热力学综合计算题
一、计算题
1.利用燃烧酒精给水加热，使质量为2kg的水温度升高30℃．c水=4.2×103J/（kg•℃），q酒精=3.0×107J/kg。
（1）求水吸收的热量是多少J？
（2）若完全燃烧酒精产生的热量全部被水吸收，则需要完全燃烧多少kg的酒精？
2.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，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4.6×107J/kg，求：（1）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；（2）该汽油机的效率。 3.下表是同悦小轿车的一些技术参数。其中排气量是指发动机气缸的工作容积，一般情况下，发动机的排气量越大，功率越大。空燃比是指气缸内空气和燃油的质量比。汽油的热值表示每千克汽油完全燃烧放出的热量为4.6×107J.当该发动机以最大功率工作时，气缸内汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3，1min内高温高压的燃气推动活塞做功3000次。请你计算发动机在最大功率工作时 车型 | 同悦 |
排气量 | 1.6L |
最大功率 | 90kW |
空燃比 | 14：1 |
汽油的热值 | 4.6×107J/kg |
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（1）1min内做的有用功。
（2）做功一次消耗汽油的质量。
（3）发动机的效率。
4.图示是李华家新装的天然气热水器，其铭牌如表所示。国家规定能效等级为2级的热水器，其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下这款燃气热水器的能效等级是否达标，于是他将燃气热水器的温度设定在40℃（即水从热水器流出的温度），他家所用的花洒出水量为6kg/min，洗澡用时15min，洗澡前后查看燃气表上显示的余气量分别为165.5m3和165.3m3。已知进入热水器的冷水温度为5℃[水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3]，求：（1）求消耗的天然气完全燃烧放出的热量；（2）通过计算判定该款热水器能效等级是否达标；（3）该款热水器的额定产热水能力是指每分钟最多让12kg的水升高25℃。当水的初温和出水量与李华测试时相同，求从热水器中流出的水能达到的最高温度。 型号 | JSQ25-HT1 pro |
气源 | 天然气 |
额定产热水能力 | 12kg/min（Δt=25℃） |
能效等级 | 2级 |
净重量 | 38千克 |
外形尺寸 | 700×400×337mm |
容积 | 40L以下 |
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5.如图是我国自主研发的水陆两栖飞机“鲲龙-600”，它可以承担大型灭火、水上救援
等任务。若该两栖飞机以10m/s的速度匀速直线飞行60s，消耗航空燃油50kg，发动机的效率为40%，已知q燃油=4.2×107J/kg。求：
（1）它在此过程中飞行的路程。
（2）50kg的航空燃油完全燃烧放出的热量。
（3）飞机发动机的功率。
6.某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，汽车以50km/h的速度匀速直线行驶了0.6h。汽车所受的阻力与速度的图像如图所示。且行驶过程中消耗了10kg燃油（假设燃油完全燃烧）。若燃油的热值q=4×107J/kg，求： （1）燃油燃烧放出的热量；
（2）汽车的热机效率。
7.目前，我国新能源汽车呈现多元化发展，在新能源汽车发展过程中，甲醇燃料因成本低、资源丰富等优点逐渐受到关注，在新能源汽车上得到应用，如图是某甲醇汽车行驶时的场景，如表是一些汽车燃料的热值，求：
燃料 | 热值 | 燃料 | 热值 |
| 营养块 汽油 | 4.6×107J/kg | 压缩天然气 | 3.6×107J/kg |
柴油 | 4.3×107J/kg | 甲醇 | 2×107J/kg |
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（1）甲醇汽车行驶过程中，燃料箱内甲醇越来越少，甲醇的热值______（选填“变小”、“不变”或“变大”）
（2）若利用甲醇进行加热，0.21kg的甲醇燃料完全燃烧可以让50kg、初温为20℃的水最多升高到多少℃（不计热量损失）？
（3）若该款甲醇汽车发动机效率为25%，某次行驶中该汽车以10kW的功率匀速直线行驶，消耗了10kg甲醇，求该甲醇汽车能够行驶多长时间？
8.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 |
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表2
燃料 | 热值 | 燃料 | 电泳整流器热值 |
汽油 | 4.6×107J/kg | 煤油 | 4.6×107J/kg |
柴油 | 4.3×107J/kg | 氢 | 1.4×108J/kg |
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（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3×104kg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℃的水加热至沸腾？[c水=4.2×103J/（kg•℃），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70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率。
9.小明家买了新车，厂家提供的部分参数如下表。周末爸爸带着全家开车到海边游玩，车上的速度表如图所示，在高速公路上仪表盘显示百公里平均油耗12.5L。
品牌：一汽——红旗 | 整车型号：FA6500 |
发动机输出功率：#kW | 乘坐人数：5人 |
推荐使用燃油92#油 | 整车质量（kg）：1875 |
水箱容积（L）：10 | 制造年月：2021年10月 |
