人教版2023-2024学年九年级物理（全一册）期末专题复习
《热机效率》计算题培优专训B卷
1．据悉，日前我国003型航母福建舰下水试验，“福建舰”是典型的常规动力航母，采用了全新的动力组，航母正常航行时发动机的功率为1.5×108W，速度为10m/s，至少可搭载36架歼﹣15舰载机，如表为歼﹣15主要参数，求：
航空煤油热值 5.0×107J/kg 空载起飞距离 105m
发动机热机效率 40% 正常起飞推力 2.4×105N
巡航动力 1.0×105N
（1）航母正常航行时发动机牵引力；
（2）歼﹣15空载正常起飞时，从启动到离开飞行甲板的过程中，该过程中飞机发动机推力做的功；
（3）歼﹣15巡航飞行1000km需要消耗航空煤油的质量。
2．“绿色出行，低碳生活”，新能源汽车靠电池提供能量，具有环保节能、高效等优势，已成为人们日常使用的重要交通工具。如图所示是一款新型电动汽车，该电动汽车内部的电池能量为45kW h，电动机工作时把80%的电能转化为动能后需重新充电。（已知q汽油＝4.6×107J/kg，g＝10N/kg）求：
（1）该汽车以额定功率9.6kW匀速行驶，当速度为36km/h时，所受平均阻力；
（2）该汽车电池充满电后使用，以36km/h的速度在9.6kW的额定功率下最多可以匀速行驶的路程；
（3）燃油汽车把汽油燃烧放出的能量转化为动能的效率为25%。与燃油汽车相比电动汽车内部的电池充满一次电来提供动能，燃油汽车需要燃烧多少千克的汽油（结果保留一位小数）。
3．电动汽车由于节能环保、用车成本低等优点，受到越来越多用户的喜爱。如图所示的电动汽车整车重为8000N，汽车轮胎与地面接触的总面积为4×10-2m2，该电动汽车在公路上匀速行驶时，受到的阻力是车总重的0.05倍。
（1）该电动汽车静止在水平地面上时对地面的压强多大？
（2）若驾驶员重50kg，则该电动汽车匀速行驶46km的过程中牵引力做的功是多少？
（3）如果一辆普通汽车发动机的热机效率为40%，那么做这些功需要消耗的汽油质量是多少？（q汽油＝4.6×107J/kg）
4．小徐家买了辆常州某品牌的新能源车，该车车重20000N，配有一块10kW h的电池和增程式发动机，汽车行驶过程中阻力为车重的0.05倍。该车利用的是增程式原理，在电池有电的情况下电池提供电能驱动电动机前进（效率为75%）；如果电池没有电时，增程式发动机启动为电池补充电能（效率为40%），依然由电池驱动电动机，发动机只参与发电的过程不提供动能。（92号汽油每千克汽油燃烧时约放热40000kJ）
（1）该新能源车在平直公路上匀速行驶1km，汽车克服阻力做功多少J？
（2）满电状态且增程式发动机不启动，该新能源车可以行驶多少km？
（3）没电状态由增程式发动机启动的情况下，若油箱内还有10kg汽油，则优先把电池充满后还能行驶多远？
5．2023年5月20日，我国首座深远海浮式风电平台“海油观澜号”成功并入文昌油田群电网，这标志着我国深远海风电关键技术取得重大进展。风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置。如图，风力发电机的叶片长达70多米，投产后，年均发电量可达。当风轮正面迎风，风速为，空气密度为时，每秒通过叶片旋转面积（迎风面积）的空气质量是，已知空气动能与其质量成正比，且空气的动能与速度（v）的关系如下表：
动能 2 18 32 50
速度 2 6 8 10
（1）当风速为时，每秒通过叶片旋转面积的空气体积是多少立方米？
（2）原来油田群采用燃气发电，发电效率为22％，“海油观澜号”并网投产后，每年可节约多少立方米天然气？（）
（3）若此风力发电机的叶片旋转面积是，平均每秒通过叶片的空气动能为，则此时的风速应该是多少？
6．如图为一辆运输叉车，轮胎与地面的总接触面积为0.15m2。叉车装上2×104N货物沿水平路面匀速直线行驶至500m处的货场，叉车发动机的输出功率为10kW，行驶过程中受到的阻力为2000N。（g取10N/kg，q汽油=4×10 J/kg）求：
（1）空车静止在水平地面上时，对地面的压强为105Pa，该车的质量；
（2）叉车到达货场所需的时间；
（3）若叉车将货物提升时发动机效率为30%，到达货场后，发动机一次消耗汽油3g，叉车可将货物提升的最高高度。
7．某航空母舰满载时排水量为6.5×104t，吃水深度约为10m，最大航速约为54km/h。若舰上停有一架质量为20t的舰载机，正常飞行航速为300m/s，飞行中发动机推力约为2.4×104N，发动机效率约为40%。（g＝10N/kg，ρ海水＝1.0×103kg/m3，飞机燃油热值取q＝5×107J/kg）求：
（1）航母满载时所受浮力。
（2）战机正常飞行时发动机推力做功的功率。
（3）若战机最大航程为3.5×103km，飞行员在出发前要给飞机加多少kg燃油。
8．现在常州很多公交车都升级换代成了新能源公交车，某新能源公交车空车质量为，轮胎接触地面总面积为，发动机额定功率为，配备能装入氢气的氢气瓶和容量为的动力电池。氢燃料用完后可切换到纯电模式继续运行。（已知取，）
（1）某次运行，车上共有人，总质量，求此时公交车对地面的压强是多少？
（2）如果电池充满电并且氢气瓶装满氢气，在额定功率下新能源汽车可以匀速直线运动的最远距离是多少？（发动机的综合效率为，行驶时阻力为）
（3）部分新能源公交车还装有动能回收系统，可以将刹车过程中减少的动能的转化成电能，这部分电能除了供车内总功率为的用电器工作之外，其余电能全部储存到蓄电池中，假设某次刹车前车辆动能为，刹停后蓄电池中电能增加了，问刹车过程花了多少时间？
9．在冬天的时候一家人聚在一起吃上一顿美美的火锅不是一种很让人舒心的事情吗？爱吃火锅的细心食客不难发现，现在市里一些火锅店、饭店、酒店等都选用了一种配备丁烷气罐的一种新型便携式的燃气炉。丁烷气罐外形小巧，火力也很大，最重要的是方便干净，适用于短时间内吃火锅的顾客，也适用于野外郊游野炊用。如图所示为亨味达牌便携式丁烷气炉。[q丁烷=5.0×107J/kg，c合金=0.8×103J/(kg·℃)]
其参数如表
耗气量 发热量 热效率 产品净重 产品毛重 说明
192g/h 2.9kW 65% 1.5kg 2.0kg 250g猛火力燃烧80min
某火锅店使用此燃气炉给顾客煮羊肉，盛肉的锅为1kg的合金锅，其内装有20℃、2kg的温水。计算结果保留小数点后两位
（1）完全燃烧0.2kg的丁烷气体可释放出多少J的热量？
（2）要使锅内的水烧开（当地为1标准大气压），水和锅一共需要吸收多少J的热量？
（3）若燃气炉以最大的火力工作，要把锅内的水烧开，燃气要持续燃烧多少h？
10．小明学习了热学的有关知识后，知道了水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），他想估算自己家所用的天然气灶的效率，他在铁锅中装入3kg水，并将其放在天然气灶上从15℃加热到75℃，加热前后小明观察了天然气表（如图），上面的示数分别为:m3和m3。
（1）天然气表上标有“严禁明火查漏”的警示，请说出原因。
（2）水从15℃升高到75℃吸收了多少热量
（3）若铁锅吸收的热量不考虑，则该天然气灶烧水的效率大约是多少 （q天然气约为3.9×107J/m3）
11．深圳比亚迪汽车发布，其研发的骁云插混专用1.5L发动机的热效率高达43%，是全球热效率最高的量产汽油发动机。公司旗下比亚迪宋PLUSDM﹣i车型搭载有此款发动机，此车型100km油耗为4.4L（质量为3kg），汽油热值q=4.6×107J/kg，求：
（1）4.4L汽油完全燃烧，可释放多少热量Q。
（2）骁云1.5L发动机消耗4.4L汽油对外做的功W？
（3）此车型匀速行驶100km所受的平均阻力f。
12．工人师傅利用汽车作为动力，从水中打捞一个体积为的物件，物件的密度为，整个过程中汽车发动机产生牵引力的功率恒定不变，且为P=50kW。绳子通过定滑轮一端系着物件，另一端拴在汽车上，汽车启动前，物件与水平河底接触，绳子刚好拉直但无拉力，绳子的体积、绳重及摩擦均忽略不计，如图甲（水的密度 。不计空气阻力）。求：
（1）物件受到的重力和物件浸没在水中时受到的浮力大小；
（2）汽车启动后物件开始加速上升，在物件未露出水面前，速度增大到最大值后继续上升，速度v随时间t变化的规律如图乙所示，求汽车水平运动过程中受到的地面阻力大小f；
