14.2 热机的效率-【拔尖特训】2024-2025学年九年级全一册物理(人教版)

135J。(3) 因飞轮每转2r对外做功 1次,所以飞轮1min转动1800r,做 功900次,则燃气对活塞做的总功 W总=W×900=135J×900=121500J, 汽油机的功率P= W总 t = 121500J 60s = 2025W。 对汽油机功率的正确认知 由F=pS 可求出燃气对活塞 的平均压力;利用活塞移动的距 离,由W=Fs计算出一个做功冲 程中燃气对活塞做的功。飞轮(曲 轴)每转动2r对外做功1次,飞轮 1min转 动 1800r,对 外 做 功 900次,燃气对活塞做的总功除以 做功时间即汽油机的功率。 9. (1) C (2) 热传递 (3) 30 2 提高 热 机 的 效 率 (合 理 即 可) [解析] (1) 根据汽油机的工作过程 可知,第二个冲程是压缩冲程,在此过 程中活塞压缩气体,将机械能转化为 内能,第三个冲程是做功冲程,燃料燃 烧产生的高温高压的燃气推动活塞对 外做功,将内能转化为机械能,故C 正确,A、B、D错误。(2) 一般要在汽 缸的外面安装一个水箱用来降低汽缸 的温度,是利用水的比热容大的特性, 汽缸内温度高,水的温度低,水从汽缸 中吸收热量,通过热传递的方式来减 小汽缸的内能的。(3) 汽油机完成 1个工作循环,完成了4个冲程,燃气 对外做功1次,活塞往返2次,飞轮转 动2周,若某汽油机飞轮的转速为 3600r/min,即1min转3600r,那么 1s内转了60r,转2r对外做功1次, 则1s内对外做功30次。在原有四冲 程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷 水,水在汽缸内汽化成水蒸气,水蒸气 膨胀对外做功,比原有的四冲程汽油 机多做一次功,因此六个冲程中共做 功2次,因为是利用排气冲程后的余热, 所以提高了热机的效率,节约了能源。 第2节　热机的效率 1. A 2. B 3. 完全燃烧 升高的温度 4. 做功 6.3×107 30 [解析] 搓 手取暖时,克服摩擦做功,机械能转化 为手的内能,使手的内能增加、温度升 高,此过程是通过做功的方式改变手 的内能。完全燃烧了4.2kg的羊砖, 放出的热量Q放=mq=4.2kg×1.5× 107J/kg=6.3×107J,水吸收的热量 Q吸=10%Q放=10%×6.3×107J= 6.3×106J,由Q吸=cmΔt得水的质 量 m水 = Q吸 c水Δt = 6.3×106J 4.2×103J/(kg·℃)×(55℃-5℃) = 30kg。 5. C [解析] 燃料的热值大小不能 直接测量,需要通过水吸收热量的多 少来体现燃料燃烧放出热量的多少, 而水吸收热量的多少跟水的质量和升 高的 温 度 有 关,因 此 可 以 利 用 c水m水Δt水=mq来比较热值大小。要 用燃料的外焰加热,所以应先固定燃 料的位置,再固定铁圈的位置,所以应 按从下往上的顺序进行调节,故A不 符合题意;若Δt相同,由q= c水m水Δt m 可知,m 越大,燃料的热值越小,故B 不符合题意;Δt m 的值越大,由q= c水m水Δt m 可知,燃料的热值越大,故C 符合题意;m Δt 的值越大,Δt m 的值越小, 由q= c水m水Δt m 可知,燃料的热值越 小,故D不符合题意。 6. D [解析] 设甲的功率为P甲,效 率为η甲,乙的功率为 P乙,效率为 η乙,汽油的热值为q,做功时间为t, 甲在时间t内做的有用功W甲=P甲t, 乙在时间t内做的有用功W乙=P乙t。 由题意知P甲∶P乙=2∶1,η甲∶η乙= 30%∶20%=3∶2;则甲在时间t内 消耗的总能量Q甲= W甲 η甲 = P甲t η甲 ,甲在 时间t内的耗油量m甲= Q甲 q = P甲t η甲q ; 同理可以得到乙在时间t内的耗油量 的表达式m乙= P乙t η乙q 。甲、乙两汽油机 在相同时间内的耗油量之比m甲∶m乙= P甲t η甲q ∶ P 乙t η乙q = P甲 η甲 ∶ P乙 η乙 = P甲η乙 P乙η甲 = 2 1× 2 3=4∶3 。 7. 