【第二章改变世界的热机】第2节 热机效率（同步分层）-2025-2026学年物理教科版（2024）九年级上册

【第二章改变世界的热机】 第2节 热机效率 一、单选题 1．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．柴油机的效率一定比汽油机的效率高 C．热机的效率越高，在做同样多的有用功时消耗的能量越少 D．热机损失的能量中，主要是由于克服机械间的摩擦造成的 2．一辆汽车在某段水平公路上匀速行驶，共消耗了的汽油，牵引力做功．已知该汽车的发动机为四冲程汽油机，汽油的热值为，下列有关说法错误的是（　　） A．该行驶过程中汽油机的效率为 B．使燃料燃烧的更充分，可以提高热机效率 C．四冲程汽油机的做功冲程将机械能转化为内能 D．汽车刹车时，轮胎的温度会升高，这个过程主要是通过做功改变物体的内能 3．关于热机错误的说法是（　　） A．利用内能来做功的机器叫热机 B．蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机 C．一切热机的工作过程都包括四个冲程 D．用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率 4．小欢用不同装置分别加热200g的水和200g的某种物质，水从50℃加热至98℃刚好消耗了4g酒精（q酒精=3×107J/kg），她根据实验数据绘制出水和该物质的温度随时间变化的图线。若单位时间内该物质吸收的热量与水吸收的热量相等，c水=4.2×103J/（kg·℃），下列说法正确的是（　　） A．10～25min该物质的内能保持恒定不变 B．该物质0～10min的比热容大于25～35min的比热容 C．该物质0～10min的比热容为1.68×103J/（kg·℃） D．加热水的酒精灯的加热效率为36.3% 5．航空母舰上的飞机起飞时，由于跑道距离有限，可采用蒸汽弹射来帮助飞机迅速达到起飞所需要的速度．我国正 在加紧研制这项技术，力争在后续建造的航母中投入使用，蒸汽弹射是将水气的内能转化为飞机的动能，转化率约 为 9％，对于蒸汽弹射以下说法中正确的是（　　） A．功率大、效率高 B．功率大、效率低 C．功率小、效率高 D．功率小、效率低 6．下列与热机有关的说法正确的是（　　） A．汽油在汽缸中燃烧越充分，它的热值就越大 B．随着科技的发展，热机的效率能达到100% C．使用热值更高的燃料可提高热机的效率 D．四冲程内燃机的吸气、压缩、排气冲程是靠飞轮的惯性完成的 7．小叶看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是很想了解油的吸热能力。在老师指导下，他用酒精灯分别加热质量为50g、初温为20℃的油和水，记录的相关数据如下表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，酒精的热值为3×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。下列说法正确的是（　　） 物质种类 加热时间（min） 消耗酒精（g） 末温（℃） 油 2 1 88 水 2 1 50 A．2min内油吸收的热量为3×104J B．他使用的酒精灯的加热效率为21% C．油的末温比水的高，所以吸热能力更强 D．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关 8．某同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时，选用了两只完全相同的酒精灯用完全相同的方式分别质量都是200g的沙子和水加热。他绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象分别如图a、图b所示。已知酒精的热值q＝3.0×107J/kg，加热时酒精灯平均每分钟消耗2.8g酒精。已知水的比热容 ，则下列说法正确的是（　　） A．沙子的吸热能力大于水的吸热能力 B．加热2min时间内水吸收的热量Q吸水为4.2×105J C．这2min时间内酒精灯的加热效率η为40% D．沙子的比热容c沙约为 二、多选题 9．2023年10月24日15时许，空军航空大学“红鹰”飞行表演队驾驶着南昌设计制造的“教—8”教练机，以8机编队拉彩烟的方式飞越滕王阁，带来了一场视觉盛宴。下列说法错误的是（　　） A．八架飞机同向同速飞行时，以长机为参照物，身后的其余飞机是静止的 B．飞机俯冲时，它们在赣江中的倒影会变大 C．飞机飞行时获得向上的升力，是因为机翼上方空气流速小于机翼下方空气流速 D．飞机发动机的热机效率肯定小于100% 10．关于热机的效率，下列说法错误的是（　　） A．热机耗费的燃料少，热机的效率就一定高 B．热机的有用功占总功的比例大效率就高 C．热机做的有用功多，效率就一定高 D．热机的功率大，效率就一定高 11．