第3节 热机的效率-【同步全练】2025-2026学年新教材九年级物理上册同步练习（人教版2024）

第 14 章 内能的利用 第 3 节 热机的效率 1：在跨学科实践活动中，小华调查“家用燃料的变迁与合理使用”时发现，爷爷小时候使用木 柴作为家用燃料；爸爸、妈妈小时候用煤炭，之后用液化气；如今小华家使用天然气为家用燃 料，主要是天然气的( ) A. 密度较大 B. 热值较大 C. 比热容较大 D. 沸点较高 答案：B 解析：天然气取代传统燃料的主要原因是其热值较大，相同质量下完全燃烧能释放更多热量， 提高能源利用率。 2：［多选］汽油的热值为 4.6×10⁷ J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识 汽油热值的大小：现有一个 60 kg 的中学生，从大厦的 1 楼步行至 11 楼（走了 10 层楼），每 层楼的层高为 3 m，如果质量为 m 的汽油完全燃烧放出的热量和中学生克服重力做的功大小相 等，下列说法正确的是(g 取 10 N/kg) ( ) A. 汽油的热值为 4.6×10⁷ J/kg，表示 1 kg 汽油燃烧放出的热量为 4.6×10⁷ J B. 汽油的热值与汽油的质量和燃烧放出的热量均无关 C. 该中学生克服重力做了 1.8×10⁴ J 的功 D. 通过计算可知汽油的质量 m 约为 0.39 g 答案：BCD 解析：故A错误，汽油的热值为 4.6×107 J/kg，表示 1 kg 汽油完全燃烧放出的热量为 4.6×107 J ； 故 B 正确，汽油的热值是燃料本身的一种特性，与汽油的质量和燃烧放出的热量无关； 故 C 正确，该中学生克服重力所做的功 W=Gh=m学生gh=60 kg×10 N/kg×10×3 m=1.8×104 J ； 故 D 正确，汽油完全燃烧放出的热量Q放=W=1.8×104 J ，汽油的质量 m= Q放 q汽油 = 1.8×10 4 J 4.6×107 J/kg ≈3.9×10−4 kg=0.39 g 43/170 第 14 章 内能的利用 3：我国研制的全球首款本体热效率达 53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油 机热效率的世界纪录。与普通柴油机平均 30%∼ 45%的热效率水平相比，下列关于该款柴油机 说法正确的是( ) A. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机内能转化为的机械能更多 B. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机释放的热量更多 C. 该柴油机工作时消耗的燃料一定更少 D. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机由于摩擦损失的能量一定更少 答案：A 解析：热效率是机械能与燃料完全燃烧放出热量的比值。效率越高，相同燃料转化的机械能越 多（A 正确）；燃料释放的总热量由热值和质量决定，与效率无关（B 错误）；消耗燃料量还与 做功多少有关（C 错误）；摩擦损失能量与效率无直接关系（D 错误）。 4：如图为热机工作时的能量流向示意图，则热机的效率可以表示为( ) A. η= E1+E2+E3+E4 E B. η= E3 E C. η= E1+E3+E4 E D. η= E1+E2+E4 E 答案：B 解析：热机效率是有用机械能（E₃）与燃料完全燃烧放出的总能量（E）之比，即η=E3 E 44/170 第 14 章 内能的利用 5：为了节约能源，需要提高热机效率，关于提高热机效率的方法，下列说法正确的是( ) A. 尽量使用热值大的燃料 B. 采用先进的制造技术，能将热机的效率提高到 100% C. 尽量增加热机工作时间 D. 尽量减少废气带走的热量 答案：D 解析： A 错误：热值与热机效率无关，效率取决于能量利用率。 B 错误：由于摩擦、散热等不可避免的能量损失，效率无法达到 100%。 