第十四章 专题特训一 热量的综合计算&第4节 跨学科实践：制作简易热机模型-【拔尖特训】2025-2026学年新教材九年级全一册物理(人教版2024)

题意知P甲∶P乙=2∶1,η甲∶η乙= 30%∶20%=3∶2;则甲在时间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 ; 同理可以得到乙在时间t内的耗油量 的表达式m乙= P乙t η乙q 。甲、乙两汽油机 在相同时间内的耗油量之比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η乙 P乙η甲 =21× 2 3=4∶3 。 7. D 解析:热值是燃料本身的一种 特性,热值由燃料本身决定,与燃料是 否充分燃烧无关,故A错误;火箭发 动机工作过程中,会有热量的损失、克 服机械摩擦消耗部分能量、燃料不可 能完全燃烧等因素的存在,所以热机 效率不会达到100%,故B错误;一切 物体在任何情况下都有内能,故C错 误;火箭搭载着飞船升空的过程中,飞 船的质量不变,高度增大,所以重力势 能越来越大,故D正确。 8. 热值 越多 9. 温室效应加剧 热岛效应 降低 34% 解析:内燃机在使用过程中,排 放过多的二氧化碳,使得温室效应加 剧,废气和冷却水带走的热量是热岛 效应的“元凶”之一;汽车发动机工作 时将内能转化为机械能,冒“黑烟”说 明燃烧不充分,用来做有用功的能量 占燃料完全燃烧放出总能量的比例就 小,所以效率降低;由能量流向图可 知,该内燃机的效率η=100%- 31%-28%-7%=34%。 10. (1) 自下而上 (2) 相等 温度 计示数的变化 (3) 酒精 (4) 偏小 解析:(1) 安装器材时,需用外焰加 热,故应按照自下而上的顺序安装器 材。(2) 为保证实验结论的可靠性, 实验时应取质量相等的两种燃料,分 别给装有质量相等的水的两个相同的 烧杯加热,直到两种燃料完全燃烧完; 本实验燃料完全燃烧放出热量的多少 是通过水吸收的热量进行比较的,而 水吸收的热量是通过水升高的温度, 即温度计示数的变化进行比较的。 (3) 由表中数据可知,用酒精加热的 水温度升得高,由Q吸=c水mΔt可知, 这些水吸收的热量多,说明酒精燃烧 放出的热量多,由q= Q放 m 可知,酒精 的热值大。(4) 因为在加热过程中存 在热量损失,并且燃料不可能完全燃 烧,所以测得的热值会偏小。 11. (1) 50kg航空燃油完全燃烧放出 的热量Q放=mq燃油=50kg×4.2× 107J/kg=2.1×109J (2) 根据η= W Q放×100% 可知,牵引力做的功W= ηQ放 =40%×2.1×109J=8.4× 108J,飞机发动机的牵引力F=Ws= 8.4×108J 600m =1.4×10 6N 专题特训一　热量的 综合计算 1. (1) 水的质量m=ρ水V水=1.0× 103kg/m3×2×10-3m3=2kg,水吸 收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2× 103J/(kg·℃)×2kg×(70℃- 20℃)=4.2×105J (2) 天然气完全 燃烧放出的热量Q放 =qV=4.0× 107J/m3×0.03m3=1.2×106J (3) 天 然 气 灶 的 效 率η= Q吸 Q放× 100%=4.2×10 5J 1.2×106J×100%=35% 2. (1) 水 吸 收 的 热 量 Q吸 = c水mΔt=c水ρ水V水 (t-t0)=4.2× 103J/(kg·℃)×1.0×103kg/m3× 40×10-3 m3×(40℃-15℃)= 4.2×106J (2) 天然气释放的热量 Q放 =q天然气V=3.2×107J/m3× 0.16m3=5.12×106J (3) 该热水 器的 热 效 率 η= Q吸 Q放 ×100% = 4.2×106J 5.12×106J×100% ≈82%,由 于 82%<84%,故小华家热水器未达到 最低标准 3. (1) 体积为0.01m3的可燃冰完全 燃 烧 放 出 的 热 量 Q放 =Vq = 0.01m3×7×108J/m3=7×106J (2) 