第十四章 第2节 热机的效率-【追梦之旅·大先生】2024-2025学年九年级上册物理同步训练方案(人教版)

　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 ZDR·九年级物理上册 第 2 节　 热机的效率　 　 　 1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做 这种燃料的　 　 　 　 ,单位是　 　 　 　 ,符号是　 　 　 　 。 2. 用来做有用功的那部分能量,与燃料完全燃烧放出 的能量之比,叫做热机的　 　 　 　 。 燃料的热值 1. 【科技情境】(2 分)我国自主研制的全球最大 的双燃料动力船,既可以通过传统燃油驱动, 也可以通过携带的液化天然气驱动。 其中选 择液化天然气作为能源,除了环保,主要还因 为它的(　 　 ) 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　A. 燃点高 B. 密度大 C. 沸点高 D. 热值大 2. (2 分) (许昌期中)关于燃料的热值,以下说 法正确的是(　 　 ) A. 燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的 热值小 B. 5 g 汽油和 2 kg 汽油,它们的热值是一样的 C. 当燃料未燃烧时,其热值为零 D. 煤油的热值比酒精大,就是说煤油完全燃 烧放出的热量比酒精多 3. 【探究实践】(7 分)(江西模拟)小红同学学习 了燃料的热值后,自己设计了一个实验来探 究煤油和菜籽油的热值大小关系。 她实验时 组装了如图所示的两套规格完全相同的装 置,并每隔 1 min 记录了杯中水的温度。 甲 乙 丙 加热时间 / min 0 1 2 3 4 5 6 甲杯水温 / ℃ 25 27 29 32 34 36 38 乙杯水温 / ℃ 25 26 27 28 29 30 31 (1)在安装、调整实验器材时,科学合理的顺 序是(甲图中):先固定　 　 的位置,再调整固 定　 　 的位置。 (均填“A”或“B”) (2)为保证实验结论的可靠,实验时应控制两 套装置中相同的量有:水的 　 　 　 　 和 　 　 　 　 　 　 。 (3)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽 油两种燃料中,热值较大的是　 　 　 　 ;理由 是 　 。 (4)如图丙所示,是两种燃料完全燃烧后放出 的热量 Q 与其质量 m 的关系图象,其中物质 　 　 　 　 (填“a”和“b”)是煤油。 热机的效率 4. (2 分)热机效率是热机性能的重要指标,下列 措施中,可以提高热机效率的是(　 　 ) A. 使用热值高的燃油 B. 尽量增加热机的工作时间 C. 尽量减少热机部件间的摩擦 D. 尽量增加废气带走的热量 5. (2 分)下列有关热机效率的说法中,正确的 是(　 　 ) A. 热机所用燃料的热值越大,效率越高 B. 热机所用燃料的化学能转化成热机的机械 能越多,效率越高 C. 如果改进技术, 汽油机的效率可以达 到 100% D. 蒸汽机、汽油机和柴油机的热机效率分别 是 η1、η2 和 η3,则有 η1 >η2 >η3 6. (2 分) (江苏一模)一台单缸四冲程柴油机, 飞轮转速为 3 000 r / min,该柴油机活塞 1 s 对 外做功 　 　 　 　 次。 若其效率为 40%,消耗 61 5 kg 的柴油转化成的机械能为 　 　 　 　 J。 (q柴油 = 4. 3×107 J / kg) 对热机效率的理解 7. (2 分)甲、乙两台汽油机,甲的热机效率比乙 高,则下列说法中正确的是(　 　 ) A. 做相同的功,甲用的时间少 B. 在相同时间内,乙消耗的汽油多 C. 消耗同样多的汽油,甲做的有用功比乙少 D. 做同样多的有用功,甲消耗的汽油少 8. (2 分)(郑州月考)甲、乙两台柴油机,在相同 的时间内,它们所做的有用功之比是 6 ∶5,消 耗柴油的质量之比是 4 ∶3,那么它们的效率之 比是(　 　 ) A. 8 ∶5　 　 B. 9 ∶10　 　 C. 10 ∶9　 　 D. 5 ∶2 9. (6 分)(郑州月考)物理兴趣小组的小军同学 学习了燃料的热值后,自己设计了一个实验 来探究酒精和碎纸片的热值大小关系。 小军 的实验步骤如下: 图 1　 　 　 　 　 图 2　 ①他准备了如图 1、2 所示的两套完全相同的 实验装置;②分别在燃烧皿中放入质量相同 的酒精和碎纸片;③同时点燃酒精和碎纸片 对质量和初温相等的水加热;④记录燃烧相 同时间后水升高的温度 Δt。 (1)小军设计的方案中有一个步骤存在明显 的缺陷,请你帮他进行修改,简要写出修改后 该项步骤: 　 。 (2)纠正错误后继续实验,从以上步骤中可以 看出,该实验是通过 　 　 　 　 　 　 来比较燃 料燃烧放出热量多少。 (3)在图 1 中小军测量水的质量为 m1,初温 t1,末温 t2,燃烧酒精的质量为 m2。 根据水的 比热容计算出酒精的热值为 　 　 　 (用已知 物理量和测量物理量的字母表示,水的比热 容为 c水)。 通过计算发现结果与资料中给出 的酒精的热值相比　 　 　 　 (填“偏大”或“偏 小”),结合实验,分析原因可能是:　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 (只写出一个即可)。 (4)另一组同学计划用两种燃料将初温和质 量相同的水加热至刚好沸腾,他们比较 　 　 　 　 　 　 来反映这两种燃料热值的大小 关系。 10. (11 分)(安阳模拟)小周家买了一台太阳能 热水器,如图所示。 相关参数如下表所示, 小周同学想利用自己学习过的物理知识对 太阳能热水器进行研究与计算。 太阳 照射 时间 / h 吸收板 面积 / m2 太阳辐 射功率 / J·(m2·h)-1 装水 量 / L 水的 初温 / ℃ 水的 末温 / ℃ 10 3. 0 1. 68×106 200 20 50 (1)水在 10 h 内吸收的热量是多 少? 如果水吸收的热量用天然 气来提供,需要完全燃烧多少立 方米的天然气? [c水 = 4. 2×103 J / (kg·℃ ); 天然气的热值为 8. 4×107 J / m3,天然气完全 燃烧放出的热量全部被水吸收] (2)该太阳能热水器的能量转化效率。 (太 阳能辐射功率指的是 1 h 内投射到 1 m2 面 积上的太阳能) 71 混合气体,柴油机吸入的只有空气,所以吸气冲程不同; 柴油机比汽油机压缩程度高,所以压缩冲程不同;做功 冲程中,汽油机为点燃式点火,柴油机为压燃式点火,所 以做功冲程也不同;排气冲程中,都是将废气排出,此过 程完全相同;故完全相同的冲程为排气冲程。 故选 D。 10. 空气　 增大　 【解析】柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的 是空气;汽油机压缩冲程中,活塞压缩汽缸内气体,汽缸内 空气质量不变,体积减小,由 ρ = m V 可知汽缸内气体密度 增大。 11. A　 【解析】A. 甲图:气门都关闭,活塞向上运行,汽缸 容积减小,是压缩冲程,将机械能转化为了内能,A 正 确;B. 乙图:排气门打开,活塞向上运动,汽缸容积减 小,是排气冲程,没有能量转化的过程,B 错误;C. 丙 图:气门都关闭,火花塞点燃,活塞向下运行,汽缸容积 增大,是做功冲程,将内能转化为了机械能,C 错误;D. 丁图:进气门打开,活塞向下运行,汽缸容积增大,是吸 气冲程,没有能量转化的过程,D 错误。 故选 A。 12. D　 【解析】甲图:气门都关闭,活塞向上运行,汽缸容积 减小,是压缩冲程,将机械能转化为内能,气体内能增 大,温度升高,B 正确;丙图:气门都关闭,活塞向下运 行,汽缸容积增大,是做功冲程,将内能转化为机械能, C 正确;热机的四个冲程依次是吸气冲程、压缩冲程、做 功冲程、排气冲程,即图中一个工作循环正确顺序是丁 甲丙乙,A 正确;在热机的四个冲程中,只有做功冲程 做功,其他三个冲程是靠飞轮的惯性完成的,依靠飞轮 惯性完成的冲程是:甲、乙、丁冲程,D 错误。 故选 D。 13. B　 【解析】已知飞轮转速为 3 600r / min = 60r / s,因一个 工作循环四个冲程活塞往复 2 次,飞轮转动 2 周,做功 1 次,所以,该柴油机 1s 完成 30 个循环,30× 4 = 120 个 冲程,对外做功 30 次,活塞往复 60 次,故选 B。 14. B　 【解析】A. 图中软木塞飞出时,管内水蒸气对木塞 做功,相当于内燃机的做功冲程,A 正确;B. 图中两个 压紧的铅块能吊起钩码,主要是因为分子间存在引力, B 错误;C. 图中,活塞向下运动,压缩空气做功,机械能 转化为内能,温度升高,硝化棉被点燃,发生的能量转 化与汽油机的压缩冲程相同,C 正确;D. 图中小朋友下 滑时,克服摩擦做功,机械能转化为内能,D 正确。 故 选 B。 15. A　 【解析】A. 火药燃烧,不断的喷出,内能转化为机械 能,相当于内燃机的做功冲程,A 错误。 故选 A。 16. 内　 机械　 做功 第 2 节　 热机的效率 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　【知识清单】1. 