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20234中考物理压轴题
专题02 机械能与内能的转化模型
1.一台汽油机，活塞面积是，活塞行程是，做功冲程燃气产生的平均压强为，若飞轮的转速是转分钟，汽油机的效率为，汽油的热值请计算出汽油机在内要消耗多少的汽油？
2.汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能．某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量，发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度，汽油和空气的质量比为，汽油的热值如果发动机曲轴转动，发动机的效率为，那么，在这种情况下：
汽车做的有用功是多少？
汽车在平直公路上匀速行驶时受到的阻力，汽车行驶的速度是多少？
3.如图所示是一台手扶双轮压路机，质量为，水箱容积为。在一次压路作业中，以的速度在水平路面上匀速行驶，行驶过程中受到的平均阻力是总重的倍。求：取，柴油的热值取
压路机在这次压路作业中运动的距离是多少？
压路机静止在水平路面上时，与地面的接触面积为，该压路机对路面的压强是多少？
压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少？
若发动机效率为，这次作业要消耗多少千克柴油？
水箱装满水是为了降低发动机的温度，确保发动机正常工作，当满水箱的水从上升到可以吸收多少热量？水的比热容为。
4.现有一辆小轿车发动机排气量为，最大功率为，当该发动机以最大功率工作时，曲轴的转速为。汽油机工作时的最佳空燃比即空气和燃油的质量比为：，若发动机在最大功率时汽油和空气的混合密度为，汽油的热值为。请计算：这台发动机在最大功率时的热机效率。
5.为贯彻中华人民共和国大气污染防治法，从年月日浙江已执行国五排放标准。相比“国四”标准，新标准总质量不超过轻型汽油车和轻型柴油车氮氧化物排放可以降低，总质量超过的重型柴油车氮氧化物排放可以降低有测试表明，一些城市空气中的左右来自机动车尾气。另外按照国五标准，标记辛烷值的汽油牌号从、、号系列将会调整为、、号系列。
下表是某市推出的一款纯电动汽车与同型号内燃机汽车对比的测试数据测试过程认为做匀速直线运动汽油的热值。
车型 能源 测试距离 牵引力 速度 百公里总耗能 效率
纯电动汽车 电能
内燃机汽车 汽油
请计算内燃机汽车每百公里消耗的汽油质量及其效率？
根据题目信息，说出这种纯电动汽车节能与环保主要体现在哪些方面至少各回答一个？
6.下表是某辆四轮轿车的部分数据：
轿车的基本参数 疝气大灯的技术参数
车身质量千克 额定电压
长、宽、高 耗电功率
油耗升百千米 电瓶的技术参数
最大输出功率千瓦 电压
最高时速千米小时 充电时间小时
轮胎宽度米 最多存储的电能
该轿车空车停放在水平路面上时，某同学测得该轿车每个轮胎与地面接触的长度约为米沿车长的方向。则此时该轿车对水平路面的压强约为多大？取
该轿车的头部装有两盏氙气大灯，若用该轿车上充足电的电瓶给氙气大灯供电。最多能供氙气大灯正常工作多长时间？
该轿车在高速公路上以的速度匀速前进，发动机的输出功率为，则轿车受到的阻力是多大？若该车以此功率行驶了分钟，测出消耗的燃料为，试计算该汽车发动机的效率。已知该车使用的燃油的热值为
有些轿车的尾部安装了导流板，如图所示。它的作用主要是在轿车高速行驶时，增加对地面的压力，提高车轮的抓地性能。则导流板横截面的形状是______。
7.一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶，消耗汽油，若这些汽油完全燃烧放出的热量有用来驱动汽车做有用功，所用汽油的热值为，求：
这些汽油完全燃烧放出的热量；
这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力；
某次行程中该小轿车消耗汽油质量为。现有一新型燃料，此次行程若使用该燃料驱动汽车，汽车的效率由提高到，消耗合成氢质量为，求与的比值。汽车一直是匀速行驶且阻力不变已知：
8.年月日，据新华社报道，中国人首次在太空迎新春过大年，神舟十三号航天员祝祖国繁荣昌盛神舟十三号载人飞船用长征二遥火箭发射，常用偏二甲肼作为主要燃料。已知，取。求：
要想获得的热量需完全燃烧偏二甲肼多少？
若这些热量被质量为的水吸收，其效率为，可使初温为的水温度升高到多少？
