机械能与化学能的转化模型-中考物理常考计算题（解析版）

专题06机械能与化学能的转化模型

1.“运20”是我国自主研发的大型运输机，它的发动机是•种热机，通过航空煤油在气室

中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力，若“运20”在高空中飞行

时，在恒定的水平推力F作用下，以200m/s的速度沿水平方向匀速航行lh,需要燃烧航

空煤油4800kg,已知飞机发动机提供的机械功率是3.2x10?W,航空煤油的热值为q=

7

4.0x10J/kga则在这lh内：

（1）航空煤油完全燃烧放出的热量是多少？

（2）该发动机的热机效率是多大？

【答案】（1）1.92xl0"J；（2）60%

【详解】

解（I）由题干已知消耗航空煤油的质量为4800kg,航空煤油的热值为4.0xI07J/kg,则航

空煤油完全燃烧放出的热量是为

Q我=mq=4800kgx4.0x107J/kg=1.92xlO"J

（2）飞机发动机所做的有用功为

W=尸/=3.2x107Wx1x3600s=L152xlO"J

该发动机的热机效率为

W1.152xl0"J

n=——=-------n—=60%

1.92xl0"J

答：（1）航空煤油完全燃烧放出的热量是L92X10HJ；

（2）该发动机的热机效率是60%。

2.随着重视环境，新能源车开始普及。某品牌纯电动汽车续航里程约为500km,电池容量

为70kW-h0普通家用充电桩充电功率为7kW.另一品牌燃油车油箱容积为80L,匀速行

驶时能提供的牵引力大约是2000N,加满一箱汽油大约能匀速行驶400km。

（1）若使用普通家用充电桩，给上述纯电动汽车充满一次电需要多长时间？

（2）上述燃油车加满一箱油，油的质量是多少？（汽油密度取O.7F03如"]3）

（3）上述燃油车一箱汽泊完全燃烧能释放多少热量？（汽油的热值取4.5xl07j/kg）

（4）上述燃油车的热机效率大约是多少？（小数点后保留1位小数）

【答案】（I）10h；（2）56kg；（3）2.52X109J；（4）31.7%

【详解】

解•：（1）根据夕=:可得，使用普通家用充电桩，给上述纯电动汽车充满一次电需要的时

间

比=迺弛=lOh

P7kW

(2)燃油车加满一箱油，油的质量是

切油=夕油V=0.7x1O'kg/m'x80xi0-3m'=56kg

(3)油车一箱汽油完全燃烧能释放的热量

Q==4.5x107J/kgx56kg=2.52xlO9J

(4)燃油车烧完一箱油做的有用功

W=F5=2000Nx400x1000m=8x1(/J

燃油车的热机效率大约是

_W8xlOsJon,

n=—=-------------h31.7%

Q2.52xlO9J

答：（1）使用普通家用充电桩，给纯电汽车充满一次电需要10h；

（2）卜.述燃油车加满•箱油，油的质量是56kg；

（3）上述燃油车一箱汽汨完全燃烧能释放的热量为2.52x109J；

（4）上述燃油车的热机效率大约是31.7%。

3.新能源汽车取代传统燃油汽车已是发展趋势。某品牌纯电汽车续航里程约为500km,电

池容量为76kW.h。普通家用充电桩充电功率为8kW。同类型号的燃油车油箱容积为60L,

匀速行驶时能提供的牵引力大约是500N,加满•箱汽油能匀速行驶800km。（汽油密度取

O.7xlO3kg/m\汽油的热值为4.5x107J/kg）

（1）若使用普通家用充电桩，给上述纯电汽车充满一次电需要多长时间？

（2）上述燃油车的热机效率大约是多少？

（3）计算两种汽车的百公里能耗，并说明能耗不同的主要原因。

【答案】（1）9.5h；（2）21.2%；（3）纯电汽车百公里能耗5.472X107J、燃油车百公里能耗

2.3625x108J,电动汽车的效率高于燃油汽车

【详解】

解：（1）纯电汽车充满一次电需要的时间为

W76kWh

t=—=------------=9n.c5hu

