专题01 热学中的效率问题专项训练（竞赛精练） -2024-2025学年初中物理竞赛能力培优精练（九年级） ）

专题01 热学中的效率问题专项训练 全国初中物理竞赛试题精编 一、单选题 1．物理兴趣小组用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了加热过程中水温随时间变化的曲线，如图所示。若6min内共燃烧了0.6kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值取3×107J/kg。假设单位时间内燃烧煤的质量相同，下列判断正确的是（　　） A．煤的热值表示煤完全燃烧可以释放3×107J的热量 B．0~4min内水吸收的热量为2.52×106J C．此次加热过程中的热效率为14% D．将煤磨成粉末，可以增大煤的热值 【答案】C 【知识点】热机效率的计算 【详解】A．煤的热值是指1kg煤完全燃烧时放出的热量为3×107J，故A错误； B．由图象可知，0∼4min内，水的温度变化量 Δt=t−t0=70∘C−20∘C=50∘C则水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×50∘C=2.1×106J故B错误； C．6min内煤完全燃烧释放的热量 Q放=mq=0.6kg×3×107J/kg=1.8×107J0∼6min内水吸收的热量 此次加热过程中的热效率 故C正确； D．将煤磨成粉末，可以燃烧的更充分，但煤的热值不变，因为热值是燃料的一种特性，与燃料的质量、是否完全燃烧等因素无关，故D错误。 故选C。 2．甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2∶5 B．5∶2 C．5∶6 D．6∶5 【答案】D 【知识点】热机效率的计算 【详解】由热机效率公式可得 由于两台汽油机使用相同的汽油，且汽油的热值相同，设为q，由得甲、乙两台汽油机在t时间内消耗的汽油质量之比为 故选D。 3．在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率= ，一个人骑电动自行车，在1.5h内行驶了30 km。其电动自行车的铭牌如下： 车型：20时（车轮直径：508 mm） 电池规格：36V12Ah（蓄电池） 整车质量：40kg 额定转速：210r/min（转/分） 外形尺寸：L1800mm×W650mm×H1100mm 充电时间：2~8h 电机：后轮驱动、直流永磁式电机 额定工作电压/电流：36V/5A 一辆载有4人的普通轿车，车的油耗为10L/100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比约为（　　）。（汽油的燃烧值为4.6×107J/kg，汽油的密度为0.72 ×103kg/m3，汽车发动机的效率约为30%） A．250：1 B．75：1 C．8：1 D．25：1 【答案】D 【知识点】热机效率的计算、热值的公式及相关计算 【详解】①电动车行驶30千米的客运效率，已知U=36V，I=5A t=1.5h=5400s 则电动车消耗的行驶30千米消耗的能量 W1=UIt=36V×5A×5400s=9.72×105J 电动车的客运效率 ②轿车行驶100千米的客运效率，已知q=4.6×107J/Kg，ρ=0.72×103kg/m3 V=10L=1×10−2m3 轿车行驶100千米所消耗的汽油质量 m=ρV=0.72×103kg/m3×1×10−2m3=7.2kg 轿车行驶100千米所消耗能量 Q=mq=7.2kg×4.6×107J/Kg=3.312×108J 轿车的客运效率 两者的客运效率之比 故选D。 4．如图甲、乙所示，规格相同的A、B两杯中分别装有和的牛奶，并用不同加热器同时对其加热，根据所记录的数据分别得到图丙的温度与加热时间的关系图像C和D。已知加热器的加热效率相同，牛奶的比热容为。则下列说法正确的是（　　） ①B杯中牛奶每分钟吸收的热量为 ②若两杯牛奶都从20℃加热，A、B两杯牛奶升高的温度之比为3∶2 ③若将A、B两杯中的牛奶都从20℃加热至60℃，需要的时间之比是2∶3 ④甲、乙图中的加热器每分钟放出的热量之比为9∶8 A．只有①②③正确 B．只有②③④正确 C．只有①②④正确 D．只有①③④正确 【答案】B 【知识点】热机效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热 【详解】①．由图丙的D图线知道，加热3min 时，B杯中牛奶升高的温度 由图像知道，牛奶的温度变化随时间的增加而均匀升高，所以，加热1min时，B杯中的牛奶升高的温度 此时B杯中的牛奶吸收热量 故①错误； ②④．由图丙知道，牛奶的温度从20℃升高到40℃时，A杯的加热时间为2min，此时A杯中的牛奶吸收热量 A杯中的牛奶每分钟吸收热量为 由于加热器的加热效率相同，A杯中加热器每分钟放出的热量 B杯中加热器每分钟放出的热量 则甲、乙图中的加热器每分钟放出的热量之比 加热5minA、B杯中牛奶吸收的热量之比为 由知道，两杯牛奶升高的温度之比为 故②④正确； ③．A、B两杯中的牛奶从 20℃加热至60℃，升高的温度相同，比热容相同，由知道，所需热量之比 加热时间之比为 故③正确。 