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[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），水的密度为1.0×103kg/m3，92#汽油热值为4.5×107J/kg、密度为0.8×103kg/m3]。
求：（1）在冷却发动机过程中，水的温度升高50℃，求水吸收的热量是多少？
（2）若匀速行驶1h，轿车发动机的效率是20%，则发动机的输出功率是多少W？
10.如图所示为小排量汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶了36km，消耗汽油3kg。若已知该汽车发动机的功率（即牵引力的功率）为23kw，汽油的热值为4.6×107J/kg。则关于上述的行驶过程，求：
（1）所用时间是多少？
（2）汽油完全燃烧放出的热量？
（钢格板压焊机3）该汽车发动机的效率？
11.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，可以给车提供动力的同时，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？
12.液化石油气的热值高达4.6×107J/（kg•℃），一些不法商贩为牟取暴利，常将液化石油气与价格低廉，热值仅为2.9×107J/（kg•℃）的二甲醚混合装入瓶内销售给客户。某市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为138kg的水装入高效炉灶，用此燃气加热，使锅炉内的水从10℃升高到50℃消耗了0.84kg的燃气。已知此锅炉的加热效率为75%，c水=4.2×103J（kg•℃），求：
（1）瓶内石油液化气的热值是多少？
（2）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？
13.今年“五一”期间，爸爸开车带着鲁鲁去旅游，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.6×103kg，汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧）。
（1）汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，汽车发动机的牵引力是多少？
（2）汽车行驶230km牵引力做了多少功？
（3）汽车全程消耗汽油多少千克？
14.“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的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•℃），天然气的热值约为4×107J/m3]求：
名称：燃气热水器 | 步进梁式加热炉能耗等级 | 热效率 | 容量/L | 适应水压/MPa |
适用：天然气 | Ⅱ | 75% | 10 | 0.02-0.8 |
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（1）加热4min，水吸收的热量为多少？
（2）加热4min，消耗了多少m3的天然气？
15.2018年10月24日，港珠澳大桥正式建成通车，港珠澳大桥被誉为现代七大奇迹之一，其中长约5600m的沉管隧道通过引桥与人工岛路面相连，单侧引桥长1000m，竖直高度为40m，简化图如图所示。重5×104N的汽车以汽油为燃料，在水平路面上匀速行驶时汽车所受阻力为自身重力的0.05倍。从引桥最低端开始汽车功率增大到90kW并保持该恒定功率不变匀速行驶，耗时40s到达人工岛路面。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%，汽油热值为q=4.6×107J/kg。求：
（1）汽车通过引桥的过程中，牵引力做的功为多大？
（2）汽车从引桥底端行驶到人工岛上，需要消耗多少kg的汽油？（保留两位小数）
（3）该引桥可以看做______（填一种机械的名称），这种机械的好处是省力。该汽车在引桥上匀速直线向上行驶时，所受阻力的大小？
16.如图所示，某新型SUV汽车在一平直公路上进行驾驶测试，以某一速度做匀速直线运动。在这段行驶中汽车共消耗汽油10L，发动机的效率为30%，ρ汽油=0.7×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg，c水=4.2×103J/（kg•℃），求：
（1）10新金瓶酶2L汽油完全燃烧放出的热量；
（2）若发动机用于做有用功的那部分能量全部被水吸收，可使质量为250kg、初温20℃的水温度升高到多少摄氏度？（气压为1个标准大气压）
（3）请你说出一种提高热机效率的方法。
17.随着国民经济的发展，汽车已成为我们熟悉的交通工具。据有关资料显示，天然气汽车和汽油车相比较尾气中的有害气体排放明显减少90%CO，24%CO2，cap390%SO2，39%NO2，无粉尘排放，因此天然气被称为绿能源，其他性能指标的比较：
| 热机效率 | 热值 | 价格 |
天然气发动机 | η1=45% | q1=2.3×107J/m3 | 4.5元/m3 |
汽油发动机 | η2=30% | q2=4.6×107J/kg | 9.0元/kg |
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根据上表提供的信息，通过计算说明：
某型号汽油发动机汽车在车型测试中，以某一速度在平直路面上耗时0.125h匀速行驶10km，消耗汽油2L。若这些汽油完全燃烧放出的热量用来驱动汽车做有用功，所用汽油的密度为0.7×103kg/m3，求：
（1）这些汽油完全燃烧放出的热量；
（2）这辆车以该速度匀速行驶时受到的阻力；
（3）若某汽车消耗1m3的天然气，与用汽油相比，它节约的运行成本是多少？
18.敦煌戈壁沙漠禁区引进了一款新型四轮沙滩卡丁车如图所示，其满载时的质量为500kg。该卡丁车满载时在水平沙滩上做匀速直线运动，行驶了10min，共消耗了1.2kg的汽油，其发动机将汽油完全燃烧释放的热量转化为机械能的效率是25%（q汽油=4.6×107J/kg）。行驶过程中卡丁车所受阻力为其总重力的0.2倍。（g=10N/kg）求：
（1）1.2kg汽油完全燃烧释放的热量为多少；
（2）卡丁车所做的功是多少；
（3）这段时间内卡丁车发动机的功率是多少；
（4）这段时间内卡丁车匀速行驶的速度是多少。
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