专题练习2 效率的综合计算 -2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

专题练习2 效率的综合计算 类型1　热效率的相关计算 1.已知天然气的热值为3.8×107 J/m3，完全燃烧1.4×10-2 m3天然气放出 J的热量；这些天然气可将质量为3.8 kg、初温为25 ℃的水加热到45 ℃，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水吸收的热量为 J，烧水的效率为 。 2.为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧2 kg秸秆煤可放出 焦热量；若这些热量完全被水吸收，可使 千克水温度由20 ℃升高到60 ℃，该过程是通过 的方式使水的内能增加［已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］。 3.天然气在我市广泛应用，已知天然气的热值为4×107 J/m3，完全燃烧0.1 m3天然气可以放出 J的热量；这些热量若只有42%被水吸收，则可以使常温下10 kg的水温度上升 ℃［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］。 4.天然气是市民家中常用的一种能源。某用户使用燃气灶将50 kg的水从20 ℃加热到80 ℃，消耗了0.5 m3的天然气。已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝4.2×107 J/m3。求： (1)这些水吸收的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量； (3)燃气灶的效率。 5.（四川广安统考）小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到60 ℃，燃烧了100 g木炭。已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，木炭的热值q＝3.36×107 J/kg。求： (1)水吸收的热量； (2)该火炉烧水的热效率。 6.（河北邢台校级月考）小高同学查资料发现电热水壶的热效率为90%，他想要对比传统煤炉烧水与电热水壶的效率，进行了以下操作，用煤炉给10 kg的水加热，同时，他绘制了如图所示的加热过程中水的温度随时间变化的图像。假设在6 min内完全燃烧了0.2 kg的煤，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q煤＝3×107 J/kg。 (1)求加热6 min，水所吸收的热量； (2)通过计算比较两种烧水方式，哪种效率高。 类型2　发动机效率的相关计算 7.一台四冲程汽油机，运行时每分钟完成4 000个冲程，每个做功冲程消耗5 g汽油，各种能量损耗大致为气缸散热损失占30%，废气带走的能量占32%，摩擦等能量损耗占8%，则这台汽油机正常运行时每分钟对外做功 次，效率为 ，每分钟输出有用功 J。（汽油的热值为4.6×107 J/kg） 8.（河北邢台校级期中）汽车的内燃机工作时，若该车以80 km/h的车速匀速直线行驶了1 h，行驶过程中所受阻力大小为900 N，内燃机消耗燃油5 kg。求：（燃油的热值q＝4.6×107 J/kg） (1)5 kg燃油完全燃烧放出的热量； (2)该过程中汽车牵引力做的功； (3)该汽车内燃机的效率。（精确至1%） 9. 如图所示，中国人民解放军力量日益壮大，在某次阅兵式上众多新式战车精彩亮相。某辆轮式伞兵突击战车以72 km/h的速度在水平地面匀速直线行驶时，发动机的功率为6×104 W。求：（q汽油＝4×107 J/kg） (1)战车此次行驶时，受到的阻力； (2)战车此次共行驶20 min，若汽油机的效率为30%，消耗汽油的质量。 10.某汽车在水平地面上以25 m/s的速度匀速行驶600 s，汽车发动机的牵引力所做的功为3×107 J。若该汽车发动机的效率为30%，假设汽油在发动机气缸内完全燃烧（汽油热值q＝5×107 J/kg），针对这一过程，求： (1)该汽车使用四冲程汽油机，图中汽油机处于 冲程，如果该汽油机飞轮的转速是3 600 r/min，则汽油机1 s对外做功 次； (2)汽车行驶的路程； (3)汽车受到的阻力； (4)消耗汽油的质量。 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题练习2 效率的综合计算 类型1　热效率的相关计算 1.已知天然气的热值为3.8×107 J/m3，完全燃烧1.4×10-2 m3天然气放出　5.32×105　J的热量；这些天然气可将质量为3.8 kg、初温为25 ℃的水加热到45 ℃，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水吸收的热量为　3.192×105　J，烧水的效率为　60%　。 2.为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧2 kg秸秆煤可放出　4.2×107　焦热量；若这些热量完全被水吸收，可使　250　千克水温度由20 ℃升高到60 ℃，该过程是通过　热传递　的方式使水的内能增加［已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］。 3.天然气在我市广泛应用，已知天然气的热值为4×107 J/m3，完全燃烧0.1 m3天然气可以放出　4×106　J的热量；这些热量若只有42%被水吸收，则可以使常温下10 kg的水温度上升　40　℃［c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］。 4.天然气是市民家中常用的一种能源。某用户使用燃气灶将50 kg的水从20 ℃加热到80 ℃，消耗了0.5 m3的天然气。已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝4.2×107 J/m3。求： (1)这些水吸收的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量； (3)燃气灶的效率。 (1)水吸收的热量 Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(80 ℃－20 ℃)＝1.26×107 J。 (2)天然气完全燃烧放出的热量 Q放＝Vq＝0.5 m3×4.2×107 J/m3＝2.1×107 J。 (3)天然气炉灶的效率 η＝×100%＝×100%＝60%。 答：(1)这些水吸收的热量为1.26×107 J； (2)天然气完全燃烧放出的热量为2.1×107 J； (3)燃气灶的效率为60%。 5.（四川广安统考）小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到60 ℃，燃烧了100 g木炭。已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，木炭的热值q＝3.36×107 J/kg。求： (1)水吸收的热量； (2)该火炉烧水的热效率。 (1)水吸收的热量Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(60 ℃－20 ℃)＝3.36×105 J； (2)燃烧100 g木炭放出的热量Q放＝m炭q水＝100×10-3 kg×3.36×107 J/kg＝3.36×106 J； 该火炉烧水的热效率η＝＝＝0.1＝10%。 6.（河北邢台校级月考）小高同学查资料发现电热水壶的热效率为90%，他想要对比传统煤炉烧水与电热水壶的效率，进行了以下操作，用煤炉给10 kg的水加热，同时，他绘制了如图所示的加热过程中水的温度随时间变化的图像。假设在6 min内完全燃烧了0.2 kg的煤，已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q煤＝3×107 J/kg。 (1)求加热6 min，水所吸收的热量； (2)通过计算比较两种烧水方式，哪种效率高。 (1)加热6 min，水吸收的热量Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃－20 ℃)＝2.52×106 J； (2)煤完全燃烧产生的热量Q放＝m′q煤＝0.2 kg×3×107 J/kg＝6×106 J；煤炉烧水时的效率η＝＝＝0.42＝42%<90%， 因此电热水壶烧水时的热效率高。 类型2　发动机效率的相关计算 7.一台四冲程汽油机，运行时每分钟完成4 000个冲程，每个做功冲程消耗5 g汽油，各种能量损耗大致为气缸散热损失占30%，废气带走的能量占32%，摩擦等能量损耗占8%，则这台汽油机正常运行时每分钟对外做功　1 000　次，效率为　30%　，每分钟输出有用功　6.9×107　J。（汽油的热值为4.6×107 J/kg） 因汽油机完成1个工作循环，有4个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，所以汽油机运行时每分钟完成4 000个冲程，每分钟对外做功1 000次。汽油机正常运行时的效率η＝1－30%－32%－8%＝30%。汽油机每个做功冲程消耗5 g汽油，则每分钟消耗汽油的质量为 m＝5 g×1 000＝5 000 g＝5 kg。5 kg汽油完全燃烧释放的热量Q放＝mq＝5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×108 J，每分钟输出的有用功W有用＝Q放×η＝2.3×108 J×30%＝6.9×107 J。 8.（河北邢台校级期中）汽车的内燃机工作时，若该车以80 km/h的车速匀速直线行驶了1 h，行驶过程中所受阻力大小为900 N，内燃机消耗燃油5 kg。求：（燃油的热值q＝4.6×107 J/kg） (1)5 kg燃油完全燃烧放出的热量； (2)该过程中汽车牵引力做的功； (3)该汽车内燃机的效率。（精确至1%） (1)5 kg燃油完全燃烧放出的热量Q放＝m燃油q＝5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×108 J； (2)该车以80 km/h的车速匀速直线行驶了1 h的路程s＝vt＝80 km/h×1 h＝80 km＝8×104 m，汽车匀速行驶时，牵引力等于阻力，即F牵＝f＝900 N，该过程中汽车牵引力做的功W＝F牵s＝900 N×8×104 m＝7.2×107 J； (3)该汽车内燃机的效率η＝＝≈0.31≈31%。 9. 如图所示，中国人民解放军力量日益壮大，在某次阅兵式上众多新式战车精彩亮相。某辆轮式伞兵突击战车以72 km/h的速度在水平地面匀速直线行驶时，发动机的功率为6×104 W。求：（q汽油＝4×107 J/kg） (1)战车此次行驶时，受到的阻力； (2)战车此次共行驶20 min，若汽油机的效率为30%，消耗汽油的质量。 (1)因战车匀速行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力， 则战车此次行驶时，受到的阻力 Ff＝F＝＝＝3 000 N。 (2)结合η＝×100%，根据Q放＝mq可得消耗汽油的质量 m＝＝＝＝＝6 kg。 答：(1)战车此次行驶时，受到的阻力为3 000 N； (2)消耗汽油的质量为6 kg。 10.某汽车在水平地面上以25 m/s的速度匀速行驶600 s，汽车发动机的牵引力所做的功为3×107 J。若该汽车发动机的效率为30%，假设汽油在发动机气缸内完全燃烧（汽油热值q＝5×107 J/kg），针对这一过程，求： (1)该汽车使用四冲程汽油机，图中汽油机处于　做功　冲程，如果该汽油机飞轮的转速是3 600 r/min，则汽油机1 s对外做功　30　次； (2)汽车行驶的路程； (3)汽车受到的阻力； (4)消耗汽油的质量。 (1)图中汽油机进、排气门全关，活塞向下运动，火花塞喷火花，说明此过程为做功冲程；飞轮的转速是3 600 r/min，则1 s飞轮转动60 r，已知飞轮转2圈汽油机对外做功1次，则转60圈对外做功为30次； (2)汽车行驶的路程s＝vt＝25 m/s×600 s＝1.5×104 m； (3)汽车匀速行驶，受到的阻力和牵引力大小相等，由W＝Fs，可知f＝F＝＝＝2×103 N； (4)汽油完全燃烧放出的热量Q放＝＝＝1×108 J，消耗汽油的质量m＝＝＝2 kg。 学科网（北京）股份有限公司 $