1、力热综合计算题力热综合计算题 解决力热综合计算题一般涉及到的物理公式包括速度公式、密度公式、重力公式、压强公式、浮力公式、机械功和功率、机械效率公式、物体吸热公式、放热公式、热值公式、热效率公式等；涉及到的物理规律有二力平衡条件、液体压强规律、阿基米德原理、杠杆平衡条件、欧姆定律、焦耳定律以及热平衡方程等。 【例题】【例题】(2020 湖南岳阳湖南岳阳)某型号汽车整车与驾驶员的总质量是 2060kg，驾驶员驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶进行车型测试，测试过程中消耗汽油的体积为 1.510-3m3(g=10N/kg，汽油=0.7103kg/m3，q汽油=4.5107J/kg，)求： (1)汽车与
2、驾驶员的总重力； (2)测试过程中消耗汽油的质量； (3)假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为 40%，汽车在测试过程中做的有用功是多少。 【答案】(1)20600N；(2)1.05kg；(3)1.89107J 【解析】(1)汽车与驾驶员的总重力 G=mg=2060kg10N/kg=20600N (2)测试过程中消耗汽油的质量 m汽油=汽油V=0.7103kg/m31.510-3m3=1.05kg (3)汽油完全燃烧放出的热量 Q放=m汽油q汽油=105kg4.5107J/kg=4.725107J 汽车在测试过程中做的有用功 W有=Q放=4.725107J40%=1.89107J 【对点练习】【对
3、点练习】小天收集了一些数据填在下表中。如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶 100m，货车受到的阻力是车重的 1/10那么在此过程中：(g 取 10Nkg) (1)该货车车牵引力是多少？牵引力所做的功是多少？ (2)燃油完全燃烧放出的热量是多少？ (3)该货车发动机的效率是多少？ 品牌型号 东风 xx 外型尺寸 51.923(m) 变速箱 A85 空车质量 1.5 吨 最高车速 120km/h 满载时载货量 2.5 吨 空载百公里油耗 12L 燃油密度 0.8103kg/m3 满载百公里油耗 20L 燃油热值 5107J/kg 【答案】(1)4103N；4105J；(2)8105J；(3)
4、50%。 【解析】(1)满载货物时货车的总质量：m=m车+m货=1.5t+2.5t=4t=4103kg， 货车的总重力：G=mg=4103kg10N/kg=4104N， 由题意知，货车受到的阻力：f=G/10=4104N/10=4103N， 因为该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶， 所以，根据二力平衡条件可知，该货车的牵引力：F=f=4103N。 牵引力所做的功：W=Fs=4103N100m=4105J。 (2)由表格数据可知，货车满载百公里油耗为 20L， 则货车行驶 100m=0.1km 消耗燃油的体积： V=(0.1km /100km)20L=0.02L=2105m3， 由=m/V 得
5、，消耗燃油的质量： m燃油=燃油V燃油=0.8103kg/m32105m3=0.016kg， 燃油完全燃烧放出的热量： Q放=m燃油q燃油=0.016kg5107J/kg=8105J。 (3)该货车发动机的效率： =W/ Q放100%=50%。 【对点练习】【对点练习】夏天，公园内的草坪都要定期使用如图所示的草坪修剪机进行修剪，它底盘刀具的动力靠汽油机提供。修剪机总重为 200N，四个轮子与地面的接触面积为 20cm2，修剪机正常工作时，刀具每秒钟通过的距离为 23m，匀速运动时受到的平均阻力为 20N， 在一次修剪过程中， 所用时间为 5000s，耗油 0.2kg.(q汽油=4.6107J/
6、kg)求： (1)使用前修剪机静止时对水平地面的压强； (2)修剪机克服阻力做功的功率； (3)汽油机的效率。 【答案】(1)105Pa (2)460J 460W (3)25% 【解析】(1)使用前修剪机静止时对水平地面的压力： F=G=200N 使用前修剪机静止时对水平地面的压强： P=F/S=1105Pa； (2)修剪机匀速行驶的速度： v=s/t=23m/s 修剪机克服阻力做功的功率： P=W/t=Fs/t=Fv=20N23m/s=460W； (3)修剪机匀速行驶受到的牵引力等于阻力，即 F牵引力=f=20N； 由 v=s/t 可得，修剪机 5000s 行驶的路程： s=vt=23m/s
