12.4 热机与社会发展-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(沪粤版2024)

热容一般不同(合理即可) 解析:(1) 比 热容的计算公式是c= QmΔt ,其中质 量的单位是kg,热量的单位是J,温度 的单位是℃,所以比热容的单位是 J/(kg·℃),也可以写成J·(kg·℃)-1, 因此这两个单位本质上是相同的,只 是写法不同,所以B说法正确。(2) 因 为水的比热容比干泥土、砂石的比热 容大,夜晚,陆地和海洋放出相同的热 量,陆地比海洋降温快,海面的热空气 上升,地面附近的冷空气就会来补充, 于是冷的空气(风)从陆地吹向海洋。 (3) 分析表中数据可以发现:水的比热 容较大;不同物质的比热容一般不同; 同种物质,状态不同,比热容一般不 同;少数不同物质的比热容相同;液体 的比热容一般大于固体等合理即可。 13. 解析:(1) 合金钢制刀具放入火炉 中加热到830℃,所以,合金钢制刀具 的初温t0=830℃;刀具浸没在水中 放出的热量Q合放=c合金钢m合金钢(t0- t)=0.42×103J/(kg·℃)×1kg× (830℃-30℃)=3.36×105J。 (2) 不计热量散失,则Q水吸=Q合放= 3.36×105J,由Q水吸 =c水m水 (t- t0水 ),得 m水 = Q水吸 c水(t-t0水)= 3.36×105J 4.2×103J/(kg·℃)×(30℃-10℃) = 4kg。 14. C 解析:当将金属球放入甲容器 中时,金属球放出的热量与水吸收的 热量相等,即Q金=Q水。设金属球的 质量为m金、比热容为c金、水的质量 为 m水、水 的 比 热 容 为 c水 ,则 Q金=c金 ×m金 ×(65℃-45℃), Q水=c水×m水×(45℃-25℃),因 为 Q金 =Q水,所 以 c金 ×m金 × (65℃-45℃)=c水×m水×(45℃- 25℃),化简得 c水m水 c金m金= 1 1 ;当将金属 球放入乙容器中时,乙容器中的水放 出的热量与金属球吸收的热量相等, 即Q水'=Q金',由于甲、乙容器中的水 的质量相等,又是同一个金属球,所以 仍设金属球的质量为 m金、比热容 为c金、水的质量为m水、水的比热容 为c水,设乙容器中水的初温为t0,则 Q水'=c水 ×m水 × (t0 -60 ℃), Q金'=c金×m金×(60℃-45℃),因 为Q水'=Q金',即c水×m水×(t0- 60℃)=c金×m金×(60℃-45℃),又 因 c水m水 c金m金= 1 1 ,解得t0=75℃,故选C。 12.4　热机与社会发展 1. D 2. D 判断热机冲程的方法 一看气门开闭;二看活塞运动 方向。 3. D 4. B 5. D 解析:由于汽油容易挥发等原 因,其利用率只有90%,则2kg汽油 能利用的质量 m=2kg×90%= 1.8kg,汽油完全燃烧放出的热量 Q放=qm=4.6×107J/kg×1.8kg= 8.28×107J,由题可知,汽油机的效率 η=100%-30%-35%-10%= 25%,则获得的机械能 W=Q放η= 8.28×107J×25%=2.07×107J,故 D正确。 6. B 解析:由图知,活塞向上运动, 进气门和排气门都关闭,因此图示冲 程是压缩冲程,故A错误;完全燃烧 5kg汽油放出的热量Q放=q汽油m= 4.6×107J/kg×5kg=2.3×108J,由 η= W有用 Q放 ×100% 可 得,有 用 功 W有用=Q放η=2.3×108J×30%= 6.9×107J,故B正确;曲轴每转两圈 对外做功一次,所以1min转动1800r, 对外做功900次,则该汽油机在1s内 做功的次数为900 60=15 ,故C错误;汽 油机消耗的燃料越少,其做的有用功 也可能少,其效率不一定就越高,故D 错误。 7. 3000 4.2×105 0.07 8. 做功 300 2250 解析:高温的 蒸汽推动风车转动,将蒸汽的内能转 化成了风车的机械能;汽油机的做功 冲程将燃气的内能转化为活塞的机械 能,燃气的内能减小,所以蒸汽推动风 车转动时的能量转化与汽油机做功冲 程的能量转化相同。四冲程汽油机飞 轮转速为3600r/min=60r/s,即汽油 机飞轮每秒转60r,由于四冲程汽油 机一个工作循环完成4个冲程,飞轮 和曲轴转2r,对外做功1次,所以1s 内该汽油机对外做功30次,则10s内 对外做功300次。