《2025年通城学典课时作业本九年级物理上册苏科版苏州专版》

3. (2024·山西)山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山,进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360 km,驾车前往大约需要4 h。(汽油的热值q取$4.5×10^7 J/kg,$汽油的密度ρ取$0.8×10^3 kg/m^3)$
(1) 求汽车的平均速度。
(2) 汽车全程消耗汽油25 L,求汽油完全燃烧放出的热量Q。
(3) 若汽车发动机全程的平均功率为25 kW,求汽车发动机的机械效率。

答案： （1）汽车的平均速度 $ v = \frac{s}{t} = \frac{360 \, \text{km}}{4 \, \text{h}} = 90 \, \text{km/h} $ （2）消耗汽油的质量 $ m = \rho V = 0.8 × 10^{3} \, \text{kg/m}^3 × 25 × 10^{-3} \, \text{m}^3 = 20 \, \text{kg} $；燃烧释放的热量 $ Q = qm = 4.5 × 10^{7} \, \text{J/kg} × 20 \, \text{kg} = 9 × 10^{8} \, \text{J} $ （3）汽车发动机做的机械功 $ W = Pt = 25 × 10^{3} \, \text{W} × 4 × 3600 \, \text{s} = 3.6 × 10^{8} \, \text{J} $；发动机的机械效率 $ \eta = \frac{W}{Q} × 100\% = \frac{3.6 × 10^{8} \, \text{J}}{9 × 10^{8} \, \text{J}} × 100\% = 40\% $

4. (2024·苏州期中)2023年9月,南通建造的远洋货轮“中远川崎337”出海试航。假设试航10 min,试航过程中以10 m/s的速度匀速直线航行,航行过程中牵引力为$8×10^6 N。$已知燃油机动力系统效率为$40%,q_{燃油}= 4.0×10^7 J/kg。$求试航过程中:
(1) 货轮牵引力做功的功率P。
(2) 克服阻力做的功W。
(3) 需要燃烧的燃油质量m。

答案： （1）货轮牵引力做功的功率 $ P = \frac{W}{t} = \frac{Fs}{t} = Fv = 8 × 10^{6} \, \text{N} × 10 \, \text{m/s} = 8 × 10^{7} \, \text{W} $ （2）货轮航行的距离 $ s = vt = 10 \, \text{m/s} × 10 × 60 \, \text{s} = 6000 \, \text{m} $，因货轮匀速直线航行，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，即 $ f = F = 8 × 10^{6} \, \text{N} $，货轮克服阻力做的功 $ W = fs = 8 × 10^{6} \, \text{N} × 6000 \, \text{m} = 4.8 × 10^{10} \, \text{J} $ （3）根据 $ \eta = \frac{W}{Q_{放}} × 100\% $ 可知，燃料完全燃烧放出的热量 $ Q_{放} = \frac{W}{\eta} = \frac{4.8 × 10^{10} \, \text{J}}{40\%} = 1.2 × 10^{11} \, \text{J} $，则需要燃烧的燃油质量 $ m = \frac{Q_{放}}{q_{燃油}} = \frac{1.2 × 10^{11} \, \text{J}}{4.0 × 10^{7} \, \text{J/kg}} = 3000 \, \text{kg} $