综上所述，正确的有②③④，故ACD错误，B正确。 故选B。 5．用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体（其中一种是水）。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像（如图2），乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法正确的是（　　） A． B．乙液体是水 C．0~8min乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为35% 【答案】D 【知识点】热值的公式及相关计算、计算物体温度变化时的吸放热、比热容的概念、单位和物理意义 【详解】BC．由图2可知，加热相同的时间，甲和乙吸收的热量相同，甲温度变化得少，因此甲是水，0~8min内甲吸收的热量 因为单位时间内甲和乙吸收的热量相同，所以0~8min乙吸收的热量为，故BC错误； A．0~8min乙吸收的热量为，则0~4min内乙吸收的热量为 0~4min内乙温度升高了 则乙的比热容 故A错误； D．乙加热至沸腾用时10min，则10mn内乙吸收的热量 乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精，酒精燃烧释放的热量为 该酒精灯的加热效率为 故D正确。 故选D。 6．某可回收火箭使用的燃料为液态甲烷，回收时，火箭通过发动机向下喷火控制推力，沿竖直方向先从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且。不计运动过程中的空气阻力，忽略火箭质量的变化，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷含有的热量多 B．AC段火箭的重力势能转化为动能 C．AB段重力做功的功率大于BC段 D．BC段火箭的机械能不变 【答案】C 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、物体运动过程中各种机械能的变化情况、P=W/t 【详解】A．热量是过程量，不能说物体含有热量多或少，火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷的热热值大，燃烧相同质量的甲烷和其它液体相比，甲烷产生的热量更多，故A错误； B． AC段火箭的高度降低，重力势能减小，速度减小，动能减小，重力势能没有转化成动能，而是转化内能，故B错误； C．从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且，因此火箭在AB段运动的时间小于在BC段运动的时间，由可知，AB、BC两端重力做的功相同，由可知，AB段重力做功的功率大于BC段，故C正确； D．BC段火箭的速度不变，质量不变，动能不变，火箭的高度降低，重力势能减少，机械能等于动能和重力势能之和，因此机械能变小，故D错误。 故选C。 7．小明利用图-1的装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对100g的热水加热4min，然后立即将其熄灭，测得消耗燃料4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图-2中a线所示。已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有60%被水吸收。实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图-2中b线所示图像。水的比热容为，整个过程中忽略水的质量变化，下列说法中正确的是（   ） A．通过图线a计算得知4min水吸收到的热量为2520J B．通过计算得出该燃料的热值为 C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大 D．b线代表的水的质量小于a线代表的水的质量 【答案】B 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算 【详解】A．通过图线a可知，水在加热2min后沸腾，可知加热2min，水吸收到的热量是 则4min水吸收到的热量为 故A错误； B．消耗燃料4.2g放出的热量为 该燃料的热值为 故B正确； C．因为燃料燃烧时，有热损失，水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量，所以计算出的燃料的热值比实际的热值偏小，故C错误； D．由图可知，0-2min内，相同时间，两杯水吸收的热量相同，温度变化相同，根据可知，两杯水的质量相等，故D错误。 故选B。 二、多选题 8．用相同的酒精灯加热初温相同（未知）、质量均为100g的甲、乙两种液体，已知68min消耗酒精的质量为0.4g，它们的温度随时间变化的图像如图，甲、乙单位时间吸收的热量相等，甲的比热容c甲=2×103J/（kg•℃），酒精的热值q酒 =3×107J/kg（单位时间消耗酒精的质量相同）。