7、5000s=115000m； 则修剪机 5000s 内做的功： W=F牵引力s=20N115000m=2.3106J； 0.2kg 汽油完全燃烧放出的热量： Q=mq=0.2kg4.6107J/kg=9.2106J； 汽油机的效率：= W/Q100%=25% 1.(2020 河南河南)河南素有“中原粮仓”之称。随着农业机械化水平的提高，收割机已成为我省收割小麦的主要工具。 (1)收割过程中，空气中弥漫着成熟的麦香味，这是由于分子在不停地做_。收割机的四冲程柴油发动机工作时，内能转化为机械能的是_； (2)为了防止对耕地过分压实影响秋作物的播种， 收割机对耕地的压强一般不超过 80kPa。 已知
8、空载收割机的质量为 1000kg， 轮胎与耕地的总接触面积始终为 0.2m2， 则收割机粗粮仓中的小麦不能超过多少千克_？(g 取 10N/kg) (3)若收割机的收割宽度为 2m， 如图所示。 正常收割时前进的速度为 1m/s， 则每小时收割小麦多少亩_？(1m2=0.0015 亩，不考虑收割机调头及卸粮时间) (4)为了交通安全，禁止在公路上晒粮，请用摩擦力的知识解释在公路上晒粮的危害_。 【答案】 (1)无规则运动 做功冲程 (2) 600kg (3) 10.8 (4) 接触面粗糙程度变小， 会减小与地面间的摩擦力，汽车不容易停下来，容易追尾 【解析】(1)扩散现象表明：一切物质的分子都
9、在不停地做无规则运动；所以空气中弥漫着成熟的麦香味，这是由于分子在不停地做无规则运动。 柴油发动机工作时，内能转化为机械能的是做功冲程。 (2)收割机对耕地的最大压力 4248 10 Pa 0.2m1.6 10 NFpS 空载收割机的重力 41000kg 10N/kg1.0 10 NGmg 收割机粗粮仓中的小麦最大重力 443-1.6 10 N-1.0 10 N6 10 NGF G 小麦 这些小麦的质量 36 10 N600kg10N/kgGmg小麦小麦 收割机粗粮仓中的小麦不能超过 600kg。 (3)收割机 1 小时移动的距离 1m/s 3600s3600msvt 每小时收割小麦的面积 2
10、3600m 2m7200mSsh 即7200 0.0010 815.S亩亩 每小时收割 10.8 亩。 (4)接触面粗糙程度变小，会减小与地面间的摩擦力，汽车不容易停下来，容易追尾。 2(2019 湖南省邵阳湖南省邵阳)如图所示，一平底热水壶，其质量为 0.5kg，内底面积为 180cm2有一次小军同学用该热水壶装了 1.5L 的水放在水平桌面上，测得壶中水深 15cm，初温 20请你通过计算回答： (1)此时水和热水壶的总质量是多少？ (2)加热前水对壶底的压强多大？ (3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收多少热量？水1.0103kg/m3，c水4.2103J/(kg)，g10N/k
11、g 【答案】(1)此时水和热水壶的总质量是 2kg； (2)加热前水对壶底的压强为 1.5103Pa； (3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收 5.04105J 热量。 【解析】(1)水的体积：V水1.5L1.5103m3， 根据可得水的质量：m水水V水1.0103kg/m31.5103m31.5kg； 则水和热水壶的总质量：mm壶+m水0.5kg+1.5kg2kg； (2)水深 h15cm0.15m， 则壶底受到水的压强：pgh1103kg/m310N/kg0.15m1.5103Pa； (3)1 标准大气压下水的沸点是 100，则水吸收的热量： Q吸c水m水(tt0)4.2103J/
12、(kg)1.5kg(10020)5.04105J。 3.五一假期，小红全家驾车从郑州市到开封市通许县游玩，出发前，爱学习的小红收集了相关数据，整理成下表，请你根据表中数据完成相关计算计算时需要的物理常量 g 取 10N/kg，q汽油=4.6107J/kg (1)如果你仔细观察的话，可以发现汽车的尾翼是_表面比较平，_表面的弧度大些。这和飞机的机翼是相反的。在汽车高速运动时，这种形状的尾翼会产生一个向下的压力，增加轮胎的抓地力，缩小刹车距离。该轿车静止时(车上无人)对水平地面的压强为_Pa。 (2)该轿车匀速行驶 lkm 牵引力所做的功是多少 J？ (3)郑州到通许消耗的汽油在完全燃烧时放出的热
