初中物理热机的效率计算题

如图是新概念卵形汽车 $\mathit{Pivo}$，车与人的总质量为 $800\mathit{kg}$，静止在水平地面上时，对水平地面的压强为 $8\times {10}^4\mathit{Pa}$，最高时速可达 $180\mathit{km}/h$。求：

（1）该车静止在水平地面上时与地面的总接触面积是多大？

（2）若该车以最高时速沿平直公路进行测试，匀速前进时的阻力是人车总重的0.2倍，则此时该车牵引力的功率为多少？

（3）在测试中，该车以最高时速在平直公路上匀速前进 $23\mathit{km}$所消耗的电能与完全燃烧 $1\mathit{kg}$汽油所释放的能量相同，则该车的效率为多少？ $(q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g$取 $10N/\mathit{kg})$

小明家有一艘玻璃钢海钓船，底部平直，其参数如表所示（柴油热值 $q=4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$， $g=10N/\mathit{kg})$。

（1）不出海时，空船放置在水平沙滩上，船底与沙滩的接触面积为 $2m^2$，求船对沙滩的压强。

（2）小明一家人某次出海钓鱼，人员和钓鱼装备共 $300\mathit{kg}$，船匀速直线行驶 $4.3\mathit{km}$，船受到的阻力为总重力的0.5倍，发动机的实际输出功率为 $12\mathit{kW}$、消耗柴油 $1\mathit{kg}$（假设柴油完全燃烧）。求：船行驶的速度和发动机的效率。

如图所示是一辆质量为 $11t$的流动式混凝土搅拌车，当装有 $5t$的混凝土时，轮胎与地面接触的总面积为 $0.8m^2$．车以 $72\mathit{km}/h$的速度在平直公路上匀速行驶时，发动机的输出功率为 $128\mathit{kW}$．求：( $g$取 $10N/\mathit{kg}$，燃油的热值 $q$取 $4\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$，假设燃油完全燃烧）

（1）装有 $5t$混凝土的搅拌车静止在水平地面上，对地面的压强

（2）搅拌车以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速直线行驶时，受到地面的阻力（拌筒旋转功率忽略不计）。

（3）搅拌车行驶时发动机的效率为 $40\%$，以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $10\mathit{km}$，需要消耗多少千克燃油？

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态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。

表1

	第1代	第2代	第3代	第4代
燃料	氧气和汽油混合	偏二甲肼	煤油	液态氢
氧化剂		四氧化二氮	液态氧	液态氧

表2

燃料	热值	燃料	热值
汽油	$4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$	煤油	$4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$
柴油	$4.3\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$	氢	$1.4\times {10}^{8}J/\mathit{kg}$

（1）使用氢作为燃料的主要优点是： 　　和 　　。

（2）某火箭发射时携带了 $3\times {10}^4\mathit{kg}$ 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为 ${20}^{°}\text{C}$ 的水加热至沸腾？ $[c_{水}=4.2\times {10}^{3}J/\left(\mathit{kg}{\cdot }^{\circ }\text{C}\right)$ ，当地大气压为1标准大气压 $]$

（3）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 $70\mathit{kW}$ 的功率匀速行驶 $0.5h$ ，消耗了 $2\mathit{kg}$ 燃料，求该发动机的效率。

某柴油叉车，其水平叉臂的总面积为 $0.2m^2$，如图甲所示，某工作中，叉车托着质量为 $1380\mathit{kg}$、底面积为 $1.2m^2$的货物，如图乙所示， $10s$内托着货物水平移动了 $5m$，然后将货物匀速举高 $2m$，求：

（1）货物对叉臂的压强。

（2）在整个过程中，叉车对货物做功的功率。

（3）若柴油机的效率为 $30\%$，此次叉车举高货物时需要完全燃烧多少千克柴油？（柴油热值 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

采购员小明骑着摩托车外出采购食品。小明质量为 $70\mathit{kg}$，摩托车质量为 $150\mathit{kg}$。 $(g=10N/\mathit{kg})$

（1）小明买食品时，将摩托车停在超市门前的水平地面上，摩托车与地面接触面积为 $150c{m}^2$，求摩托车对地面的压强。

（2）采购食品后，小明将 $80\mathit{kg}$的食品装上车，在限速为 $80\mathit{km}/h$的水平路面上以 $72\mathit{km}/h$的速度匀速行驶 $50s$，行驶时受到的阻力为总重力的0.1倍，若消耗的汽油完全燃烧放出 $1\times {10}^{6}J$的热量，求摩托车发动机的实际输出功率和效率。

