《2025年初中必刷题九年级物理上册沪粤版》

4 [2025四川成都期中,偏难]汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分,环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题。如图甲所示,小明家新购入一辆汽车,若该汽车在某高速公路上以100km/h的速度匀速直线行驶100km时油耗为8L,该汽车在该路段上所受阻力为675N。(g取10N/kg,汽油的密度$ρ=0.75×10^{3}kg/m^{3}$,汽油的热值为4.5×10^7J/kg)则:
(1)该汽车在该路段上行驶100km消耗汽油的质量为多少?
(2)该汽车发动机的效率为多少?
(3)小明爸爸在给他讲车的性能时,总是说“排量”,却很少说“功率”,为此他从网上查到了排量的定义:活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为气缸排量,如图乙所示。若该汽车发动机的单缸排量为0.5L(即气缸内上止点到下止点距离为20cm,单个气缸横截面积为25cm^2),单缸飞轮转速为40r/s,做功冲程燃气对活塞的平均压强为5×10^5Pa,则汽车发动机单缸的输出功率为多少?

答案： 4.【解】
(1)由题意可知,消耗汽油的体积$V=8\ \text{L}=8×10^{-3}\ \text{m}^{3}$,消耗汽油的质量为$m=\rho V=0.75×10^{3}\ \text{kg/m}^{3}×8×10^{-3}\ \text{m}^{3}=6\ \text{kg}$;
(2)消耗的汽油完全燃烧释放的热量$Q_{放}=mq=6\ \text{kg}×4.5×10^{7}\ \text{J/kg}=2.7×10^{8}\ \text{J}$,汽车匀速直线行驶,根据二力平衡可知,牵引力$F=f=675\ \text{N}$,做的有用功$W_{有用}=Fs=675\ \text{N}×100×10^{3}\ \text{m}=6.75×10^{7}\ \text{J}$,则汽车发动机的效率$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}×100\%=\frac{6.75×10^{7}\ \text{J}}{2.7×10^{8}\ \text{J}}×100\% =25\%$;
(3)发动机单缸做功一次输出的功为$W=F's'=pS× s'=5×10^{5}\ \text{Pa}×25×10^{-4}\ \text{m}^{2}×0.2\ \text{m}=250\ \text{J}$,单缸飞轮转速为40 r/s,则单缸1 s内做功20次,做功1次所用时间为0.05 s,则发动机单缸的输出功率为$P=\frac{W}{t}=\frac{250\ \text{J}}{0.05\ \text{s}}=5×10^{3}\ \text{W}$。

5 [中]太阳能热水器是一种常见的利用太阳能的装置。某品牌太阳能热水器,在晴天能接收到的太阳能平均辐射强度(用R表示)为R= 300J/(m^2·s),它表示每平方米面积上一秒内接收到的太阳能为300J。该太阳能热水器集热管接收阳光照射时的有效面积为2m^2,水箱中盛有100L的水。[$ρ_{水}= 1.0×10^{3}kg/m^{3},c_{水}= 4.2×10^{3}J/(kg·℃)$]
(1)若在阳光下照射70min,接收到的太阳能全部用来加热水,水箱中水的温度可升高多少?(水未沸腾)
(2)若要使水箱中的水从30℃升高到80℃,且此太阳能热水器的效率为30%,需要此太阳能热水器工作多少小时?(保留小数点后一位,假设一直有太阳光照射)

答案： 5.【解】
(1)水箱中水的体积$V=100\ \text{L}=100×10^{-3}\ \text{m}^{3}$,由公式$\rho=\frac{m}{V}$得水的质量$m=\rho_{水}V=1.0×10^{3}\ \text{kg/m}^{3}×100×10^{-3}\ \text{m}^{3}=100\ \text{kg}$;由题意得,太阳能热水器接收到的太阳能:$E=300\ \text{J/(m}^{2}\cdot\text{s)}×2\ \text{m}^{2}×70×60\ \text{s}=2.52×10^{6}\ \text{J}$,接收到的太阳能全部用来加热水,则$Q_{吸}=E=2.52×10^{6}\ \text{J}$,由$Q_{吸}=c_{水}m(t_{2}-t_{1})$得水温度的升高量:$t_{2}-t_{1}=\frac{Q_{吸}}{c_{水}m}=\frac{2.52×10^{6}\ \text{J}}{4.2×10^{3}\ \text{J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}×100\ \text{kg}}=6\ ^{\circ}\text{C}$。
(2)使水箱中的水从$30\ ^{\circ}\text{C}$升高到$80\ ^{\circ}\text{C}$,水吸收的热量$Q'_{吸}=c_{水}m(t'_{2}-t'_{1})=4.2×10^{3}\ \text{J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}×100\ \text{kg}×(80\ ^{\circ}\text{C}-30\ ^{\circ}\text{C})=2.1×10^{7}\ \text{J}$,此太阳能热水器效率为30%,即$Q'_{吸}=E'×30\%$,太阳能热水器接收到的太阳能$E'=\frac{Q'_{吸}}{30\%}=\frac{2.1×10^{7}\ \text{J}}{30\%}=7×10^{7}\ \text{J}$,而$E'=300\ \text{J/(m}^{2}\cdot\text{s)}×2\ \text{m}^{2}× t_{时}$,则太阳能热水器需要工作的时间$t_{时}=\frac{7×10^{7}\ \text{J}}{300\ \text{J/(m}^{2}\cdot\text{s)}×2\ \text{m}^{2}}=\frac{7}{6}×10^{5}\ \text{s}\approx32.4\ \text{h}$。

6 [2024河南信阳期中,中]太阳能热水器是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:
|太阳照射时间/h|装水量/kg|吸热板有效面积$/m^2$|水升高的温度/℃|水的比热容$/[J·(kg·℃)⁻^1]$|太阳辐射功率$/[J·(m^2·h)⁻^1]$|
|10|100|2.5|50|$4.2×10^3$|$1.68×10^6$|
其中太阳辐射功率是指1h内照射到$1m^2$面积上的太阳能。
(1)求水在10h内吸收的热量。
(2)如果水吸收的热量用天然气来提供,需要完全燃烧多少立方米的天然气?(天然气的热值为$3.2×10^7J/m^3,$天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收,计算结果保留两位有效数字)
(3)求该太阳能热水器的能量转化效率。

答案： 6.【解】
(1)水吸收的热量(有用能量)$Q_{吸}=cm(t_{2}-t_{1})=4.2×10^{3}\ \text{J/(kg}\cdot^{\circ}\text{C)}×100\ \text{kg}×50\ ^{\circ}\text{C}=2.1×10^{7}\ \text{J}$。
(2)由题知,天然气燃烧需放出热量$Q_{放}=Q_{吸}=2.1×10^{7}\ \text{J}$,由$Q_{放}=Vq$得,需要完全燃烧天然气的体积$V=\frac{Q_{放}}{q}=\frac{2.1×10^{7}\ \text{J}}{3.2×10^{7}\ \text{J/m}^{3}}\approx0.66\ \text{m}^{3}$。
(3)太阳能热水器在10 h内吸收的太阳能(总能量)$Q_{总}=1.68×10^{6}\ \text{J/(m}^{2}\cdot\text{h)}×2.5\ \text{m}^{2}×10\ \text{h}=4.2×10^{7}\ \text{J}$,太阳能热水器的能量转化效率$\eta=\frac{Q_{吸}}{Q_{总}}×100\%=\frac{2.1×10^{7}\ \text{J}}{4.2×10^{7}\ \text{J}}×100\% =50\%$。