缸内燃气推动活塞 一次所做的功 W=Fs=1500N× 0.05m=75J,由于1s内该汽油机对 外做功30次,则做功一次所用的时间 t=130s ,汽油机的功率 P=Wt = 75J 1 30s =2250W。 9. 1×107 1.5×107 解析:如果内 燃机的效率提高1%,内燃机的效率 变为η2=η1+1%=30%+1%= 31%,内燃机效率提高后有用功不变, 即W1=W2。由η= W Q ×100%= W qm×100% 可得,η1q油m1=η2q油m2, 则内燃机效率提高后,消耗的燃油的 质量m2=η 1 η2 m1,每辆汽车每年节约 燃油Δm=m1-m2=m1-η 1 η2 m1= 1-η1 η2 m1= 1-30%31% ×1.6t≈ 0.05t,我国每年可以节约燃油的质 量m油=nΔm=2.0×108×0.05t= 1×107t。由Q=qm 可得,如果燃油 和煤 炭 放 出 相 同 的 热 量,那 么 q油m油 =q煤m煤,所 以 煤 炭 的 质 量 m煤=q 油 q煤m油= 4.5×107J/kg 3.0×107J/kg ×1× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 21 107t=1.5×107t。 10. 解析:(1) 发动机功率最大时, 1min 做 的 有 用 功 W有用 =74× 103W×60s=4.44×106J;1min内, 曲轴转动5200r,则吸入汽油和空气 的混合物次数为5200r 2r =2600 ;发动 机工作时的最佳空燃比(空气和燃油 的质量比)为14∶1,则汽油质量占油 气混合物总质量的 1 15 ;排 气 量 为 1.8L的 汽 车,气 缸 总 容 积 V = 1.8L×109=2L ,1min内发动机消耗 汽油的质量 m=2600× 115ρV= 2600× 115×1.35kg /m3 ×2× 10-3m3=0.468kg,汽油完全燃烧放 出的热量 Q放 =mq=0.468kg× 4.6×107J/kg=2.1528×107J;综上 所述,这台发动机在最大功率时的热 机 效 率 η = W有用 Q放 × 100% = 4.44×106J 2.1528×107J×100% ≈20.6%。 (2) 汽车以最高速度175km/h前进 100km 所 用 的 时 间 t= sv = 100km 175km/h= 4 7h= 240 7 min ,汽车每行 驶100km 消耗汽油的质量 m'= 0.468kg/min× 240 7 min= 2808 175 kg , 汽车每行驶100km消耗汽油的体积 V'=m' ρ' = 2808 175kg 0.71×103kg/m3 ≈22.6× 10-3m3=22.6L。 专题特训二　热学综合计算 1. 解析:(1) 水的体积V=1000L= 1000dm3=1m3,由ρ= m V 可得,水 的质量m=ρV=1.0×103kg/m3× 1m3=1000kg。(2) 水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)× 1000kg×(100℃-20℃)=3.36× 108J。(3) 由η= Q吸 Q放×100% 可得, 天然气完全燃烧放出的热量Q放= Q吸 η =3.36×10 8J 80% =4.2×10 8J,由 Q放=Vq可得,需要燃烧天然气的体 积 V天然气 = Q放 q = 4.2×108J 4×107J/m3 = 10.5m3。 2. 解析:(1) 汽油完全燃烧释放出的 热量Q放=q汽油m=4.6×107J/kg× 2kg=9.2×107J。(2) 由η= W Q放× 100%可知,用于驱动汽车行驶和蓄电 池充电的总能量W=ηQ放=40%× 9.2×107J=3.68×107J,驱动汽车行 驶的能量 W机械 =W -E=3.68× 107J-1.34×107J=2.34×107J。 (3) 由P=Wt 可知,汽车在燃油提供 驱动力的情况下,可以行驶的时间 t= W机械 P = 2.34×107J 2×104W =1170s 。 3. 