P8kW

（2）燃油车加满一箱油的质量

m=pK=0.7x103kg/m3x60x103in3=42kg

一箱汽油完全燃烧释放的热量

Q团”42kgx4.5x107J/kg=189x109J

消耗一箱汽油燃油车做的功

yy=Ey=500Nx800x103m=4x10xJ

燃油车的热机效率

IV_4xlO8J

力21.2%

逐一1.89x10。

（3）纯电汽车百公里能超

7

卬=76kWh=152kW,h=5.472xlOJ

5

燃油车百公里能耗

必=&=L89xl"J=2.3625xl0sJ

88

能耗不同的主要原因是电动汽车的效率高于燃油汽车。

答：（1）若使用普通家用充电桩，给上述纯电汽车充满•次电需要9.5h：

（2）上述燃油车的热机效率大约是21.2%；

（3）纯电汽车百公里能耗5.472x1（）7,燃油车百公里能耗2.3625X108J,电动汽车的效率

而于燃油汽车。

4.如图所示为某种型号的多功能洒水车，它空载时的质量为33配备了一个内深为1m的

大容量水箱，底部有一个血积为0.003m」的放水孔。若多功能洒水车在水平地血上匀速行

驶时受到的阻力恒为总重的（）.08倍，某次该车满载（装满）后由静止开始在水平面上启

动，在启动（加速）过程中，发动机消耗100g柴油。测得汽车牵引力的功率及其瞬时速度

随时间的变化情况分别如图甲和图乙所示。已知g=10N/kg,"=1.0xl（）3kg/m3,q柴油

=4.0xI（fJ/kg,燃油完全燃烧。求：

（1）该洒水车满载时，若用质量不计的小钢片从外部堵住放水孔，则需对小钢片施加的外

力至少是多少N?

（2）该洒水车在启动（加速）过程中热机效率是多少？

（3）该洒水车水箱的容积是多少nr,?

图甲

【答案】（1）30N；（2）45%；（3）7m3

【详解】

解：（I）水对小孔的压强为

p=p水M=1.0x103kg/m3x1ON/kgxlm=IO4Pa

若用质量不计的小钢片从外部堵住放水孔,则需对小钢片施加的外力至少是

F=pS=104PaxO.（）O3m2=30N

（2）该洒水车在启动（加速）过程中所做的有用功为

VV=P/=120X1（Y1WX15S=1.8X106J

柴油燃烧放出的热量为

376

Q电=阳油%油=100xl0kgx4.0xl0J/kg=4xl0J

该洒水车在启动（加速）过程中热机效率是

2^I6

xl(x)%=-8X10JX1(X)%=45%

Qe4xlO6J

（3）多功能洒水车在水平地面上匀速行驶时受到的阻力等于牵引力，则阻力为

P120xl0'W

3

f引=—==8X1ON

=Gvr1z5~m/;s

则满载时的总重力为

G击鬻=心

满载时的总质量为

G_105N

=104kg

7-10N/kg

则水的质量为

4

=ni{,-m*=10kg—3x1(Pkg=7x10*kg

水的体积等于水箱的容积，则水箱的容积为

3

_7x10kgl

V水箱=7m

=爆LOxIO'kg/n?

答：（1）该洒水车满载时，若用质量不计的小钢片从外部堵住放水孔，则需对小钢片施加

的外力至少是30N；

（2）该洒水车在启动（加速）过程中热机效率是45%：

（3）该洒水车水箱的容积是7m3。

5.如图所示是利用5G网络实现远程驾驶的汽车，其质最为1.53车轮与地面接触的总面

积为750cm2,该车在水平路面上匀速直线行驶13.8km,用时10min,消耗汽油2kg,这一

过程中汽车发动机的输出功率为46kW,求：（汽油热值为qH=4.6xl07j/kg,g取10N,'kg）

（1）汽车在该路段的速度；

（2）汽车静止在水平地面上时，对地面的压强；

（3）在这一过程中汽车受到的阻力；

（4）在这一过程中汽车发动机的效率。

【答案】(I)23m/s；(2)2xlO5Pa；(3)2000N：(4)30%

【详解】

解.：(1)汽车在该路段的速度为

s13.8km1.38xl04m.