下列说法正确的是（　　） A．甲液体的沸点为80℃，乙液体的沸点为40℃ B．68min酒精灯对甲液体的加热效率约为33.3% C．甲、乙两种液体的初温都是0℃ D．乙液体的比热容c乙=4×103J/（kg•℃） 【答案】ABC 【知识点】沸腾的条件、沸点、比热容的定义式、热机效率的计算 【详解】A．液体沸腾的特点是温度不变，持续吸热，由图可知，甲液体在80℃时，持续吸热温度不变，故可知甲液体的沸点为80℃，同理可知乙液体的沸点为40℃，故A正确； B．结合图像可得，68min甲液体吸收的热量为 酒精燃烧放出的热量为 加热效率为 故B正确； C．由图可知，甲、乙两液体的温度都是从0℃开始升高的，故甲、乙两种液体的初温都是0℃，故C正确； D．甲、乙单位时间吸收的热量相等，06min内甲、乙两液体吸收的热量相同，则有 则乙液体的比热容为 故D错误。 故选ABC。 9．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为2.4×104N，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其v-t图象如图所示，在0-10s内通过的路程为150m，10-15s共燃烧了0.015kg的汽油，下列说法正确的是（汽油的热值q汽油=5×107J/kg）（　　） A．汽车在0-10s内的平均速度为15m/s B．汽车在10-15s内牵引力做功2.4×105J C．汽车在运动过程中牵引力先变大后不变 D．汽车在10-15s内发动机的转化效率为32% 【答案】ABD 【知识点】热机效率的计算、功的计算和估算、二力或多力平衡问题、计算物体运动的速度 【详解】A．由题知，在0-10s内通过的路程为150m，则在0~10s内汽车的平均速度 故A正确； B．行驶中所受阻力大小为 由图可知，汽车在10-15s内做匀速直线运动，牵引力等于阻力 由图可知，汽车在10-15s内行驶的路程为 汽车在10-15s内牵引力做功 故B正确； C．由图可知，汽车先加速行驶后匀速行驶，根据力与运动的关系可知，当牵引力大于阻力时汽车做加速运动，当牵引力等于阻力时汽车做匀速运动，所以汽车匀速行驶的牵引力小于加速时的牵引力，所以该行驶过程中，汽车牵引力有减小的过程，故C错误； D．汽车在10-15s燃烧汽油释放的能量为 汽车在10-15s内发动机的转化效率为 故D正确。 故选ABD。 10．如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，在标准大气压下，若质量为2kg的B燃料完全燃烧释放的热量为J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为38℃的水吸收，J/（kg·℃），下列说法正确的是（　　） A．从图中可看出A燃料的热值大于B燃料的热值 B．B的热值是J/kg C．水吸收了热量后水的温度将升高70℃ D．水吸收了热量后水的温度将升高62℃ 【答案】BD 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算 【详解】A．如图 取相同质量的燃料，由图可知，当燃料的质量为m0时，燃料完全燃烧放出的热量，由可知，燃料A、B的热值，即A燃料的热值小于B燃料的热值，故A错误； B．B燃料的热值 故B正确； CD．水吸收的热量 水升高的温度 水的末温 在一标准大气压下水的沸点是100°C，水沸腾时吸收热量、温度不变，因此水的温度将升高 故C错误，D正确。 故选BD。 11．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是，满负荷工作时做功冲程燃气的平均气压为，飞轮转速为，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），消耗汽油，（，．）则下列计算正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力 B．一个做功冲程中，燃气对活塞做的功 C．汽油机的功率为 D．汽油机的效率为 【答案】AB 【知识点】压强公式的简单应用、功的计算和估算、P=W/t、热机效率的计算 【详解】A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力 F=pS=9×105pa×30×10-4m2=2700N 故A正确； B．一个做功冲程中，燃气对活塞做的功 W=Fs=2700N×50×10-3m=135J 故B正确； C． 1min飞轮转1800转，活塞对外做了900次功， 活塞在1min里对外做的功 W=135J×900=1.215×105J 汽油机的功率 故C错误； D．lmin里燃烧汽油的质量 lmin里燃烧汽油放出的热量 Q=mq=0.012kg×4.6×107J/kg=5.52×105J 汽油机的效率 故D错误。 故选AB。 12．小帆用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图象如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q=3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水=4.2×103 J/(kg·℃)，则下列说法中正确的是（　　） A．