第十四章 专题 热值、热机效率的有关计算-【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 专题　 热值、热机效率的有关计算 热值的有关计算 1. (2 分)(江苏模拟)将焚烧生活垃圾放出的热 量用来发电,是综合利用垃圾的一种方法。 据资料显示,目前,全国每年城市生活垃圾就 达 1. 6×108 t,若焚烧 1 t 垃圾可放出 1. 5×1010 J 的热量,如果我国每年的城市生活垃圾全部 焚烧,则放出的热量是　 　 　 　 　 　 J,这相当 于　 　 　 　 kg 煤炭完全燃烧放出的热量(煤 炭的热值为 3. 0×107 J / kg)。 2. (2 分)若可燃冰的热值为 4. 2×107 J / m3,完全 燃烧 1 m3 的可燃冰可放出的热量是　 　 　 　 J,这些热量有 60%被水吸收,可把　 　 　 　 kg 的水从 20 ℃加热到 80 ℃ 。 [水的比热容 c = 4. 2×103 J / (kg·℃ )] 3. (8 分)(洛阳期中)“长征五号 B”运载火箭在 海南文昌首飞成功,该火箭使用的燃料主要 是液态氢。 [q氢 = 1. 4×108 J / kg,c水 = 4. 2×103 J / (kg·℃ ] (1)由于与大气剧烈摩擦,返回舱在大气层中降 落时会在舱的表面产生大约 3 000 ℃的高温,该 过程中改变物体内能的方式是　 　 　 　 ;该过程 与内燃机的　 　 　 　 冲程能量转化相同。 (2)若完全燃烧 2 kg 的液态氢,放出的热量是 多少? (3) 若完全燃烧 2 kg 液态氢放出的热量有 84%被质量为 100 kg 的水吸收,水的温度能 够从 20 ℃上升到多少 ℃ ? 热机效率的有关计算 4. (2 分)有甲、乙两台汽油机,若在同一时间内 甲做的有用功是乙做的有用功的 2 倍,甲的效 率是 25%,乙的效率是 20%,则在同样时间 内, 甲、 乙 两 汽 油 机 消 耗 的 汽 油 质 量 之 比为(　 　 ) A. 2 ∶5　 　 B. 8 ∶5　 　 C. 5 ∶8　 　 D. 5 ∶2 5. (3 分) (安阳模拟)如图 所示,这是我国自行设计 研制的大型灭火、水上救 援水陆两栖飞机鲲龙 - 600。 若鲲龙-600 以 270 km / h 的速度匀速直 线滑行 10 min,消耗航空煤油 675 kg,飞机发 动机的功率为 2. 25×107 W。 则鲲龙-600 在匀 速直线滑行过程中受到的阻力　 　 　 　 N;675 kg 的航空煤油完全燃烧放出的热量为　 　 　 　 J;发动机的效率为 　 　 　 　 。 (航空煤油 的热值为 4×107 J / kg) 6. (9 分)(辽宁模拟)某小排量汽车以 72 km / h 的速度在水平路面上匀速行驶了 36 km,消耗 汽油 3 kg。 若已知该汽车发动机的功率(即 牵引力的功率)为 23 kW,汽油的热值为 4. 6× 107 J / kg。 则关于上述的行驶过程。 求: (1)汽车所用时间; (2)汽油完全燃烧放出的热量; (3)该汽车发动机的效率。 81 利用率计算 7. (6 分)(黑龙江三模)某市建立的垃圾焚烧电 厂,年处理垃圾可达 2. 0×105 t,生活垃圾的平 均热值为 6. 3×106 J / kg。 则: (1) 每燃烧 1 t 生活垃圾可放出的热量是 多少? (2)实际燃烧 1 t 生活垃圾可获得 7. 56×108 J 的电能,那么生活垃圾燃烧发电的效率是 多少? 8. (8 分) (聊城中考) “探究水沸腾时温度变化 的特点” 实验中,用酒精灯给烧杯中的水加 热,烧杯中盛有 20 ℃ 、质量为 100 g 的水,在 一个标准大气压下加热至沸腾,假设完全燃 烧酒精 3 g。 [水的比热容为 4. 2× 103 J / ( kg ·℃ ),酒精的热值为 3. 0×107 J / kg]求: (1)水吸收的热量。 (2)此过程中酒精灯烧水的热效率。 (3)科学研究表明:1 g 100 ℃的水汽化成同温 度的水蒸气需要吸收 2. 26× 103 J 的热量,水 开始沸腾后持续观察沸腾现象,同时发现水 的质量减少了 5 g,求此过程水汽化成水蒸气 所吸收的热量。 综合计算 9. (8 分)水上摩托运动是集高科技、观赏、竞争 和惊险刺激于一体,富有现代文明特征的高 速水上运动。 如图所示,摩托艇的发动机为 四冲程汽油机,一个质量为 60 kg 的人正在水 面上骑着摩托艇飞驰。 [g 取 10 N / kg,ρ汽油 = 0. 