第十四章 第四节 跨学科：热机效率和环境保护-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪科版2024)

31 第四节　跨学科：热机效率和环境保护 ▶ “答案与解析”见P12 1. 煤油的热值为4.6×107J/kg,其物理意义是 ,当煤油的质 量减少为原来的一半时,剩余煤油的热值为 J/kg。 2. 关于q= Q m 的理解,下列说法正确的是 ( ) A. 热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B. 燃料燃烧不充分时,部分能源将被浪费 掉,热值将减小 C. 当燃料未燃烧时,其热值为零 D. 某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 3. 甲、乙两台汽油机,甲的效率为35%,乙的效 率为25%,这两个数据表示 ( ) A. 甲做的功比乙多 B. 甲的功率比乙大 C. 在相同时间内甲燃烧的汽油比乙多 D. 消耗相同的汽油时,甲做的有用功比乙多 4. 为节约能源,需提高热机的效率,下列措施不 能提高效率的是 ( ) A. 尽量使燃料充分燃烧 B. 尽量减少热机部件间的摩擦 C. 尽量减少废气带走的热量 D. 尽量增加热机的工作时间 (第5题) 5. 如图所示为A、B 两种燃料 完全燃烧释放的热量Q 与其 质量m 的关系图像,从图中 可 看 出 A 燃 料 的 热 值 B 燃料的热值;同 等质量的A、B 燃料完全燃烧,B 放出的热量 A 放出的热量。(选填“大于”“小 于”或“等于”) 6. 某柴油机的能量流向如图所示,其中 内能输入为1kg柴油完全燃烧放出 的能量,从能量流向图可以得出,该 柴油机的效率为 ,柴油的热值为 J/kg。 (第6题) 7. 柴油机的效率比汽油机的效率高,主要原 因是 ( ) A. 柴油的热值比汽油的热值大 B. 柴油机和汽油机的点火方式不同 C. 汽油机的做功冲程用电火花点燃的方式, 浪费了一部分能量 D. 做功冲程中柴油机气缸内的燃气产生的 压强和温度比汽油机里的高 8. 有甲、乙两辆汽车,使用相同品质的汽油,在 水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车 行驶50km消耗的汽油为4L,乙车行驶 100km消耗的汽油为7.3L,则这两台汽车 的效率η的大小关系为 ( ) A. η甲=η乙 B. η甲>η乙 C. η甲<η乙 D. 条件不足,无法判断 9. 下列关于热机和环境保护的说法中正确的是 ( ) A. 热机的大量使用会造成环境污染 B. 所有的热机都用汽油作为燃料 C. 汽车排出的尾气都是有毒气体 D. 热机所产生的噪声可以被热机上的消声 器完全消除 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能与热机 32 10. 木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,对它们 取不同质量进行完全燃烧,得到了如表所示 的数据: 燃料的 质量/g 燃料完全燃烧放出的热量 Q木柴/J Q焦炭/J Q木炭/J 100 1.2×106 3.0×106 3.4×106 200 2.4×106 6.0×106 6.8×106 300 3.6×106 9.0×106 10.2×106 400 4.8×106 12.0×106 13.6×106 (1) 从表中的数据可以得到,相同质量的不 同燃料,它们完全燃烧所释放的热量是 的;对于同一种燃料,质量越大,完 全燃烧所释放的热量越 。 (2) 从表中的数据还可以看出,对于同一种 燃料, 和 的比 值是不变的。这个不变的比值,反映了燃料 本 身 的 一 种 性 质,物 理 学 中 把 它 称 为 。它是用来描述燃料完全燃烧 时,释放热量能力大小的物理量。 (3) 完全燃烧0.01m3的天然气放出的热量 是 J;如果这些热量完全用于加热 水,可使 kg的水温度升高10℃; 实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要 多许多,原因是用燃气灶烧水时,除了水吸 收热量外,一部分传给了盛水的容器,另外 一部分传给了 (写一个即 可)。[q天然气取4.2×107J/m3,c水=4.2× 103J/(kg·℃)] (4) 在烧水过程中,人们关心的是燃烧天然 气所放出的热量中有多少被水吸收。为了 衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出 的热量中所占比例,物理中引入 来 描述,我们总是希望它的值越 越好。 11. 近年来,我国部分省份开始推广使用乙醇汽 油,乙醇汽油由乙醇与汽油以1∶9 (体积比)的比例混合而成,已知汽 油的热值q汽油取3.3×107J/L,乙 醇的热值q乙醇取2.4×107J/L,设混合后总 体积不变,请计算乙醇汽油的热值。 12. 跨学科实践·日常生活 (2024·山西)山西拥 有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一 家从平遥古城自驾前往五台山,进行古建筑 研学旅行。假设平遥古城到五台山全程约 为360km,驾车前往大约需要4h。(汽油 的热值q取4.5×107J/kg,汽油的密度ρ 取0.8×103kg/m3) (1) 求汽车的平均速度。 (2) 汽车全程消耗汽油25L,求汽油完全燃 烧放出的热量Q。 (3) 若汽车发动机全程的平均功率为 25kW,求汽车发动机的效率。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)九年级 一次功,所用时间t=115s ,P=Wt= 135J 1 15s =2025W。 11. (1) 内 机械 (2) ① 1.2×105 0.5 ② 600 (3) 1.2×106 (4) pS pSl Sl 解析:(1) 发动机在做功冲 程里,高温、高压的燃气推动活塞向下 运动,对外做功,同时将内能转化为机 械能。(2) ① 已 知 输 出 功 率 是 120kW,所 以 每 秒 做 功 W=Pt= 120×103W×1s=1.2×105J。因为 总排量为2.0L,所以单缸排量V= 1 4×2.0L=0.5L 。② 因为发动机 有四个缸同时工作,所以每个气缸1s 内做 功 W'= 14W = 1 4 ×1.2× 105J=3×104J。因为发动机转速为 6000r/min,所以每秒转100r,每两 转中有一个做功冲程,故1s内做功 50次,所以 每 个 做 功 冲 程 做 的 功 W″=150W'= 1 50×3×10 4J=600J。 (3) 由题述公式W=pV 可得,p= W″ V = 600J 0.5×10-3m3=1.2×10 6Pa。 (4) 由p= F S 可知,活塞受到的压力 F=pS;因为在做功冲程中活塞移动 的距离为l,发动机的单缸排量V= Sl,所以燃气对活塞所做的功W= Fl=pSl=pV。 第四节　跨学科：热机效率 和环境保护 1. 1kg煤油完全燃烧放出的热量是 4.6×107J 4.6×107 2. D 3. D 4. D 5. 小于 大于 解析:由图可知,A、 B 质量相同时,QA<QB,根据q= Q放 m 可得,qA<qB,即A 燃料的热值 小于B 燃料的热值;若A、B 燃料质 量相等,且都完全燃烧,根据Q放=mq 可知,QA<QB,即B 放出的热量大于 A 放出的热量。 6. 30% 4.3×107 解析:1kg柴油 完全燃烧放出的能量Q放=3.01× 107J+1.29×107J=4.3×107J,该柴 油 机 的 效 率 η= W有 Q放 ×100% = 1.29×107J 4.3×107J×100%=30% ;由公式 Q放=mq 得柴油的热值q= Q放 m = 4.3×107J 1kg =4.3×10 7J/kg。 7. D 解析:柴油机的效率比汽油机 的效率高,主要是因为柴油机在压缩 冲程中,压缩的程度比汽油机大,燃烧 更充分,燃气产生的压强更大,温度更 高。故选D。 8. C 解析:甲、乙两车在水平高速公 路上匀速行驶时动力相同,甲车行驶 100km,耗油4L×2=8L,乙车行驶 100km,耗油7.3L,两车做的有用功 相同,故甲车的效率小于乙车的效率, 即η甲<η乙。选C。 9. A 解析:热机的大量使用,会造成 噪声污染和空气污染,A对。 10. (1) 不同 多 (2) 完全燃烧放 出的热量 燃料的质量 热值 (3) 4.2×105 10 空气(或燃气灶) (4) 热效率 大 解析:(1) 由表格中 数据可知,完全燃烧质量相同的木柴、 焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一 种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的 热量越多。(2) 对于同一种燃料,完 全燃烧放出的热量与燃料的质量成正 比,即放出热量与质量的比值不变;物 理学中用热值表示燃料的这一特性。 (3) 完全燃烧0.01m3 的天然气放出 的热量 Q放 =Vq天然气 =0.01m3× 4.2×107J/m3=4.2×105J;由于 Q吸=Q放,由Q=cmΔt得,水的质量 m = Q吸 c水Δt = 4.2×105J 4.2×103J/(kg·℃)×10℃ = 10kg;天然气完全燃烧放出的热量一 部分被水吸收,还有一部分会被容器、 空气等吸收。(4) 为了衡量水吸收的 热量在完全燃烧天然气放出的热量中 所占比例,物理中引入的是热效率的 概念,能量损失越少,热效率越高,便 能节约能源,减小对环境的破坏。 11. 解析:设乙醇汽油的体积为V,由 于混合后总体积不变,根据Q=qV 得,汽油完全燃烧放出的热量Q汽油= V×90%×q汽油=0.9Vq汽油,乙醇完全 燃烧放出的热量Q乙醇=V×10%× q乙醇=0.1Vq乙醇,所以,乙醇汽油的热 值 q乙醇汽油 = Q汽油+Q乙醇 V = 0.9Vq汽油+0.1Vq乙醇 V = 0.9q汽油 + 0.1q乙醇=0.9×3.3×107J/L+0.1× 2.4×107J/L=3.21×107J/L。 12. 解析:(1) 汽车平均速度v=st= 360km 4h =90km /h。(2) 消耗汽油的 质量 m=ρV=0.8×103kg/m3× 25×10-3m3=20kg;燃烧释放的热 量Q=qm=4.5×107J/kg×20kg= 9×108J。(3) 汽车发动机做的机械功 W=Pt=25×103 W×4×3600s= 3.6×108J;发动机的机械效率η= W Q ×100%= 3.6×108J 9×108J ×100%= 40%。 专题特训三　热学 公式的运用 1. 0.6×103 解析:由题意可知,水 吸收的热量Q吸=c水m水Δt水=4.2× 103J/(kg·℃)×200×10-3kg× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 21