中考物理 综合计算题 第3讲 力、热、电计算 力、热综

题型之三 力、热综合题
汽车、汽艇、飞机、推土机等机械，构建了力、热之间的联系，因而成为了力、热综合题的载体.t s v =
、S
F
p =、P=W/t 、W=F s 、P=Fv 、Q=q m 是解题常用的公式，热机效率仍是试题考查的重点.
（2014·威海）我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视
距攻击等优异性能.该飞机最大起飞质量为37 t ，最大飞行高度达20 000 m ，最大航行速度达2.5倍声速（合3 060 km/h ），最大载油量为10 t.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 /N
0.3×104
1.2×104
2.7×104
4.8×104
7.5×104
已知飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是40%，飞机使用的航空燃油的热值为5×107
J/kg.求：
（1）飞机发动机完全燃烧10 t 燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以400 m/s 的速度巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以500 m/s 的速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？
点拨：燃油燃烧释放的能量可以利用公式Q=mq 计算，此时飞机可做的机械功为W=Q η，而W = Fs = fs. 知飞机的速度v ，则可从表格中获取飞机受到的阻力f ，进而得出飞机的动力F ，再利用公式P=Fv 算飞机的功率.
1.（2014·梅州）一辆总重为1.6×104
N 的汽车在高速公路上匀速行驶了20 km.已知汽
车行驶过程所受平均阻力为1.4×103 N ，车轮与地面接触的总面积为0.08 m 2
，求： （1）该汽车静止在水平地面上时对地面的压强；
（2）汽车发动机的牵引力在这段路程内所做的功；
（3）若在这段路程内，汽车发动机排出的废气带走的热量为4.2×107
J.这些热量可使多
少m 3的水温度升高50 ℃.［水的比热容c 水=4.2×103
J/（kg · ℃）］.
2.（2013·河南）在城乡建设中，推土机发挥着巨大的作用.如图为某型号履带式推土机，额定功率为2.0×105 W.请回答并计算：
（1）推土机安装履带，是为了在松软的土地上作业时___________；当推土机在湿滑的土地上作业时，履带上凸出的棱则起到_______________的作用.
（2）当推土机在平直场地上以额定功率进行推土作业时，在1 min内匀速前进了120 m，求推土机受到的阻力.
（3）若推土机发动机的效率为40%，工作一段时间消耗柴油50 L，求此过程中推土机做的功.已知柴油的密度为0.8×103 kg/m3，热值为4.0×107 J/kg.
3.（2014·云南）如图是根据某小汽车在一段平直的路面上行驶的时间通过的路程绘制的
示意图.
（1）判断图中小汽车是匀速直线运动还是做变速直线运动；
（2）求图中小汽车全程的平均速度；
（3）若小汽车以20 kW的功率行驶10 min消耗汽油1 kg，已知汽油的热值q=
4.6×107 J/kg，求小汽车发动机的效率.
4.某快艇使用的汽油热值约为4.6×107J/kg，密度约为0.7×103 kg/m3，油箱容积为50 L，它在水中匀速航行时所受的阻力f=1 400 N，求：
（1）如果把油箱装满，则汽油的质量是多少？
（2）若快艇匀速行驶46 km，则牵引力所做的功是多少？
（3）若快艇匀速行驶46 km耗油8 L，则发动机的效率为多少？
5.如图为泸州市某风景区山中的一段盘山公路照片.以汽油为燃料的观光汽车沿该盘山公路
（盘山公路近似处理为斜面）以10 m/s的速度匀速行驶，经过900 s从山脚到达山顶；
汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为9.2×103 N.已知汽油完全燃烧释放的热量转化为汽车牵引力做功的效率为30%，汽油热值q=4.6×107 J/kg，求：
（1）汽车上山时牵引力的功率为多大.
（2）汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油.
6.（2014·呼和浩特）2013年CYCC中国房车锦标赛分站赛于7月5日至7月7日在鄂尔
多斯国际赛车场举行.某一型号的房车在一段平直公路上匀速行驶了56 km，用时半小时，
车的总质量为3×103
kg ，受到的阻力为车重的
10
1
.求： （1）该房车的行驶速度；
（2）该房车牵引力所做的功；
（3）已知这一过程消耗燃油1.5×10-2 m 3
，则热机在这一过程中消耗的总能量为多少？（假
设燃油完全燃烧，燃油密度ρ为0.8×103 kg/m 3，燃油热值q 为4.5×107
J/kg ）；
（4）若将该房车改装成纯电动汽车，则可使二氧化碳排放量由每消耗1 kg 汽油排放2.2 kg 二氧化碳降为零.已知改装后的房车每行驶一百公里能耗为160 kW ·h ，则该房车 的效率.
