《2025年实验班提优训练九年级物理上册苏科版》

1. 设计汽车发动机时,既要考虑能量的利用效率,也要考虑发动机的冷却问题.某单缸四冲程汽油机在工作时为了防止温度过高,用水的循环来降低发动机温度.实验测得匀速直线行驶时该发动机消耗了0.03 kg 的汽油,克服阻力做功$5×10^5J,$冷却系统中5 kg 的水升高了40℃[q汽油$= 5×10^7J/kg,$水的比热容c水$= 4.2×10^3J/(kg·℃)].$则:
(1)冷却系统中的水所吸收的热量是多少焦耳?
(2)汽油完全燃烧放出的热量是多少焦耳?
(3)该汽油机此次工作的效率约为多少?(计算结果保留一位小数)

答案： 1.
(1)8.4×10⁵ J
(2)1.5×10⁶ J
(3)33.3%
[解析]
(1)水吸收的热量为 Q吸=c水m水Δt=4.2×10³ J/(kg·℃)×5 kg×40℃=8.4×10⁵ J.
(2)汽油完全燃烧释放出的热量为 Q放=m汽油q汽油=0.03 kg×5×10⁷ J/kg=1.5×10⁶ J.
(3)发动机做的有用功为 W有用=5×10⁵ J;发动机的效率为η=W有用/Q放×100%=5×10⁵ J/1.5×10⁶ J×100%≈33.3%.

2. 小明用如图所示的便携式丁烷气炉(内置一瓶新的燃气瓶,相关参数如表所示)烧水,测出本地水温为20℃,气压为标准大气压,水的比热容为$4.2×10^3J/(kg·℃),$设丁烷气体完全燃烧.求:
|丁烷热值q|燃气质量m|
|$9×10^7J/kg$|500g|
|燃气燃烧速度k|气炉热效率|
|210g/h|40%|

(1)1 kg 的水温度升高10℃时吸收的热量;
(2)燃气瓶中丁烷完全燃烧可以放出的热量;
(3)燃气炉持续燃烧8 min,能够烧开的水的质量.

答案： 2.
(1)4.2×10⁴ J
(2)4.5×10⁷ J
(3)3 kg
[解析]
(1)1 kg 的水温度升高 10℃时吸收的热量 Q吸=cm0Δt=4.2×10³ J/(kg·℃)×1 kg×10℃=4.2×10⁴ J.
(2)燃气瓶中丁烷完全燃烧可以放出的热量 Q放=mq=0.5 kg×9×10⁷ J/kg=4.5×10⁷ J.
(3)燃气炉持续燃烧 8 min 消耗燃气的质量 m'=210 g/h×8/60 h=28 g=0.028 kg,这些燃气完全燃烧放出的热量 Q放'=m'q=0.028 kg×9×10⁷ J/kg=2.52×10⁶,气炉热效率为 40%,则水吸收的热量 Q吸=ηQ放'=40%×2.52×10⁶ J=1.008×10⁶ J,由 Q吸=cmΔt 可得,烧开的水的质量 m水=Q吸/(cΔt)=1.008×10⁶ J/(4.2×10³ J/(kg·℃)×(100℃-20℃))=3 kg.

3.(2024·宿迁沭阳县期末)为改善城市空气质量,用雾炮车可以洒水除尘.如图所示为一台正在水平路面上洒水的雾炮车,车满载总质量8.2 t,与地面总接触面积为$0.41m^2.(g$取10 N/kg,柴油的热值取$4.0×10^7J/kg)$求:
(1)雾炮车满载时对地面的压强;
(2)洒水前雾炮车以10 m/s 的速度在水平路面上做匀速直线运动,发动机的功率为80 kW,此时雾炮车受到的阻力;
(3)雾炮车以80 kW 的功率匀速行驶20 min,若柴油机效率为40%,需要消耗柴油的质量.

答案： 3.
(1)2×10⁵ Pa
(2)8000 N
(3)6 kg
[解析]
(1)雾炮车满载时对地面的压力 F=G=mg=8.2×10³ kg×10 N/kg=8.2×10⁴ N,雾炮车满载时对地面的压强 p=F/S=8.2×10⁴ N/0.41 m²=2×10⁵ Pa.
(2)发动机的功率 P=80 kW=80000 W;由 P=W/t=Fs/t=Fv 得,牵引力 F牵=P/v=80000 W/10 m/s=8000 N.因为汽车做匀速直线运动,受到的牵引力和阻力为一对平衡力,所以 f=F牵=8000 N.
(3)汽车行驶时间 t=20 min=1200 s;柴油机做功 W=Pt=80000 W×1200 s=9.6×10⁷ J;由η=W/Q放得,柴油完全燃烧放出的热量 Q放=W/η=9.6×10⁷ J/40%=2.4×10⁸ J;柴油的质量 m柴油=Q放/q=2.4×10⁸ J/4×10⁷ J/kg=6 kg.