8×103 kg / m3,汽油的热值 q汽油 = 4. 5×107 J / kg,c水 = 4. 2×103 J / (kg·℃ )] 摩托艇的质量 m / kg 340 最大功率 P / kW 60 油箱容积 V / L 10 最高时速 v / (km·h-1) 120 (1)为摩托艇提供动力的是发动机的　 　 　 　 冲程,该冲程将　 　 　 　 能转化为　 　 　 　 能。 (2) 若一满箱汽油完全燃烧放出的热量的 70%被水吸收,可使多少 kg 的水温度升高 50 ℃ ? (3)加满一箱汽油能使摩托艇以 20 m / s 速度 匀速航行 1 h,若摩托艇以 20 m / s 速度匀速航 行时,发动机的牵引力为总重的 1 4 ,则摩托艇 发动机的热机效率是多少? (不考虑汽油的 质量) 91 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— 量:m煤 = Q放 ′ q煤 = 2. 4×10 18 J 3. 0×107 J / kg = 8×1010 kg。 2. 4. 2×107 　 100　 【解析】1m3 可燃冰完全燃烧产生热量: Q放 =Vq= 1m 3 ×4. 2×107J / m3 = 4. 2× 107J;水吸收的热量: Q吸 = 60%×Q放 = 60%×4. 2×10 7J = 2. 52×107J;由 Q吸 = cm( t - t0 ) 可 得, 加 热 水 的 质 量: m = Q吸 c(t-t0) = 2. 52×107J 4. 2×103J / (kg·℃)×(80℃ -20℃) = 100kg。 3. 解:(1)做功　 压缩 (2)2kg 液态氢完全燃烧释放出的热量:Q放 =mq氢 = 2kg× 1. 4×108 J / kg = 2. 8×108 J; (3)由 η= Q吸 Q放 可知,水吸收的热量:Q吸 =ηQ放 = 84%×2. 8 ×108 J = 2. 352×108 J,由 Q吸 = cmΔt 得加热后水上升的温 度: Δt= Q吸 c水 m水 = 2. 352×10 8 J 4. 2×103 J / (kg·℃ )×100kg = 560℃ 。 由 Δt= t-t0 可知,水的末温:t =Δt+t0 = 560℃ +20℃ = 580℃ ; 因在标准大气压下,水沸腾时温度为 100℃ 且保持不变, 所以水的温度能够从 20℃上升到 100℃ 。 4. B　 【解析】由题意可得 η甲 ∶η乙 = 25% ∶20% = 5 ∶4,由热机 效率公式 η = Q有用 Q总 可得:Q总甲 = Q有用甲 η甲 ,Q总乙 = Q有用乙 η乙 ,所以 Q总甲 ∶Q总乙 = Q有用甲 η甲 ∶ Q有用乙 η乙 = 2 5 ∶ 1 4 = 8 ∶5;又因为 Q = mq, 即甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比是 8 ∶5。 故选 B。 5. 3× 105 　 2. 7 × 1010 　 50% 　 【解析】 由 P = W t 得,滑行 10 min 牵引力做功 W=Pt= 2. 25×107 W×10×60s = 1. 35× 1010 J;由 v = s t 得,飞机滑行 10 min 通过的路程 s = vt = 270 km / h×10 60 h = 45 km = 4. 5×104 m;由 W=Fs 得,飞机受 到的牵引力 F = W s = 1. 35×10 10 J 4. 5×104 m = 3×105 N;因为飞机做 匀速直线运动,受力平衡,所以飞机受到的阻力 f=F= 3× 105 N;航空煤油完全燃烧放出的热量 Q放 = mq航空煤油 = 675 kg×4×107 J / kg = 2. 7×1010 J;发动机的效率 η = W Q放 = 1. 35×1010 J 2. 7×1010 J = 50%。 6. 解:(1)由 v= s t 可得,汽车所用的时间:t = s v = 36km 72km / h = 0. 5h = 1 800s; (2)汽油完全燃烧放出的热量:Q = mq = 3kg× 4. 6× 107 J / kg = 1. 38×108 J; (3)由 P= W t 可得,汽车发动机做的功:W =Pt = 23×103 W ×1 800s = 4. 14 × 107 J, 汽车发动机的效率: η = W Q = 4. 14×107 J 1. 38×108 J = 30%。 7. 