c乙=2.4×103 J/(kg·℃) B．乙的吸热能力小于甲的吸热能力 C．0~8min乙吸收的热量为3.36×105 J D．该酒精灯的加热效率为35% 【答案】BD 【知识点】热机效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热、不同物质的吸热本领 【详解】AB．根据图乙可知，质量相同的甲和乙升高相同的温度，甲的加热时间是乙的加热时间的倍，则甲吸收的热量是乙吸收热量的倍，则甲的吸热能力大于乙的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以甲为水；根据可知，甲的比热容是乙的比热容的倍，乙的比热容 故A错误，B正确； C．用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于乙吸收的热量，0~8min乙吸收的热量等于甲吸收的热量 Q乙=Q水=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J 故C错误； D．酒精完全燃烧放出的热量为 Q放=qm酒精=3×107J/kg×0.004kg=1.2×105J 乙从加热到沸腾吸收的热量为 酒精灯的加热效率为 故D正确。 故选BD。 13．小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q酒精＝3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/（kg•℃），则下列说法中正确的是（　　） A．c乙＝2.4×103J/（kg•℃） B．乙的吸热能力小于甲的吸热能力 C．0~8min乙吸收的热量为3.36×104J D．该酒精灯的加热效率为35% 【答案】BCD 【知识点】热机效率的计算、热值的公式及相关计算、比热容的定义式、不同物质的吸热本领 【详解】AB．根据图乙可知，质量相同的甲和乙升高相同的温度，甲的加热时间是乙的加热时间的2倍，则甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，则甲的吸热能力大于乙的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以甲为水；根据可知，甲的比热容是乙的比热容的2倍，乙的比热容为 故A错误，B正确； CD．用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于乙吸收的热量，0~8min乙吸收的热量等于甲吸收的热量 酒精完全燃烧放出的热量为 乙从加热到沸腾吸收的热量为 酒精灯的加热效率为 故CD正确。 故选BCD。 14．某品牌汽车的质量为M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为ρ1、质量为m，发动机的效率为。若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的k倍（k<1，为常数），受到的空气阻力为f，忽略其它摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为ρ2的新材料（ρ2<ρ1），并对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了2%，还将车子的发动机效率提高到了，改进后汽车以相同的速度匀速行驶。设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，改进前的耗油量m1，改进后汽车的耗油量m2，在满足上述条件下说法正确的是（　　） A．在消耗等量燃油的情况下，改进后汽车的行驶路程更长 B．改进后汽车以相同的速度匀速行驶时，有用功的功率变小 C．若燃油的热值为q，汽车匀速行驶的路程为s，则 D．改进后汽车的耗油量m2与改进前的耗油量m1的比为 【答案】AD 【知识点】热机效率的计算、P=Fv、功的计算和估算 【详解】A．在消耗等量燃油的情况下，提供的热量相同，由m=ρV可知改进后汽车的质量减小，由G=mg可知汽车的重力减小，汽车受到的摩擦力减小，对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了2%，汽车匀速行驶，牵引力等于空气阻力和摩擦力之和，牵引力减小，将车子的发动机效率提高到了，由W=Qη可知牵引力做的功增大，由W=Fs可知改进后汽车的行驶路程更长，故A正确； B．改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，有用功是对驾乘人员做的功，改进前后，有用功相同，汽车以相同的速度匀速行驶时，由可知行驶的时间相同，由可知有用功的功率不变，故B错误； C．汽车的行驶路程为s，汽油的热值为q，根据题意得：改进前发动机的效率为 因为匀速运动，所以牵引力 F1=f1 f1=kMg+f 则 故C错误； D．