13.4热机效率和环境保护 ---2024-2025学年沪科版物理九年级上学期

2024—2025学年九年级物理沪科版13.4热机效率和环境保护 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 一、单选题 1．如图所示的是某热机燃料燃烧放热的去向示意图，则该热机的效率可以表示为（　　） A． B． C． D． 2．一桶汽油用去一半，剩下的半桶汽油不变的物理量是（　　） A．热值，内能 B．比热容，热值 C．质量，体积 D．质量，密度 3．一杯酒精倒掉一半后，以下说法中正确的是（  ） A．比热容和热值都不变 B．比热容和热值都减为以前的一半 C．比热容是原来的一半，热值不变 D．比热容不变，热值为原来的一半 4．一台柴油机，柴油完全燃烧放出的热量是8107J，在工作过程中损失了4.8107J的热量，则此柴油机的效率是 A．30% B．40% C．42% D．48% 5．中国，砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是（　　） A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多 B．高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能 C．烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大 D．高温烧制时，高温物体把温度传递给低温物体 6．探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g某种固体碾碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10min内消耗4g酒精，酒精的热值3.0×107J/kg，这种物质的液态比热容c=1.5×103 J/(kg·℃)，下列选项错误的（　　） A．该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能 B．在AB段和BC段，该物质吸收的热量相同 C．该物质固态时的比热容为3.0×103 J/(kg·℃) D．该装置能量的转化效率为50% 7．甲、乙两台热机内的燃料种类和燃烧情况相同，甲的效率比乙的效率低，这表明（　　） A．甲热机比乙热机做的有用功少 B．甲热机比乙热机消耗的燃料多 C．在做有用功相同的条件下，消耗同种燃料，甲比乙消耗得多 D．在做有用功相同的条件下，甲损失的能量比乙损失的少 8．关于热机，下列说法中错误的是（    ） A．汽油机的效率高于蒸汽机的效率 B．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大 C．热机功率越大，它做功越快 D．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧200g的焦炭放出的热量为6×109J 9．如图所示是汽油机工作时某个冲程的示意图，下列说法中正确的是（　　） A．完成该冲程活塞往复运动两次 B．该冲程是内能转化为机械能 C．随着汽油的燃烧，汽油的热值会减小 D．若汽油机转速为1200r/min，则它每秒钟完成20个该冲程 10．为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（　　） A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦 B．尽量增加热机的工作时间 C．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全 D．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失 11．将100 g酒精用掉一半，下列说法正确的是 A．密度、比热容、热值都变为原来的一半 B．密度不变，比热容、热值变为原来的一半 C．密度、比热容、热值都不变 D．密度、比热容不变，热值变为原来的一半 12．汽车在平直路面以20m/s的速度匀速行驶1h，消耗汽油5kg。汽油完全燃烧释放能量的30%用来驱动汽车行驶，40%随废气通过图示热电转换装置转化成电能储存在蓄电池中，热电转换装置的效率为15%。汽油热值为4.8×107J/kg，下列说法正确的是（　　）    A．图示为汽油机的排气冲程 B．该过程中汽车行驶的路程为20km C．该过程中汽车所受的阻力为1000N D．该过程中通过转换装置可获得电能40kW·h 13．关于内燃机下列说法正确的是（　　） A．内燃机效率越高则做功越快 B．做同样的功，内燃机效率越高消耗的燃料越少 C．在内燃机的能量损失中，克服摩擦消耗的能量最多 D．随着技术的进步，内燃机的效率能到达100% 14．