v=—=------=----------=23m/s

tlOmin600s

(2)汽车静止在水平地面.卜.时，对地面的压力为

F=G=/?/.g=1.5xI()3kgx1()N/kg=1.5x1()4N

则对地面的压强为

F1.5xlO4N

n=—=-----------=2xlO5Pa

SVSOxlO^m2

(3)汽车匀速行驶时受到的牵引力为

.P46kW4.6X104W.“八…

F=—=-----=----------=2000N

v23in/s23m/s

汽车在水平公路上匀速直线行驶时受到的阻力和牵引力是一对平衡力，大小相等，所以，

在这一过程中汽车受到的皿力为2000N。

(4)牵引力做的有用功为

M川广4=2000NX1.38X10"m=2.76x107J

汽油完全燃烧放出的热量为

汽=2kgx4.6x107J/kg=9.2xlOKJ

在这一过程中汽车发动机*J效率为

7=%1x100%=276,1乎x100%=30%

Q放9.2X108J

答：(1)汽车在该路段的速度为23m/s；

(2)汽车静止在水平地面上时，对地面的压强为2xl(FPa；

(3)在这一过程中汽车受到的阻力为2000N；

(4)在这一过程中汽车发动机的效率为30%。

6.如图所示是庆祝中华人民共和国成立70周年的阅兵式，我国自主研发的具有世界先进

水平的99A式主战坦克通过天安门广场接受检阅时的画面。已知一辆99A式坦克的质量为

52t,其静止在地面上时履带与地面的接触面积为4m2。若坦克以5m/s的速度匀速在天安

门广场上通过500m的距离时，坦克发动机的功率为lOOOkW。(柴油的热值夕取

4xlO7J/kg,g取lON/kg,发动机的效率为40%)求:

(1)坦克静止时对水平地面上的压强？

(2)坦克受到的阻力是多少？

(3)坦克消耗柴油的质量是多少？

【答案】(1)1.3xI05Pa；(2)2x105N；(3)6.25kg

【详解】

解：(1)坦克静止时对水平地面上的压力

F=G=mg=52x103kgxION/kg=5.2xlO5N

坦克静止时对水平地面上的压强

F=5.2xlQ-N=I3xlQ5pa

S4m2

(2)若坦克以5m/s的速度匀速在天安门广场上通过500m的距离时，坦克发动机的功率

为I000kW,根据

P=—=——=Fv

所以，坦克的牵引力

W=2XUN

v5ni/s

由于坦克匀速直线行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以，坦克

受到的阻力

/=F=2xl05N

(3)坦克牵引力做的功

W=Fs=2x1O5NxSOOm=lxlOsJ

由〃=》知道，所消耗的柴油完全燃烧释放的热量

Wlxl()8J

=2.5x10sJ

~n~40%

由。及=/殉知道，坦克消耗柴油的质量

Q放2.5xlOsJ

“柴油.u==6.25kg

夕柴油4xlOJ/kg

答：(I)坦克静止时对水平地面上的压强为ISxlgPa；

(2)坦克受到的阻力是2x1是N；

(3)坦克消耗柴油的质量是6.25kg。

7.我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知汽车的总质量为2t,该车在某段长

1.2km的水平路面做匀速直线运动，用时40s,汽车在行驶过程中受到的阻力为车重的0.2

倍，汽车在此过程中消耗的汽油产生了lxl()7j热量。(g取］0N/kg)

求在该段测试过程中：

(1)汽车的行驶速度；

(2)汽车受到的重力；

(3)汽车的牵引力做的方；

(4)汽车发动机的热机效率。

【答案】(1)30m/s；(2)20000N；(3)4.8x106J；(4)48%

【详解】

解；(1)已知该汽车运动时间为z=40s,行驶距离为

5=1.2km=1200m

因此，汽车的行驶速度

v=£=1200m=3()in/s

t40s

(2)汽车受到的重力为

G=〃吆=2()00kgx10N/kg=2(W0N

(3)因汽车匀速行驶时史于平衡状态，受到的牵引力尸和阻力,是一对平衡力，则牵引力

为

F^=0.2G=0.2x20(X)()N=4(X)0N

则此过程中汽车牵引力做的功

IV=F.V=4000NX1200m=4.8x106J

(4)汽油燃烧的热量为。=lxlO7j,牵引力做功为W=4.8xl06j,则发动机的效率为

w4XxI()6I

〃一xl00%=Ix1()0%=48%

QIxlOJ

答：(1)汽车的行驶速度为30m/s；

(2)汽车受到的重力为20000N；

(3)汽车的牵引力做的功为4.8X14J；

(4)汽车发动机的热机效率为48%。

8.一台推土机的推力为4.3xlO』N,匀速推着土总行程达800m,共消耗2kg柴油，求该推

土机装的柴油机的热机效率。柴油热值(4.3x104/kg),求：

(I)推土机做的有用功:

（2）柴油完全燃烧放出的热量；

（3）柴油机效率。

【答案】（1）3.44x10（；（2）8.6X107J;（3）40%

【详解】

解：（1）推土机做的有用功

吗）.=Es=4.3x1O'Nx800m=3.44xl07J

（2）柴油完全燃烧放出的热量

77

Q以=niq=2kgx4.3x10J/kg=8.6xl0J

（3）柴油机的效率

W344x1071

7=——xlOO%=------—xlOO%=40%

。放8.6x1J

答：（1）推土机做的有用功是3.44x101；

（2）柴油完全燃烧放出的热量是8.6xl（）7j；

（3）柴油机效率是40%。

9.氢气动力汽车环保、高效，一辆氢气动力试验汽车的总质量为L5xl（fkg,2min内汽车

在水平路面上匀速行驶r2.4x10、］,消耗了30g的氢气比过程汽车发动机产生的牵引刀为

L（）xlO?No（氢气的热值取L4x"j/kg,水的比热容为4.2xl（）3j/（kgJC）,g取（ION/kg）

求：

（1）30g氢气完全燃烧放出的热量可以使100kg的水升高多少C;

（2）汽车牵引力做功的功率；

（3）汽车发动机的效率。

【答案】（1）10℃;（2）2X104W;（3）57.1%

【详解】

解：（1）30g氢气完全燃烧释放的热量

Q较=niq=0.03kgx1.4x10sJ/kg=4.2x106J

水吸收的热量为

秋=a=4.2><10”

由&=on△，得，升高的温度为

4一耳空____=10'C

c”水4.2x1OAJ/（kgPC）xl（X）kg

（2）牵引力做的功

IV=A5=1.0x105Nx2.4x1^01=2.4x106J

牵引力的功率

2.4xl()6j

=2X104W

2x60s

（3）汽车发动机的效率

W94x106J

n=—xl(X)%=-——V-x1(X)%=57.1%

6

Q他4.2X10J

答：（1）30g氢气完全燃烧放出的热量可以使100kg的水升高10℃；

（2）汽车牵引力做功的功率为2x10，W；

（3）汽车发动机的效率为57.1%。

10.中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提

升的重要标志，如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液体氢作为燃

料，液态氧作为助燃剂，氢的热值为14x1（）xj/kg。

（1）某火箭发射时携带6x18kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为

20C的水加热至沸腾？【C/G4.2X1（）3J/（kg/C）,当地大气压为1标准大气压】

（2）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能

源车以70kW的功率匀速行驶20min,消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。

【答案】（1）2.5x107kg；（2）30%

【详解】

解：（1）氢的热值，/=l.4x|（）8j/kg,质量〃『6x|（）4kg,完全燃烧释放的热量为

Q=qnu=1.4x10xJ/kgx6x104kg=8.4x10,2J

初温为2（rc的水加热至沸腾温度的变化量为

Ar=IOO℃-2O℃=8O℃

由加可知能够加热的水的质量为

8.4x10为

Q=2.5xl07kg

4.2乂1()3j/(kg.℃)x80℃

（2）汽车行进时功率

P=70kW=7xl04W

用的时间

r=20min=1200s

则汽车做的有用功

W小尸r=7x1SWx1200s=8.4x107J

消耗燃料的质审用2=2kg可知_L作过程总功为

。2=在?2=1.4x108J/kgx2kg=2,8x108J

可知发动机效率

党=瑞冷3。%

答：⑴可将2.5x107kg的水加热至沸腾;

（2）发动机的机械效率为30%。

11.在山区一般喜欢买大排量的车子，为了节能减排，我们内地一般不必要买太大排量的

车。一款新型汽车以某一速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离，消耗了4kg汽油，

其发动机的效率为40%,则在这段运动过程中，I已知：汽油的热值为4.6xI（）?J/kg］求：

（1）汽油完全燃烧放出的热量；

（2）该汽车发动机做的有用功；

（3）该车在高速路上匀速行驶时平均牵引力为1000N,则燃烧4kg汽油行驶的距离。

【答案】（1）1.84x10"：12）7.36XI07J;（3）73.6km

【详解】

解：（1）汽油完全燃烧放出的热量

7

Qi（i=mq=4kgx4.6x10J/kg=1.84xI（/J

W

（2）发动机的效率为40%,由〃=7厂可知，该汽车发动机做的有用功为