专项突破 热量、热效率的综合计算 课件-2025-2026学年沪科版九年级物理全一册

第十四章　内能与热机 专项突破　热量、热效率的综合计算  　热机类 1.(2024山东济南章丘期中)一辆小轿车以某一速度在平直路 面上匀速行驶100 km,消耗汽油10 L,若这些汽油完全燃烧放 出的热量有30%用来驱动汽车做有用功,所用汽油的热值为 4.6×107 J/kg,密度为0.7×103 kg/m3,则以下说法正确的是( ) ①小轿车是将机械能转化为内能的机器 ②这些汽油完全燃烧放出的热量为3.22×108 J ③汽车消耗的有用功为9.66×107 J A.只有①②正确　　　　    B.只有②③正确          B C.只有①③正确　　　　    D.①②③均正确 解析　①小轿车是将内能转化为机械能的机器,故①错误;② 消耗汽油的体积:V=10 L=10 dm3=1×10-2 m3,行驶100 km消耗 汽油的质量:m=ρV=0.7×103 kg/m3×1×10-2 m3=7 kg;这些汽油完 全燃烧放出的热量:Q放=mq=7 kg×4.6×107 J/kg=3.22×108 J,故 ②正确;③根据η= ×100%可得用来驱动汽车做的有用功: W有用=ηQ放=30%×Q放=30%×3.22×108 J=9.66×107 J,故③正确。 故选B。 2.【新课标·科学思维】(2025河南郑州期中)新型混合动力汽 车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时,内燃 机不工作,蓄电池向车轮输送能量;当需要高速行驶或蓄电池 电量过低时,内燃机启动,既可以向车轮输送能量,又可以给蓄 电池充电,行驶时汽车所受阻力与车速的关系如图所示。某 次测试中,由内燃机提供能量,汽车以50 km/h的速度匀速行驶 了0.5 h,消耗了汽油8 kg(汽油的热值为4.5×107 J/kg)。求: (1)测试中牵引力做的功; (2)测试中消耗的汽油完全燃烧放出的热量; (3)若该次测试中蓄电池增加的电能为2.6×107 J,则此过程中 内燃机的效率。   解析    (1)汽车行驶的路程为s=vt=50 km/h×0.5 h=25 km=2.5× 104 m。由图像可知,汽车速度为50 km/h时,所受阻力为4 000 N,汽车匀速行驶时,汽车的牵引力和所受阻力是一对平衡力, 则牵引力F=f=4 000 N,牵引力做的功W=Fs=4 000 N×2.5×104 m=1×108 J。 (2)汽油完全燃烧放出的热量Q放=mq=8 kg×4.5×107 J/kg=3.6× 108 J。 (3)内燃机所做的有用功为W有=W+W电=1×108 J+2.6×107 J=1.26 ×108 J。内燃机的效率η= ×100%= ×100%=35%。 3.(2025河南汝州期中)发动机是汽车的核心部件,发动机的质 量决定了汽车的性能和品质。某辆以92号汽油为燃料的汽 车,其发动机的相关数据如表所示。表中空燃比指的是气缸 内空气和燃油的质量比。 曲轴转速 3 600 r/min 气缸内汽油和空气混合物的密度 1.3 kg/m3 气缸的工作容积 2 L 92号汽油的热值 4.6×107 J/kg 发动机最大 输出功率 92 kW 空燃比 12∶1 (1)汽车以120 km/h的速度匀速运动时发动机的输出功率最 大,此时汽车1 min内做的有用功是多少? (2)汽车完成一个工作循环时,气缸内吸入的汽油和空气混合 物的质量是多少?汽油完全燃烧放出的热量是多少? (3)当汽车以120 km/h的速度匀速行驶时,发动机的效率是多 大?(结果精确至0.1%) 解析    (1)发动机的最大输出功率P=92 kW=9.2×104 W,t= 1 min=60 s。由P= 得,汽车1 min内做的有用功为W有=Pt=9.2× 104 W×60 s=5.52×106 J。 (2)气缸内汽油和空气混合物的体积等于气缸的工作容积。 即V=V容=2 L=2×10-3 m3。由ρ= 得,汽油和空气混合物的质量 m=ρV=1.3 kg/m3×2×10-3 m3=2.6×10-3 kg。已知空燃比是12∶1, 则吸入汽油的质量m汽油= m= ×2.6×10-3 kg=2×10-4 kg。完成 一个工作循环时,汽油完全燃烧释放的热量Q放=m汽油q=2×10-4 kg×4.6×107 J/kg=9.2×103 J。 (3)曲轴的转速是3 600 r/min,则1 min内完成1 800 个工作循 环,对外做功1 800次。则1 min内汽油燃烧释放的热量:Q放'= 1 800Q放=1 800×9.2×103 J=1.656×107 J;发动机的效率η= × 100%= ×100%≈33.3%。  　热传递类 4.【跨学科·日常生活】(2025安徽合肥期中)某家庭每天需要 将50 kg、20 ℃的水加热到40 ℃作为生活用水。若利用热效 率为25%的煤气灶烧水,则需要完全燃烧___________kg煤气。 [煤气的热值q=4.2×107 J/kg,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]     0.4     解析　水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg× (40 ℃-20 ℃)=4.2×106 J;由η= 可知,煤气完全燃烧放出的热 量Q放= = =1.68×107 J。由Q放=mq可知,需要完全燃烧 煤气的质量m煤气= = =0.4 kg。 5.【跨学科·日常生活】(2025四川苍溪期中)李华家新装的天 然气热水器标注的能效等级为2级。国家规定能效等级为2级 的热水器,其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测 一下这款天然气热水器的能效等级是否达标,于是他将天然 气热水器的温度设定在40 ℃(即水从热水器流出的温度),某 次洗澡用水90 kg,洗澡一次使用天然气0.2 m3。已知进入热水 器的冷水温度为5 ℃[水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃),天然气 的热值q=7.0×107 J/m3]。 (1)求消耗的天然气完全燃烧放出的热量; (2)求水吸收的热量; (3)通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 解析    (1)这些天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV=7.0×107 J/ m3×0.2 m3=1.4×107 J。 (2)水吸收的热量Q吸=cm水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×90 kg×(40 ℃- 5 ℃)=1.323×107 J。 (3)热水器的效率:η= ×100%= ×100%=94.5%> 88%,因此该款热水器能效等级达标。 6.(2025福建龙岩月考)如图所示,将要锻打的铁器先在火炉中 煅烧,然后进行锻打,再将锻打好的铁器放在水中进行淬火,以 增加铁器的硬度。一个质量为2 kg的锻打好的铁器毛坯,温度 为700 ℃,淬火后它的温度降低到200 ℃,释放的热量中有84% 被质量为10 kg、初温为16 ℃的水吸收,求水的末温。[c铁= 0.46×103 J/(kg·℃),c水=4.2×103 J/(kg·℃)] 解析　由Q=cmΔt可得,铁器毛坯放出的热量Q放=c铁m铁Δt1=0.46 ×103 J/(kg·℃)×2 kg×(700 ℃-200 ℃)=4.6×105 J。水吸收的热 量Q吸=Q放×84%=4.6×105 J×84%=3.864×105 J。由Q=cmΔt可得，水升高的温度Δt2= = =9.2 ℃。水 的末温t=16 ℃+9.2 ℃=25.2 ℃。 7.小明学习了燃料的热值后,很想知道家中使用的天然气的热 值是多少。于是,他在家里将装有2 kg水的水壶放到天然气灶 上去烧,用温度计测量水从20 ℃加热至80 ℃的过程中,观察到 天然气表的数字变化了0.035 m3。他通过上网查阅得知天然 气灶的效率约为36%,已知水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)。 (1)求在这个过程中水吸收的热量。 (2)请你帮小明算出天然气的热值。 解析    (1)在这个过程中水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃-20 ℃)=5.04×105 J。 (2)天然气完全燃烧放出的热量Q放= = =1.4×106 J, 天然气的热值q天然气= = =4×107 J/m3。 8.(2025四川遂宁船山期中)由于天气寒冷,吃早饭时妈妈要用 热水给小明加热250 g瓶装牛奶,如图所示,这瓶牛奶的温度由 10 ℃最终升高到50 ℃,已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),牛 奶的比热容为2.1×103 J/(kg·℃),不计热量损失,求: (1)牛奶需要吸收的热量。 (2)妈妈至少需要60 ℃热水的质量。 (3)若小明家燃气灶的热效率是25%,妈妈将质量为1 kg,温度 为10 ℃的水加热到60 ℃,需消耗燃气的质量。(燃气的热值 为4.2×107 J/kg) 解析    (1)牛奶吸收的热量Q吸=c牛奶m牛奶(t-t01)=2.1×103 J/(kg·℃) ×0.25 kg×(50 ℃-10 ℃)=2.1×104 J。 (2)不计热量损失,Q吸=Q放=2.1×104 J。即c水m水(t02-t)=Q放。则m水 = = =0.5 kg。 (3)水需要吸收的热量Q吸'=c水m'(t'-t0')=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg× (60 ℃-10 ℃)=2.1×105 J,因为热效率η=  ,所以燃气完全燃 烧放出的热量Q放'= = =8.4×105 J; 由Q放'=m″q可得,需要燃气的质量m″= = = 0.02 kg。 $$