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多 C．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的 D．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高 15．电动汽车的电池决定了车辆能行驶的里程，工程上用“能量密度”来衡量电池的储电能力，它指的是电池单位质量所存储的电能，“能量密度”相当于我们学过的哪个物理量（　　） A．热量 B．热值 C．内能 D．比热容 二、填空题 16．某太阳能热水器的水箱内装有30kg的水，太阳光照射一段时间后，水温从20℃升高到80℃，水吸收的热量是 J，水吸收的这些热量相当于完全燃烧 kg的焦炭（水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，焦炭的热值是3.0×107J/kg） 17．2018 年 4 月 25 日上午，习近平总书记来到荆州港码头乘船，沿江察看荆江两岸生态环境和发展建设情况，强调长江经济带建设要“共抓大保护，不搞大开发”．合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝．在一定条件下，1t 生活垃圾能“榨”出 140kg 燃料油．若燃料油的热值为 4.0×107J/kg，某城镇每天产生 50t 生活垃圾，则这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量为 J．在一个标准大气压下，这些热量的 30%被 500m3 30℃的水吸收，则水温能升高 ℃．[c水=4.2×103J/（kg•℃），] 18．热水器将质量为50kg、温度为25℃的水加热到65℃，消耗天然气0.4m3，在此过程中水吸收的热量是 J，热水器的热效率是 。[c水=4.2×103J/（kg•℃）；q天然气=3.5×107J/m3] 19．航母舰载机即将起飞前，向后喷射出高温高速燃气流。为了避免对舰上人员及其它器材造成危害，甲板上安装有偏流板（如图），燃料燃烧发生的能量转化是 ，制作偏流板材料的熔点应较 （选填“高”或“低”）。 三、计算题 20．已知焦炭的热值为3.0×107J/kg，完全燃烧490g焦炭放出的热量是多少？ 21．如图所示，甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油7.5kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系，如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 2.0×108 整车 质量/t 1.5 求：（1）“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标。“J/（100km•t）”是指车辆消耗的能量与行驶路程和车辆总质量乘积的比值，则该车在测试过程中的吨百公里能耗为多少J/（100km•t）；该汽车的能量利用率是多少； （2）在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以50km/h的速度最多可行驶多少千米？ 22．如图是今年国庆70周年阅兵式亮相的“利剑隐身无人攻击机”，它的列装，使我国成为世界第三个拥有大型隐身无人攻击机的国家。据资料记载，“利剑无人攻击机”能超音速飞行，最大航程达到4000km，巡航速度达到0.8马赫(1马赫=340m/s)，巡航时飞机推力达到1.25×105N。则： (1)当飞机以0.8马赫匀速巡航时，求发动机的功率； (2)若飞机以0.8马赫的巡航速度，从某空军基地飞往1360km处空域执行任务，发动机的效率为85%，则至少消耗多少燃油？(q燃油=4×107J/kg) (3)若无人攻击机发现敌情，从巡航状态到超音速攻击状态，它的实际功率如何变化？ 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： 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B B A B B D C D B B 题号 11 12 13 14 15 答案 C C B D B 1．B 【详解】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知有效利用的能量（有用的机械能）为E2，燃料完全燃烧放出的热量（燃气内能）为E，因此热机效率为 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 2．