期末专项练习：内能 内能的利用---热机效率相关计算---2024-2025学年苏科版物理九年级上册

专项练习：内能 内能的利用---热机效率相关计算 1．如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图．汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况．该款车以 20m/s 的速度在一段平直的公路上匀速行驶了 108km 时，消耗汽油1.2kg．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为 30%，那么，在这段运动过程中，求：（已知：汽油的热值为 4.5×107J/kg） （1）汽油完全燃烧放出的热量是多少 ？ （2）该汽车发动机做的有用功是多少？ （3）该汽车的输出功率为多少？    2．一辆质量为500kg的汽车，在平直的公路上以72km/h的速度匀速行驶，汽车受到的阻力为车重的。（g取10N/kg，汽油的热值为4.6×107J/kg）求： (1)汽车的牵引力； (2)汽车的牵引力在5min内做的功； (3)若汽车发动机的热效率为40%，则在这段时间内要完全燃烧多少kg的汽油？ 3．2020年1月27日，为抗击新型冠状病毒肺炎疫情，安徽医科大学各附属医院紧急派出22名医护人员，他们与其他省属医院的白衣战士一起，组成安徽省第一批支援武汉的医疗队伍，出征武汉。假设客车（包括车上的人和物资）总质量为5×103kg，在某段平直的高速公路上客车以90km/h的速度匀速行驶了200km，平均每百公里油耗为20L，所受的平均阻力是客车总重的0.04倍，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧，汽油的密度为0.75×103kg/m3，g取10N/kg），求： （1）客车匀速行驶的牵引力是多少？ （2）客车行驶200km牵引力做了多少功？ （3）客车发动机的效率是多少？ 4．为了测定某额定功率为1500W的电热水器的效率，物理兴趣小组的同学在热水器中加了2kg的水，让热水器正常工作5min，水温从20℃上升至70℃，求：（c水=4.2×103J/（kg·℃） 天然气的热值为4.2×107J/m3） (1)水吸收了多少热量? (2)该热水器正常工作时的效率 (3)若此过程改用天然气来加热、则至少需要多少m3天然气? 5．某家庭需要将60kg、20℃的水加热到70℃作为生活用水，他们利用煤气灶烧热水时，需要燃烧0.9kg的煤气．已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容为C=4.2×103J/（kg·℃）．求： （1）把60kg、20℃的水加热到70℃需吸收的热量； （2）0.9kg的煤气完全燃烧时放出的热量； （3）煤气灶烧水的效率． 6．某物理兴趣小组的同学，用燃气灶烧水时给10 kg水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了0.08 kg的天然气，水的比热容为，天然气的热值为。求： (1)天然气完全燃烧产生的热量； (2)经过6 min时间加热，水所吸收的热量； (3)燃气灶烧水时的热效率。 7．某型号汽车在车型测试中，受到的牵引力恒为，在一段平直的公路上匀速行驶了60km，消耗汽油15L。已知汽油密度为，汽油的热值为。假设汽油完全燃烧。求： （1）15L汽油完全燃烧放出的热量； （2）该汽车汽油机的效率。 8．随着“西气东输”，天然气已进入了城区大部分家庭，小明家就早已使用天然气了。好学物理的小明向水壶里加入了5kg、20℃的水，记录下当时的气量表示数是134.73lm3．然后点火将火调到最大烧水，并开始同步计时，当水烧至沸腾时（1标准大气压），气量表读数为134.77lm3，用时24min，小时查到天然气的热值约为8.0×107J/m3，水的比热容为4.2×103。 试求：(1)壶中的水吸收了多少热量？ (2)天然气完全燃烧放出的热量是多少？ (3)小明家天然气炉具的效率是多少？ 9．小华家里用的是燃气灶，他尝试估测该燃气灶的加热效率。小华在水壶中装入4L水，水的初温是20℃，然后用燃气灶将水烧开，他观察天然气表发现此次烧水用了0.1m3天然气，已知q天然气=3.2×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃），ρ水=1.0×103kg/m3，当地气压为标准大气压。求： （1）壶中水吸收的热量； （2）0.1m3天然气完全燃烧放出的热量； （3）该燃气灶的加热效率。 10．小明在家用燃气灶烧开水，已知水壶里水的体积为1.5L，水的初温为20℃，现将水加热至100℃，消耗燃气为0.02m3，已知此次烧水过程中，燃气灶的效率60%，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）， （1）水壶中的水吸收的热量是多少？