解析:混合时t1<t2,初温是t1 的 水吸热,初温是t2 的水放热,混合后 的温度为t,则Q吸 =cm1(t-t1), Q放=cm2(t2-t),不计热损失,则 Q吸=Q放,cm1(t-t1)=cm2(t2-t), 即m1(t-t1)=m2(t2-t),m1t- m1t1=m2t2-m2t,所以混合后的水 的温度t= m1t1+m2t2 m1+m2 。 4. 解析:(1) 忽略内胆及空间的热能 消耗,则有Q放=Q吸。由Q=cmΔt 可得,4.2×103J/(kg·℃)×200× 10-3kg×(100℃-t1)=4.2× 103J/(kg·℃)×300×10-3kg× (t1-20℃),解得t1=52℃,则杯内 水温为52℃。(2) 将200g室温矿泉 水倒入该杯,摇一摇,矿泉水的温度可 升至t2,则有4.2×103J/(kg·℃)× 300×10-3kg×(52℃-t2)=4.2× 103J/(kg·℃)×200×10-3kg× (t2-20℃),解得t2=39.2℃。 5. 内 机械 丙 压缩 30 1.38×108 解析:电火花发生器打火 时,酒精气体燃烧膨胀做功,最后内能 转化为盒盖的机械能,可以看到盒盖 飞出。图丙中的气门都关闭,活塞向 下运行,气缸容积增大,且上端的火花 塞发出电火花,是做功冲程,在这一过 程中,内能转化为机械能,与图甲原理 一致;图乙中的气门都关闭,活塞向上 运行,气缸容积减小,是压缩冲程,此 时机械能转化为内能。因为汽油机在 一个工作循环中,飞轮转动两圈,对外 做功一次,汽油机工作时的转速为 3600r/min=60r/s,故每秒做功的次 数为60 2=30 ,故每秒有30个做功冲 程。10kg汽油完全燃烧时放出的热 量Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg= 4.6×108J,可以对外做功W=ηQ放= 30%×4.6×108J=1.38×108J。 6. 29.9% 解析:燃气对活塞的平均 压力F=pS=4.5×105Pa×300× 10-4m2=1.35×104N;一个做功冲 程中燃气对活塞做的功 W=Fs= 1.35×104N×30.0×10-2 m×4= 16200J;曲轴每转两圈对外做功一 次,1min转动300r,做功150次,所 以每小时做功W'=16200J×150× 60=1.458×108J;该汽油机1h消耗 的汽油放出的热量Q=mq=10.6kg× 4.6×107J/kg=4.876×108J,效率 η= W' Q ×100% = 1.458×108J 4.876×108J× 100%≈29.9%。 7. 解析:(1) 由图可知,汽油机转速为 2000r/min时,对应的汽车输出功率 P =30kW =3×104 W,v = 90km/h=25m/s,根据 P=Wt = Fs t =Fv 可 知,牵 引 力 F=Pv = 3×104W 25m/s =1200N 。(2) 1.1kg汽油 完全燃烧放出的热量Q放=mq汽油= 1.1kg×4.6×107J/kg=5.06×107J, 此过程中汽油机的转速为2000r/min, 飞轮转2圈完成一个工作循环,对外 做一次功,即每分钟完成1000个工 作循环,则10min汽油机对外做功的 次数为10000,汽油机一个工作循环 汽油 完 全 燃 烧 释 放 的 热 量 Q = Q放 10000= 5.06×107J 10000 =5.06×10 3J。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 31 27 12.4　热机与社会发展 ▶ “答案与解析”见P12 1. 中国“探月工程”总设计师吴伟仁院士是我们 学习的榜样。如果请你协助吴院士设计一辆 在月球上使用的月球车,但月球上没有大气, 下列动力装置适用的是 ( ) A. 柴油机 B. 汽油机 C. 空气喷气发动机 D. 电动机 (第2题) 2. ★如图所示为四冲程汽油机的某一 冲程,下列说法不正确的是 ( ) A. 该冲程为做功冲程 B. 该冲程将内能转化为机械能,气 缸内气体内能减少 C. 四个冲程中,只有该冲程提供机械能 D. 