新能源电气混合公交车已经在我市“登陆”。公交车满载时总质量为8t，输出功率为72kW．（g取10N/kg，天然气的热值q＝4×10⁷J/m³）

（1）公交车在10min内行驶了9km求行驶的平均速度。

（2）公交车满载静止在水平地面上，对地面的压强是2×10⁵Pa，求轮胎与地面接触的总面积。

（3）公交车匀速行驶10min，完全燃烧天然气2.7m³，求发动机的效率。

我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知该车在某段长 $1.2\mathit{km}$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 $4000N$，汽车在此过程中发动机热机效率为 $48\%$，汽油的热值 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$。在该段测试过程中：

（1）汽车的功率为多少？

（2）燃烧了多少汽油？（计算结果保留两位小数）

“绿水青山就是金山银山”，环境保护、低碳生活已经成为全社会的共识。某市的公交公司引入了一款电动客车取代原来的普通燃油客车，它的整车质量是3.5t，轮胎与路面的总接触面积是0.2m²．当它以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时，受到的阻力是3000N．请回答下列问题：（g＝10N/kg）

（1）电动客车静止时对水平路面的压强是多大？

（2）电动客车以30m/s的速度沿水平路面匀速行驶时，它的输出功率是多大？

（3）若燃油客车的输出功率与电动客车相同，燃油客车的效率为40%，行驶1h，要燃烧多少升的燃油？（燃油的热值是3.24×10⁷J/L）

如图所示为一台压路机，质量为 $20t$，车轮与水平地面总接触面积为 $0.5m^2$．某次压路作业中，它以 $2m/s$的速度水平匀速前进 $1000m$，此时压路机的发动机输出功率为 $120\mathit{kW}$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$求：

（1）压路机静止在水平地面时，对地面的压强是多少？

（2）压路机前进过程中受到的阻力是多少？

（3）若发动机的效率为 $40\%$，完成此次作业至少需要消耗多少 $\mathit{kg}$柴油？ $(q_{\mathit{柴油}}$取 $4\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

“五一”期间，小明一家驱车外出旅游，如图所示，当车经过高速路段 $A$点路标时，时间是8点15分；当车经过高速路段 $B$点路标时，时间是8点45分。假设汽车在上述行驶过程中做匀速直线运动，受到的阻力为 $1150N$，消耗的汽油为 $3\mathit{kg}$。（汽油的热值为 $4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$求：

（1）汽车在 $\mathit{AB}$之间的速度；

（2）汽车在行驶过程中牵引力做的功；

（3）汽车发动机的效率。

改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以 $72\mathit{km}/h$ 的速度在平直公路上匀速行驶 $100\mathit{km}$ ，消耗了汽油 $6L$ ，汽车发动机功率为 $12\mathit{kW}$ ，已知：汽油的热值为 $q=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg}$ ，汽油的密度为 $\rho =0.7\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$ 。求该汽车匀速行驶 $100\mathit{km}$ 过程中：

（1）消耗汽油的质量；

（2）发动机所做的功；

（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。

2017年5月5日，拥有我国自主知识产权的 $C919$大型客机在上海浦东机场成功首飞。若客机在空中以 $720\mathit{km}/h$的速度沿水平直线匀速飞行5分钟，受到的阻力是其重力的0.1倍；客机发动机靠完全燃烧航空煤油提供能量，其机械效率为 $75\%$；已知客机质量 $m=7.5\times {10}^4\mathit{kg}$． $(g$取 $10N/\mathit{kg})$

（1）求客机在这段时间内通过的路程和发动机的功率

（2）求发动机在这段时间内燃烧航空煤油的质量。（假设航空煤油的热值 $q=5\times {10}^{8}J/\mathit{kg})$

以汽油为燃料的某品牌卡丁车额定功率为 $23\mathit{kW}$，其满载时的质量为 $640\mathit{kg}$，轮胎与沙滩接触的总面积为 $0.32m^2$．它在水平沙滩上匀速直线运动 $5\mathit{min}$，行驶了 $3\mathit{km}$。求：

（1）当卡丁车满载并静止在水平沙滩上时，它对沙滩的压强为多大？

（2）此次行驶中，卡丁车运动的速度和受到的水平阻力各是多少？

（3）若卡丁车的汽油机效率为 $25\%$，此次行驶中，卡丁车需要燃烧汽油的质量是多少千克？ $(g$取 $10N/\mathit{kg}$， $q_{\mathit{汽油}}=4.6\times {10}^{7}J/\mathit{kg})$

如图是一辆警车，空车质量为2.72t。某次执行任务时，警车以108km/h的速度沿水平路面匀速直线行驶时的输出功率为60kW．（g＝10N/kg）

（1）车上警察的总质量为280kg，轮胎与路面接触的总面积为1000cm²，车静止时对水平路面的压强是多少？

（2）警车以108km/h的速度水平匀速直线行驶时，所受阻力是多少？

（3）若警车发动机的效率为40%，以60kW的输出功率行驶10min，消耗多少千克的柴油？（柴油的热值取4.0×10⁷J/kg）