《2025年综合应用创新题典中点九年级物理全一册教科版》

4. [2023.郑州模拟]某台单缸四冲程汽油机的转速为2400r/min，活塞面积为120cm²，汽缸的冲程长0.25m。做功冲程中气体对活塞的平均压强为8×10⁵Pa。若汽油机1min消耗了0.2kg汽油，问:(q汽油 = 4.6×10⁷J/kg)
(1) 一个做功冲程中燃气对活塞做了多少功？
(2) 汽油机的效率为多少？
(3) 开放性设问立志成为汽车设计师的小明想设计改造发动机以提高热机的效率。考虑影响热机效率的因素，你认为小明可以在哪些方面改进创新？假如小明的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？(改进与影响各写出一条即可)

答案： [解]
(1)由p = $\frac{F}{S}$得，做功冲程中气体对活塞的平均压力F = pS = 8×10⁵Pa×120×10⁻⁴m² = 9600N,在做功冲程中,活塞移动的距离等于汽缸的冲程长，则一个做功冲程中燃气对活塞做的功W₀ = Fs = 9600N×0.25m = 2400J。
(2)0.2kg汽油完全燃烧放出的热量Q = mq汽 = 0.2kg×4.6×10⁷J/kg = 9.2×10⁶J,汽油机1min做功的次数n = 2400÷2 = 1200,汽油机1min做的功W = nW₀ = 1200×2400J = 2.88×10⁶J,汽油机的效率η = $\frac{W}{Q}$×100% = $\frac{2.88×10^{6}J}{9.2×10^{6}J}$×100% ≈ 31.3%。
(3)内燃机各部件之间的摩擦和废气带走的能量，都会影响热机的效率,所以改良发动机的结构、减小各部件之间的摩擦、利用废气带走的能量都可以提高热机的效率;热机的效率提高了，可以减少燃料的消耗，减少有害气体的排放。

5. [2023.肇东三模]新农村建设中推广使用瓶装液化气。每瓶中装入10kg液化气，则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是________J，若放出的热量被水吸收，在标准大气压下可把500kg的水从20℃加热至沸腾，那么加热效率为__________。[q液化气为4.2×10⁷J/kg，C水为4.2×10³J/(kg·℃)]

答案： 4.2×10⁸;40%　[点拨]
(1)10kg液化气完全燃烧释放热量Q放 = m液q液 = 10kg×4.2×10⁷J/kg = 4.2×10⁸J。
(2)在标准大气压下水的沸点为100℃,即水的末温为100℃，水吸收的热量Q吸 = c水m水Δt = 4.2×10³J/(kg·℃)×500kg×(100℃ - 20℃) = 1.68×10⁸J,加热效率η = $\frac{Q_{吸}}{Q_{放}}$×100% = $\frac{1.68×10^{8}J}{4.2×10^{8}J}$×100% = 40%。

6. [2023.扬州二模]太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息。

其中太阳辐射功率是指1h内照射到1m²面积上的太阳能。求:
(1) 水在10h内吸收的热量。
(2) 如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧天然气的体积。(天然气的热值为4.2×10⁷J/m³，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收)
(3) 该太阳能热水器的能量转化效率。

答案： [解]
(1)水吸收的热量Q吸 = cmΔt = 4.2×10³J/(kg·℃)×100kg×50℃ = 2.1×10⁷J。
(2)由题知,天然气完全燃烧需放出的热量Q放 = Q吸 = 2.1×10⁷J,由Q放 = Vq得,需要天然气的体积V = $\frac{Q_{放}}{q}$ = $\frac{2.1×10^{7}J}{4.2×10^{7}J/m³}$ = 0.5m³。
(3)10h太阳能热水器吸收的太阳能Q太 = 1.68×10⁶J/(m²·h)×2.5m²×10h = 4.2×10⁷J,太阳能热水器的能量转化效率η = $\frac{Q_{吸}}{Q_{太}}$×100% = $\frac{2.1×10^{7}J}{4.2×10^{7}J}$×100% = 50%。