C 错误：增加工作时间可增加总功，但不改变效率。 D 正确：减少废气带走的热量能提高能量利用率，从而提高效率。 6：某款国产汽车，当它在某平直公路上以 20 m/s 的速度匀速行驶时，每百公里的油耗为 6 L， 汽车行驶 300 s，该汽车消耗汽油_____L，假设该汽车在运动过程中受到的平均阻力是 495 N， 则汽油机的效率是____%（假设汽油的热值是 3.3×10⁷ J/L）。 答案：0.36；25 解析：由 v= s t 得，汽车行驶距离 s=vt=20 m/s×300 s=6 000 m=6 km ，因为每百公里的油耗为6 L， 所以行驶 6 km （公里）消耗汽油 V= 6 100 ×6 L=0.36 L ；汽油完全燃烧放出的热量 Q放=Vq=0.36 L×3.3×107 J/L=1.188×107 J ，因为汽车匀速行驶，所以汽车牵引力 F=f=495 N ， 牵引力做功 W=Fs=495 N×6 000 m=2.97×106 J ，汽油机的效率η= W Q放 = 2.97×10 6 J 1.188×107 J =0.25=25% 。 45/170 第 14 章 内能的利用 7：能量转化的过程在人体内不断地发生。食物也是一种“燃料”，其营养成分在人体细胞中与 氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2360 kJ/100 g”，该标识的 含义与以下物理量的含义类似的是( ) A. 热值 B. 热量 C. 比热容 D. 内能 答案：A 解析：“2360 kJ/100 g”表示单位质量食物完全“燃烧”（氧化分解）放出的能量，与热值（单位 质量燃料完全燃烧放热）含义类似。 8：干木柴、焦炭和无烟煤的热值如图所示，下列说法正确的是( ) A. 在完全燃烧的条件下，无烟煤放出的热量最多 B. 在质量相同的条件下，干木柴燃烧放出的热量最少 C. 0.5 kg 焦炭的热值等于 1 kg 焦炭的热值 D. 燃烧 0.5 kg 焦炭放出的热量小于燃烧 1 kg 焦炭放出的热量 答案：C 解析： A 错误：放出热量多少还与燃料质量有关，未说明质量无法比较。 46/170 第 14 章 内能的利用 B 错误：干木柴热值最小，若质量相同且完全燃烧，其放热最少，但选项未强调“完全燃烧”。 C 正确：热值是燃料特性，与质量无关，0.5 kg 和 1 kg 焦炭的热值相同。 D 错误：未说明燃烧是否完全，无法比较实际放热多少。 9：甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的 2 倍，甲的效率是 30%，乙的效率是 20%，那么甲、 乙在相同时间内所消耗汽油的质量之比为( ) A. 3:4 B. 2:3 C. 3:2 D. 4:3 答案：D 解析：设甲的功率为P甲，效率为η甲，乙的功率为P乙 ，效率为η乙，汽油的热值为 q，做功时间 为 t，甲在时间 t 内做的有用功W甲=P甲t，乙在时间 t 内做的有用功W乙=P乙t 。由题意知P甲:P乙=2:1， η甲:η乙=30%:20%=3:2；甲在时间 t 内消耗的总能量Q甲= W甲 η甲 = P甲t η甲 ，甲在时间 t 内的耗油量 m甲= Q甲 q = P甲t η甲q ；同理可得乙在时间 t 内的耗油量m乙= P乙t η乙q ；甲、乙两汽油机在相同时间 t 内的耗 油量之比m甲:m乙= P甲t η甲q : P乙t η乙q = P甲 η甲 : P乙 η乙 = P甲 P乙 : η甲 η乙 = 2 1 : 3 2 =4:3 。故选 D 10：如图所示，在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，下列说法正确的是( ) A. 研究方法是控制变量法和转换法 B. 研究对象是烧杯中被加热的液体 C. 实验中还需要的器材是天平和秒表 D. 