第1节 能量的转化与守恒
课后·知能演练
一、基础巩固
1.如图所示,陨石在加速下落的过程中与大气剧烈摩擦、迅速升温、猛烈燃烧。陨石在下落过程中,其能量转化过程是( )
A.重力势能——动能——内能 B.动能——重力势能——内能
C.重力势能——内能——动能 D.内能——重力势能——动能
2.下面关于能量转化的说法正确的是( )
A.电灯泡把电能转化为动能 B.电动机把电能转化为动能
C.电饭锅把内能转化为电能 D.太阳能电池板把太阳能转化为内能
3.关于能量的转化和转移,下列说法正确的是( )
A.蓄电池充电时,化学能转化为电能 B.暖瓶塞跳起时,机械能转化为内能
C.用热水袋取暖时,内能发生了转移 D.双手摩擦生热时,内能转化为机械能
4.右图是小球在地面上弹跳的频闪照片,下列说法正确的是( )
A.小球弹起的高度越来越小,说明此过程中能量不守恒
B.根据能量守恒定律,在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C.在小球的运动过程中,有一部分机械能转化成了内能
D.此过程说明能量守恒定律需要建立在一定条件之上才能成立
5.在房屋装修中常用到一种打孔工具——冲击钻。冲击钻工作时,钻头在电动机的带动下不断地冲击墙壁,打出圆孔,如图所示。冲击钻在工作过程中,其能量转化情况是( )
A.内能转化为机械能 B.内能转化为电能
C.只有机械能和内能的转化 D.有电能、机械能和内能的转化
6.(多选)有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是( )
A.装置所具有的机械能始终不变
B.如果没有能量补充,装置最终会停下来
C.根据能量守恒定律,装置可以一直转动下去
D.装置中小球的动能和重力势能在相互转化
二、素养提升
7.根据能量守恒定律,下列情形可能发生的是( )
A.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进
B.电水壶里的水沸腾了,给该电水壶断电,水的沸腾永远不会停止
C.两个斜面相接,小球从左斜面滚下后,继续冲上右斜面
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,指针将一直运动下去
8.用绳子把一个铁锁悬挂起来,把铁锁拉到刚好贴着自己的鼻子,稳定后松手,头不动,如图所示。铁锁由开始位置a沿弧线abc向另一侧的最高点c运动,然后再从c往回运动。
(1)从a到最低点b的过程中,铁锁的动能____________,重力势能____________。(均选填“增加”“减少”或“不变”)
(2)从能的转化和守恒角度分析,铁锁摆回时____________(选填“能”或“不能”)碰到鼻子。
(3)在此过程中,机械能____________,能的总量____________。(均选填“守恒”或“不守恒”)
9.科技馆里有一种“水车”,其结构如图所示,叶片由高分子聚合材料制成,其特点是在常温下,叶片是平直的,在高温下,叶片可向一侧弯曲。当把水车的下半部分放进热水中时,水车就可以转动起来,有人说这种水车是永动机,因为它没有外部动力也能转动,你认为这种说法____________(选填“正确”或“不正确”),理由是____________________。
三、拓展探究
10.排球充气后,让排球从手上自由落下,排球每次弹回的高度都低于落下时的高度。
(1)整个过程中能量是否守恒 请做出具体解释:_____________________________。
(2)排球从接触地面到形变达到最大的过程中,速度v与形变大小ΔV之间的关系大致如图所示,请说明该过程中,排球受力情况与机械能变化情况:_____________________。
参考答案
1.A 解析:陨石加速下落的过程中,重力势能转化为动能,同时陨石与大气摩擦,迅速升温,陨石的内能增大,猛烈燃烧,部分动能转化为内能。
2.B 解析:电灯泡照明时,将电能转化为热能和光能;电动机工作时,将电能转化为动能;电饭锅工作时,将电能转化为热能;人造卫星上的太阳能电池板,将太阳能转化为电能。
3.C 解析:蓄电池充电时,将电能转化为化学能;暖瓶塞跳起时,瓶内空气对瓶塞做功,空气的内能转化为瓶塞的机械能;利用热水袋取暖时,热水袋的内能转移到人体上;双手摩擦时,机械能转化为内能。