乙、甲、丁、丙 丁 内能转化为机 械能 30 60 1.8×107 [解析] 甲 中的两个气阀都关闭,活塞向上运动, 所以为压缩冲程,是第二个冲程;乙中 的进气阀打开,活塞向下运动,所以为 吸气冲程,是第一个冲程;丙中的排气 阀打开,活塞向上运动,所以为排气冲 程,是第四个冲程;丁中的两个气阀都 关闭,火花塞点火,活塞向下运动,所 以为做功冲程,是第三个冲程;故先后 顺序为乙、甲、丁、丙;其中做功冲程即 丁冲程,将内能转化为机械能,给汽车 提供动力。四冲程汽油机的每个循环 飞轮转2圈,活塞往复运动2次,对外 做功 1 次;已 知 飞 轮 的 转 速 为 3600r/min,所以此汽油机飞轮每秒 钟转60圈,可完成30个工作循环,对 外做30次功,活塞往复运动60次。 内燃机的效率提高后η2=η1+1%= 29%+1%=30%,内燃机的有用功 W有=ηQ放=ηqm,因为内燃机的效率 提高前后有用功是相同的,所以有每 辆 汽 车 η1qm1 =η2qm2,故 m2 = η1qm1 η2q =η1 m1 η2 ,则每辆汽车每年节约 的燃油质量 Δm=m1-m2=m1- η1m1 η2 = 1-η1 η2 m1= 1-29%30% × 1.8t=0.06t,所以我国每年可以节 约的燃油质量 Δm总 =nΔm=3× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 7 108×0.06t=1.8×107t。 8. 温室效应加剧 热岛效应 降低 34% [解析] 内燃机在使用过程中, 排放过多二氧化碳,使得温室效应加 剧,废气和冷却水带走的热量是热岛 效应的“元凶”之一;汽车发动机工作 时将内能转化为机械能,冒“黑烟”说 明燃烧不充分,用来做有用功的能量 占燃料完全燃烧放出总能量的比例就 小,所以效率降低;由能量流向图可知 该内燃机的效率η=100%-31%- 28%-7%=34%。 9. [解析] (1) 载满货物时货车的总 重力 G=(m车 +m货)g=(1.5× 103kg+2.5×103kg)×10N/kg= 4×104N,由题意知,货车受到的阻力 f= 1 10G= 1 10×4×10 4N=4×103N, 因为该车载满货物后在平直的公路上 匀速行驶,牵引力和阻力是一对平衡 力,所以,根据二力平衡条件可知,该 货车受到的牵引力F=f=4×103N, 匀速行驶10km,牵引力所做的功 W=Fs=4×103N×10×103m=4× 107J。(2) 由表格数据可知,货车满 载时百公里油耗为20L,则货车行驶 10km消耗燃油的体积V燃油=110× 20L=2L=0.002m3,消耗燃油的质量 m燃油=ρ燃油V燃油=0.8×103kg/m3× 0.002m3=1.6kg,燃油完全燃烧放 出的热量Q放=m燃油q燃油=1.6kg× 5×107J/kg=8×107J。(3) 该货车 发动机的效率η= W Q放 ×100%= 4×107J 8×107J×100%=50% 。 10. [解析] (1) 由Q=cmΔt可知,将壶 内20℃、5kg的水烧开需要吸收的热量 Q吸=c水mΔt=4.2×103J/(kg·℃)× 5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J。 (2) 此过程中,烧水效率为20%,则煤 完全燃烧放出的热量Q放 = Q吸 η = 1.68×106J 20% =8.4×10 6J,由Q放 = mq可得,普通煤炉完全燃烧煤的质量 m煤 = Q放 q煤 = 8.4×106J 3×107J/kg =0.28kg。 (3) 炉壁间的水吸收的热量Q吸'= c水m'Δt'=4.2×103J/(kg·℃)× 10kg× 40℃-20℃ =8.4×105J, 所以双加热煤炉中水吸收的总热量 Q吸总=Q吸+Q吸'=1.68×106J+8.4× 105J=2.52×106J,双加热煤炉的烧 水 效 率 η' = Q吸总 Q放 × 100% = 2.52×106J 8.4×106J×100%=30% 。 专题特训（一）　热学的 综合计算 1. [解析] (1) 水的质量m=ρ水V水= 1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg, 水吸收的热量Q吸 =c水m(t-t0)= 4.2×103 J/(kg·℃)×2kg× (70℃-20℃)=4.2×105J。