内能增加多少？ （2）燃气放出的热量是多少？ （3）通过以上数据分析得出，燃气的热值是多少？ 11．一辆轿车在平直的高速公路上匀速行驶36km，若轿车匀速行驶过程中发动机的功率为40kW，轿车上的速度表如图所示。求： （1）在此过程中汽车的牵引力所做的功是多少？ （2）该车匀速行驶过程中所受到的阻力是多大？ （3）若这段路程中轿车消耗5kg汽油，其发动机的效率为多大？（q汽油=4×107J/kg） 12．小华一家驾驶小汽车进行自驾游，在某直线路段小汽车匀速行驶50km，消耗汽油3kg。若汽油机的效率为30%，汽油的热值为4.5×107J/kg，小汽车所受阻力大小不变，求该过程中： (1)汽油完全燃烧放出的热量： (2)汽车发动机输出的有用功； (3)汽车牵引力的大小。 13．2017年5月18日，中国科学家首次在南海试采可燃冰取得圆满成功，实现了我国天然气水合物开发的历史性突破．可燃冰清洁无污染，储量巨大，是一种非常理想的新型能源，可燃冰的热值很大，是天然气热值的10倍以上，若按10倍计算．【c水=4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值q气=7.0×107J/m3】求： （1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为多少？ （2）若第（1）问中放出热量的60%用来对小轿车做功，以1000N的动力进行牵引，可使小轿车行驶多远？ 14．某学校锅炉用天然气作燃料给水加热，完全燃烧4.2m3的天然气可以将500kg的水从20℃加热到80℃。已知天然气的热值为q＝4.0×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）。求： （1）完全燃烧4.2m3的天然气可以获得多少热量； （2）500kg的水从24℃升高到80℃吸收的热量； （3）该锅炉的效率。 15．现在用酒精炉给水加热，若酒精完全燃烧放出的热量只有35%被水吸收，则完全燃烧0.2kg酒精可以使多少kg水的温度从10℃升高到60℃？(酒精热值) 16．某同学做“探究水沸腾特点”的实验，用酒精灯给质量为200g、初温度为49℃的水加热，酒精灯加热的效率为35%，从开始加热到水刚好沸腾，消耗了4g的酒精（酒精完全燃烧），已知酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求： （1）完全燃烧4g酒精放出的热量是多少？ （2）水从开始加热到刚好沸腾吸收的热量是多少？ （3）实验中水的沸点是多少？ 17．小华家使用沼气作为生活燃料，在某一次给温度为20℃、10kg的水进行加热，消耗了0.1m3沼气。已知燃气灶的效率为63%，沼气完全燃烧（q＝2.5×107J/m3），水的比热容c水＝4.2×103J/（kg℃）。求： (1)沼气完全燃烧放出的热量； (2)水的温度升高了多少？ 18．很多家用电器是用遥控器开、关机的。用遥控器关机后，电源并没有断开，此时的家用电器为待机状态，用电器仍要消耗一些电能。若小明家一周（7天）因用电器待机而浪费的电能约为5.04×106J。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]求： （1）若这些电能全部用来烧水，可以将多少千克的水由20℃加热到80℃？ （2）酒精灯的热效率为30%，如果用酒精灯来提供这些能量，则酒精完全燃烧放出的热量为多少？需要完全燃烧的多少千克的酒精？（q酒精＝3×107J/kg） 19．某款摩托车，发动机的输出功率为8kW，若摩托车以36km/h的速度在水平路面上匀速直线行驶2h，消耗了3.6kg燃油（热值q=4.0×107J/kg），求： （1）摩托车行驶的路程； （2）摩托车发动机的效率； （3）匀速直线行驶过程中车所受的阻力。 20．2024年8月16日长征四号乙运载火箭在我国西昌卫星发射中心成功发射，我国探索空间的火箭一般使用液氢作为燃料，液氧作为助燃剂，液氢的热值为1.4×108J/kg，问： (1)某火箭发射时携带60t液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少J？ (2)若第一问放出的热量只有20%被水吸收，能将5×106kg、初温为10℃的水升高多少摄氏度？[c水=4.2×103J/(kg·℃)，已知当地大气压为1标准大气压] 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 参考答案： 1．（1）；（2）； 【详解】解：（1）汽油完全燃烧放出的热量 （2）由可得，该汽车发动机做的有用功是 （3）由可得，汽车行驶时间 所以，该汽车的输出功率为 答：（1）汽油完全燃烧所放出的热量为； （2）该汽车发动机做的有用功是； （3）该汽车的输出功率为。 