4.C 解析:由题图可知,小球运动过程中弹起的高度越来越小,说明重力势能越来越小,同时速度越来越慢,说明动能越来越小,所以小球的机械能在减少,机械能减少的原因是小球在地面弹跳的过程中与空气摩擦做功,与地面撞击做功,将部分机械能转化为内能,可见,在此过程中,小球的机械能不守恒,但能量的总量是守恒的,A、B错误,C正确。能量守恒定律是自然界最普遍的基本定律之一,适用于所有的能量转化过程,能量守恒定律的成立是无条件的,D错误。
5.D 解析:冲击钻的钻头在电动机的带动下不断冲击墙壁的过程中,电动机转动将电能转化为机械能,冲击墙壁时机械能又会转化为内能,使钻头和墙壁发热,D正确。
6.BD 解析:装置在工作过程中,小球的高度、速度在发生变化,高度大时速度小,高度小时速度大,所以小球的动能和重力势能之间在不断地发生转化,D正确。装置在工作过程中要克服摩擦做功,将一部分机械能转化为内能,所以装置所具有的机械能会变小,A错误。由于在转动的过程中,机械能在不断变小,如果没有其他能量的补充,该装置不会一直转动下去,而是逐渐变慢,最终会停下来,B正确,C错误。
7.C 解析:出膛的子弹具有动能,射穿木板时由于撞击和摩擦会使动能减小,所以射出木板继续向前运动时的速度将减小;用电水壶加热水时,电能转化为水的内能,断电后,水在一段时间后,将不能继续吸收热量,水的沸腾会停止;两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,但由于有一部分机械能转化为内能,所以冲上右斜面时,将不能达到与在左斜面上时相同的高度;机械表工作时,表内弹簧的弹性势能转化为指针摆动时的机械能,由于弹簧的弹性势能一定,所以指针不会一直运动下去;综上分析,C符合题意。
8.(1)增加 减少
(2)不能
(3)不守恒 守恒
解析:从a到b,高度减小,速度增大,所以重力势能逐渐减少,动能增加;铁锁从a到c和由c返回到a的过程中,要克服空气阻力做功,消耗能量,一部分机械能转化为内能,所以机械能减小,不会再摆回到原来的高度,即不能到达a,所以不会碰到鼻子;铁锁在摆动的过程中,有一部分机械能转化为内能,所以机械能不守恒;但整个过程中,能的总量是守恒的。
9.不正确 从能量的转化角度分析,该水车是将内能转化为机械能的装置,热水在推动叶片做功时,要消耗水的内能,水的温度会逐渐降低,如果不及时添加热水,当水温降至室温时,水车就会停止转动
解析:当水车的叶片浸在热水中时,由于温度升高,叶片会向一侧迅速弯曲,给热水施加一个力的作用。由于物体间力的作用是相互的,热水也会对叶片施加一个作用力,使水车转动起来;当叶片转出水面时,温度降低,叶片又恢复成平直的状态,这个过程不断地进行,就会使水车不停地转动。水车转动的过程中,要消耗热水的内能,将热水的内能转化为水车的机械能,看起来水车没有外部动力,实际上消耗的是热水的内能。
10.(1)排球下落和与地板的每次碰撞及排球上升过程中,能量始终守恒。虽然排球与空气摩擦、与地板碰撞过程中有机械能转化成内能,但是这些能量的总和仍然保持不变
(2)排球接触地面后,始终受到重力和地面的弹力。从A点到B点排球的重力势能转化成动能和弹性势能。到B点时,动能达到最大。从B点到形变达到最大的C点的过程中,重力势能和动能全部转化成弹性势能
解析:(1)排球在下落时将重力势能转化为动能,在刚刚接触地面时,将动能转化为排球的弹性势能,此时排球发生形变,当排球的形变最大时,其弹性势能最大;当排球恢复形变时,弹性势能又转化为动能和重力势能。在排球下落和上升时,要克服空气阻力做功,将机械能转化为内能,排球与地面碰撞时,也有一部分机械能转化为内能,但能的总量不变,即能量守恒。(2)根据排球从接触地面到形变最大的过程中速度v与形变大小ΔV之间的关系图分析排球受力情况与机械能变化的关系时,一是要注意排球从接触地面到形变最大的过程中,排球受到的弹力逐渐增大,而排球受到的重力不变,由此说明排球的受力情况;在说明机械能的变化时,要注意从影响动能、重力势能和弹性势能的大小因素来分析,通过减少的能量会转化成增加的能量,来确定机械能的转化情况。第3节 热机的效率
课后·知能演练
一、基础巩固
1.(2024·江西中考)用比值法定义物理量是物理学中常用的方法。以下物理量不是用这种方法定义的是( )
A.密度 B.比热容 C.质量 D.热值
2.(2024·山东济南中考)完全燃烧1 g液态氢能释放出1.4×105 J的热量,约是完全燃烧1 g汽油释放热量的3倍,由此可知液态氢比汽油的( )
A.内能大 B.温度高 C.热值大 D.密度大
3.关于燃料的热值,下列说法正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的种类有关系,与燃料的质量和燃烧状况无关
B.某种燃料燃烧放出的热量与其质量之比叫作这种燃料的热值