B 【详解】内能是物体内部分子势能和分子动能的总和，质量是物体所含物质的量的多少，将一桶汽油用去了一半，则分子数减半，所以质量、体积及内能均减半；比热容、热值、密度都是物质的一种特性，不随物体的质量体积的大小而变化，故比热容、热值和密度都不变。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 3．A 【详解】解答：把一杯酒精减少一半，质量和体积均减小一半，而比热容、热值，是物质的一种特性，不随物体的多少而变化，热值和比热容都不变． 点睛：比热容、燃烧值值都是物质的一种特性，不随物体的质量体积的大小而变化． 4．B 【详解】柴油机工作时的用来做有用功的能量为： W有=8×107J-4.8×107J=3.2×107J， 柴油机的效率为： η=×100%=×100%=40%. 5．B 【详解】A. 热量是过程量，不能说含有的热量，故A错误； B．高温烧制时，砖块吸收热量，通过热传递的方式改变砖块的内能，故B正确； C．燃料热值是燃料本身的一种特性，与燃料燃烧的充分程度无关，故C错误； D．高温烧制时，高温物体把热量传递给低温物体，故D错误。 故选B。 6．D 【详解】A．由图可知，3至6min，物质吸热但温度保持50℃不变，故该物质是晶体，在熔化的过程中，吸收热量，但温度不变，内能变大，即该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能，故A正确，不符合题意； B．由于用同一个热源加热，在相同时间内，物质吸收的热量是相同的，从开始加热（A点）到开始熔化（B点）用时3分钟，晶体熔化的时间（BC段）用时也是3 min，所以，在AB段和BC段该物质吸收的热量相同，故B正确，不符合题意； C．AB段为固态，CD段为液态，固态加热的时间为3min，液态加热的时间2min。用相同的热源加热，在相同的时间内吸收的热量是相同的，即AB段为吸热是CD段的1.5倍 Q固=1.5Q液 ①AB段升高的温度为 CD段升高的温度为 根据，结合①，则有 该物质固态时的比热容为 故C正确，不符合题意； D．CD段（加热2 min）吸收的热量为 Q液=cm(t﹣t0)=1.5×103J/(kg·℃)×0.1kg×40℃=6×103J 由图可知从开始加热到实验结束共用10min，故从开始加热到实验结束该物质吸收的热量 4g酒精完全燃烧放出的热量 Q放=m酒精q=0.004kg×3.0×107J/kg=1.2×105J 这种装置能量的转化效率 故D错误，符合题意。 故选D。 7．C 【详解】根据热机效率的概念，甲的效率比乙的低，其含义有两点：做同样多的有用功，甲热机消耗的燃料多，也就是俗话说的“费油”；消耗同样多的燃料，甲热机转化成的有用功少，能量损失的大，故ABD不符合题意，故C符合题意。 故选C。 8．D 【详解】A．热机效率中，柴油机效率最大，其次是汽油机，最后是蒸汽机，故A正确，不符合题意； B．热机效率为机械能占燃料完全燃烧释放能量的百分比，所以热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大，故B正确，不符合题意； C．功率是表示物体做功快慢的物理量，所以热机功率越大，它做功越快，故C正确，不符合题意； D．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧200g的焦炭放出的热量为6×106J，故D错误，符合题意。 故选D。 9．B 【详解】A．四冲程内燃机活塞往复一次，完成2个冲程，所以完成该冲程活塞向下运动一次，故A错； B．根据图示可知，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，气缸容积增大，因此是做功冲程，在做功冲程中将内能转化为机械能，故B正确； C．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，因此当汽油不断减少时，汽油的热值不变，故C错误； D．四冲程汽油机的飞轮转速为 1200r/min=20r/s 即在1s内飞轮转20r，则它每秒钟完成40个冲程，完成了10个工作循环，做功10次，故D错误。 故选B。 10．B 【详解】A．热机效率是指热机对外做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，尽量减少热机内部各部件间的摩擦，可以减少由于摩擦生热而损耗的能量，可提高热机的效率，故A不符合题意； B．增加热机的工作时间，热机对外做的有用功和燃料完全燃烧放出的热量以相同倍数增大，所以不能提高热机的效率，故B符合题意； C．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全，可以使热机做更多的有用功，可提高热机的效率，故C不符合题意； D．在设计与制造热机时要不断改进与创新，可以使燃料燃烧更充分，能量损失更少，可提高提高热机的效率，故D不符合题意。 故选B。 11．