《2025年高分突破课时达标讲练测九年级物理全一册沪科版》

1. 定义:热机运转中,做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值称为热机效率,其大小通常用百分比表示。

答案： 【解析】：
本题考查热机效率的定义。根据物理学的知识，热机效率是描述热机运转过程中，有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值。这个比值反映了热机将燃料能量转化为有用功的能力，是评价热机性能的重要指标。
【答案】：
热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值称为热机效率，其大小通常用百分比表示。

例4 已知某型号的载重车在一段平直的高速公路上匀速行驶所用时间是8 min,消耗燃油$3×10^{-3}\ m^3$(假设燃油完全燃烧),汽车发动机在这段时间内的输出功率(即有用功率)为63 kW。若燃油的密度是$0.8×10^{3}\ kg/m^3$,热值是$3.15×10^{7}\ J/kg$。求：
(1)消耗的燃油质量是多少?
(2)发动机牵引汽车前进所做的有用功是多少?
(3)汽车的效率是多少?(用百分数表示)

答案： 【解析】：
本题主要考查了密度公式，功率公式和效率公式的应用，要注意区分有用功和总功以及额外功。
(1)知道燃油的体积和密度，根据密度公式求出燃油的质量；
(2)知道汽车发动机的输出功率和行驶时间，根据$W = Pt$求出汽车发动机所做的有用功；
(3)根据$Q_{放} = mq$求出燃油完全燃烧释放的热量，利用$\eta = \frac{W}{Q_{放}} × 100\%$求出汽车的效率。
【答案】：
(1)由$\rho = \frac{m}{V}$可得，消耗的燃油质量：$m = \rho V = 0.8 × 10^{3} × 3 × 10^{- 3} = 2.4kg$；
(2)由$P = \frac{W}{t}$可得，发动机牵引汽车前进所做的有用功：$W = Pt = 63 × 10^{3} × 8 × 60 = 3.024 × 10^{7}J$；
(3)燃油完全燃烧释放的热量：$Q_{放} = mq = 2.4 × 3.15 × 10^{7} = 7.56 × 10^{7}J$，
汽车的效率：$\eta = \frac{W}{Q_{放}} × 100\% = \frac{3.024 × 10^{7}}{7.56 × 10^{7}} × 100\% = 40\%$。
答：$(1)$消耗的燃油质量是$2.4kg$；
$(2)$发动机牵引汽车前进所做的有用功是$3.024 × 10^{7}J$；
$(3)$汽车的效率是$40\%$。

4. 如图所示是百度开发的一款无人驾驶汽车,汽车自动驾驶时用激光测距器来了解周围的交通状况,用北斗卫星导航系统进行定位和导航。若该款车在一段平直公路上匀速行驶27 km的过程中受到的平均阻力为$10^{3}\ N$,消耗汽油2 kg[已知:汽油的热值为$q= 4.5×10^{7}\ J/kg$,$c_{水}= 4.2×10^{3}\ J/(kg·℃)$]。

(1)求汽车在该路段匀速行驶过程中发动机牵引力做的功；
(2)求该汽车发动机的热机效率；
(3)假设该汽车在这次行驶过程中,发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%,若这些废气带走的能量全部被质量为200 kg的水吸收,整个过程水未沸腾,求水升高的温度。

答案： 【解析】：
本题可根据功的计算公式、热机效率的计算公式以及热量计算公式来分别求解各问。
（1）求汽车在该路段匀速行驶过程中发动机牵引力做的功：
因为汽车匀速行驶，处于平衡状态，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，已知平均阻力$f = 10^{3}N$，所以牵引力$F = f = 10^{3}N$。
又已知汽车行驶的路程$s = 27km = 27000m$，根据功的计算公式$W = Fs$，可求出牵引力做的功。
（2）求该汽车发动机的热机效率：
先根据$Q_{放}=mq$（其中$m$为汽油质量，$q$为汽油热值）求出$2kg$汽油完全燃烧放出的热量。
再根据热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%$（其中$W$为牵引力做的功，$Q_{放}$为燃料完全燃烧放出的热量）求出热机效率。
（3）求水升高的温度：
先根据已知条件求出废气带走的热量$Q_{吸}$（$Q_{吸}$等于汽油完全燃烧放出热量的$42\%$）。
再根据热量计算公式$Q_{吸}=cm\Delta t$（其中$c$为水的比热容，$m$为水的质量，$\Delta t$为水升高的温度）求出水升高的温度$\Delta t$。
【答案】：
(1)因为汽车匀速行驶，所以牵引力$F = f = 10^{3}N$，行驶路程$s = 27km = 27000m$。
根据$W = Fs$，可得发动机牵引力做的功：
$W = Fs = 10^{3}N×27000m = 2.7×10^{7}J$。
(2)汽油完全燃烧放出的热量：
$Q_{放}=mq = 2kg×4.5×10^{7}J/kg = 9×10^{7}J$。
热机效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}×100\%=\frac{2.7×10^{7}J}{9×10^{7}J}×100\% = 30\%$。
(3)废气带走的热量：
$Q_{吸}=Q_{放}×42\% = 9×10^{7}J×42\% = 3.78×10^{7}J$。
由$Q_{吸}=cm\Delta t$可得，水升高的温度：
$\Delta t = \frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}} = \frac{3.78×10^{7}J}{4.2×10^{3}J/(kg\cdot℃)×200kg} = 45℃$。
综上，答案依次为：
(1)$2.7×10^{7}J$；
(2)$30\%$；
(3)$45℃$。