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，下列描述错误的是（　　） A．汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物 B．图中对应的是汽油机的做功冲程 C．汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟对外做功60次 D．汽油机工作的功率越大，其效率就越高 12．一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107J的热量，共计损失了4.8×107J能量，下列说法正确的是（　　） A．用来做有用功的能量为3.2×107J B．该柴油机的效率为60% C．通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D．减少机械间的摩擦可以提高热机效率 13．下列有关热机的说法中不正确的是（　　） A．热机工作时将燃料化学能转化为内能，再转化成机械能 B．柴油机进气口吸入的是柴油和空气的混合物 C．四冲程汽油机每个工作循环中有2个冲程依靠惯性完成 D．热机效率越高，热机的功率越大 14．汽车发动机之一是汽油机，阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图，下列回答正确的是（　　） A．发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能 B．用水来冷却是利用了水的比热容大这一特性 C．减小零件间摩擦是提高热机效率的有效途径 D．该内燃机的效率为30% 15．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶9km，用时10min，消耗汽油1kg，已知汽车的牵引力是2000N，汽油的热值为4.5×107J/kg，假设汽油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的有（　　） A．汽车行驶速度是90km/h B．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是4.5×107J C．汽车牵引力做功的功率是30kW D．汽车发动机的效率是40% 16．总质量为1500kg的老四轮小汽车每条轮胎与地面的接触面积为0.03m2，该车以72km/h的速度由小明家沿水平直路行驶到学校用0.5h，消耗了2kg汽油，汽油的热值为q=4.5×107J/kg。已知汽车在行驶过程中受到的阻力是车重的0.05倍，g=10N/kg。则（　　） A．汽车对地面的压强为5×104Pa B．小明家到学校的距离36m C．在此过程中汽车牵引力做的功2.7×107J D．在此过程中汽车能量的利用率为30% 17．用相同的酒精灯加热初温相同（未知）、质量均为100g的甲、乙两种液体，已知68min消耗酒精的质量为0.4g，它们的温度随时间变化的图像如图，甲、乙单位时间吸收的热量相等，甲的比热容c甲=2×103J/（kg•℃），酒精的热值q酒 =3×107J/kg（单位时间消耗酒精的质量相同）。下列说法正确的是（　　） A．甲液体的沸点为80℃，乙液体的沸点为40℃ B．68min酒精灯对甲液体的加热效率约为33.3% C．甲、乙两种液体的初温都是0℃ D．乙液体的比热容c乙=4×103J/（kg•℃） 三、填空题 18．图甲是柴油机的　 　冲程。图乙是该柴油机工作时的能量流向图，该柴油机的效率为　 　。请根据能量流向图，写出一种提高热机效率的方法：　 　。 19．我国航天技术处于世界领先水平。运载火箭采用液态氢作为燃料，可以保护环境，还因为液态氢具有较大的　 　；火箭发射过程，将燃料燃烧放出的内能转化为　 　能；随着科学技术的发展，运载火箭的热机效率　 　（选填“可能”或“不可能”）达到。 20．某汽车的汽油机每秒做功40次，则其曲轴在1min内转动了 　 　圈。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，此时汽油的热值 　 　，汽油机的工作效率会 　 　（选填“增大”“不变”或“减小”）。 21．热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2022年11月20日，潍柴在潍坊发布全球首款本体热效率52.28%的商业化柴油机，远远高于目前市场现有主流产品的平均热效率46%。假如你是该项目的工程师，为再次提升产品的热效率，结合影响热机效率的因素，你可以在哪些方面改进创新？　 　 。假如你研制的产品实现商业化应用，会给我们的生活带来哪些影响？ 　 　 （写出一条即可）。 22．合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下，1t生活垃圾能“榨”出140 kg燃料油。