《2025年轻松作业本九年级物理上册苏科版》

1. (2024·日照)有一种小型单缸四冲程汽油机,每个工作循环做功500J,曲轴的转速是300r/min,每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是______W,机械效率是______(结果保留1位小数)。($q_{汽油}= 4.6×10^{7}J/kg$)

答案： 1 250 32.6%

2. 小聪同学从技术手册中了解到他家汽车汽油机的能量流向如图所示。某次,小聪爸爸开车行驶一段时间,消耗了0.05kg汽油,汽车水箱中11kg的冷却水温度从25℃升高到40℃。已知汽油的热值为$4.6×10^{7}J/kg,水的比热容为4.2×10^{3}J/(kg·℃)。$
(1) 这段时间内消耗的汽油完全燃烧放出的热量是多少?
(2) 该汽油机冷却水吸收的热量所占燃料释放的热量的百分比是多少(结果精确至1%)?
(3) 这段时间内汽油机输出的有用功是多少?

答案：
(1) 这段时间内消耗的汽油完全燃烧放出的热量 $ Q_{\text{放}} = m_{\text{汽油}} q_{\text{汽油}} = 4.6 \times 10^{7} \, \text{J/kg} \times 0.05 \, \text{kg} = 2.3 \times 10^{6} \, \text{J} $
(2) 冷却水吸收的热量 $ Q_{\text{吸}} = c_{\text{水}} m_{\text{水}} \Delta t = 4.2 \times 10^{3} \, \text{J/(kg·℃)} \times 11 \, \text{kg} \times (40 \, \text{℃} - 25 \, \text{℃}) = 6.93 \times 10^{5} \, \text{J} $，该汽油机冷却水吸收的热量占燃料释放的热量的百分比 $ \frac{Q_{\text{吸}}}{Q_{\text{放}}} \times 100\% = \frac{6.93 \times 10^{5} \, \text{J}}{2.3 \times 10^{6} \, \text{J}} \times 100\% \approx 30\% $
(3) 由图可知，输出的有用功占燃料释放的热量的百分比 $ \eta = 1 - 32\% - 30\% - 8\% = 30\% $，这段时间内汽油机输出的有用功 $ W_{\text{有用}} = Q_{\text{放}} \eta = 2.3 \times 10^{6} \, \text{J} \times 30\% = 6.9 \times 10^{5} \, \text{J} $

3. 如图甲所示的轿车,采用氢气燃料工作,发动机的效率为50%。某次,该轿车在水平路面上以恒定功率P做直线运动,$v-t$图像如图乙所示。已知汽车(包括司乘人员)的总质量为1500kg,汽车行驶过程中所受阻力大小平均为车重的0.1倍,氢气的热值取$q_{氢气}= 1.5×10^{8}J/kg$,$g$取10N/kg。求:
(1) 汽车所受阻力的大小。
(2) 在10~15s内汽车牵引力做的功$W_{1}$。
(3) 该轿车保持此功率持续行驶1h,需要消耗多少氢气?

答案：
(1) 汽车所受阻力的大小 $ f = 0.1G = 0.1mg = 0.1 \times 1500 \, \text{kg} \times 10 \, \text{N/kg} = 1500 \, \text{N} $
(2) 在 10～15 s 内汽车做匀速直线运动，所受牵引力与阻力平衡，大小相等，即牵引力 $ F = f = 1500 \, \text{N} $，故在 10～15 s 内汽车牵引力做的功 $ W_{1} = Fs = Fvt = 1500 \, \text{N} \times 10 \, \text{m/s} \times (15 - 10) \, \text{s} = 7.5 \times 10^{4} \, \text{J} $
(3) 该轿车的功率 $ P = Fv = 1500 \, \text{N} \times 10 \, \text{m/s} = 1.5 \times 10^{4} \, \text{W} $，该轿车保持此功率持续行驶 1 h 做的有用功 $ W_{\text{有}} = Pt = 1.5 \times 10^{4} \, \text{W} \times 3600 \, \text{s} = 5.4 \times 10^{7} \, \text{J} $，氢气完全燃烧需要放出的热量 $ Q_{\text{放}} = \frac{W_{\text{有}}}{\eta} = \frac{5.4 \times 10^{7} \, \text{J}}{50\%} = 1.08 \times 10^{8} \, \text{J} $，需要消耗氢气质量 $ m = \frac{Q_{\text{放}}}{q} = \frac{1.08 \times 10^{8} \, \text{J}}{1.5 \times 10^{8} \, \text{J/kg}} = 0.72 \, \text{kg} $