14.4 跨学科：热机效率和环境保护&实践 调研我国新能源汽车的发展-【勤径学升】2025-2026学年新教材九年级上册物理同步练测（沪科版2024）

同步练测·九年级物理·上册·沪科版 第四节 跨学科：热机效率和环境保护 基础巩固练) [答案 P5] 知识点①)燃料的热值 1[教材“练习题”改编](宜昌)关于燃料及其热 值，下列说法中正确的是 ( ) A.没有燃烧的燃料，热值等于零 B.燃料完全燃烧时，它的热值最大 C.燃料的热值与质量和燃烧状况无关 D.燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 2[教材“作业题”改编]木炭的热值为3.4× 10?J/kg,其物理意义是_ 。现有木炭6kg,若完全燃烧 其质量的一半，可放出_ J的热量，剩余 木炭的热值为_ 火箭的燃料常使用液 态氢，主要原因是它的 大。 3 (安徽宿州期末)完全燃烧0.42kg的酒精，这些 酒精可放出__ J的热量。酒精放出的热 量若完全被水吸收，能将质量为 ______kg的 水在1个标准大气压下升温30℃。[酒精的热 值为3.0×10?J/kg,水的比热容为4.2× 103J/(kg·℃)] 4 质量为100kg的水从20℃升高到70℃时，吸收 的热量是______J,这些水吸收的热量相当于 完全燃烧_____kg焦炭所放出的热量。[c水 =4.2×103J/(kg·℃),9焦炭=3.0×10?J/kg] 知识点②热机效率 5 下列关于热机效率的说法中正确的是( ) A.热机的效率是描述热机性能的重要指标 B.通过技术的改进，热机的效率可以达到100% C.汽车排出的尾气越浓，汽油机的效率越高 D.热机是将燃料燃烧获取的化学能转化为机械 能的装置 6 如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的 信息，该内燃机的效率为_____。已知汽油 的热值是4.6×10?J/kg,完全燃烧0.5kg的汽 油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的 机械能是_ ___ _J。 废气带走 机械自身消耗 的能量40% 的能量20% 燃料完全燃烧释放 的能量100% 有用机械能 6题图 7[易错题]关于热机效率，下列说法正确的是 ( ) A.热机的效率越高，热机消耗的燃料越少 B.热机的效率越高，热机做的有用功越多，热机 的功率就越高 C.热机的效率越高，消耗相同的燃料，热机做的 有用功就越多 D.热机的效率越高，热机做相同的有用功，消耗 燃料就越多 8[易错题]下列关于热机效率和热值的描述正确 的是 ( ) A.燃料燃烧越充分，燃料的热值越大 B.使用热值大的燃料，可以提高热机效率 C.功率越大的机械，其发动机的效率越高 D.燃料燃烧越充分，热机效率越高 知识点③环境保护 9 下列关于热机和环境保护的说法，正确的是 ( ) A.所有的热机都用汽油作燃料 B.汽车排出的尾气都是有毒气体 C.热机的大量使用会造成环境污染 D.热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器 完全消除 10 (广西百色月考)下列各选项中对环境造成的污 染最小的是 ( ) A.以航空燃油为燃料的喷气飞机 B.以柴油为燃料的载重汽车 C.以汽油为燃料的小汽车 D.以压缩天然气为燃料的公交车 28 见此图标眼抖音/微信扫码领取配套资源 稳步提升成绩 第十四章 内能与热机 能力提升练 [答案 P5] ①甲热机的效率高于乙热机的效率，则( ) A.甲热机的功率大于乙热机的功率 B.甲热机消耗的燃料质量比乙热机的少 C.甲热机做的有用功比乙热机的多 D.甲热机的燃料利用率比乙热机的高 2小明在家中用煤气灶将一壶初温为20℃、质量 为2kg的水加热到80℃,这是通过___的 方式使水的内能____(选填“增大”“减小” 或“不变”)。若完全燃烧0.02 kg的煤气，则煤 气灶的效率为____??[c水 = 4.2× 103J/(kg·℃),q煤气=4.2×10?J/kg] 3 为探究不同燃料燃烧放热能力的差异，小华设 计了如图甲、乙所示的两组对比实验，实验装置 完全相同，燃料的质量都是10g。 