2．(1)500N (2)3×106J (3)0.16kg 【详解】（1）汽车的重力为 G＝mg＝500kg×10N/kg＝5000N 汽车受到的阻力为 汽车做匀速行驶时，由二力平衡可知，牵引力等于阻力，即 F牵＝f＝500N （2）汽车的速度为 v＝72km/h＝20m/s 在5min内行驶的路程为 s＝vt＝20m/s×5×60s＝6000m 牵引力做的功为 W＝F牵s＝500N×6000m＝3×106J （3）汽油燃烧放出的热量为 消耗汽油的质量为 3．（1）2000N；（2）4×108J；（3）29% 【详解】解：（1）由题知客车所受的阻力为 由二力平衡的条件可知客车的牵引力为 （2）客车牵引力做的功为 （3）已知平均每百公里油耗为20L，则200km耗油的体积为 由得，耗油的质量为 消耗的汽油完全燃烧放出的热量为 则客车发动机的效率为 答：（1）客车匀速行驶的牵引力是2000N； （2）客车行驶200km牵引力做了4×108J的功； （3）客车发动机的效率是29%。 4．（1）4.2×105J （2）93.3%（3）0.01 m3 【详解】（1）根据题意知道水温度的变化是 Δt=（70-20）℃=50℃ 水吸收的热量由Q=cmΔt 可知 Q= 4.2×103J/（kg·℃）×2kg×50℃=4.2×105J （2）热水器工作5min消耗的电能 Q电=Pt=1500W×5min=4.5×105J 热水器的正常工作效率 （3）根据Q=qV可知，需要的天然气体积 5．（1）1.26×107 J；（2）3.78×107 J；（3）33.3%． 【详解】试题分析：（1）知道水的质量、水的比热容和水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量； （2）知道煤气的质量和煤气的热值，利用Q放=mq计算煤气完全燃烧放出的热量； （3）水吸收的热量是有用的能量，煤气完全燃烧放出的热量为总能量，利用效率公式求燃气灶烧水的效率． 解：（1）水吸收的热量： Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（70℃﹣20℃）=1.26×107J； （2）0.9kg煤气完全燃烧放出的热量： Q放=mq=0.9kg×4.2×107J/kg=3.78×107J； （3）燃气灶烧水的效率： η=×100%=×100%≈33.3%． 答：（1）水吸收的热量为1.26×107J； （2）0.9kg煤气完全燃烧放出的热量为3.78×107J； （3）燃气灶烧水的效率为33.3%． 【点评】本题考查了学生对吸热公式、燃料燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用，因条件已给出，难度不大． 6．(1) (2) (3)50% 【详解】（1）天然气完全燃烧产生的热量 （2）经过6 min时间加热，水所吸收的热量 （3）燃气灶烧水时的热效率 7．（1）；（2）40% 【详解】解：（1）15L汽油的质量为 完全燃烧放出的热量为 （2）汽车牵引力做的有用功为 该汽车汽油机的效率为 答：（1）15L汽油完全燃烧放出的热量为； （2）该汽车汽油机的效率为40%。 8．(1)1.68×106J；(2)3.2×106J；(3)52.5% 【详解】(1)1标准大气压，水的沸点（末温）t＝100℃，壶中的水吸收的热量为 (2)消耗天然气的体积 天然气放出的热量 (3)小明家天然气炉具的效率 答：(1)壶中的水吸收了1.68×106J的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量是3.2×106J； (3)小明家天然气炉具的效率是52.5%。 9．（1）1.344×106J；（2）3.2×106J；（3）42% 【详解】解：（1）由题意知，水的体积为 由可得，水的质量为 在1标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃；由可得，水吸收的热量为 （2）由可得，天然气燃烧放出的热量为 （3）由可得，燃气灶的效率为 答：（1）壶中水吸收的热量为1.344×106J； （2）0.1m3天然气完全燃烧放出的热量为3.2×106J； （3）燃气灶的效率为42%。 10．见解析所示 【详解】（1）水吸收的热量为 ，其内能增加为 （2），所以天然气放出的热量为 （3）根据Q=qV即       ． 11．