13、量是多少 J？ 【答案】(1)上，下。7104Pa (2)2106J (3)2.484108J 【解析】(1)车的尾翼的形状上面平直、下面凸起，车高速行驶时带动空气流动，车的上方空气流速慢、压强大，车的下方空气流速快、压强小。这种形状的尾翼会产生一个向下的压力，增加轮胎的抓地力，缩小刹车距离。 轿车对地面的压力 F=G=mg=1050kg10N/kg=1.05104N S=0.15m2 该轿车静止时对水平地面的压强为 P=F/S=1.05104N/0.15m2=7104Pa (2)该轿车匀速行驶时，牵引力 F 等于其受到的阻力 f，即 F=f=2000N 路程 s=lkm=l000m 根据功的
14、计算公式 W=Fs 得轿车匀速行驶 lkm 牵引力所做的功为 W=Fs=2000N l000m=2106J (3)由于行驶 l km 耗油量为 50g，郑州到通许的距离为 108km，则郑州到通许消耗的汽油质量为 m汽油=10850g=5.4103g=5.4kg q汽油=4.6107J/kg 根据 Q=mq 得到全程消耗的汽油在完全燃烧时放出的热量为 Q=m汽油q汽油=5.4kg4.6107J/kg=2.484108J 4.当今太阳能热水器已经在广安城乡用得非常普遍了，如图所示。已知某太阳能热水器在冬季有效日照时段里，能将 8 、100 L 水加热到 38 。请解答：在此过程中，水吸收了多少热
15、量？水的比热容为 4.2103 J/(kg)，水的密度为 1.0103 kg/m3 轿车质量(kg) 1050 车轮与地面接触总面积(m2) 0.15 郑州到通许的距离(km) 108 预设行车速度(km/h) 90 行驶 l km 耗油量(g) 50 匀速行驶时受到的阻力(N) 2000 【答案】1.26107 J 【解析】太阳能热水器中水的体积 V=100 L=100 dm3=0.1m3， 由=m/v 可得，水的质量 m=V=1.0103 kg/m30.1m3=100kg 在此过程中，水吸收的热量 Q吸=cm(tt0) =4.2103 J/(kg)100 kg(38 8) =1.26107
16、 J。 5.某款油电混合动力小汽车，具有省油、能量利用率高等特点，其相关信息如表在某次水平道路测试中，该车以中速匀速行驶 170km，共消耗汽油 10L测试过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时，内燃机和电动机共同驱动车辆前进之后，工作人员又进行了制动测试，描绘出了制动距离(从刹车开始到车停止的距离)与制动时的速度关系图象，如图所示 驱动模式 纯电动 启动、低速 油电混动 中速 纯燃油 高速 汽车质量 1200kg 车轮与地面总接触面积 0.096m3 (1)由图象可知，车速越 ，制动距离越长 (2)该车空载静止时，对水平地面的压强是多
17、少？(g 取 10N/kg) (3)在水平道路中速匀速行驶测试中，若平均阻力为 1000N，牵引力做的功是多少？ (4)在水平道路中速匀速行驶测试中，若该车内燃机的效率为 53%，此过程最终使蓄电池增加了多少能量？(忽略蓄电池和电动机的热损失，汽油取 0.7103kg/m3，q汽油=4.6107J/kg) 【答案】(1)大；(2)1.25105Pa；(3)1.7108J；(4)6.6105J 【解析】由图象可知，汽车的速度越大，制动距离越长；已知汽车的质量，利用 G=mg 求其重力；汽车对地面的压力等于重力，求出总接触面积(受力面积)，利用 p=F/S 求对水平地面的压强；匀速行驶时，汽车的牵
18、引力与所受到的阻力为一对平衡力，由 W=Fs 解题根据密度公式变形可求得汽油的质量，利用 Q=mq可求得汽油完全燃烧放出的热量， 再利用内燃机的效率可求得有用能量， 然后可知蓄电池增加了多少能量 (1)由图象可知，汽车的速度越大，停车距离会随着反应距离的变长而变长，即制动距离越长. (2)汽车的重力： G=mg=1200kg10N/kg=12000N， 汽车静止时对水平地面的压力： F=G=12000N 受力面积 S=0.096m2， 该车空载静止时，对水平地面的压强 p=F/S=12000N/0.096m2 =1.25105Pa (3)由题可知，汽车做匀速直线运动，受到的牵引力和阻力是一对平
19、衡力，大小是相等的， 可得牵引力 F牵=f=1000N， 汽车牵引力做的功 W机械=F牵s=1000N1.7105J=1.7108J (4)由=m/V 可知，车消耗汽油的质量 m汽油=汽油V=0.7103kg/m310103m3=7kg， 汽油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=7kg4.6107J/kg=3.22108J， 由=W有用/Q放可得，内燃机输出的有用能量 W有用=Q放=3.22108J53%=1.7066108J； 最终蓄电池增加的能量 W=W有用W机械=1.7066108J1.7108J=6.6105J 6.某一型号的汽车质量为 5103kg，轮胎与地面接触面积为 4250cm2，