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
4.为节约能源,需要提高热机的效率,下列措施中不能提高热机效率的是( )
A.尽量使燃料充分燃烧 B.尽量减少热机部件间的摩擦
C.尽量减少废气带走的热量 D.尽量增加热机的工作时间
5.如图所示,用同样的器材进行实验,现要求仅根据温度计示数的变化(Δt),比较不同物质的吸热情况(实验1)或者比较不同燃料的热值(实验2),则以下说法正确的是( )
A.这两个实验均需要控制被加热的物质的种类一样
B.这两个实验均需要控制实验中用的燃料完全相同
C.正确完成实验1后,若Δt越小,则该物质的比热容越大
D.在实验2中,加热相同时间后,若Δt越大,则该燃料的热值一定越大
6.(2024·四川达州中考)在标准大气压下,小明用天然气灶将质量为1 kg的水,从20 ℃加热到沸腾,水吸收的热量是____________ J。他家天然气热水器的效率是70%,他某次洗澡,耗水20 kg,热水器进水温度是22 ℃,出水温度是42 ℃,他这次洗澡消耗天然气____________ m3。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值是3.2×107 J/m3。
7.(2024·山东潍坊中考)某建筑工地上,起重机在10 s内将质量为2.15 t的重物沿竖直方向匀速提升6 m,此过程起重机消耗柴油0.01 kg。柴油的热值q=4.3×107 J/kg,g取10 N/kg。
(1)求重物上升的速度。
(2)求起重机提升重物的功率。
(3)若将起重机提升重物做的功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其提升效率,用字母η表示,求起重机的提升效率。
二、素养提升
8.乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源,能有效改善油品的性能和质量。它不影响汽车的性能,还能减少有害气体的排放。乙醇汽油热值约4.6×107 J/kg,某汽车发动机的能量流向图如图所示,则下列说法正确的是( )
A.该车发动机的效率为27%
B.0.1 kg的乙醇汽油燃烧一定能够释放4.6×106 J的能量
C.利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径
D.发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
9.(2024·山东日照中考)有一种小型单缸四冲程汽油机,每个工作循环做功500 J,曲轴的转速是300 r/min,每分钟消耗汽油5 g,汽油的热值为4.6×107 J/kg。该内燃机的功率是____________ W,机械效率是____________。
三、拓展探究
10.(1)完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的____________倍。0.7 g酒精完全燃烧释放的热量是2.1×104 J。这些热量全部被100 g的液体A吸收,液体的温度升高了50 ℃;完全燃烧1.4 g酒精释放的热量全部被200 g的液体A吸收,液体升高的温度Δt=____________ ℃(不考虑热量损失)。
(2)现用如图所示的装置加热200 g的液体A,燃烧了1.4 g酒精,液体升高的温度小于Δt,导致这个结果的原因是________________________。
参考答案
1.C 解析:密度是物体的质量与体积之比,比热容是一定质量的某种物质在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比,质量是物体所含物质的多少,热值是某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,C符合题意。
2.C 解析:把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫作这种燃料的热值,完全燃烧1 g液态氢释放出的热量,约是完全燃烧1 g汽油释放热量的3倍,说明液态氢的热值大。故选C。
3.A 解析:燃料的热值是燃料本身的一种性质,与燃料是否燃烧和完全燃烧、燃料的质量等无关,只与燃料的种类有关,故A正确,C、D错误。某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫作这种燃料的热值,故B错误。