船舶航行中发动机做的功除了推进设备，还要提供辅助设备工作。船舶航行时受到的阻力与航行速度的平方成正比，降低航速可以减小阻力，但航速减小后航行所需的时间会延长，虽然推进功减少但辅助功增加了。航速优化就是找到适合的航速，使发动机做的总功减少，达到节能减排的目的。
若船舶以速度匀速直线航行，航行时受到的阻力为为常量，则理想情况下，推进功率和速度的关系为 ______ ；
某船舶航行时，每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示，则最省油的航速约为______ ；
若题中船舶的最大航速为，发动机的效率为，柴油的热值为。则航速从降低到最省油航速，每公里航程少消耗柴油______ 。
答案和解析
1.【答案】解：发动机做功一次所做的功，
汽油机在一小时内做的总功：，
，
汽油完全燃烧放出的总能量：
，
完全燃烧汽油的质量：
．
答：汽油机在一小时内要消耗的汽油．
【解析】根据和可得出求出发动机做的功，再求出做的总功；
求出汽油机工作一小时做的功，根据求出燃烧汽油放出的热量，根据求出汽油的质量．
此题主要考查的是学生对功、热机效率、热值有关计算公式的理解和掌握，变形公式的熟练运用是解决此题的关键．
2.【答案】解：根据可得，一次吸入混合物的质量 ，
因为曲轴每转动两周，完成一个工作循环，吸气一次，也做一次功，所以，发动机曲轴在转动 ，吸气和做功均为次，汽油和空气的质量比为，可见汽油占混合物总质量的，
则发动机在内吸入汽油的总质量，
这些汽油完全燃烧放出的热量 ，
根据可得汽车做的有用功 ．
汽车做的有用功的功率为，
因为汽车匀速行驶，所以汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等，即 ，
根据可得，汽车行驶的速度：
【解析】本题为力学和热学综合题，考查了密度公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式、功率公式的应用，要求灵活应用相关公式．
曲轴转动两周，完成一个工作循环，吸气一次，根据计算出燃料混合物的质量，根据空燃比计算出汽油的质量，从而可以计算出吸入的汽油量，根据算出燃料燃烧时放出的热量；根据热机效率算出有用功；
根据算出功率，根据算出汽车行驶的速度
3.【答案】解：根据速度公式得，压路机在这次压路作业中运动的距离是：；
根据密度公式得，水箱中水的质量，，
压路机的重力为：，
压路机静止时对水平地面的压力等于自身的重力加上水的重力，，
该压路机对水平地面的压强：；
压路机匀速前进时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等，即，
压路机做的功：；
由得，柴油完全燃烧释放的热量：，
由可得，消耗柴油的质量：；
水吸收的热量：。
答：压路机在这次压路作业中运动的距离是；
该压路机对路面的压强是；
压路机在这次压路作业中牵引力做的功是；
若发动机效率为，这次作业要消耗千克柴油；
当满水箱的水从上升到可以吸收的热量是。
【解析】已知速度和时间，根据速度公式的变形式可求出运动的距离；
压路机静止时对水平地面的压力等于自身的重力加上水的重力，根据求出该压路机对水平地面的压强；
压路机匀速前进时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，二力大小相等，即；根据求出压路机做的功；
根据求出柴油完全燃烧释放的热量，利用求出消耗柴油的质量；
根据求解。
本题考查了重力公式、速度公式、压强公式、做功公式、效率公式、燃料完全燃烧释放热公式和吸热公式的应用，涉及到的知识点较多，有一定的难度。
4.【答案】解：这台发动机在最大功率时内发动机做的有用功：
，
热机每个工作循环曲轴转两圈，在内转动，吸入汽油和空气的混合气次
汽油机工作时的最佳空燃比即空气和燃油的质量比为：：，
汽油占其中的，内发动机消耗汽油的质量为：
；
内汽油完全燃烧放出的热量：
；
这台发动机在最大功率时的热机效率：
。
答：这台发动机在最大功率时的热机效率为。
【解析】已知功率和时间的大小，根据公式可求这台发动机在最大功率时内做的有用功；在内转动，吸入汽油和空气的混合气次；知道混合气的密度和体积，根据公式可求吸入混合气的质量；知道汽油的热值，内汽油完全燃烧放出的热量；再利用效率公式求这台发动机在最大功率时的热机效率。
本题考查热机工作时有用能量、总能量、热机效率的计算，关键是公式及其变形的灵活运用，还要学会从题目所给信息中找到有用的数据。
5.【答案】解：
由得，
内燃机汽车每百公里消耗的汽油质量：
；
汽车牵引力做的功：
；
内燃机汽车的效率：
；
节能体现在该电动车的效率高；环保体现在噪音小、无废气排放。