设改进后车外壳的质量为m′，由选项C可知 则改进前耗油量 改进后发电机的效率 改进前后体积相等 改进后汽车的质量 因为匀速运动，所以 则发电机效率 改进后耗油量 则 故D正确。 故选AD。 三、填空题 15．新疆位于祖国的西北边陲，独特的气候和地形条件适合优质棉的种植。 (1)新疆长绒棉具有纤维柔长，质地柔软，手感舒适，弹性和吸水性良性等优势，如图甲所示，其棉纤维长度大约为38﹣39 ； (2)棉花的种植过程采用膜下种植，滴灌浇水，这样既保证了土壤温度不会太低，也有效防止土壤内部水分 （填物态变化名称）过快，导致旱苗现象的发生； (3)利用电动植保无人机对棉田进行低空喷洒农药，可以有效防治病虫害的侵袭。如图乙是一种电动“四旋翼”植保无人机，它的质量为28kg，匀速水平飞行的过程中，其一个旋翼产生的升力为 N。当它在对棉田喷药作业时，它具有的惯性将 （填“变大”“变小”或“不变”）。电动植保无人机的旋翼是利用通电线圈在 中受力转动的原理工作的。增大线圈中的电流，旋翼的转速会 （填“变快”或“变慢”）。在空中飞行时，只要增加 侧两个旋翼的转速，就能使该无人机右侧抬升，向左倾斜飞行； (4)棉花的种植到采摘过程都已实现了机械化。如图丙所示某型号采棉机发动机的功率约为280马力（1马力≈735W），采棉量为300亩/12h，油耗为2.4kg/亩，则此采棉机的效率是 %。（已知柴油的热值为4.3×107J/kg，结果保留整数）。 【答案】(1)mm (2)汽化 (3) 70 变小 磁场 变快 右 (4)29 【知识点】热机效率的计算 【详解】（1）由图甲可知，棉纤维长度大约为38﹣39mm。 （2）滴灌浇水，减少了水的表面积，可以减少土壤内部水分蒸发。 （3）[1]无人机匀速运动过程中受力是平衡的，受到竖直向上的升力和竖直向下的重力，升力等于重力，一共有四个机翼，故一个旋翼产生的升力为 [2]惯性的大小与物体的质量有关，当它在对棉田喷药作业时，其质量变小，因此它具有的惯性将变小。 [3][4]电动植保无人机的旋翼的工作原理与电动机的工作原理相同，是利用通电线圈在磁场中受到力的作用而发生转动的原理制成的，受到力的大小与电流的大小和磁场的强弱有关，增大线圈中的电流，则收到的力变大，旋翼的转速会变快。 [5]若增大右侧两个旋翼的转速，使右侧旋翼对空气向下的作用力变大，根据物体间力的作用是相互的，从而使空气对右侧旋翼向上作用力变大，使右侧抬升，向左倾斜飞行。 （4）采棉量为300亩/12h，采摘1亩地需要的时间为 则发动机做的机械功为 油耗为2.4kg/亩，柴油完全燃烧发出的热量为 则此采棉机的效率为 16．某单缸四冲程汽油机在1s内完成了100个冲程，则每秒对外做功 次，该汽油机工作时飞轮转速是 r/min，若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油 kg（q汽油=4.6×107J/kg）。 【答案】 25 3000 0.9 【知识点】热机效率的计算、汽油机的构造与工作过程 【详解】[1][2]单缸四冲程汽油机完成1个工作循环，完成4个冲程，飞轮转2转，对外做功1次；1s内完成了100个冲程，则每秒对外做功次数为 每秒完成25个工作循环，飞轮转50转，故转速为 [3]每秒对外做功 连续工作1小时，对外做功 根据需消耗汽油释放的能量 所以，连续工作1小时需消耗汽油的质量 17．有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是 W，机械效率是 。（） 【答案】 1250 32.6% 【知识点】P=W/t、汽油机的构造与工作过程、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】[1]因单缸四冲程汽油机满负荷工作时，一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次，已知飞轮的转速是300r/min，所以，每分钟共有150个工作循环，对外做功150次，则单缸四冲程汽油机满负荷工作1min做的功 该汽油机的功率 [2]每分钟消耗5g汽油，5g汽油完全燃烧释放的热量 满负荷工作时这种汽油机把内能转化为机械能的效率 四、计算题 18．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（）。 (1)某火箭发射时携带了液态氢燃料，若这些燃料完全燃烧释放的热量全部被水吸收最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？［，当地大气压为1个标准大气压］ (2)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，一辆氢能源车以的功率在水平路面沿直线匀速行驶50min，消耗了3kg燃料，求发动机的效率。 【答案】(1)1.25×107kg (2)50% 【知识点】P=W/t、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）液态氢完全燃烧释放的热量 水吸收的热量 水升高的温度 由得，被加热的水的质量 （2）氢能源车行驶的时间 由得，氢能源车牵引力做的功 3kg液态氢完全燃烧释放的热量 发动机的效率为 19．