20、在一段平直公路上用 0.5 小时匀速行驶了 54km，车受到的阻力为车重的 0.1 倍求： (1)该汽车的行驶速度； (2)该汽车对地面的压强； (3)该汽车牵引力所做的功； (4)已知这一过程消耗燃油 1.5102m3，求汽车发动机在这一过程中消耗的总能量及该汽车的效率(假设燃油完全燃烧，燃油密度为 0.8103kg/m3，燃油热值 q 为 4.5107J/kg，g 取 10N/kg) 【答案】(1)108km/h；(2)5105Pa；(3)2.7108J；(4)50% 【解析】(1)汽车的行驶速度： v=s/t=54km/0.5h=108km/h (2)F=G=mg=5103kg10N/k
21、g=5104N，S=4250cm2=1000cm2=0.1m2， 该汽车对地面的压强： P=F/S=5104N /0.1m2=5105Pa (3)f=0.1G=0.15104N=5103N，s=54km=5.4104m， 因为匀速行驶，所以 F=f=5103N， 该汽车牵引力所做的功 W=Fs=5103N5.4104m=2.7108J， (4)由=m/V 可得，燃油的质量 m=V=0.8103kg/m31.5102m3=12kg， 这一过程中消耗的总能量 Q=mq=12kg4.5107J/kg=5.4108J， 该汽车的效率 =W/Q100%=2.7108J/5.4108J100%=50% 7
22、.五一假期，小明全家驾车从宿迁到徐州游玩，出发前，爱学习的小明收集了相关数据，整理成下表，请你根据表中数据完成相关计算 (1)轿车静止时对水平地面的压强(g 取 10N/kg)； (2)全程行车所需的时间； (3)匀速行驶 lkm 牵引力所做的功； (4)全程消耗的汽油在完全燃烧时放出的热量(q汽油=4.6107/kg) 【答案】(1)7104Pa (2)1.2h (3)2106J (3)2.484108J 【解析】(1)根据公式 p=F/S 计算轿车对地面的压强，其中 F=G=mg； (2)根据 t=s/v 计算出行驶所用的时间； (3)根据二力平衡条件，若匀速行驶则 F=f，根据 W=Fs
23、 计算出功的大小； (4)根据公式 Q=mq 计算出燃油燃烧放出的热量 8.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 37t，最大飞行高度达 20000m，最大航行速度达 2.5 倍声速(合 3060km/h)，最大载油量为 10t，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见表： 轿车质量(kg) 1050 车轮与地面接触总面积(m2) 0.15 宿迁到徐州距离(km) 108 预设行车速度(km/h) 90 行驶 l km 耗油量(g) 50 匀速行驶时受到的阻力(N) 2000 速度 v/(m/s) 100 200 300
24、 400 500 阻力 f/N 0.3104 1.2104 2.7104 4.8104 7.5104 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 5107J/kg。求： (1)飞机发动机完全燃烧 10t 燃油获得的能量是多少焦？ (2)当飞机以 400m/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，且以 500m/s 的速度巡航时，飞机的最大航程约是多少千米？ 【答案】(1)51011J(2)1.92104kW (3)2.7103km 【解析】(1)燃油完全燃烧放出的热量： Q=mq=1104kg5107J/k
25、g=51011J； (2)由表中数据可知，飞机以 400m/s 的速度巡航时，所受阻力为 4.8104N， 则飞机发动机的输出功率为 P=W/t=Fs/t=Fv=1.92104kW (3)由(1)可知 Q=51011J； 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%， 则有用功 W=40%Q=40%51011J=21011J， 根据表格查出 500m/s 时的阻力为 7.5104N， 则由 W=fs=Fs，可得 S=W/f=2.67103km 9我市正在争创全国文明城市，各单位都加大了“创城”工作的力度。为了净化市区空气，环卫工人每天清晨都驾驶洒水车对市区道路洒水(如图)下表是