温度计 温度计 水 水 燃料1 燃料2 甲 乙 3题图 (1)实验中应按照_____(选填“自上而下” 或“自下而上”)的顺序安装实验器材。 (2)实验中需要控制被加热水的_____和初 温均相同。除了图中所给的实验器材外，还 需要的测量工具是_ (3)本实验中通过观察_ _来比 较燃料燃烧放出热量的多少，这运用了___ 法。 (4)实验数据如下表。根据数据计算：完全燃烧 10g燃料1放出的热量为________J;燃料2 的热值为_________J/kg。 燃料 加热前水的 燃料燃尽时 燃料的热值/ 温度/℃ 水的温度/℃ (J·kg?1) 1 15 35 2.4×10? 2 15 25 (5)通过实验得到的燃料热值与实际值相比偏 ______(选填“大”或“小”),出现这种情 况的主要原因是_____ 4 (盘锦)某品牌的柴油车进行性能测试，该车在 1600 N的牵引力驱动下，沿平直路面以20 m/s 的速度匀速行驶了4.3 km,消耗了0.5L柴油。 (P柴油=0.8×103kg/m3,9桀油 =4.3×10?J/kg) 在此次路测过程中，求： (1)消耗柴油的质量。 (2)牵引力功率。 (3)柴油机效率。 素养拓展练 5 某公司自主研发的汽油热机效率是40某次 测试中，汽车在平直公路上以108 km/h的速度 匀速行驶了30 min 40s,已知牵引力的大小为 500N,汽油的热值为4.6×10?J/kg。求： (1)在测试汽车过程中，牵引力做的功。 (2)目前市面上的汽油机的效率普遍为30则 进行相同测试时，使用该公司的汽油机能节 约的汽油质量。 (3)请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术 改进建议。 29见此图标眼抖音/微信扫码 领取配套资源稳步提升成绩 同步练测·九年级物理·上册·沪科版 [答案 P6]实 践 调研我国新能源汽车的发展 1下列设备工作过程中没有使用热机的是( ) A.拖拉机 B.电动新能源汽车 C.火箭 D.战斗机 2 国产新能源汽车中，有一种插电式混合动力汽 车，同时使用电动机和内燃机，其内燃机热效率 最高可达43???使用各种燃料时，其效率均高 于同等燃油汽车。分析该种新能源汽车，不是 其提升热机效率的方法是 ( ) A.尽量使用热值大的燃料 B.优化冲程控制，让燃料与空气混合充分，使燃 料燃烧得比较完全 C.使用粘度低的机油进而减少热机内部各部件 间的摩擦 D.车型设计中，空调压缩机、发电机都没有存在 的必要，直接去掉进而减重 3汽油机是热机的一种，让汽 油在气缸内燃烧，将__能转化成_ 能， 从而推动活塞做功。现阶 段新能源汽车正在逐步代 3题图 替燃油车，其中电动汽车、氢动力汽车逐渐成为 人们的代步工具，如图所示是氢动力公交车，其 燃料采用氢是因为氢具有较大的____。 4 新能源的开发和利用，成为当今的重点话题，氢 燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是 21世纪最理想的能源之一。0.3 kg的氢燃料完 全燃烧放出的热量，全部被质量为200 kg、温度 为60℃的1个标准大气压下的水吸收，水升高 的温度为_____℃。若这些燃料可使一台 70 kW的新能源汽车以恒定功率匀速行驶300s,则 效率为_____??[燃料的热值q=1.4× 108J/kg、水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)] 5 新能源汽车是指以电池为动力。用电机驱动车 轮行驶，由于对环境影响相对传统汽车较小，其 前景被广泛看好。某汽车品牌的新能源汽车有 关数据如表所示，在一次测试过程中，该车以最 大功率在水平地面上3 min内匀速直线行驶了 4 km。 车辆类型 新能源汽车 电池类型 磷酸铁锂电池 续航里程 ××km 最大功率 100 kW (1)求该车在这次测试过程中牵引力所做的功。 (2)若将该新能源汽车换成效率为20??汽油 机提供相同大小的牵引力，在上述过程中以 相同速度行驶相同距离需要消耗多少千克 的汽油?(q汽油=4.5×10?J/kg) (3)若(2)题中汽油完全燃烧放出热量的20% 被质量为120kg、温度为30℃的水吸收，求 水升高的温度。[计算结果精确到小数点后 一位，水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)] 6 一般小汽车每消耗1kg 汽油就会排放2.3kg的 二氧化碳气体，为了实现节能减排，各种新能源 汽车相继出现，如图所示为某太阳能汽车，能将 太阳能转换为电能储存起来供汽车行驶，真正 实现了零排放。若该太阳能汽车行驶时受到的 阻力恒为900N,某天接收到的太阳能为1.08× 10?J,可供汽车匀速行驶30 km路程。 (1)求该太阳能汽车匀速行驶30km过程中牵 引力所做的功。 (2)求该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率。 (3)相比较效率为30??汽油车，牵引力做相同 的功可以减少多少千克二氧化碳气体的排 放?(汽油热值为4.6×10?J/kg) 6题图 7阅读短文，回答问题。 氢动力新能源汽车 随着“汽车社会”的逐渐形成，汽车保有量 在不断上升，而汽油等资源最终会被消耗殆尽。 最终的解决办法是发展新能源汽车，氢动力汽 车属于新能源汽车，它的工作原理是氢气在燃 料电池堆系统内与空气中的氧气发生化学反应 释放出能量，经DC-DC转换器整流后输送给 驱动器，使汽车获得动力。 使用氢能源的最大好处是它能跟空气中的 氧气发生化学反应，产生水蒸气，有效减少了其 他燃油汽车造成的空气污染问题，因此氢动力 汽车是替代传统汽车最理想的汽车。但由于氢 的密度很低，能够储存的氢燃料十分有限，且氢 气泄漏后容易燃烧和爆炸，使得氢气的储存和 运输存在困难。 (1)氢气与氧气发生化学反应释放出能量，经 整流后输送给驱动器，使氢动 力汽车获得动力。 (2)氢燃烧释放的能量使汽车发动机运转，将燃 料的化学能最终转化为____能。使用 氢作燃料是因为它具有较大的____。 (3)如果你是设计师，在设计氢动力汽车时，能 够让它更节能的措施是_____ (答出一条即可)。 30 见此图标眼抖音/微信扫码领取配套资源 稳步提升成绩 参考答案及解析 第2课时 比热容的应用和计算 【基础巩固练】 1.D 2.A 3.比热容 4.比热容 较多 凝固 5.D 6.C 7.6.4×10?1.6×10? 【能力提升练】 1.B 2.A 3.BC 4.6.3×10? 5.增大 不变 100 6.解：(1)水吸收的热量： Q吸水=c水m水(1水-to水)=4.2×103J/(kg·℃)× 2kg×(60℃-30℃)=2.52×10?J; (2)由题知，煤油吸收的热量： Q吸媒油=Q吸水=2.52×10?J, 由Q吸=cm△t可得，煤油升高的温度： △(=9ma 21×10 5×gC)×2kg=60℃, 此时煤油的温度： 煤油 =to煤油+△t=30℃+60℃=90℃<150℃, 可见煤油未沸腾，故煤油升高的温度为60℃。 答：(1)水吸收的热量为2.52×10?J;(2)若对水和 煤油加热的时间相同，煤油升高的温度为60℃。 7.解：由Q=cm△t得，金属块的比热容： =mA-156g1500=0 88×10 V/(kg:℃) 根据表格的信息可知：该金属可能是铝。 答：该金属块的比热容是0.88×103J/(kg·℃),可 能是金属铝。 8.解：牛奶升温时吸收的热量： Q吸=c?m?(t-t?n)=2.5×103J/(kg·℃)×0.24kg ×(40℃-12℃)=16800J, 不计热量损失，则Q放=Q吸=16 800 J, 热水由80℃降低到40℃放出的热量： Q放=c?m?(to2-t), 所以需要热水的质量： m=2(m-)=4.2×10J/(kg:C)×(80℃-40℃) =0.1kg。 答：她至少要用0.1 kg 80℃的热水加热牛奶。 素养拓展练 9.1:2 第三节 热机 【基础巩固练】 1.A 2.内 机械 蒸汽机(或汽轮机) 3.(1)打开 关闭 下 吸气 (2)关闭 关闭 上 压缩 机械 内 (3)关闭 关闭 下 做功 内 机械 (4)关闭 打开 上 排气 (5)丙 甲、乙、丁 4.甲→丙→丁→乙 丁 5.20 40 10 6.B 1.C 2.1 kg木炭完全燃烧能放出3.4×10?J的热量 3.1.26×10?100 4.2.1×10? 0.7 5.A 6.40�.2×10? 7.C 8.D 9.C 10.D 【能力提升练】 1.02×10?3.4×10?J/kg 热值 1.D 2.热传递 增大 60 3.(1)自下而上(2)质量 天平和秒表 (3)温度计示数的变化 转换 (4)2.4×10? 1.2×10? 7.(1)柴油机(2)空气(3)压缩 机械 内 6.(1)汽油机(2)比热容大(3)40 10 [解析](3)内燃机的转速为1 200 r/min,1 s内内燃 素养拓展练 7.A 【能力提升练】 机转动的周数为 第四节 跨学科：热机效率和环境保护 1.B 2.C 3.C 1200=20, 【基础巩固练】 4.内能转化为机械能 做功 ,单缸四冲程内燃机一个 5.机械能转化为内能 B 工作循环中，完成4个冲程，转动2周，对外做功 1次，故内燃机1s内转动20周，完成40个冲程，对 外做功10次。 ·5· 同步练测·九年级物理·上册·沪科版 (5)小 燃料不能完全燃烧，同时燃料燃烧放出的 热量没有全部被水吸收 4.解：(1)消耗柴油的质量： m=P禁油V=0.8×103kg/m3×0.5×10?3m3=0.4kg; (2)牵引力功率： P==B=Fo=1 600N×20m/s=3.2×10°w; (3)柴油机做的有用功： W有=Fs=1600N×4.3×103m=6.88×10?J, 0.4kg柴油完全燃烧放出的热量： Q放=mg禁油=0.4kg×4.3×10?J/kg=1.72×10?J, 柴油机效率： ”=m×100?672×101100?0?? 答：(1)消耗柴油的质量为0.4kg;(2)牵引力功率 为3.2×10?W;(3)柴油机效率为40?? 素养拓展练 5.解：(1)由题意可知v=108 km/h=30m/s, 行驶时间：t=30 min 40s=1840s, 行驶的路程：s=ut=30 m/s×1840 s=5.52×10?m, 牵引力的大小为500 N,由W=Fs可得牵引力做 的功： W=F≈s=500 N×5.52×10?m=2.76×10?J; (2)根据热机效率公式”=a×100? 100??，市面上汽油机进行相同测试时消耗汽油质 量：m,=030?46×10J.=2kg, 该公司自主研发的汽油机的热机效率是40消耗 汽油的质量： m二”:4 40?4.6×10J/kg15kg, 因此节约的汽油质量： △m=m?-m?=2kg-1.5kg=0.5kg; (3)技术改进建议：减少发动机的热损失；减少汽油 的蒸发；使汽油充分燃烧；研制和使用混合动力或纯 电动的新能源汽车等(合理即可)。 答：(1)在测试汽车过程中，牵引力做的功为2.76× 10?J;(2)进行相同测试时，使用该公司的汽油机能 节约的汽油质量为0.5kg。 实 践 调研我国新能源汽车的发展 1.B 2.A 3.化学 内 热值 4.40 50 5.解：(1)由表格数据可知，该车的最大功率： P=100kW=1×10?W, 由P=W可知，该车在这次测试过程中牵引力所做 的功：W=Pt=1×10?W×3×60s=1.8×10?J; (2)根据W=Fs可知，相同的力行驶相同的距离，车 所做的有用功相等，即汽油机所做的有用功为1.8 ×10?J, 由：n=Q可知，消耗的汽油完全燃烧放出的热量： Qm=” 12×10=9×10 J, 由Q放=mq可知，消耗汽油的质量： m=9m4.5×10° Jeg=2kg; (3)由题知，Q吸=n'Q放=20?9×10?J=1.8×10J, 根据Q吸=cm△t可知，水升高的温度： △(=07x42×1018g10)×120k?5.7℃。 答：(1)该车在这次测试过程中牵引力所做的功是 1.8×10?J;(2)在上述过程中以相同速度行驶相同 距离需要消耗2kg的汽油；(3)水升高的温度约为 35.7℃。 6.解：(1)该太阳能汽车匀速行驶时，牵引力与阻力是 一对平衡力，即F=f=900N,匀速行驶30 km过程 中牵引力所做的功： W=Fs=900N×30000m=2.7×10?J; (2)该太阳能汽车太阳能转化为机械能的效率： ×100?1×100?5%; (3)由n=Q=m得，消耗汽油的质量： m=-4.6×107 18×30?kg, 因为每消耗1kg汽油就会排放2.3kg的二氧化碳 气体，消耗453kg的汽油可以排放4.5kg的二氧化 碳气体，太阳能汽车是零排放的，即可以减少4.5kg 的二氧化碳气体排放。 答：(1)该太阳能汽车匀速行驶30 km过程中牵引力 所做的功为2.7×10?J;(2)该太阳能汽车太阳能转 化为机械能的效率为25?3)相比较效率为30% 的汽油车，牵引力做相同的功可以减少4.5kg二氧 化碳气体的排放。 ·6· 参考答案及解析 7.(1)DC-DC转换器 (2)机械 热值 (3)提升氢燃料的储存效率和安全性，改进燃料电 池的效率，使车身轻量化，以减少能量消耗，并利用 能量回收系统回收和再利用制动或减速过程中产生 的能量 专题2 热学综合计算 1.450 9×103 2.1.2×1031.6×10? 3.解：水放出的热量：Q放= C水m水(t?-t)=4.2× 103J/(kg·℃)×10kg×(50℃-30℃)=8.4× 10?J, 冰吸收的热量：Q吸=Q放=8.4×10?J, 由Q=cm△t可知，冰的质量： m=4△-21×1084×g10°C)×10℃=40kg。 答：冰的质量是40kg。 4.解：(1)因为水的比热容大于煤油的比热容，质量相 同的水和煤油，吸收相同的热量，水升温慢，所以题 图中图像B为水的温度随时间变化的图像，由Q吸 =cm(t?-t?)得，水的质量：m本(2=4) 4.2×10°3V(kg:2×)×(30℃-10℃)=5kg; (2)用相同的电加热器分别给相同质量的水和煤油 加热，经过相同的时间，即水和煤油吸收的热量相 同，煤油的质量：m煤油 =m水=5kg, 经过5min,煤油吸收的热量： Q吸'=Q吸=4.2×10?J, 由Q吸=cm(t?-t?)得，煤油的比热容： cam=n(2-)?k?×(5010-10℃=2.1 ×103J/(kg·℃)。 答：(1)水的质量为5kg;(2)煤油的比热容为2.1× 103J/(kg·℃)。 5.2.3×10?做功 6.6.72×10?2×10?不变 7.6.72×10?0.016 热传递 不变 8.解：(1)实验过程中消耗天然气的体积： V天然气=388.227m3-388.213m3=0.014m3, 0.014m3的天然气完全燃烧释放的热量： Q放=9天然气V天然气=4.2×10?J/m3×0.014m3=5.88 ×10?J; (2)需要完全燃烧煤气的体积： Va=9=15681010=0.03675m2, 两种实验方案的成本差别在于燃料的种类不同，所 需费用不同，则节约的成本：0.03675m3×2.62元/m3 -0.014m3×2.5元/m3=0.061 285元； (3)蒸煮时水沸腾后用小火(合理即可)。 答：(1)加热时消耗的天然气完全燃烧释放的热量 为5.88×10?J;(2)相较于燃烧煤气，燃烧天然气加 热这些水可以节约0.061285元的成本。 9.3.36×10?0.075 10.解：(1)汽车受到的重力： G=mg=3.0×103kg×10 N/kg=3×10?N, 汽车受到的阻力： f=0.1G=0.1×3×10?N=3×103N, 因为汽车匀速行驶，根据二力平衡条件可知， 汽车受到的牵引力：F=f=3×103N, 牵引力做的功： W=Fs=3×103N×5.6×103m=1.68×10?J; (2)由ρ=V得，消耗燃油的质量： m2=pV=0.75×103kg/m3×1.6×10-?3m3=1.2kg, 燃油完全燃烧放出的热量(消耗的总能量): Q放=m′q=1.2kg×4×10?J/kg=4.8×10?J; (3)测试中车的热机效率： ”=Q×100?.8×10×10?5?? 答：(1)在该测试中车的牵引力所做的功为1.68× 107J;(2)燃油完全燃烧放出的热量为4.8×10?J; (3)该测试中车的热机效率为35?? 11.解：(1)水在10h内吸收的热量(有用能量): Q吸 =c水m△t=4.2×103J/(kg·℃)×100 kg× 50℃=2.1×10?J; (2)10h太阳能热水器吸收的太阳能(总能量): Q大阳能=P?St=1.68×10?J/(m2·h)×2.5m2× 10h=4.2×10?J, 太阳能热水器的能量转化效率： ”=Q=m×100?.2×103×100?0%; (3)节能、无污染等。 答：(1)水在10h内吸收的热量为2.1×10?J; (2)该太阳能热水器的能量转化效率为50?? ·7·