全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机平均效率为29%。 (1)汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油在 时放出的热量为4.6×107J。 (2)全球10亿辆汽车每年燃烧汽油完全放出的热量为 J。 (3)如果能把内燃机效率提高1%，全球每年可以节约 吨燃油。 【答案】(1)完全燃烧 (2)8.28×1019 (3)6×107 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】[1]热值也称为燃料发热量，指固体或液体单位质量或气体单位体积的燃料完全燃烧，燃烧产物冷却到燃烧前的温度（一般为环境温度）所释放出来的热量；因此汽油的热值是4.6×105J/kg，其物理意义是：质量为1kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107J。 [2]10亿辆汽车每年燃烧燃油质量为 根据计算10亿辆汽车每年燃烧燃油完全放出的热量为 [3]汽车的有用功保持不变为 内燃机效率提高1%，燃油燃烧需要放出的热量为 需要燃烧燃油质量为 全球每年可以节约燃油质量为 20．如图为汽油机做功冲程的示意图，若某型号单缸四冲程汽油机的活塞冲程长度为，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压力为，活塞以1200次/分钟做往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次，求： (1)汽油机在此工作状态下，对外做的一次功的大小； (2)汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率； (3)如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率为多少。（，不计摩擦，结果保留两位有效数字） 【答案】(1)360J (2)3600W (3)23% 【知识点】热机效率的计算、P=W/t、功的计算和估算 【详解】（1）做功冲程燃气的平均压力为，活塞冲程长度为，则对外做的一次功的大小 （2）活塞以1200次/分钟做往复运动，由于活塞往复运动2次，对外做一次功，则1min对外做功600次，所以1min内做功的功率 （3）每分钟消耗20g汽油，完全燃烧放出热量 汽油机把内能转化为机械能的效率 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 专题01 热学中的效率问题专项训练 全国初中物理竞赛试题精编 一、单选题 1．物理兴趣小组用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了加热过程中水温随时间变化的曲线，如图所示。若6min内共燃烧了0.6kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值取3×107J/kg。假设单位时间内燃烧煤的质量相同，下列判断正确的是（　　） A．煤的热值表示煤完全燃烧可以释放3×107J的热量 B．0~4min内水吸收的热量为2.52×106J C．此次加热过程中的热效率为14% D．将煤磨成粉末，可以增大煤的热值 2．甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2∶5 B．5∶2 C．5∶6 D．6∶5 3．在交通运输中，常用“客运效率”来反映交通工具的某项效能，“客运效率”表示每消耗单位能量对应的载客数和运送路程的乘积，即客运效率= ，一个人骑电动自行车，在1.5h内行驶了30 km。其电动自行车的铭牌如下： 车型：20时（车轮直径：508 mm） 电池规格：36V12Ah（蓄电池） 整车质量：40kg 额定转速：210r/min（转/分） 外形尺寸：L1800mm×W650mm×H1100mm 充电时间：2~8h 电机：后轮驱动、直流永磁式电机 额定工作电压/电流：36V/5A 一辆载有4人的普通轿车，车的油耗为10L/100km，则电动自行车与这辆轿车的客运效率之比约为（　　）。（汽油的燃烧值为4.6×107J/kg，汽油的密度为0.72 ×103kg/m3，汽车发动机的效率约为30%） A．250：1 B．75：1 C．8：1 D．25：1 4．如图甲、乙所示，规格相同的A、B两杯中分别装有和的牛奶，并用不同加热器同时对其加热，根据所记录的数据分别得到图丙的温度与加热时间的关系图像C和D。已知加热器的加热效率相同，牛奶的比热容为。则下列说法正确的是（　　） ①B杯中牛奶每分钟吸收的热量为 ②若两杯牛奶都从20℃加热，A、B两杯牛奶升高的温度之比为3∶2 ③若将A、B两杯中的牛奶都从20℃加热至60℃，需要的时间之比是2∶3 ④甲、乙图中的加热器每分钟放出的热量之比为9∶8 A．只有①②③正确 B．只有②③④正确 C．只有①②④正确 D．只有①③④正确 5．用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体（其中一种是水）。