(2) 天 然气完全燃烧放出的热量Q放=qV= 4.0×107J/m3×0.03m3=1.2×106J。 (3) 天 然 气 灶 的 效 率η= Q吸 Q放 × 100%=4.2×10 5J 1.2×106J×100%=35% 。 2. [解析] (1) 水吸收的热量Q吸= c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)× 40kg× 40℃-15℃ =4.2×106J。 (2) 消 耗 天 然 气 的 体 积 V气 = 2366.04m3-2365.89m3=0.15m3, 天然气完全燃烧放出的热量Q放= qV气=4×107J/m3×0.15m3=6× 106J。(3) 该热水器的热效率η= Q吸 Q放 ×100%= 4.2×106J 6×106J ×100%= 70%,小于85%,所以铭牌上标注的 热水器的热效率是不准确的。 3. [解析] (1) 体积为0.01m3 的可 燃冰完全燃烧放出的热量Q放=Vq= 0.01m3×7×108J/m3=7×106J。 (2) 依题意得,水吸收的热量Q吸= cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×100kg× 15℃=6.3×106J,可燃冰释放出的 热量被利用的效率η= Q吸 Q放×100%= 6.3×106J 7×106J×100%=90% 。(3) 若(2)中 水吸收的热量用来加热质量为20kg、初 温为30℃的水,水升高的温度Δt'= Q吸 cm'= 6.3×106J 4.2×103J/(kg·℃)×20kg = 75℃,此时水的末温t=t0+Δt'= 30℃+75℃=105℃,在一个标准大 气压下,水的沸点为100℃,则水的温 度升 高 Δt″=t'-t0 =100 ℃ - 30℃=70℃。 4. [解析] (1) 这些燃油完全燃烧放 出的热量Q放=mq=1.5kg×4.6× 107J/kg=6.9×107J。(2) 汽车的质 量为2t,匀速行驶时所受阻力为车重 的1 10 ,汽车牵引力F=f=0.1G= 0.1m车g=0.1×2×103kg×10N/kg= 2000N,则汽车牵引力所做的功W= Fs=2000N×18.4m/s×10×60s= 2.208×107J。(3) 汽车发动机的效 率η= W Q放×100%= 2.208×107J 6.9×107J × 100%=32%。(4) 若发动机的效率 提高2%,则此时发动机的效率为 32%,每辆车每年消耗的汽油为m', 根据有用的机械能相同可以列等式 η1m油q =η2m'q,m' = η1m油 η2 = 30%×1.8t 32% =1.6875t ,每辆车每年 可以节约的燃油质量 Δm=m油 - m'=1.8t-1.6875t=0.1125t。 5. [解析] (1) 某火箭发射时携带6× 104kg液态氢燃料,这些燃料完全燃 烧放 出 的 热 量 Q放 =mq=6× 104kg×1.4×108J/kg=8.4×1012J。 (2) 若(1)中放出的热量只有20%被 水 吸 收,水 吸 收 的 热 量 Q吸 = 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 8 16 第2节　热机的效率 ▶“答案与解析”见P7 答案讲解 1. “长征五号”系列运载火箭为“天问 一号”“嫦娥五号”等多项重要航天 器发射任务立下了汗马功劳。“长 征五号”系列运载火箭采用液氧和液氢作为 燃料,燃料燃烧后放出的热量多。说明液氢 具有 ( ) A. 较高的热值 B. 较大的比热容 C. 较多的热量 D. 较大的内能 2. 下列关于热值和热机效率的说法,正确的是 ( ) A. 使燃料充分燃烧,可以增大热值 B. 设法利用废气的能量,是提高燃料利用率 的重要措施 C. 柴油机的效率比汽油机的高,这是因为柴 油的热值比汽油大 D. 效率越高的热机,消耗的燃料越少,从而 节约能源,减少污染 3. 