若该汽油机飞轮转速为3000r/min,则 1s对外做功100次 3. (2024·临沂)2024年4月20日,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。下列内燃机的四个冲程,气 缸内气体的内能最小的是 ( ) A. B. C. D. 4. 下面关于汽油机与柴油机的说法,正确的是 ( ) A. 汽油机与柴油机使用的燃料相同 B. 汽油机采用点燃式点火,柴油机采用压燃 式点火 C. 汽油机气缸顶部有个喷油嘴,柴油机气缸 顶部有个火花塞 D. 汽油机吸入气缸里的是空气,柴油机吸入 气缸里的是柴油和空气的混合物 5. 某型号汽油机工作时的热损失情况分别为: 气缸散热损失30%,废气带走35%,机械摩 擦损耗10%,由于汽油容易挥发等原因,其 利用率只有90%,则2kg汽油能利用的部分 完全燃烧获得的机械能是(汽油的热值为 4.6×107J/kg) ( ) A. 2.48×107J B. 3.02×107J C. 0.88×107J D. 2.07×107J 6. (2024·广安)内燃机的发明是第二 次工业革命中应用技术领域的一项 重大成就。如图所示为单缸四冲程 汽油机的一个冲程示意图,若该汽油机的效 率为30%,飞轮每分钟转动1800r,则下列说 法正确的是(q汽油=4.6×107J/kg) ( ) A. 图中所示冲程是做功冲程 B. 若该汽油机完全燃烧5kg汽油,则汽油机 做的有用功为6.9×107J C. 该汽油机在1s内做功30次 D. 汽油机消耗的燃料越少,效率一定越高 (第6题) (第7题) 7. 如图所示为某单缸四冲程汽油机的某一冲 程,若该汽油机每秒对外做功25次,则该汽 油机飞轮的转速为 r/min;把质量为 2kg、温度为25℃的水加热到75℃,水吸收 的热量为 J,若这些热量由效率为 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十二章　内能与热机 28 20%的火炉燃烧焦炭来提供,则需要燃烧 kg 的 焦 炭。[q焦炭 = 3.0 × 107J/kg,c水=4.2×103J/(kg·℃)] 8. (2024·无锡新吴期末)如图所示,小明发现 家中的蒸蛋器在使用时会通过上方小孔喷出 蒸汽,于是他小心地将自制的风车放在小孔 附近,成功让风车转了起来,蒸汽推动风车转 动时的能量转化与汽油机 冲程的能 量转化相同。某单缸四冲程汽油机工作时, 飞轮转速为3600r/min,则其10s内对外做 功 次;若缸内燃气对活塞的平均推 力为1500N,活 塞 向 下 运 动 的 距 离 为 0.05m,则功率是 W。 (第8题) 9. 我国汽车持有量在迅速增长,目前我国处于 使用状态的汽车已突破2亿辆,每辆汽车每 年耗油1.6t,汽车内燃机的效率平均取值为 30%,如果把内燃机效率提高1%,我国每年 (处于使用状态的汽车取2亿辆)可以节约燃 油 t(结果保留1位有效数字),节约 的燃油完全燃烧产生的热量,相当于完全燃 烧煤炭 t。(燃油的热值取4.5× 107J/kg,煤炭的热值取3.0×107J/kg) 10. 跨学科实践·工程实践 小欣同学看 到一些小汽车的尾部都标有“0.8” “1.6”“1.8”或“2.0”等字样,他上 网查询得知这是汽车发动机“排气量”的数 值。所谓排气量就是发动机气缸的工作容 积,是指所有气缸内活塞从下止点到达上止 点所扫过的容积之和。一般情况下发动机 的“排气量”越大,功率越大。汽车发动机每 一个工作循环都要经历四个冲程,带动曲轴 转动2周。现有一辆汽车,其发动机排气量 为1.8L,最大功率为74kW,当该发动机以 最大功率工作时,曲轴的转速为5200r/min。 发动机工作时的最佳空燃比(空气和燃油的 质量比)为14∶1,压缩比(气缸总容积与燃 烧室容积之比)是10∶1,若发动机在最大功 率时汽油和空气的混合密度为1.35kg/m3, 汽油的热值 为4.6×107J/kg、密 度 为 0.71×103kg/m3。 (1) 求这台发动机在最大功率时的热机效 率。(结果精确到0.1%) (2) 发动机在最大功率时,汽车的最高速度 为175km/h,在此情况下汽车每百千米消 耗汽油多少升? (结果保留一位小数) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪粤版)九年级