依 题 意 得,水 吸 收 的 热 量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)× 100kg×15℃=6.3×106J,可燃冰释 放出的热量被利用的效率η= Q吸 Q放× 100%=6.3×10 6J 7×106J×100%=90% (3) 若(2)中水吸收的热量用来加热 质量为20kg、初温为30℃的水,水升 高 的 温 度 Δt' = Q吸 cm' = 6.3×106J 4.2×103J/(kg·℃)×20kg =75℃, 此时水的末温t=t0+Δt'=30℃+ 75℃=105℃,在一个标准大气压下, 水的沸点为100℃,则水的温度升高 Δt″=t'-t0=100℃-30℃=70℃ 4. (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,完全燃烧释放 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,发动机的效率 η= W Q ×100% = 3.6×108J 9×108J × 100%=40% 5. (1) 该火箭发射时携带6×104kg 液态氢燃料,这些燃料完全燃烧放出 的热量Q放=mq=6×104kg×1.4× 108J/kg=8.4×1012J (2) 若(1)中放 出的热量只有20%被水吸收,则水吸收 的热量Q吸=20%Q放=20%×8.4× 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 8 1012J=1.68×1012J,由Q吸=cmΔt 得,这些热量能使5×106kg、初温为 30℃的水升高的温度Δt= Q吸 c水m水= 1.68×1012J 4.2×103J/(kg·℃)×5×106kg = 80℃,水的末温t=t0+Δt=30℃+ 80℃=110℃,而标准大气压下水的 沸点为100℃,则水的末温为100℃ (3) 1.5kg氢燃料完全燃烧释放的热 量 Q放'=m'q=1.5kg×1.4× 108J/kg=2.1×108J,由P= W t 得, 氢能源车的牵引力做的功W=Pt时= 70×103W×20×60s=8.4×107J, 该发动机的效率η= W Q放'×100%= 8.4×107J 2.1×108J×100%=40% 第4节　跨学科实践：制作 简易热机模型 1. A 2. D 解析:在这个实验中,燃料的化 学能转化为内能,内能再转化为风车 的机械能,故A错误;在能量转化过 程中会有能量的损耗,燃料燃烧产生 的热量不能完全传给水和水蒸气,故 B错误;能量在转化过程中会有损耗, 水蒸气的内能不能全部转化成风车的 机械能,故C错误;试管内水蒸气的 内能可以转化为风车的机械能,故该 实验基本展示了蒸汽机的工作原理, 蒸汽机属于热机,故D正确。 3. (1) 热传递 (2) 内 机械 做功 解析:(1) 蜡烛燃烧放出热量被水吸 收而增大水的内能,这是通过热传递 的方式改变水的内能的。(2) 当管向 右喷蒸汽时“船体”向左运动,这个过 程的能量转化是内能减小,机械能增 大,内能转化为机械能。这与热机的 做功冲程相同。 4. (1) 蛋壳在加热过程中不会被烧 坏破裂。因为水沸腾时温度保持在沸 点,不再升高,一般情况下,水沸腾的 温度低于蛋壳被烧坏的温度,同时水 蒸气也可通过塑料管排出,蛋壳不会 因内部压力过大而破裂,故蛋壳在这 样的温度下不会被烧坏 (2) 因为一 部分高压水蒸气受到鸡蛋内其他水蒸 气压力而向后喷出,喷出的水蒸气同 时对内部的水蒸气有一个反作用力, 这个力就是推动纸船航行的力,它的 施力物体是喷出的水蒸气 (3) 首先 是酒精燃烧时,把它的化学能转化为 火焰的内能,火焰的内能通过热传递 转移给水,从而形成高温高压的水蒸 气,水蒸气喷射后,把内能转化为纸船 的机械能 第十四章整合拔尖 ［高频考点突破］ 典例1 A 解析:猛推推杆入筒的过 程中,推杆压缩筒内空气做功,使筒内 气体温度升高,内能增加,将机械能转 化为内能。内燃机的做功冲程中,燃 气推动活塞做功,将内能转化为机械 能,故A符合题意;内燃机的压缩冲 程中,活塞压缩燃料做功,将机械能转 化为内能,故B不符合题意;钻木取 火时,将机械能转化为内能,故C不 符合题意;流星穿过大气层时,与空气 剧烈摩擦做功,将机械能转化为内能, 故D不符合题意。 [跟踪训练] 1. B 典例2 20000 6000 40 20 解析: 燃气对活塞的平均推力F= pS=5×105Pa×0.04m2=20000N, 一个做功冲程燃气对活塞做功W= FL=20000N×0.3m=6000J; 2400r 1min= 2400r 60s =40r /s,1s时间内 飞轮转40r,飞轮每转2r做1次功, 故1s内汽油机对外做功的次数为 40 2=20 。 [跟踪训练] 2. C 典例3 3×104 40% 解析:因为 汽车匀速行驶时,处于平衡状态,受到 的牵引力和阻力是一对平衡力,所以 汽车受到的牵引力F=f=1000N, 汽车速度v=108km/h=30m/s,牵 引力做功 W=Fs=1000N×9× 104m=9×107J,这时汽车牵引力做 功的功率P=Wt= Fs t=Fv=1000N× 30m/s=3×104W。汽油完全燃烧放 出的热量Q放 =mq=5kg×4.5× 107J/kg=2.25×108J,汽车发动机 的 效 率 η = W Q放 × 100% = 9×107J 2.25×108J×100%=40% 。 [跟踪训练] 3. (1) 由图像得,当汽车 速度达到50km/h时,汽车受到的阻 力为4000N,由二力平衡知识得,牵 引力大小F=f=4000N (2) 汽车 匀速行驶的一段路程,燃料完全燃烧 放出的热量Q放 =mq燃料 =14kg× 4.5×107J/kg=6.3×108J (3) 内 燃机做的有用功W有=ηQ放=40%× 6.3×108J=2.52×108J,蓄电池充满 电时获得的电能W电=η'E=20%× 7.6×108J=1.52×108J,车获得的机 械能W机械=W有-W电=2.52×108J- 1.52×108J=1×108J,内燃机给车轮 供能的效率η″= W机械 Q放 ×100%= 1×108J 6.3×108J×100% ≈15.9% ［综合素能提升］ 1. B 2. C 3. C 4. D 解析:由于汽油容易挥发等,其 利用率只有90%,则2kg汽油能利用 部分的质量m=2kg×90%=1.8kg, 这部分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= 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 9 20 专题特训一　热量的综合计算 ▶ “答案与解析”见P8 类型一 相关热效率的计算 1. (2024·贵阳期末)学习过热效率后,小明同 学为计算他家的天然气灶烧水的热效率,将 2L的水倒入烧水壶中,测出水温为20℃,把 水刚加热到70℃时,测出消耗的天然气为 0.03m3,已知c水=4.2×103J/(kg·℃)、 ρ水=1.0×103kg/m3,天 然 气 的 热 值 取 4.0×107J/m3,假设天然气完全燃烧,求: (1) 水吸收的热量。 (2) 天然气完全燃烧放出的热量。 (3) 他家的天然气灶的效率。 2. 跨学科实践·日常生活 (2024·晋中期中)小华 尝试估测家里使用的天然气热水器的热效 率。他把家里自动洗衣机的“水量”设为 40L,用热水器输出的热水注入洗衣机,当注 入水的体积达到40L时,洗衣机自动停止注 水。已知当时自来水温度是15℃,热水器输 出热水的温度是40℃,观察天然气表发现注 水前后消耗了0.16m3天然气。[c水=4.2× 103J/(kg·℃),q天然气=3.2×107J/m3] (1) 求洗衣机里的水吸收的热量。 (2) 求完全燃烧0.16m3 天然气所释放出来 的热量。 (3) 燃气热水器的能效等级分成三等:能效 最低的为3级,热效率值不低于84%;2级热 效率值不低于88%;1级能效最高,热效率值 不低于96%。请通过计算,说明他家热水器 的热效率值是否达到最低标准。 3. 新情境·科技民生 (2024·兰州校级期末)可 燃冰清洁无污染,储量巨大,是一种非常理想 的新型能源。可燃冰的热值很高,是天然气 热值的10倍以上。