热值　 焦每千克　 J / kg 2. 效率 1. D 2. B　 【解析】ABC. 燃料的热值只与燃料的种类有关,与燃 料的燃烧情况、燃料的质量无关,AC 错误,B 正确;D. 煤 油的热值比酒精大,意思是在质量相同时煤油完全燃烧 放出的热量比酒精多,D 错误。 故选 B。 3. (1)B　 A　 (2)质量　 燃料的质量 (3)煤油　 甲杯中水温升高的多　 (4)a 4. C 5. B　 【解析】A. 用热值大的燃料,完全燃烧相同燃料可以 放出更多的热量,但用来做有用功的能量不一定多,用 来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值 不一定大,热机效率不一定高,A 错误;B. 热机效率是指 热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的 比值,所用燃料的化学能转化成热机的机械能越多,效 率越高,B 正确;C. 热机在工作时不可避免的要克服机 械部件间的摩擦做额外功,机械效率不可能达到 100%, C 错误;D. 汽油机和柴油机是内燃机,由热机的特点可 知,汽油机的效率低于柴油机的效率,由于蒸汽机的燃 料是在机器的外部燃烧,热损失最多,效率最低,D 错 误。 故选 B。 6. 25　 8. 6×107 　 【解析】单缸四冲程柴油机,飞轮转 2 圈, 发生一个循环,对外做功一次,此四冲程柴油机飞轮转 速为 3 000r / min = 50r / s,则对外做功50 2 = 25 次,5kg 柴油 燃烧释放的热量 Q总 =mq柴油 = 5kg×4. 3×10 7 J / kg = 2. 15× 108 J,转化的机械能:W机械 = 2. 15×10 8 J×40% = 8. 6×107 J。 7. D　 【解析】热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完 全燃烧放出的能量之比。 A. 做相同的功,所用的时间与 热机效率无关,A 错误;B. 在相同时间内,消耗的汽油的 多少与热机效率无关,B 错误;C. 消耗同样多的汽油,因 为甲的热机效率比乙高,所以甲做的有用功比乙多,C 错 误;D. 甲的效率高,则做同样多的有用功,甲消耗的汽油 少,D 正确。 故选 D。 8. B　 【解析】它们之间的效率之比是: η甲 η乙 = W甲 Q甲 W乙 Q乙 = W甲 m甲 q W乙 m乙 q = W甲 m乙 W乙 m甲 = 6×3 5×4 = 9 10 。 故选 B。 9. (1)④比较燃料完全燃烧后,水升高的温度 Δt (2)水升高的温度 (3) c水 m1( t2 -t1 ) m2 　 偏小　 加热过程中存在热量散失 (4)消耗燃料的质量　 【解析】(1)比较不同燃料的热值 的实验时,应控制燃料的质量相同;燃料燃烧相同时间, 所燃烧的燃料的质量不一定相同,所以步骤④需要修 改;(3)水吸收的热量 Q吸 = cmΔt = c水 m1( t2 - t1),燃烧酒 精放出的热量 Q放 = Q吸 = c水 m1( t2 - t1),酒精的热值 q = Q放 m2 = c水 m1( t2 -t1) m2 ;酒精燃烧放出的热量不可能完全被 水吸收,在加热过程中存在热量散失,所以用水吸收热 量来计算酒精的热值与资料中酒精的热值相比,结果要 偏小。 10. 解:(1)由 ρ= m V 可得,热水器中水的质量: m= ρV= 1×103 kg / m3 ×200×10-3 m3 = 200kg, 水吸收的热量: Q吸 = cmΔt= 4. 2×10 3 J / (kg·℃ ) ×200kg×(50℃ - 20℃ ) = 2. 52×107 J; 由题知,Q放 =Q吸 = 2. 52×10 7 J,由 Q放 = Vq 可得,需要燃 烧天然气的体积:V天燃气 = Q放 q = 2. 52×10 7 J 8. 4×107 J / m3 = 0. 3m3 ; (2)10h 太阳能热水器吸收的太阳能: Q总 = 1. 68×10 6 J / (m2 ·h) ×3m2 ×10h = 5. 04×107 J,该太 阳能热水器的能量转化效率: η = Q吸 Q总 = 2. 52×10 7 J 5. 04×107 J = 50%。 专题　 热值、热机效率的有关计算 1. 2. 4×1018 　 8×1010 　 【解析】由题意可得,生活垃圾全部 焚烧放出的热量:Q放 = 1. 5 × 10 10 J / t × 1. 6 × 108 t = 2. 4 × 1018 J;根据题意可知,煤炭完全燃烧放出的热量 Q放 ′ = Q放 = 2. 4×10 18 J,由 Q放 =mq 可得需要完全燃烧煤炭的质 —4—