（1）5.76×107J；（2）1600N；（3）28.8% 【详解】解：（1）由速度表知轿车速度v=90km/h，由可得，轿车的行驶时间 所以汽车的牵引力所做的功 W=Pt=40×103W×1440s=5.76×107J （2）由W=Fs可得，牵引力 汽车做匀速直线运动，处于平衡状态，即阻力与牵引力是一对平衡力，由平衡条件得，车所受的阻力 f=F=1600N （3）汽油完全燃烧释放的能量 Q=mq=5kg×4×107J/kg=2×108J 所以发动机的效率 答：（1）在此过程中汽车的牵引力所做的功是5.76×107J； （2）该车行驶过程中所受到的阻力是1600N； （3）若这段过程中轿车消耗汽油5kg，其发动机的效率是28.8%。 12．(1)1.35×108J (2)4.05×107J (3)810N 【详解】（1）汽油完全燃烧放出的热量为 Q放=qm=4.5×107J/kg×3kg=1.35×108J （2）因为汽油机的效率为30%，所以可得汽车发动机输出的有用功为 W=ηQ放=30%×1.35×108J=4.05×107J （3）小车行驶的距离为 s=50km=50000m 因为小车做匀速直线运动，受到的牵引力大小不变，所以由公式 W=Fs 可得牵引力的大小为 13．(1) 7.0×l06 J；(2) 4200m 【详解】(1)根据题意转动，可燃冰的热值是： q可燃冰=10q天然气=10×7.0×107 J/m3=7.0×108 J/m3 ； 所以0.01m3 “可燃冰”完全燃烧放出的热量是： Q放=Vq可燃冰=0.01m3 ×7.0×108 J/m3 =7.0×l06 J； (2)如果这些热量有60%用来对小轿车做功，则牵引力做的功是： W=ηQ放 =60%×7.0×l07 J=4.2×106 J； 由W=Fs知道，轿车行驶的距离是： ． 答：(1)体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量是7.0×l06 J； (2)可使小轿车行驶4200m． 14．（1）3.68×108J；（2）1.176×108J；（3）70% 【详解】解：（1）天然气完全燃烧放出的热量 Q放＝qV＝4.0×103J/m3×4.6m3＝1.68×108J （2）水吸收的热量 Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.4×103J/（kg•℃）×500kg×（80℃﹣24℃）＝1.176×102J （3）锅炉的效率 答：（1）完全燃烧3.2m3的天然气可以获得3.68×108J的热量； （2）500kg的水从24℃升高到80℃吸收的热量为1.176×108J； （3）该锅炉的效率为70%。 15．10kg 【详解】完全燃烧0.2kg酒精放出的热量为 则水吸收的热量为 则水的质量为 16．（1）1.2×105J；（2）4.2×104J；（3）99℃。 【详解】解：（1）完全燃烧4g酒精放出的热量 Q放=m酒精q=4×10﹣3kg×3.0×107J/kg=1.2×105J （2）酒精灯加热的效率为35%，从开始加热到水刚好沸腾，消耗了4g的酒精，则水吸收的热量 Q吸=ηQ放=35%×1.2×105J=4.2×104J （3）根据有 水的末温 此时水刚好沸腾，所以水的沸点是99℃。 答：（1）完全燃烧4g酒精放出的热量是1.2×105J； （2）水从开始加热到刚好沸腾吸收的热量是4.2×104J； （3）实验中水的沸点是99℃。 17．(1) 2.5×106J；(2) 37.5℃ 【详解】(1)沼气完全燃烧释放出的热量 Q放＝Vq＝0.1m3×2.5×107J/m3＝2.5×106J (2)根据知水吸收的热量 由得水升高的温度 答：(1)沼气完全燃烧放出的热量2.5×106J。 (2)水的温度升高了37.5℃。 18．（1）20kg；（2）1.68×107J， 0.56kg 【详解】解：（1）根据题意可知，水吸收的热量 Q吸＝W＝5.04×106J 水的质量 （2）酒精完全燃烧放出的热量为 酒精的质量 答：（1）若这些电能全部用来烧水，可以将20千克的水由20℃加热到80℃； （2）酒精完全燃烧放出的热量为1.68×107J；需要完全燃烧0.56kg的酒精。 19．（1）72km；（2）40%；（3）800N 【详解】解：（1）摩托车行驶的路程 （2）3.6kg燃油完全燃烧放出的热量 2h内摩托车发动机做功 摩托车发动机的效率 （3）摩托车行驶速度 摩托车在水平路面上匀速直线行驶，其所受的阻力与牵引力是一对平衡力，则有 答：（1）摩托车行驶的路程为72km。 （2）摩托车发动机的效率为40%。 （3）匀速直线行驶过程中车所受的阻力为800N。 20．(1)8.4×1012J (2)80℃ 【详解】（1）液氢燃料完全燃烧放出的热量为 Q放=m氢q氢=60×103kg×1.4×108J/kg=8.4×1012J （2）水吸收的热量 Q吸=ηQ放=20%×8.4×1012J=1.68×1012J 水升高的温度 水的末温 t=t0+Δt=10℃+80℃=90℃<100℃ 水升高80℃。 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $$