第十二章 专题训练 机械能和内能综合计算 1．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油 为燃料的小汽车，以 72km/h 的速度在水平路面上匀速行驶时了 1 小时，发动机的实际功率 为 20kW。汽油的热值 q＝4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为 25%。求小汽车在这段时间 中： （1）小汽车行驶的距离为多少？ （2）发动机所做的功； （3）消耗汽油的质量。（计算结果保留 1 位小数） 2．垃圾焚烧发电是最佳的垃圾处理方式，能有效实现垃圾的无害化、减量化、资源化。 实验表明：平均焚烧 1kg 高热值的垃圾相当于燃烧 0.5kg 无烟煤。（无烟煤的热值为 3×107J/kg） 求：（1）8.4kg 这样的垃圾完全燃烧可以放出多少热量？ （2）若这些热量 50%被水吸收可以使多少 kg 水升高 50℃？ 3．“绿水青山就是金山银山”，为建设生态优美，幸福宜居的新农村，我市部分农村地 区已用上绿色能源—天然气（q 天=4.2×107J/m3）。求： （1）完全燃烧 0.2m3 天然气放出的热量大小； （2）若这些热量的 25%被初温为 30℃，质量为 12.5kg 的水吸收，能使水的温度升高 到多少℃？（c=4.2×103J/（kg·℃） 4．小明学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少？但在教材的 燃料热值表中没有查阅到。于是，他在家里将装有 2kg 水的水壶放到天然气灶上去烧，用 温度计测量水从 20℃加热至 80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了 0.035m3。他通 过上网查阅得知天然气灶的效率约为 36%，已知水的比热容 c 水＝4.2×103J/（kg•℃）。求： （1）在这个过程中水吸收了多少热量？ （2）天然气燃烧放出的热量为多少？ （3）请帮小明计算出天然气的热值。 5．小亮家用干木材对体积为 20L、温度为 30℃的水进行加热，整个过程消耗了 1.4kg 的干木材，假设当地气压为 1 个标准大气压。[已知：q 干木材＝1.2×107J/kg，水的比热容 c 水 ＝4.2×10³J/（kg•℃）]求： （1）20L 水的质量； （2）干木材完全燃烧放出的热量； （3）若干木材烧水的效率为 40%，最终水温将达到多少？ 6．我国自主研制的新一代战斗机，它最大起飞质量为 37t，最大飞行高度达 20000m， 最大航行速度达 2.5 倍声速（合 3060km/h），飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见 下表： 速度 v /（m/s） 100 200 300 400 500 阻力 f /（×104N） 0.3 1.2 2.7 4.8 7.5 该飞机发动机的热效率和推进效率都较高，所谓热效率是指发动机获得的机械能 W 机械 与燃料完全燃烧产生的内能 Q 放之比，而推进效率是指发动机传递给飞机的推进功（推力 所做的功 W 推力）与其获得的机械能之比，飞机使用的航空燃油的热值为 5×107J/kg。若该 机以巡航速度 500m/s 匀速水平飞行 15min 的过程中消耗燃油 2.5t。求： （1）飞机发动机推力的功率； （2）如该发动机此时的热效率为 50%，则此过程中发动机的推进效率为多大？ 7．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，该款车以某速度在一段平直的公 路上匀速行驶一段距离时，消耗汽油 2kg，该汽油机的效率为 30%，在这段行驶过程中， 车满载乘客时总质量是 2t，匀速行驶时受到的平均阻力为车重的 0.05 倍（已知：汽油的热 值为 4.5×107J/kg，c 水=4.2×103J/（kg·℃）。求： （1）若其行驶的速度为 20m/s，则该汽车发动机此时的功率为多少？ （2）消耗 2kg 汽油，有多少能量被发动机转化为有用功？ （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 200kg 的水吸收，水升高的温度是 多少？（水未沸腾） 8．“环境小组”的同学在研究性活动中对小明家新装燃气热水器（如图甲）耗能进行测 试，按表中热水器铭牌事先在热水器水箱中注满水，将与计算机相连的红外线热传感器接 入热水器水箱后，开始加热。计算机显示出热水器中水温度随时间变化的图像如图乙所示。 [水的比热容为 4.2 �103J/（kg D℃）,天然气的热值约为 4 �107J/m3]求: （1）随着水温的升高，相同时间内消耗的天然气______（填“增加”“减少”或“不变”）。 （2）加热 4min，水吸收的热量为多少? ______ （3）加热 4min，消耗了多少 m3 的天然气______? ...型 JY 燃气热水器 能耗等级 热效率 容量/L 适应水压/MPa 适用:天然气、液化石油气 II 75% 16 0.02~0.8 9．某天然气热水器内部的水桶里注入质量 20kg 的冷水后，停止注水。冷水的初温度 为 15℃。打开热水龙头，天然气燃烧，温度升高到 40℃的热水流出。注水前、后天然气 3 3 表的示数分别为 0062.98 m ，0063.06 m 。已知天然气的热值为 3 3.2 �107 J m 3 求：（1）注水前、后天然气热水器一共消耗了多少 m 的天然气？ 。 （2）假如消耗的天然气全部完全燃烧可以放出多少热量？ （3）注水前、后热水器内 20kg 的水吸收了多少热量？ （4）请估算该热水器的热效率。（结果保留两位有效数字） 10．近日一位 11 岁小女孩跟妈妈参加年会，当神曲《卡路里》响起，如图这位女孩在 台下跟唱的视频在网络走红，也被网友们称为一夜走红的“万人迷”，1 卡路里等于在 1 个大 气压下，将 1 克水温度升高 1 摄氏度所需要的热量，换算关系为：1 千卡（大卡）=1000 卡 路里，成年女性每天的基础代谢热量为 1200 大卡~1500 大卡，男性在 1500 大卡~2000 大卡 左右，如果想要减肥，人体摄入的热量最好不要超过自己的基础代谢。c 水=4.2×103J/（kg· ℃） （1）请计算 1 大卡的热量为多少焦耳？ （2）1 大卡的热量被 200 克水完全吸收，能使水从 20℃升高到多少摄氏度？ （3）吃 1 小碗 100 克蒸米饭提供的能量大约是 116 大卡，小张一天消耗 2320 大卡， 这些米饭利用率 80%，多少千克米饭可以提供这些能量？ 11．如图所示是国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600，它装有 4 台国产 WJ6 涡轮螺旋 桨发动机，既能在陆地上起降，又能在水面上起降，是一艘会飞的船。飞机发动机的热效 率和推进效率是反映飞机性能的重要指标。发动机的热效率是指发动机获得的机械能与燃 料完全燃烧产生的内能之比，推进效率是指发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功） 与获得的机械能之比。 飞机的部分参数如下表所示： WJ6 发动机数量 4台 M 大起飞质量 53.5t 最大巡航速度 500km / h 发动机巡航推力 4.6 �104 N 发动机的热效率 40% 发动机的推进效率 …… （1）“鲲龙”AG600 在水面降落的过程中，重力势能______，动能______。 （2）若 AG600 以最大速度满载巡航 2h，消耗燃油 5000kg，燃油的热值 q  4.6 �107 J / kg ，求： ① 燃油完全燃烧获得的内能。 ② 发动机推力所做的功。 ③ 此过程中发动机的推进效率。 12．新型四轮沙滩卡丁车，其满载时的质量为 600kg，该四轮卡丁车满载时在水平沙 滩上做匀速直线运动。10min 行驶了 6km，卡丁车的牵引力为 2.3×103N。 （1）该卡丁车行驶的功率为多少？ （2）该卡丁车以汽油为燃料，在这次行驶中需要燃烧 1.2kg 的汽油。求汽油完全燃烧 产生的热量转化为卡丁车机械能的效率是多少？（q 汽油=4.6×107J/kg） 13．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车在内燃机启动时，可以给车提供动 力，同时也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的蓄电池能够储存的最大 电能是 1.0×108J，若该车以 80km/h 的车速匀速直线行驶了 0.5h，此时所受阻力 f 大小为 900N，蓄电池组的电能也增加了最大电能的 10%，内燃机共消耗燃油 2.5kg。（q 油 =4.6×107J/kg）则： （1）该汽车此次行驶中，若燃油完全燃烧可放出多少热量？ （2）该汽车行驶中牵引力做了多少功？ （3）该汽车内燃机的效率是多大？ 14．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用雷达传感器和激光测距仪来了解周围的 交通状况。这款车以 72km/h 的速度在一段平直的公路上匀速行驶了 8km，消耗汽油 1.5L。 假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为 30%；已知：汽油的密度为 0.8×103kg/m3，汽油的热 值为 4.5×107J/kg。在这段运动过程中，求： （1）所消耗汽油的质量； （2）汽油燃烧所放出的热量； （3）汽车发动机的牵引力； （4）汽车发动机的功率。 15．如图所示，某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为 30cm2，气缸容积为 150mL； 满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为 9.0×105Pa，飞轮 1min 转动 1800r/min，当汽油机 满负荷工作时（不计摩擦），若 1min 消耗汽油 10g，汽油的热值为 4.5×107J/kg，求： （1）满负荷工作时，做功冲程燃气对活塞的平均压力 F； （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功 W； （3）燃气对活塞做功的功率 P； （4）该汽油机的效率。 参考答案 1．（1）72km；（2）7.2×107J；（3）6.3kg 2．（1）1.26×108J；（2）300kg 3．（1） 4．（1） 8.4 �106 J ；（2） 5.04 �105 J 70� C ；（2） 1.4 �106 J ；（3） 4 �107 J/ m3 5．（1）20kg；（2）1.68×107J；（3）100℃ 6．（1）3.75×107W；（2）54% 7．（1）2×104W；（2）2.7×107J；（3）45℃ 8．减少 3.36×106J 9．（1）0.08 m3 0.112 ；（2） 2.56 �106 J ；（3）2.1×106；（4） 10．（1）4200J；（2）25 摄氏度；（3）2.5 千克 11．减小 12．（1） 减小 2.3 �1011 2.3 �104 W ；（2） 4.6 �1010 50% 25