相同时间内温度计示数越大，该燃料的热值一定越大 47/170 第 14 章 内能的利用 答案：A 解析： A 正确：控制燃料质量、被加热液体的种类和质量（控制变量法）；通过温度计示数变化反映 放热多少（转换法）。 B 错误：研究对象是不同燃料。 C 错误：无需秒表，不控制燃烧时间。 D 错误：相同时间内示数变化受燃烧效率影响，不能直接比较热值。 11：新农村建设中广泛使用一种小型农用柴油机，该柴油机为单缸四冲程内燃机，输出功率为 8 kW。正常工作 1 min，该柴油机输出的有用功为__________J，若效率为 40%，这段时间消 耗柴油_____kg。（取 q 柴油=4.0×10⁷ J/kg） 答案：4.8×10⁵；0.03 解析：已知该柴油机的输出功率 P=8 kW=8 000 W ，工作时间 t=1 min=60 s ，则该柴油机输 出的有用功 W=Pt=8 000 W×60 s=4.8×105 J ；已知该柴油机效率η=40%，由η= W Q放 可知，柴油 完全燃烧放出的热量为Q放= W η = 4.8×10 5 J 40% =1.2×106 J，由Q放=mq 可知，消耗柴油的质量 m= Q放 q柴油 = 1.2×10 6 J 4.0×107 J/kg =0.03 kg 。 12：进入汽车发动机的空气与燃油的质量比称为空燃比。如图甲，可通过监测尾气管中的氧含 量来控制喷油，使吸入发动机的空气与燃油恰好完全反应达到最佳空燃比，这样可节约能源。 现发动某汽车： 48/170 第 14 章 内能的利用 （1）汽车在图乙压缩冲程时将________转化成______。（均填“机械能”“化学能”或“内能”） 答案：机械能；内能 （2）该车轮轴转一圈，进入气缸的空气质量为 0.6 g。车匀速直线行驶 100 m，轮轴转了 200 圈，车受到的牵引力为 1600 N。在此过程中，求： ①进入气缸的空气总质量； 答案：120 g 解析：轮轴每转一圈进入气缸的空气质量m0=0.6 g ，在此过程中，进入气缸的空气总质量 m空气=200 m0=200×0.6 g=120 g 。 ②牵引力所做的功。 答案：1.6×10⁵ J 解析：牵引力做的功 W=Fs=1 600 N×100 m=1.6×105 J 。 （3）该车的最佳空燃比为 15，求上述过程消耗的燃油质量。 答案：8 g 解析：最佳空燃比 m空气 m燃油 =15，则m燃油= m空气 15 = 120 g 15 =8 g 。 （4）燃油热值取 5×10⁷ J/kg，求上述过程发动机的效率。 答案：40% 解析：上述过程燃油完全燃烧放出的热量Q放=m燃油q=8×10−3 kg×5×107 J/kg=4×105 J ， 发动机的效率η= W Q放 = 1.6×10 5 J 4×105 J =0.4=40% 。 49/170 第 14 章 内能的利用 第 3 节 热机的效率 1：在跨学科实践活动中，小华调查“家用燃料的变迁与合理使用”时发现，爷爷小时候使用木 柴作为家用燃料；爸爸、妈妈小时候用煤炭，之后用液化气；如今小华家使用天然气为家用燃 料，主要是天然气的( ) A. 密度较大 B. 热值较大 C. 比热容较大 D. 沸点较高 2：［多选］汽油的热值为 4.6×10⁷ J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识 汽油热值的大小：现有一个 60 kg 的中学生，从大厦的 1 楼步行至 11 楼（走了 10 层楼），每 层楼的层高为 3 m，如果质量为 m 的汽油完全燃烧放出的热量和中学生克服重力做的功大小相 等，下列说法正确的是(g 取 10 N/kg) ( ) A. 汽油的热值为 4.6×10⁷ J/kg，表示 1 kg 汽油燃烧放出的热量为 4.6×10⁷ J B. 汽油的热值与汽油的质量和燃烧放出的热量均无关 C. 该中学生克服重力做了 1.8×10⁴ J 的功 D. 通过计算可知汽油的质量 m 约为 0.39 g 3：我国研制的全球首款本体热效率达 53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油 机热效率的世界纪录。