答：内燃机汽车每百公里消耗的汽油质量及其效率分别为和；
节能体现在该电动车的效率高；环保体现在噪音小、无废气排放。
【解析】已知内燃机行驶一百公路消耗的总能量和汽油的热值，根据即可求出消耗的汽油质量；
已知汽车的牵引力、行驶的距离以及行驶的速度，根据求出牵引力做的功；
利用即可求出效率；
从效率、噪声、废气排放进行分析。
本题考查做功、功率、质量、效率、质量的计算以及节能、环保的具体应用，关键是公式及其变形的灵活运用，重点是从表中所给信息中找到有用的数据。
6.【答案】
【解析】解：每个轮胎与地面接触的面积：
，
轿车对水平路面压强的受力面积：
，
轿车对地面的压力：
，
此时该轿车对水平路面的压强：
；
由可得，供氙气大灯正常工作的时间：
；
因轿车匀速前进时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
所以，由可得，轿车受到的阻力：
，
由可得，有用功：
，
燃料完全燃烧放出的热量：
该汽车发动机的效率：
；
流体压强的特点是：要想增加对地面的压力，提高车轮的抓地性能。则导流板应受到一个向下的压强差，也就是必须使导流板下方的空气流速大，压强小，因此导流板的下方必须凸起且上方平直。由上述可知选项A、、中的导流板形状都不符合要求。故选C。
答：该轿车对水平路面的压强为；
最多能供氙气大灯正常工作；
轿车受到的阻力为；汽车发动机的效率；
。
先求出每个轮胎与地面接触的面积，进一步求出受力面积，因轿车对水平地面的压力和自身的重力相等，根据求出该轿车对水平路面的压强；
已知电瓶存储的最大电能和灯的功率，根据求出供其正常工作的时间；
轿车度匀速前进时阻力和动力是一对平衡力，根据求出轿车受到的阻力；根据求出有用功，根据求出燃料完全燃烧放出的热量，根据效率公式求出汽车发动机的效率；
流体压强与流速的关系：流速越大，压强越小；流速越小，压强大。
本题的解题关键有以下几点：知晓流体压强的特点：流速越大，压强越小；流速越小，压强大。正确计算轿车对地面压力的受力面积。会计算电瓶中的电能储存量。会转换牵引力与功率的计算公式：。
7.【答案】解：汽油完全燃烧放出的热量：；
由题知，用来驱动汽车做的有用功：；
由得轿车牵引力：
，
又因为轿车匀速行驶，所以轿车受到的阻力：；
整个过程中，消耗的有用功是不变的，设有用功为，则；
消耗氢时，；故：；
则：：．
答：这些汽油完全燃烧放出的热量为；
这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力为；
与的比为：。
【解析】知道消耗汽油的质量，又知道汽油的热值，利用求汽油完全燃烧放出的热量；
求出了汽油完全燃烧放出的热量，又知道汽油完全燃烧放出的热量有用来驱动汽车做有用功，据此求出用来驱动汽车做的有用功；
知道轿车行驶的距离，根据求轿车牵引力；又知道轿车匀速行驶，根据求匀速行驶时轿车受到的阻力；
根据两个过程中所做有用功相同列出等式，从而得出比值。
本题为力学和热学的综合题，考查了密度公式、燃料完全燃烧放热公式、功的公式、吸热公式、二力平衡条件的掌握和运用。
8.【答案】
【解析】解：由得完全燃烧偏二甲肼的质量：
；
由题意知，水吸收的热量：
，
由得，水的末温：
；
若船舶以速度匀速直线航行，航行时受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等；
根据可知，推进的功率为：；
根据图像可知，当推进功为，辅助功为时，推进功和辅助功的和是，此时推进功和辅助功的和最小，对应的速度为；
由图可知，当最大航速时，推进功，辅助功为，
推进功和辅助功的总和：，
与最省油时相比，最省油时能节省的功：，
根据可知，节省的柴油完全燃烧放出的热量：
，
由可知，节省柴油的质量：。
故答案为：要想获得的热量需完全燃烧偏二甲肼；
可使初温为的水温度升高到；
；；。
知道偏二甲肼燃烧放出的热量，利用求需完全燃烧偏二甲肼的质量；
根据题意求出水吸收的热量，再根据求出水的末温；
根据二力平衡条件和公式分析；
分析图像，找出推进功和辅助功的和最小的点，即为最省油的航速；
由图可知当最大航速为时的推进功和辅助功，据此求出推进功和辅助功的总和；与最省油时相比，可求出最省油时节省的功，根据效率公式求出节省的柴油完全燃烧放出的热量；利用求出节省柴油的质量。
本题考查二力平衡条件的应用、速度公式、功率公式、吸热公式、燃料完全燃烧放热公式以及效率公式的应用，题目综合性较强，难度较大。
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