《2025年综合应用创新题典中点九年级物理全一册教科版》

1. [2023.西安模拟改编]如图所示为某种型号的由柴油机提供动力的水泵机组，它的优点是质量轻，体积小，功率大，省时省油。若该水泵机组的效率为40%，正常工作1h可以将54m³的水抽到20m高处，则下列说法中正确的是(g取10N/kg，q柴油 = 4.3×10⁷J/kg) (　　)
A. 柴油机通过做功冲程将机械能转化为内能
B. 水泵机组对水做功5.4×10⁶J
C. 水泵机组的有用功功率为1500W
D. 上述过程水泵机组消耗的柴油约0.63kg 

答案： D　[点拨]柴油机通过做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能,故A错误;水的重力G = mg = ρVg = 1.0×10³kg/m³×54m³×10N/kg = 5.4×10⁵N,水泵机组对水做功W = Gh = 5.4×10⁵N×20m = 1.08×10⁷J,故B错误;水泵机组的有用功功率为P = $\frac{W}{t}$ = $\frac{1.08×10^{7}J}{3600s}$ = 3000W，故C错误;上述过程水泵机组消耗的柴油放出的热量Q = $\frac{W}{\eta}$ = $\frac{1.08×10^{7}J}{40\%}$ = 2.7×10⁷J,消耗柴油的质量m油 = $\frac{Q}{q}$ = $\frac{2.7×10^{7}J}{4.3×10^{7}J/kg}$ ≈ 0.63kg,故D正确。

2. [2023.潍坊模拟]一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其v−t图像如图所示，前10s运动路程为120m，汽车在行驶过程中所受阻力大小不变，f = 4000N。求:
(1) 在0~10s内汽车的平均速度。
(2) 汽车发动机牵引力的功率。
(3) 若10s后发动机的效率为80%，则发动机做功3.2×10⁶J需要燃烧多少千克汽油？(已知汽油的热值大约为5×10⁷J/kg)
效率的计算见答案册6页

答案： [解]
(1)汽车在0~10s内的平均速度v = $\frac{s}{t}$ = $\frac{120m}{10s}$ = 12m/s。
(2)由图可知，10s后汽车做匀速直线运动，速度v = 20m/s,此时汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等,则牵引力F = f = 4000N,汽车行驶时的功率P = $\frac{W}{t}$ = $\frac{Fs}{t}$ = Fv = 4000N×20m/s = 8×10⁴W。
(3)由η = $\frac{W}{Q_{放}}$可知,发动机10s后汽油完全燃烧放出的热量Q放 = $\frac{W}{\eta}$ = $\frac{8×10^{4}W×10s}{20\%}$ = 4×10⁶J,由Q放 = mq可知,耗油量:m = $\frac{Q_{放}}{q}$ = $\frac{4×10^{6}J}{5×10^{7}J/kg}$ = 0.08kg。

3. [2023.长沙月考]氢气—汽油发动机使用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，氢气和汽油的热值分别取q氢气 = 1.5×10⁸J/kg，q汽油 = 4.5×10⁷J/kg。小向驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地到乙地，两地相距250km，出发时油箱内汽油的质量为8kg。设氢气和汽油在汽缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒为800N，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。
阶段一: 轿车使用氢气燃料从甲地出发，以90km/h的速度匀速行驶1h到达丙地，消耗了0.8kg的氢气燃料。
阶段二: 从丙地开始，由于氢气不足，小向切换汽油为燃料，轿车仍以90km/h的速度匀速行驶，此过程中发动机的效率为30%。
(1) 求甲地到丙地的距离。
(2) 在使用氢气燃料的情况下，求轿车发动机的效率。
(3) 请通过计算说明小向最终能否到达乙地。

答案： [解]
(1)由v = $\frac{s}{t}$可知,甲地到丙地的距离s₁ = vt = 90km/h×1h = 90km。
(2)氢气燃料完全燃烧放出的热量Q放 = m氢q氢 = 0.8kg×1.5×10⁸J/kg = 1.2×10⁸J,轿车沿平直公路匀速行驶时,轿车受到的牵引力与阻力是一对平衡力,大小相等，即F = f = 800N,轿车牵引力所做的有用功W = Fs = 800N×90×10³m = 7.2×10⁷J,在使用氢气燃料的情况下，轿车发动机的效率η = $\frac{W}{Q_{放}}$×100% = $\frac{7.2×10^{7}J}{1.2×10^{8}J}$×100% = 60%。
(3)丙地到乙地的距离s₂ = s - s₁ = 250km - 90km = 160km = 1.6×10⁵m,完全燃烧8kg汽油放出的热量Q放' = m油q油 = 8kg×4.5×10⁷J/kg = 3.6×10⁸J,由η = $\frac{W}{Q_{放}}$得，在使用汽油燃料的情况下，轿车牵引力所做的有用功W' = ηQ放' = 30%×3.6×10⁸J = 1.08×10⁸J,由W = Fs可知,轿车完全燃烧8kg汽油能够行驶的路程s = $\frac{W'}{F}$ = $\frac{1.08×10^{8}J}{800N}$ = 1.35×10⁵m＜1.6×10⁵m,所以小向最终不能到达乙地。