问:[水的比热容为4.2× 103J/(kg·℃),可燃冰的热值取7×108J/m3] (1) 体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出 的热量为多少? (2) 若0.01m3可燃冰释放出的这些热量可 使100kg的水温度升高15℃,则可燃冰释放 出的热量被利用的效率是多少? (3) 若(2)中水吸收的热量用来加热质量为 20kg、初温为30℃的水,在一个标准大气压 下,水的温度升高多少? 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册 21 类型二 相关热机效率的计算 4. (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。平遥古城 到五台山全程约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。 (第5题) 5. 新情境·社会热点 中国首次火星探索 任务“天问一号”探测器的成功发 射,是我国综合国力和创新能力显 著提升的重要标志,如图所示为某火箭发射 时的场景。目前运载火箭一般使用液态氢作 为燃料,液态氧作为助燃剂,液态氢的热值为 1.4×108J/kg。 (1) 该火箭发射时携带6×104kg液态氢燃 料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少? (2) 若(1)中放出的热量只有20%被水吸收, 则能将5×106kg、初温为30℃的水加热至 多少摄氏度? [c水=4.2×103J/(kg·℃), 已知当地大气压为标准大气压] (3) 氢能源车的发动机工作时将液态氢转化 为氢气,氢气在气缸中燃烧,某次测试中,一 辆氢 能 源 车 以70kW 的 功 率 匀 速 行 驶 20min,消耗了1.5kg氢燃料,求该发动机的 效率。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 第十四章　内能的利用 22 第4节　跨学科实践：制作 简易热机模型 ▶ “答案与解析”见P9 1. (2025·柳州模拟)如图所示为热机的共同特 点,其中虚线框处应该填 ( ) (第1题) A. 内能 B. 电能 C. 光能 D. 势能 2. 跨学科实践·工程实践 如图所示为科技小组制 作的实验装置,燃料燃烧将试管中的水加热 后,水蒸气从橡皮塞小孔冲出,推动风车转动。 下列关于这个实验的说法,正确的是 ( ) (第2题) A. 燃料的化学能直接转化为风车的机械能 B. 燃料燃烧产生的热量完全传递给水和水 蒸气 C. 水蒸气的内能全部转化成风车的机械能 D. 这是蒸汽机的工作原理,蒸汽机属于热机 3. 跨学科实践·工程实践 如图所示为小明制作的 简易“蒸汽船”模型。将盛有一定量水的铜制 容器安装在“船体”上,用蜡烛对铜制容器底 部加热,一段时间后,铜管会向右喷蒸汽,“蒸 汽船”就向左行驶。 (第3题) (1) 蜡烛对铜制容器底部加热导致容器内水 温升高,这是通过 的方式改变水的 内能的。 (2) 当管向右喷蒸汽时,“船体”向左运动,这 个过程的能量转化是 能转化为 能。这与热机的 冲程 相同。 4. 跨学科实践·工程实践 小明同学在学 习热机的有关知识后,自己找来一 些器材制作了一个鸡蛋纸船,如图 所示。其中纸船用硬蜡纸折成,鸡蛋用注射 器开孔吸出蛋清蛋黄,蛋壳里注一半的水,塑 料管的一端斜插入鸡蛋里的水面上,另一端 斜向下,整个鸡蛋用两根弯铁丝放在船上使 之固定,鸡蛋下放着装有棉花和酒精的小铁 盒盖,用塑料片粘一个船舵,凡是开口处都用 胶水和塑料纸粘好,做好鸡蛋纸船后,将小船 放进装有水的塑料脸盆中,使塑料管口浸入 船尾水面下,然后用火柴点燃酒精,小船尾部 喷射蒸汽使小船破浪前进。 (1) 蛋壳在被加热过程中会被烧坏破裂吗? 为什么? (2) 是什么力推动纸船前进? 它的施力物体 是谁? (3) 在这个过程中,能量转化过程如何? (第4题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(人教版)九年级全一册