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像（如图2），乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法正确的是（　　） A． B．乙液体是水 C．0~8min乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为35% 6．某可回收火箭使用的燃料为液态甲烷，回收时，火箭通过发动机向下喷火控制推力，沿竖直方向先从A点减速运动到B点，再从B点匀速运动到C点，且。不计运动过程中的空气阻力，忽略火箭质量的变化，下列说法正确的是（　　） A．火箭使用液态甲烷为燃料的原因之一是甲烷含有的热量多 B．AC段火箭的重力势能转化为动能 C．AB段重力做功的功率大于BC段 D．BC段火箭的机械能不变 7．小明利用图-1的装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对100g的热水加热4min，然后立即将其熄灭，测得消耗燃料4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图-2中a线所示。已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有60%被水吸收。实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图-2中b线所示图像。水的比热容为，整个过程中忽略水的质量变化，下列说法中正确的是（   ） A．通过图线a计算得知4min水吸收到的热量为2520J B．通过计算得出该燃料的热值为 C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大 D．b线代表的水的质量小于a线代表的水的质量 二、多选题 8．用相同的酒精灯加热初温相同（未知）、质量均为100g的甲、乙两种液体，已知68min消耗酒精的质量为0.4g，它们的温度随时间变化的图像如图，甲、乙单位时间吸收的热量相等，甲的比热容c甲=2×103J/（kg•℃），酒精的热值q酒 =3×107J/kg（单位时间消耗酒精的质量相同）。下列说法正确的是（　　） A．甲液体的沸点为80℃，乙液体的沸点为40℃ B．68min酒精灯对甲液体的加热效率约为33.3% C．甲、乙两种液体的初温都是0℃ D．乙液体的比热容c乙=4×103J/（kg•℃） 9．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为2.4×104N，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其v-t图象如图所示，在0-10s内通过的路程为150m，10-15s共燃烧了0.015kg的汽油，下列说法正确的是（汽油的热值q汽油=5×107J/kg）（　　） A．汽车在0-10s内的平均速度为15m/s B．汽车在10-15s内牵引力做功2.4×105J C．汽车在运动过程中牵引力先变大后不变 D．汽车在10-15s内发动机的转化效率为32% 10．如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，在标准大气压下，若质量为2kg的B燃料完全燃烧释放的热量为J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为38℃的水吸收，J/（kg·℃），下列说法正确的是（　　） A．从图中可看出A燃料的热值大于B燃料的热值 B．B的热值是J/kg C．水吸收了热量后水的温度将升高70℃ D．水吸收了热量后水的温度将升高62℃ 11．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是，满负荷工作时做功冲程燃气的平均气压为，飞轮转速为，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），消耗汽油，（，．）则下列计算正确的是（　　） A．做功冲程中燃气对活塞的平均压力 B．一个做功冲程中，燃气对活塞做的功 C．汽油机的功率为 D．汽油机的效率为 12．小帆用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图象如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q=3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水=4.2×103 J/(kg·℃)，则下列说法中正确的是（　　） A．c乙=2.4×103 J/(kg·℃) B．乙的吸热能力小于甲的吸热能力 C．0~8min乙吸收的热量为3.36×105 J D．该酒精灯的加热效率为35% 13．小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（q酒精＝3×107J/kg）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/（kg•℃），则下列说法中正确的是（　　） A．