4.D 解析:提高热机效率具有重要的经济效益和社会效益,在物理学中,提高热机效率就是增加有用功或减少额外功。在热机中,使燃料充分燃烧可以提高热机效率;减少废气带走的热量可以提高机械效率;减少热机部件间的摩擦也可以提高机械效率;增加热机的工作时间不能提高热机效率。
5.C 解析:比较不同物质的吸热本领时,需要改变物质的种类,比较不同燃料的热值时,需要加热相同种类的物体,A错误。比较不同物质的吸热本领时,需要用相同的燃料加热;比较不同燃料的热值时,需要改变燃料的种类,B错误。正确完成实验1后,在相同时间内吸收相同的热量,物质的质量相同,根据c=可知,若Δt越小,则该物质的比热容越大,C正确。比较不同燃料的热值时,需要两种不同的燃料全部燃烧后,根据温度变化判定热值的大小;加热相同时间后,燃料燃烧的质量不一定相同,D错误。
6.3.36×105 0.075
解析:标准大气压下水沸点为100 ℃,1 kg水从20 ℃加热到沸腾吸收的热量Q1=cmΔt1=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×105 J;天然气加热20 kg水从22 ℃升高到42 ℃所吸收热量Q2=cmΔt2=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(42 ℃-22 ℃)=1.68×106 J,热水器效率η=70%,则需要天然气放出的热量Q放==2.4×106 J,消耗的天然气体积V==0.075 m3。
7.(1)0.6 m/s (2)1.29×104 W (3)30%
解析:(1)重物上升的速度v==0.6 m/s。
(2)起重机对钢材所做的有用功W有用=Gh=mgh=2.15×103 kg×10 N/kg×6 m=1.29×105 J
则起重机提升重物的功率P==1.29×104 W。
(3)消耗的柴油完全燃烧放出的热量Q放=m柴油q=0.01 kg×4.3×107 J/kg=4.3×105 J
则起重机的提升效率η==30%。
8.C 解析:该车发动机的效率η=100%-33%-30%-7%=30%,A错误。0.1 kg的乙醇汽油完全燃烧时释放的能量Q放=qm=4.6×107 J/kg×0.1 kg=4.6×106 J,而乙醇汽油不可能完全燃烧,所以放出的热量比4.6×106 J少,B错误。利用废气的能量及减小摩擦可以减小热机的能量损失,所以利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径,C正确。发动机压缩冲程把机械能转化为内能,D错误。
9.1 250 32.6%
解析:单缸四冲程汽油机的一个工作循环中飞轮转2圈,完成4个冲程,做功一次,汽油机曲轴的转速是300 r/min,共完成=150个工作循环,对外做功150次,则汽油机工作1 min做的功W=150×500 J=7.5×104 J,该汽油机的功率P==1 250 W;5 g汽油完全燃烧释放的热量Q放=mq汽油=5×10-3 kg×4.6×107 J/kg=2.3×105 J,满负荷工作时这种汽油机把内能转化为机械能的效率η=≈32.6%。
10.(1)2 50
(2)加热过程中有各种热损失,燃料没有完全燃烧
解析:(1)热值是燃料的一种特性,根据Q=mq可知,1.4 g是0.7 g的2倍,所以完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的2倍;液体A的比热容不变,完全燃烧1.4 g酒精释放的热量是完全燃烧0.7 g酒精释放热量的2倍,完全燃烧1.4 g酒精加热液体A的质量是完全燃烧0.7 g酒精加热液体A的质量的2倍,根据Q=cmΔt可知,液体A升高的温度相同,为50 ℃;(2)液体升高的温度小于Δt的原因:加热过程中有各种热损失,燃料没有完全燃烧。第2节 热机
课后·知能演练
一、基础巩固
1.(2024·新疆中考)下列运载工具中,不需要利用热机的是( )
A.喷气式飞机 B.柴油拖拉机 C.纯电动汽车 D.长征系列火箭
2.(2024·江苏常州中考)四冲程汽油机工作时,将内能转化为机械能的冲程是( )
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
3.下列汽油机工作的四个冲程中,做功冲程是( )
4.(2024·四川广元中考)1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,则该冲程( )
A.是压缩冲程 B.气体对外做功,内能转化为机械能
C.活塞依靠飞轮的惯性而运动 D.气体对外做功,气体的内能增加