26、某洒水车的相关数据。已知水的密度为 1.0103kg/m3，汽油的燃烧值为 4.6107J/kg，g 取 10N/kg请根据题意回答下列问题： 空车质量 水罐容积 装满水时车轮与地面的总接触面积 额定功率 5t 4m3 0.6m2 120kW (1)若该洒水车的发动机是汽油发动机， 发动机工作时哪个冲程将内能转化为机械能？燃烧 0.5kg 汽油能产生多少热量？ (2)该洒水车装满水时对地面的压强为多少？ (3)若水罐内有一漂浮的物体浸没在水中的体积为 1.0103m3，则该物体受到的浮力为多大？ (4)该洒水车在水平路面上以额定功率匀速行驶 5 000m 用时 10min，试计算此过程汽车所受
27、到的阻力大小。 【答案】(1)发动机工作时做功冲程将内能转化为机械能；燃烧 0.5kg 汽油能产生 2.3107J 热量； (2)该洒水车装满水时对地面的压强为 1.5105Pa； (3)则该物体受到的浮力为 10N； (4)此过程汽车所受到的阻力大小为 1.44104N。 【解析】(1)汽油机的一个工作循环包括：吸气、压缩、做功、排气四个冲程；做功冲程是高温高压的燃气对活塞做功完成的，是将内能转化为机械能的过程。 燃烧 0.5kg 汽油产生的热量：Q=m汽油q=0.5kg4.6107J/kg=2.3107J； (2)由=可知，装满水的质量：m=V=1.0103kg/m34m3=4103kg，
28、 汽车和水的总重：G总=G车+G水=(m车+m水)g=(5103kg+4103kg)10N/kg=9104N； 该洒水车装满水时对地面的压力：F=G总=9104N； 该洒水车装满水时对地面的压强： p=1.5105Pa； (3)该物体受到的浮力：F浮=水gV排=1.0103kg/m310N/kg1.0103m3=10N； (4)洒水车行驶 5000m 用时 10min， 则行驶速度：v=m/s， 由 P=Fv 可得牵引力： F=1.44104N， 因为洒水车匀速行驶，所以受到的阻力：f=F=1.44104N。 10.一辆汽车以恒定的功率在平直的公路上做直线运动，其图象如图所示，在第 10s 时
29、速度达到，通过的路程为 120m。求： 在内汽车的平均速度； 设汽车在行驶过程中所受阻力不变，大小为那么在内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳？ 若发动机的转化效率为，则内燃烧了多少千克汽油？ 已知汽油的热值大约为。 【答案】【答案】(1)12m/s；(2)8105；(3)0.02 【解题过程】【解题过程】 (1)汽车在汽车在 010s 内的平均速度：内的平均速度： ； (2)由图像可知，由图像可知，1020s 汽车做匀速直线运动，所受的牵引力和阻力是平衡力，汽车做匀速直线运动，所受的牵引力和阻力是平衡力， 汽车所受的牵引力：汽车所受的牵引力： ， 汽车运动时间：汽车运动时间： ， 汽车
30、在汽车在 1020s 内运动的路程：内运动的路程： ， 汽车牵引力做的功：汽车牵引力做的功： ； (3)汽油完全燃烧放出的热量：汽油完全燃烧放出的热量： ， 需要燃烧汽油的质量：需要燃烧汽油的质量： 11.(2019 湖南省邵阳湖南省邵阳)如图所示，一平底热水壶，其质量为 0.5kg，内底面积为 180cm2有一次小军同学用该热水壶装了 1.5L 的水放在水平桌面上，测得壶中水深 15cm，初温 20请你通过计算回答： (1)此时水和热水壶的总质量是多少？ (2)加热前水对壶底的压强多大？ (3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收多少热量？水1.0103kg/m3，c水4.2103J/(
31、kg)，g10N/kg 【答案】(1)此时水和热水壶的总质量是 2kg； (2)加热前水对壶底的压强为 1.5103Pa； (3)在标准大气压下加热水至沸腾，水至少要吸收 5.04105J 热量。 【解析】(1)水的体积：V水1.5L1.5103m3， 根据可得水的质量：m水水V水1.0103kg/m31.5103m31.5kg； 则水和热水壶的总质量：mm壶+m水0.5kg+1.5kg2kg； (2)水深 h15cm0.15m， 则壶底受到水的压强： pgh1103kg/m310N/kg0.15m1.5103Pa； (3)1 标准大气压下水的沸点是 100，则水吸收的热量： Q吸c水m水(tt0)4.2103J/(kg)1.5kg(10020)5.04105J
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