70%。
34．小明家有一辆轿车，爸爸在给他讲车的性能时，总是说“2.0的排量”，却很少说“功
率”，为此小明特地从网上查到了排量的定义：
活塞从上止点（最高处）移动到下止点（最低处）所通过的“工作容积”称为气缸排量。
如果发动机有若干个气缸，所有气缸“工作容积”之和称为发动机排量。小明从说明书
上查到家中的轿车采用的是LFX直列四缸发动机，排量（V排 ）为2.0L；从网上查找到
了这种轿车的输出功率与转速的关系如图所示。
（1）设做功冲程燃气对活塞的平均压强为P
0
，发动机的排量为V排 ，每个活塞的受力
面积为S，活塞移动距离为L，则V排 ＝4SL（因为该车有四个气缸）。每个工作循环中，
四个气缸燃气对活塞做的总功是单个气缸做功的4倍。做功冲程中燃气对活塞做功一次
的时间为 ．请推导出：当发动机转速一定（n一定）时，轿车发动机的输出功率（P
出）与其排量（V排 ）的关系式，并说明两者的关系。
（2）小明又向爸爸询问了一些实测数据：轿车行驶的路况较好，平均车速为100km/h
时，发动机转速为2000r/min，平均油耗为9L/100km。参考图17中的数据，分析这辆汽
车在这种状态下行驶时，发动机的效率约为多少？（已知汽油的热值为 4.6×107J/kg，密
度为0.7×103kg/m3）
【答案】见试题解答内容【解答】解：（1）在发动机中，飞轮转2周完成一个工作循环，每个工作循环所需要
的时间为t＝ ；
设做功冲程燃气对活塞的平均压强为p
0
，发动机排量为V排 ，则一个活塞的排气量 V
，
排
做功冲程燃气对一个活塞的平均压力：F＝p S，
0
每个做功冲程燃气对一个活塞做的功：W
0
＝FL＝p
0
SL＝ p
0
V排 ，
发动机转速为n时，燃气对活塞做功的功率：P＝ ＝ × P
0
V排 ＝ nP
0
V排 ，
所以，在发动机转速n，做功冲程汽缸平均压强p 大致相同时，燃气对活塞做功的功率
0
P与发动机排量V排 成正比；
（2）由发动机输出特性曲线可知：发动机转速为 2000r/min 时，其输出功率约为
30kW，
因为P＝ ，
所以有用功为W有 ＝Pt＝ ＝ ＝1.08×108J；
总功为W总 ＝mq＝ Vq＝0.72×103kg/m3×10×10﹣3m3×4.6×107J/kg＝3.312×108J；
ρ
发动机的效率： ＝ ＝ ×100%≈32.6%；
答：（1）在发动机转速n，做功冲程汽缸平均压强p 大致相同时，燃气对活塞做功的
η 0
功率P与发动机排量V排 成正比；
（2）发动机的效率约为32.6%。
35．随着人民生活水平的不断提高，汽车已经走进千家万户。一辆小轿车在平直公路上匀
速行驶100km，消耗汽油10L．小轿车匀速行驶时受到的阻力为1000N，所用汽油的热
值为4.6×107J/kg，密度为0.7×103kg/m3，若这些汽油完全燃烧，请你计算：（1L＝10﹣
3m3）
（1）牵引力做的有用功；
（2）汽油完全燃烧放出的热量；
（3）小轿车的效率。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：（1）因为匀速行驶，故牵引力和阻力是一对平衡力，即F＝f＝1000N，
牵引力做的有用功：W＝Fs＝1000N×100000m＝1×108J，（2）因为 ＝ ，V＝10L＝10×10﹣3m3，
因为m＝ V
ρ
＝0.7×103 ρkg/m3×10×10﹣3m3
＝7kg，
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放 ＝mq
＝7kg×4.6×107J/kg
＝3.22×108J；
（3） ＝ ＝ ×100%≈31.1%
答：（1）牵引力做的有用功为108J；
η
（2）汽油完全燃烧放出的热量3.22×108J；
（3）小轿车的效率31.1%。
36．如图所示，某工人用小铲车清理废墟。
（1）若小铲车的功率是10kW，的用时6s匀速推进了一段距离，在推土过程，铲车对
废料做的功。
（2）小铲车接着将以上重力是4000N的废料举高2m，在举高过程，铲车对废料所做的
功。
（3）若以上两个过程对小铲车来说都可算是有用功，则这两个过程中铲车共做了多少
有用功？
（4）若以上两个过程是连续的，小铲车消耗柴油0.01Kg，（q油 ＝3.4×107J/Kg）求：该
柴油发动机在整个过程中的效率。
【答案】见试题解答内容
【解答】解：已知，P＝10kW＝10000W，t＝6s，G＝4000N．h＝2m。m柴油 ＝0.01kg，
q油 ＝3.4×107J/kg，
（1）在推土过程，铲车对废料做的功，
W ＝Pt＝10000W×6s＝60000J
1
（2）在举高过程，铲车对废料所做的功
W ＝Gh＝4000N×2m＝8000J，
2
（3）这两个过程中铲车共做的有用功W有 ＝W
1
+W
2
＝60000J+8000J＝68000J；
（4）消耗柴油0.01kg放出的热量，
Q放 ＝qm＝3.4×107J/kg×0.01kg＝3.4×105J
柴油发动机在整个过程中的效率
＝ ＝ ＝20%。
答：（1）在推土过程，铲车对废料做的功是60000J；
η
（2）在举高过程，铲车对废料所做的功是8000J；
（3）则这两个过程中铲车共做了68000J有用功；
（4）该柴油发动机在整个过程中的效率是20%。