5.(多选)下列关于汽油机和柴油机的主要区别,正确的是( )
A.在压缩冲程中,汽油机中汽油和空气混合物的压缩程度大于柴油机中空气的压缩程度
B.柴油机的点火方式为压燃式,汽油机的点火方式为点燃式
C.一般情况下,柴油机比较笨重,汽油机比较轻巧
D.柴油机和汽油机的工作过程基本相同
6.小明利用图示装置进行实验,加热试管使水沸腾是通过____________(选填“热传递”或“做功”)的方式改变水的内能的,在水蒸气的驱动下叶轮转动起来,这个实验体现了____________(选填“热机”或“电动机”)的原理。
7.下图是单缸四冲程汽油机某一冲程的工作示意图,该冲程是____________冲程。若该汽油机1 s对外做功15次,则汽油机的曲轴的转速为____________ r/min。
二、素养提升
8.如图所示,甲是汽油机某个冲程的工作示意图,乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是( )
A.甲是汽油机的压缩冲程,此时进气门和排气门均关闭
B.甲是汽油机的做功冲程,气缸顶部的火花塞产生电火花
C.乙是柴油机的吸气冲程,吸进气缸的是空气和柴油的混合物
D.乙是柴油机的排气冲程,此时气缸顶部的喷油嘴正在喷油
9.某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30 cm2,一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1 800周。当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),下列说法正确的是( )
A.一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135 J
B.汽油机的功率为2 502 W
C.做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2.7×107 N
D.汽油机每秒内完成30个冲程
10.在安全情况下,小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气,如图所示。随着瓶内气压增大,气体内能增大,这是通过____________的方式改变瓶内气体内能的。当气压达到一定程度时,瓶盖飞出,这一过程与汽油机____________冲程的能量转化情况相同。若一台单缸汽油机曲轴的转速为1 200 r/min,则该汽油机每秒做功____________次。
三、拓展探究
11.下图为四缸发动机示意图,其工作原理为:四个气缸的活塞连在一根曲轴上,各气缸的做功过程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示。其中排量等于四个气缸工作容积的总和,气缸工作容积指活塞从气缸顶部到底部所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程长)。转速的数值为每分钟曲轴或飞轮所转的周数。回答下列问题。
排量 2 L
输出功率 120 kW
转速 6 000 r/min
(1)该汽车发动机每分钟对外做功____________次,每分钟对外做功____________J。
(2)在每个做功冲程里,发动机做功W=____________ J。在做功冲程里,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,V表示单缸排量,则p=____________ Pa(1 L=10-3 m3)。
参考答案
1.C 解析:热机是利用燃料燃烧释放的内能转化成机械能的装置,喷气式飞机、柴油拖拉机、火箭均属于热机;纯电动汽车利用的是电动机,将电能转化为机械能,不属于热机;故选C。
2.C 解析:四冲程汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成,其中压缩冲程将机械能转化为内能,做功冲程将内能转化为机械能,C符合题意。
3.C 解析:汽油机一个工作循环包括四个冲程,分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程,其中,只有做功冲程中将内能转化为机械能,实现对外做功。A中,进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,汽油和空气的混合物进入气缸,是吸气冲程。B中,气门和排气门都关闭,活塞向上运动,燃料混合物被压缩,是压缩冲程。C中,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体,高温高压的气体推动活塞向下运动,带动曲轴转动,对外做功,是做功冲程。D中,进气门保持关闭,排气门打开,活塞向上运动,把废气排出气缸,是排气冲程。故选C。
