《2025年尖子生题库九年级物理人教版》

2. 地铁可以缓解城市公交运输压力，某学校综合实践活动小组的同学们收集到地铁机车和公交汽车在某段运行区间内的相关数据如表：

(1) 甲、乙两地铁站相距$1.2\ km$，地铁运行需要多长时间？
(2) 公交汽车每千米消耗燃油$0.3\ kg$，行驶$1.2\ km$路程所消耗的燃油完全燃烧放出多少热量？公交汽车的效率是多少？

答案： 2.解：
(1)由$v=\frac{s}{t}$可得地铁运行时间$t=\frac{s}{v}=\frac{1.2km}{60km/h}=0.02h=1.2min$；
(2)公交汽车行驶1.2km，消耗燃油$m=0.3kg/km×1.2km=0.36kg$，燃油完全燃烧放热$Q_{放}=mq=0.36kg×4×10^{7}J/kg=1.44×10^{7}J$，牵引力做的有用功$W_{有用}=F_{s}=3000N×1200m=3.6×10^{6}J$，公交汽车效率$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}=\frac{3.6×10^{6}J}{1.44×10^{7}J}=25\%$。
答：
(1)甲、乙两地铁站相距1.2km，地铁运行需要1.2min；
(2)行驶1.2km路程所消耗的燃油完全燃烧放出$1.44×10^{7}J$的热量；公交汽车的效率是25%。

3. 科技发展 如图14-19所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢$4\ kg$，最大起飞质量可达$1.2 × 10^3\ kg$。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为$0.2\ m^2$；在空中以$180\ km/h$的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为$2 × 10^3\ N$。已知氢的热值为$1.4 × 10^8\ J/kg$。求：
(1) 当飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？
(2) 高压储氢罐内$4\ kg$的氢完全燃烧放出的热量为多少？
(3) 飞机以$180\ km/h$的速度匀速直线巡航$0.5\ h$，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？

答案： 3.解：
(1)飞机对水平地面的压力：$F=G=mg=1.2×10^{3}kg×10N/kg=1.2×10^{4}N$，飞机对水平地面的压强：$p=\frac{F}{S}=\frac{1.2×10^{4}N}{0.2m^{2}}=6×10^{4}Pa$；
(2)氢完全燃烧放出的热量为：$Q_{放}=m_{氢}q_{氢}=4kg×1.4×10^{8}J/kg=5.6×10^{8}J$；
(3)由$v=\frac{s}{t}$可得，飞机航行0.5h的距离为：$s=vt=180km/h×0.5h=90km=9×10^{4}m$，牵引力做的功为：$W=F_{s}=2×10^{3}N×9×10^{4}m=1.8×10^{8}J$。
答：
(1)发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为$6×10^{4}Pa$；
(2)高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为$5.6×10^{8}J$；
(3)飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为$1.8×10^{8}J$。