（3）若物件离开水面后匀速上升30m的过程中所需时间5s，此过程汽车发动机的效率。
13．某款国产插电混动汽车，汽油发动机既可向车轮提供动力，又可向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过驱动电机向车轮输送。整车质量（含驾驶员）为1.8t，搭载电池电量为18.75kW h，纯电行驶时效率约为80%，利用汽油发动机行驶时热机平均效率约为30%，在平直的公路上以72km/h的速度匀速行驶，受到的阻力为总重的k＝0.03倍。汽油热值约为q＝4.5×107J/kg，g＝10N/kg，求此时：
（1）汽车需要的牵引力；
（2）以纯电行驶时，假如电池从满电到耗尽电量，可以行驶的最大路程；
（3）车辆行驶（2）中相同路程，如果以汽油发动机行驶时，需要燃烧的汽油质量。
14．贵南高铁北起贵州贵阳市，经河池市，南至广西南宁市，是广西境内第一条设计时速为350公里的客运专线，预计2023年年底建成通车。
（1）若通车后，一列长200m的动车组（如图甲）以60m/s的速度匀速通过一座长1000m的高架桥。该列动车组通过高架桥所用的时间为多少？
（2）若动车组以80m/s的速度匀速运动时电动机的总输出功率为5600kW，则此时动车组受到的阻力为多大？
（3）位于河池市境内的界子良风电场于2021年初成功实现40台风机并网发电（如图乙）。已知当地每秒每平方米面积吹过的风的能量约为200J，若风机有效迎风面积约为，风机把风能转换为电能的效率为。请估算一台风机一天的发电量可以供一列总输出功率为4800kW的动车组以250km/h的速度运动多远距离？（忽略其它能量损耗）
15．国产055新型导弹驱逐舰的服役，使中国海军的装备又一次得到提升。该型号驱逐舰满载时质量为1.25×104t，在海面上以恒定功率做直线运动，其牵引力F随时间t的变化关系如图甲所示，其运动速度v随时间t的关系如图乙所示。求该驱逐舰：（ρ柴油=0.85×103kg/m3，q柴油=4.0×107J/kg，1L=1dm3）
（1）在34~44s内行驶的路程；
（2）在水下5m处有一面积为200cm2的观察窗口，窗口受到水的压力大小；（ρ水=1.0×103kg/m3）
（3）满载时在匀速航行的过程中所受浮力的大小；
（4）在0~34s内完全燃烧12.5L柴油的过程中发动机的效率。
16．随着生活水平不断提高，小汽车已经进入千家万户。如图所示，小汽车单缸四冲程汽油机，活塞的截面积为，一个冲程活塞移动的距离为，做功冲程中燃气的平均压强为，飞轮的转速是；若小汽车以的速度沿直线行驶，消耗的汽油为汽油的热值为。求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）汽油机对外做功的功率；
（3）小汽车在这段平直路面上受到的阻力；
（4）小汽车汽油机的效率。
答案：
1．（1）1.5×107N；（2）2.52×107J；（3）5×103kg。
2．（1）960N；（2）135km；（3）11.3kg
3．（1）2×105Pa；（2）1.955×107J；（3）1.0625kg
4．（1）106J；（2）27km；（3）93km
5．（1）；（2）；（3）
6．（1）1.5×103kg；（2）100s；（3）1.8m
7．（1）6.5×108N；（2）7.2×105W；（3）4200kg
8．（1）；（2）；（3）
9．（1） 1.0×107 J； （2） 7.36×105 J；（3） 0.12h
10．（1）天然气遇到明火易发生爆炸；（2）7.56×105J；（3）51%
11．（1）1.38×108J；（2）5.934×107J；（3）593.4N
12．（1）3000N，1000N；（2）4250N；（3）36%
13．（1）540N；（2）100km；（3）4kg。
14．（1）20s；（2）；（3）
15．（1）50m；（2）1000N；（3）1.25×108N；（4）40%
16．（1）；（2）3×104W；（3）；（4）