4.B 解析:火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,是做功冲程,在做功冲程中,内能转化为机械能,气体的温度降低,内能减小,除做功冲程外,吸气冲程、压缩冲程和排气冲程都是靠飞轮的惯性来完成的,B符合题意。
5.BC 解析:在柴油机的压缩冲程中,活塞把空气的体积压缩得非常小,使得空气的温度很高,但由于汽油机在吸气冲程中吸入气缸的是汽油和空气的混合物,不能很大程度地压缩,所以汽油机中汽油和空气混合物的压缩程度小于柴油机中空气的压缩程度,A错误。在汽油机的压缩冲程末,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压气体推动活塞做功,这种点火方式称为点燃式,而柴油机的压缩冲程末,气缸内空气的温度已经超过柴油的燃点,从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便被点燃,这种点火方式称为压燃式,B正确。由于柴油机工作的过程中压强较大,要求各有关零件具有较高的结构强度,因此柴油机比汽油机笨重,C正确。柴油机和汽油机的结构不同,所以工作过程不同,如吸气冲程吸入气缸的物质不同,点火方式不同等,D错误。
6.热传递 热机
解析:加热试管,水吸收热量,是通过热传递的方式改变水的内能的;水沸腾产生的水蒸气上升,推动叶轮转动,水蒸气的内能转化为叶轮的机械能,这是利用内能来做功,体现了热机的原理。
7.压缩 1 800
解析:由题图可知,进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,为压缩冲程;四冲程汽油机在一个工作循环中,完成4个冲程,活塞往复运动2次,曲轴转动2周,对外做功1次,所以汽油机每秒内对外做功15次,曲轴转30周,则每分钟对外做功900次,曲轴转1 800周,即曲轴的转速为1 800 r/min。
8.B 解析:由图甲知,进气门和排气门都关闭,活塞下行,为做功冲程,气缸顶部的火花塞产生电火花,A错误,B正确。由图乙知,进气门打开,排气门关闭,活塞下行,为吸气冲程;气缸的顶部有个喷油嘴,是柴油机的吸气冲程,吸入的只是空气,C、D错误。
9.A 解析:满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强p=9.0×105 Pa,气缸活塞面积S=30 cm2=3×10-3 m2,满负荷工作时一个做功冲程中燃气对活塞的压力F=pS=9.0×105 Pa×3×10-3 m2=2 700 N,一个做功冲程中燃气对活塞做的功W=Fs=2 700 N×50×10-3 m=135 J,A正确,C错误。汽油机在一个工作循环中,飞轮转2周,对外做功一次,所以该汽油机1 min内完成900个工作循环,对外做功900次,则1 s内完成15个工作循环,一个工作循环包括4个冲程,则汽油机每秒完成60个冲程;汽油机所做总功W总=900×135 J=1.215×105 J,汽油机的功率P==2 025 W,B、D错误。
10.做功 做功 10
解析:小明用高压打气筒往封闭空塑料瓶内打入空气,把机械能转化为内能,使瓶内气压增大,气体内能增大,这是通过做功的方式改变瓶内气体的内能的;当气压达到一定程度时,瓶盖飞出,这是瓶内气体对瓶盖做功,把气体的内能转化为瓶盖的机械能,内燃机的做功冲程中将内能转化为机械能,所以这一过程与内燃机的做功冲程的能量转化情况相同;四冲程汽油机的曲轴的转速为1 200 r/min,则该飞轮每秒钟转20圈;因为一个工作循环飞轮转2圈,完成四个工作冲程,做功1次,所以,1 s内飞轮转20圈,活塞往复运动20次,共10个工作循环,做功10次。
11.(1)12 000 7.2×106 (2)600 1.2×106
解析:(1)该汽车发动机转速为6 000 r/min,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,所以该汽车发动机每分钟对外做功12 000次,每分钟对外做功W总=Pt=120 000 W×60 s=7.2×106 J;(2)在每个做功冲程里,发动机做功W==600 J,根据W=pV,燃气对活塞的压强p==1.2×106 Pa。