c乙＝2.4×103J/（kg•℃） B．乙的吸热能力小于甲的吸热能力 C．0~8min乙吸收的热量为3.36×104J D．该酒精灯的加热效率为35% 14．某品牌汽车的质量为M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为ρ1、质量为m，发动机的效率为。若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的k倍（k<1，为常数），受到的空气阻力为f，忽略其它摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为ρ2的新材料（ρ2<ρ1），并对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了2%，还将车子的发动机效率提高到了，改进后汽车以相同的速度匀速行驶。设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，改进前的耗油量m1，改进后汽车的耗油量m2，在满足上述条件下说法正确的是（　　） A．在消耗等量燃油的情况下，改进后汽车的行驶路程更长 B．改进后汽车以相同的速度匀速行驶时，有用功的功率变小 C．若燃油的热值为q，汽车匀速行驶的路程为s，则 D．改进后汽车的耗油量m2与改进前的耗油量m1的比为 三、填空题 15．新疆位于祖国的西北边陲，独特的气候和地形条件适合优质棉的种植。 (1)新疆长绒棉具有纤维柔长，质地柔软，手感舒适，弹性和吸水性良性等优势，如图甲所示，其棉纤维长度大约为38﹣39 ； (2)棉花的种植过程采用膜下种植，滴灌浇水，这样既保证了土壤温度不会太低，也有效防止土壤内部水分 （填物态变化名称）过快，导致旱苗现象的发生； (3)利用电动植保无人机对棉田进行低空喷洒农药，可以有效防治病虫害的侵袭。如图乙是一种电动“四旋翼”植保无人机，它的质量为28kg，匀速水平飞行的过程中，其一个旋翼产生的升力为 N。当它在对棉田喷药作业时，它具有的惯性将 （填“变大”“变小”或“不变”）。电动植保无人机的旋翼是利用通电线圈在 中受力转动的原理工作的。增大线圈中的电流，旋翼的转速会 （填“变快”或“变慢”）。在空中飞行时，只要增加 侧两个旋翼的转速，就能使该无人机右侧抬升，向左倾斜飞行； (4)棉花的种植到采摘过程都已实现了机械化。如图丙所示某型号采棉机发动机的功率约为280马力（1马力≈735W），采棉量为300亩/12h，油耗为2.4kg/亩，则此采棉机的效率是 %。（已知柴油的热值为4.3×107J/kg，结果保留整数）。 16．某单缸四冲程汽油机在1s内完成了100个冲程，则每秒对外做功 次，该汽油机工作时飞轮转速是 r/min，若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油 kg（q汽油=4.6×107J/kg）。 17．有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功500J，曲轴的转速是300r/min，每分钟消耗汽油5g。则该内燃机的功率是 W，机械效率是 。（） 四、计算题 18．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（）。 (1)某火箭发射时携带了液态氢燃料，若这些燃料完全燃烧释放的热量全部被水吸收最多能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾？［，当地大气压为1个标准大气压］ (2)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，一辆氢能源车以的功率在水平路面沿直线匀速行驶50min，消耗了3kg燃料，求发动机的效率。 19．全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机平均效率为29%。 (1)汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油在 时放出的热量为4.6×107J。 (2)全球10亿辆汽车每年燃烧汽油完全放出的热量为 J。 (3)如果能把内燃机效率提高1%，全球每年可以节约 吨燃油。 20．如图为汽油机做功冲程的示意图，若某型号单缸四冲程汽油机的活塞冲程长度为，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压力为，活塞以1200次/分钟做往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次，求： (1)汽油机在此工作状态下，对外做的一次功的大小； (2)汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率； (3)如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率为多少。（，不计摩擦，结果保留两位有效数字） 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$