7.（2014·宜宾）已知××型汽车的质量M=1 200 kg ，汽车的额定功率P=40 kW.一般情 况下，驾驶员酒后的反应时间（从发现情况到开始制动所需的时间）比正常时慢了0.1～ 0.5 s ，易发生交通事故.下表格为《驾驶员守则》中驾驶员在不同车速时所对应的正常反 车速v （km/h ） 40 60 80 反应距离s （m ） 5
7.5
10
（1）假设汽车在水平路面上以额定功率匀速行驶时间t 1=15 min ，速度大小v 1=72 km/h ， 消耗汽油的质量m=2 kg ，求该汽车受到阻力大小和汽车发动机的效率；（g 取10 N/kg ，
q 汽油=4.5×107
J/kg ）
（2）请根据表格数据，计算驾驶员的正常反应时间.
题型之三力、热综合题
例3（1）燃烧10 t燃油放出的热量Q=mq=10×103 kg×5×107J/kg=5×1011 J.
（2）由表格可知，飞机以400 m/s的速度巡航时，受到的阻力f1=4.8×104 N，可见其输出功率P1=F1v1=f1v1=4.8×104 N×400 m/s=1.92×107W.
（3）飞机加满油，能做的机械功W=Qη=5×1011 J×40%=2×1011 J；由表格可知，飞机以500 m/s的速度巡航时，受到的阻力f2=7.5×104 N，则其航行的距离s=W/F2= W/f2=2×1011 J/（7.5×104 N）≈2 666.7 km.
针对训练
1.（1）压强p=F/S=1.6×104 N/0.08 m2=2×105 Pa
（2）发动机所做的功W=Fs=1.4×103 N×20×103 m=2.8×107 J
（3）水的质量m=Q吸/（cΔt）=4.2×107 J/［4.2×103 J/（kg·℃）×50 ℃］=200 kg
水的体积V=m/ρ=200 kg/(103 kg/m3)=0.2 m3
2.(1)减小压强增大摩擦
（2）推土机做功W=Pt=Fs
则牵引力F=Pt/s=2.0×105 W×60 s/120 m=1.0×105 N
由于推土机匀速运动，则推土机受到的阻力
Ff=1.0×105 N
（3）消耗的柴油质量
m=ρV=0.8×103 kg/m3×50×10-3 m3=40 kg
柴油完全燃烧放出的热量
Q=mq=40 kg×4.0×107J/kg=1.6×109 J
根据η=W/Q×100%可得推土机做的功
W=Qη=1.6×109 J×40%=6.4×108 J
3.（1）小汽车做变速直线运动
（2）小汽车全程的平均速度是
v=s/t=1 200 m/40 s=30 m/s
（3）P=20 kW=2×104 W,t=10 min=600 s
发动机做的功
W=Pt=2×104 W×600 s=1.2×107 J
1 kg汽油放出的热量是
Q放=mq=1 kg×4.6×107 J/kg=4.6×107 J
η=W/Q放=1.2×107/4.6×107 J≈26.09%
4.（1）m=ρV=0.7×103 kg/m3×0.05 m3=35 kg
（2）W=Fs= fs=1 400 N×4.6×104 m=6.44×107 J
（3）m1=ρV1=0.7×103 kg/m3×0.008 m3=5.6 kg
Q放=m1q=5.6 kg×4.6×107J／kg=2.576×108 J
η= W/Q放=6.44×107 J/（2.576×108 J）=25%
5.（1）s=vt=10 m/s×900 s=9×103 m
W牵=Fs=9.2×103 N×9×103 m=8.28×107 J
牵引力的功率P=W牵/t=8.28×107 J/900 s=9.2×104 W
（2）汽油完全燃烧释放的热量
Q=W牵/η=8.28×107 J/30%=2.76×108 J
消耗汽油的质量m=Q/q=2.76×108 J/4.6×107J/kg=6 kg.
6.（1）v=s/t=56 km/0.5 h=112 km/h
（2）W有=Fs=110mgs
=110×3×103 kg×10 N/kg×56×103 m=1.68×108 J
（3）W总=mq=ρVq
=0.8×103 kg/m3×1.5×10-2 m3×4.5×107 J/kg=5.4×108 J （4）η=W有/W′总=1.68×108 J/(160×56/100×3.6×106 J)=52% 7.（1）①牵引力做的功为
W=Pt=40×103 W×15×60 s=3.6×107 J
汽车牵引力F=P/v=40×103 W/72×13.6=2 000 N
机车受到的阻力f=F=2 000 N
②汽油完全燃烧释放的能量Q=mq=2 kg×4.5×107 J/kg=9×107 J 汽车发动机的效率η=W/Q=3.6×107 J/9×107 J=40%
（2）车速v1=40 km/h=403.6 m/s
驾驶员的反应时间Δt=s1/v1=5 m/403.6 m/s=0.45 s。