解:(1)1t = 1 000kg,这些垃圾完全燃烧放出的热量 Q = mq= 1 000kg×6. 3×106 J / kg = 6. 3×109 J; (2)燃烧 1t 垃圾可获得的电能 W= 7. 56×108 J,生活垃圾 燃烧发电的效率 η= W Q = 7. 56×10 8 J 6. 3×109 J = 12%。 8. 解:(1)一个标准大气压下水的沸点为 100℃ ,即需将水 加热至 100℃ ,水吸收的热量:Q吸 = cm( t-t0 )= 4. 2×10 3 J / (kg·℃ )×0. 1kg×(100℃ -20℃ )= 3. 36×104 J; (2)3g 酒精完全燃烧释放的热量:Q放 = mq = 3× 10 -3 kg× 3. 0× 107 J / kg = 9× 104 J;酒精灯烧水的热效率:η = Q吸 Q放 = 3. 36×104 J 9×104 J ≈37. 3%; (3)1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收 2. 26 ×103 J 的热量,则 5g 100℃ 的水汽化成同温度的水蒸气 需要吸收的热量:Q= 5g×2. 26×103 J / g = 1. 13×104 J。 9. 解:(1)做功　 内　 机械 (2)由表格可知油箱容积 V= 10 L = 10-2 m3 ,则满箱油的 质量为:m= ρ汽油 V = 0. 8× 10 3 kg / m3 × 10-2 m3 = 8 kg,汽油 完全燃烧放出的热量为:Q放 = q汽油 m = 4. 5× 10 7 J / kg× 8 kg = 3. 6×108 J,则水吸收的热量为:Q吸 =Q放 η = 3. 6×10 8 J×70% = 2. 52×108 J,由 Q吸 = cmΔt 可知水的质量为:m水 = Q吸 c水 Δt = 2. 52×10 8 J 4. 2×103 J / (kg·℃ )×50℃ = 1 200 kg; (3)发动机的牵引力为:F = 1 4 G = 1 4 m′g = 1 4 ×(340kg+ 60kg)×10N / kg = 1 000 N,发动机牵引力做的功为:W=Fs =Fvt= 1 000 N×20 m / s×3 600 s = 7. 2×107 J,则摩托艇发 动机的热机效率为:η= W Q放 = 7. 2×10 7 J 3. 6×108 J = 20%。 第 3 节　 能量的转化和守恒 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　【知识清单】1. 消灭　 产生　 转化　 转移　 保持不变 2. 转化 制造 1. B　 【解析】电池充电时,是将甲电能转化为化学能,电池 分别给电动机和照明灯供电时,是将储存的化学能转化 为乙电能,然后将电能分别转化为丙机械能和丁光能,B 正确,ACD 错误。 故选 B。 2. D　 【解析】A. 利用酒精灯加热,是通过热传递改变内能 的过程,是内能的转移;B. 用力将活塞迅速压下,压缩空 气做功,是机械能转化为内能的过程;C. 内燃机压缩冲 程,是机械能转化为内能的过程;D. 水蒸气冲开软木塞, 对软木塞做功,是通过做功将内能转化为机械能的过 程。 故选 D。 3. C　 【解析】A. 水蒸气顶起壶盖是内能转化为机械能,不 符合题意;B. 植物进行光合作用是将光能转化为化学能 过程,不符合题意;C. 冬天,用手摸户外的金属杆时手感 觉到冷,是通过热传递改变内能,是能量的转移过程,符 合题意;D. 给电动车的蓄电池充电,是电能转化为化学 能储存起来,是能量的转化过程,不符合题意。 故选 C。 4. 内　 小于 5. B　 【解析】A. 永动机违反了能量的转化与守恒,不可能 实现,A 错误;B. 两个斜面相对连接,小球从左斜面滚下 后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,B 正确;C. 在电 水壶的使用过程中,消耗了电能,使水的温度升高,内能 增加,断电后,水不再吸收热量,水的沸腾会停止,C 错 误;D. 子弹射穿木板,由于摩擦生热会使动能减小,它的 速度会减慢,D 错误。 故选 B。 6. A　 【解析】A. 能量守恒定律适用于自然界中任何形式 能的相互转化,A 错误。 故选 A。 7. 能量守恒定律　 减少　 【解析】该机械装置不可能实现, 因为抽水机在此过程中,有一部分机械能会转化为内 能,即机械能会逐渐减少,所以机械能总量不守恒,该机 械装置不能实现,它违背了能量守恒定律。 —5—