如图所示,为了比较酒精和碎纸片的热值,用 两只相同规格的烧杯装相等质量的水,取质 量相等的酒精和碎纸片,分别放入两个燃烧 皿中,点燃后给烧杯加热,使酒精和碎纸片 (填“完全燃烧”或“燃烧相 等时间”),通过比较 (填“加热 时间”或“升高的温度”)来比较酒精和碎纸片 热值的大小。 (第3题) 4. 冬天,草原上常常风雪交加,异常寒冷。牧民 手冷时,总喜欢用双手互搓几下,就感觉暖 和,这是通过 (填“热传递”或“做 功”)使手的内能增加。牧民们有时还点燃 “羊砖”(草原牧民使用的清洁能源)作为燃 料,用来取暖、烧水。已知羊砖的热值取 1.5×107J/kg,现完全燃烧4.2kg的羊砖, 放出的热量为 J;设该热量有10%被 水吸收,能将 kg的水从5℃加热到 55℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 5. 如图所示,用甲、乙两种燃料分别对质量和初 温相同的水进行加热,两图中装置均相同。 燃料的质量用m 表示(水未沸腾),下列说法 中,正确的是 ( ) (第5题) A. 组装实验装置时,先固定上面铁圈的高度 B. 若Δt相同,则m 越大,燃料的热值越大 C. Δt m 的值越大,燃料的热值越大 D. m Δt 的值越大,燃料的热值越大 6. 甲、乙两台汽油机,甲的功率是乙的2倍,甲 的效率是30%,乙的效率是20%,那么甲、乙 在相同时间内所消耗汽油的质量之比为( ) A. 3∶4 B. 2∶3 C. 3∶2 D. 4∶3 7. (2024·衡阳段考)如图所示,汽车内燃机的 一个工作循环包括四个冲程,正常工作时四 个冲程的顺序是 (对甲、乙、丙、丁进 行排序), (填“甲”“乙”“丙”或“丁”) 冲程中内燃机给汽车提供动力,此冲程中能 量的转化是 。飞轮的转速为 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册 知 识 讲 解 17 3600r/min,则每 秒 钟 汽 油 机 对 外 做 功 次,活塞往复运动 次。如 果这辆汽车每年耗油1.8t,将汽车内燃机的 效率平均值从29%提高1%,我国汽车现在 的保有量按3亿辆计算,那么我国每年可以 节约 t燃油。 (第7题) 8. 内燃机的大量使用,促进了社会的进步,使人 们享受到现代文明的成果,但在使用内燃机 的同时又给人类带来了污染,若排放过多二 氧化碳,则会导致 。内燃机废气 和冷却水带走总热量的60%,使内燃机成为 城市 的“元凶”之一。当汽油在发动 机内燃烧不充分时会冒“黑烟”,这时发动机 的效率 (填“升高”“降低”或“不 变”),如图所示为某汽车内燃机工作时的能 量流向图,该内燃机的热机效率是 。 (第8题) 答案讲解 9. 如表是小明研究某货车时收集的一 些数据。如果该货车载满货物后在 平直的公路上匀速行驶时,货车受 到的阻力是总重的1 10 ,那么 在 匀 速 行 驶 10km的过程中:(g取10N/kg) (1) 该货车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 ✕✕ 外形尺寸 5×1.9×23(m) 变速箱 A85 空车质量 1.5t 最高车速 120km/h 满载时 载货质量 2.5t 空载时 百公里油耗 12L 燃油密度0.8×103kg/m3 满载时 百公里油耗 20L 燃油热值 5×107J/kg 10. (2024·重庆校级段考)如图甲所示,标准大 气压下,普通煤炉把壶内20℃、5kg的水烧 开需要完全燃烧一定质量的煤,此过程中, 烧水效率为20%。为提高煤炉的效率,创 意小组设计了双加热煤炉,如图乙所示,在 消耗等量煤烧开壶内初温相同、等量的水的 过程中,还可额外把炉壁间的10kg水从20℃ 加热至40℃,求在以上过程中:[q煤 取3× 107J/kg,c水=4.2×103J/(kg·℃)] (1) 普通煤炉将壶内20℃、5kg的水烧开需 要吸收的热量。 (2) 普通煤炉完全燃烧煤的质量。 (3) 双加热煤炉的烧水效率。 (第10题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能的利用