C 【详解】密度、比热容、热值是物质的特性，只与物质的种类有关，与物质质量的多少没有关系，故答案选C． 12．C 【详解】A．由题图可知，进气门和排气门都关闭，活塞上行，因此该冲程为压缩冲程，故A错误； B．汽车的速度为 则汽车行驶的路程为 故B错误； C．汽油完全燃烧释放的热量为 根据可得，有用功为 由于汽车匀速直线行驶时，受力平衡，受到的阻力与牵引力是一对平衡力，根据W=Fs可得，该过程中汽车所受的阻力为 故C正确； D．汽油完全燃烧释放能量的40%为 转换的电能为 故D错误。 故选C。 13．B 【详解】A．热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占比值，功率是热机做功的快慢，两者没有必然联系，故A错误； B．热机的效率越高，热机将燃料完全燃烧放出的热量转换成机械能的能力越强，所以在输出同样功的情况下，消耗燃料越少，故B正确； C．根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量最多，故C错误； D．热机在工作过程中会由于热传递或摩擦等消耗一些能量，所以热机效率不能达到100%，故D错误。 故选B。 14．D 【详解】A．热机的效率越高说明用来做有用功的能量占燃料完全燃烧产生的能量之比大，做功越快是指功率大，功率和效率没有关系，故A错误； B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少，故B错误； C．热机损失的能量中，主要有废气带走的能量，故C错误； D．柴油机的压缩冲程的压缩程度更大，热量燃烧更充分，效率比汽油机高，故D正确。 故选D。 15．B 【详解】由题意可知“能量密度”的单位是J/m3，而热值的密度也是J/m3，所以“能量密度”相当于我们学过的热值。 故选B。 16． 7.56×106 0.252 【详解】[1]水吸收的热量 Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×30kg×(80℃-20℃)=7.56×106J [2]焦炭完全燃烧需放出的热量 Q放=Q吸=7.56×106J 需要焦炭的质量 17． 2.8×1011 40 【详解】，，则50t生活垃圾产生的燃料完全燃烧可释放热量2.8×1011J；，，． 18． 8.4×106 60% 【详解】[1]由比热容的计算公式可得水吸收的热量是 [2]由热值的计算公式可得 热水器的热效率是 19． 化学能转为内能 高 【详解】[1]燃料燃烧时，将储存的化学能转为内能，从而放出热量。 [2]飞机起飞时向后喷射出高温高速燃气流，为了防止偏流板被高温熔化，故制作偏流板材料的熔点应较高。 20．1.47×107J 【详解】解：焦炭的质量 焦炭完全燃烧放热 答：完全燃烧490g焦炭放出的热量是1.47×107J。 21．（1）4×108J/（100km•t），50%；（2）80km 【详解】解：（1）由题意可得：每100km内燃机消耗的燃油15kg，则吨百公里消耗为 以50km/h的速度匀速行驶1h，行驶的路程为 根据图乙可知，以50km/h的速度行驶，阻力为2000N，由于匀速行驶 1h的汽车做的功为 蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%，存储的电能为 汽车的能量利用率为 （2）当图乙可知，当速度为50km/h，阻力为2000N，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电，汽车的所获得机械能为 行驶得路程为 答：（1）该车在测试过程中的吨百公里能耗为4×108J/（100km•t）；该汽车的能量利用率是50%； （2）在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以50km/h的速度最多可行驶80km。 22．(1)3.4×107W；(2)5000kg；(3)变大 【详解】(1)已知，巡航时飞机推力达到1.25×105N，巡航速度达到0.8马赫合272m/s，发动机的功率为 P=Fv=1.25×105N×272m/s =3.4×107W (2)总功为 W=Fs=1.25×105N×1.36×106m= 1.7×1011J 吸收的热量为 消耗燃油为 (3)根据公式P=Fv，若无人攻击机发现敌情，从巡航状态到超音速攻击状态，牵引力不变，速度增大，实际功率变大。 答：(1)当飞机以0.8马赫匀速巡航时，发动机的功率为3.4×107W； (2)若飞机以0.8马赫的巡航速度，从某空军基地飞往1360km处空域执行任务，发动机的效率为85%，至少消耗燃油5000kg； (3)若无人攻击机发现敌情，从巡航状态到超音速攻击状态，它的实际功率变大。 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 $$