与普通柴油机平均 30%∼45%的热效率水平相比，下列关于该款柴油机 说法正确的是( ) A. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机内能转化为的机械能更多 B. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机释放的热量更多 C. 该柴油机工作时消耗的燃料一定更少 D. 消耗 1 kg 柴油，该柴油机由于摩擦损失的能量一定更少 30/112 第 14 章 内能的利用 4：如图为热机工作时的能量流向示意图，则热机的效率可以表示为( ) A. η= E1+E2+E3+E4 E B. η= E3 E C. η= E1+E3+E4 E D. η= E1+E2+E4 E 5：为了节约能源，需要提高热机效率，关于提高热机效率的方法，下列说法正确的是( ) A. 尽量使用热值大的燃料 B. 采用先进的制造技术，能将热机的效率提高到 100% C. 尽量增加热机工作时间 D. 尽量减少废气带走的热量 6：某款国产汽车，当它在某平直公路上以 20 m/s 的速度匀速行驶时，每百公里的油耗为 6 L， 汽车行驶 300 s，该汽车消耗汽油_____L，假设该汽车在运动过程中受到的平均阻力是 495 N， 则汽油机的效率是____%（假设汽油的热值是 3.3×10⁷ J/L）。 7：能量转化的过程在人体内不断地发生。食物也是一种“燃料”，其营养成分在人体细胞中与 氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2360 kJ/100 g”，该标识的 含义与以下物理量的含义类似的是( ) A. 热值 B. 热量 C. 比热容 D. 内能 8：干木柴、焦炭和无烟煤的热值如图所示，下列说法正确的是( ) A. 在完全燃烧的条件下，无烟煤放出的热量最多 B. 在质量相同的条件下，干木柴燃烧放出的热量最少 31/112 第 14 章 内能的利用 C. 0.5 kg 焦炭的热值等于 1 kg 焦炭的热值 D. 燃烧 0.5 kg 焦炭放出的热量小于燃烧 1 kg 焦炭放出的热量 9：甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的 2 倍，甲的效率是 30%，乙的效率是 20%，那么甲、 乙在相同时间内所消耗汽油的质量之比为( ) A. 3:4 B. 2:3 C. 3:2 D. 4:3 10：如图所示，在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中，下列说法正确的是( ) A. 研究方法是控制变量法和转换法 B. 研究对象是烧杯中被加热的液体 C. 实验中还需要的器材是天平和秒表 D. 相同时间内温度计示数越大，该燃料的热值一定越大 11：新农村建设中广泛使用一种小型农用柴油机，该柴油机为单缸四冲程内燃机，输出功率为 8 kW。正常工作 1 min，该柴油机输出的有用功为__________J，若效率为 40%，这段时间消 耗柴油_____kg。（取 q 柴油=4.0×10⁷ J/kg） 32/112 第 14 章 内能的利用 12：进入汽车发动机的空气与燃油的质量比称为空燃比。如图甲，可通过监测尾气管中的氧含 量来控制喷油，使吸入发动机的空气与燃油恰好完全反应达到最佳空燃比，这样可节约能源。 现发动某汽车： （1）汽车在图乙压缩冲程时将________转化成______。（均填“机械能”“化学能”或“内能”） （2）该车轮轴转一圈，进入气缸的空气质量为 0.6 g。车匀速直线行驶 100 m，轮轴转了 200 圈，车受到的牵引力为 1600 N。在此过程中，求： ①进入气缸的空气总质量；②牵引力所做的功。 （3）该车的最佳空燃比为 15，求上述过程消耗的燃油质量。 （4）燃油热值取 5×10⁷ J/kg，求上述过程发动机的效率。 33/112