若燃料油的热值为4.0×107J/kg，某城镇每天产生50t生活垃圾，则这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量为　 　J。在标准大气压下，这些热量的30%被500 m3、30 ℃的水吸收，则水温能升高　 　℃。[c水=4.2×103 J/（kg·℃），ρ水=1.0×103 kg/m3] 23．2023年杭州举行第19届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇热值为2.3×107 J/kg，则完全燃烧1 kg甲醇释放的热量是　 　J该热量的84%被水吸收，可以使1 t温度25℃的水升高　 　℃。〔已知水的比热容是c水=4.2×103 J/（kg•℃）〕 24．“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到天然气的数十倍，说明“可燃冰”的　 　很大．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功　 　次． 四、综合题 25．某型号汽车在测试中，沿一段平直的路面匀速行驶了20min，消耗汽油4kg。测试过程中该汽车发动机的有用功率恒为60kW。（，假设汽油完全燃烧） （1）给汽车提供动力的是汽油机四冲程的　 　冲程；测试后油箱中剩余汽油的热值　 　（选填“变大”、“变小”或“不变”）。若该汽油机的转速为1800r/min，则1s内对外做功　 　次； （2）完全燃烧4kg的汽油放出的热量是多少　 　？ （3）测试过程中该汽车汽油机的热机效率是多少　 　？ 26．如图运﹣20是我国自主研发的大型运输机，可在复杂气象条件下，执行各种物资和人员的长距离航空运输任务。若该运输机在高空中飞行时受到的水平推力恒为1.6×105N，某次沿水平方向匀速航行了1080km的过程中，燃烧航空煤油8t。（航空煤油的热值为4×107J/kg，假设航空煤油完全燃烧） （1）运输机着陆后减速滑行过程中，轮胎表面的温度会升高，这是通过 　 　的方式使轮胎的内能 　 　（选填“增大”或“减小”）。 （2）8t航空煤油完全燃烧放出的热量是多少？ （3）该运输机发动机的热机效率是多少？ 五、计算题 27．汽车给我们的生活提供了便利，某汽车以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶5分钟消耗了汽油0.4dm3。（汽油热值为4.6×107J/kg，密度约为0.7×103kg/m3） （1）请计算此过程汽油完全燃烧放出的热量？ （2）已知车以20m/s的速度匀速行驶时，牵引力的功率为12kW，求汽车受到的阻力？ （3）汽车发动机的效率为多少？ 六、作图题 28．如图所示，甲为热机的能量流向图，请在乙图中画出该热机的有用机械能和损失能量比例扇形统计图，只要求画出：有用机械能和损失能量，并在图中注明文字和比例。 七、实验探究题 29．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体a、b质量和初温均相同。 （1）为了研究不同物质的吸热能力，应选择其中　 　（选填“甲”“乙”或“丙”）两幅图进行实验。除了图中装置外，还要使用的测量仪器是天平和　 　，根据记录的数据做出了两种液体的温度随时间变化的关系图，如图丁所示： ①不同物质吸热的多少是通过　 　来反映的（选填“温度计示数”或“加热时间”）； ②由图丁可以看出，　 　液体的吸热本领较大（选填“a”或“b”）；假设相同时间内液体吸热量相同，b液体的比热容是4.2×103，则a液体的比热容是　 　； （2）为了测量不同燃料的热值，正确选择其中两幅图进行实验，利用公式计算出液体吸收的热量，然后根据q＝计算出燃料的热值。则计算结果与燃料的实际热值相比　 　。（选填“偏大”、“偏小”或“不变”） 30．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。 （1）比较不同燃料的热值，应选择　 　两图进行实验，实验中应控制两装置燃料　 　　（选填“完全燃烧完”或“燃烧相同时间”），通过比较　 　（选填“温度计上升的示数”或“加热时间的长短”）来确定燃料热值的大小； （2）比较不同物质的比热容，应选择　 　两图进行实验，不同物质吸热多少是通过　 　（选填“温度计上升的示数”或“加热时间的长短”）来反映的。 （3）若甲图烧杯中为50g的水，燃料1为2×10-4kg的酒精。酒精完全燃烧后，温度计示数升高20℃（水未沸腾），水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精热值为3×107J//kg，则该装置对水的加热效率为　 　。 答案解析部分 1．【答案】C 2．【答案】C 3．【答案】C 【解析】【解答】解：A、热机就是利用热来工作的机器； B、蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫热机； C、热机并不都是4冲程的，也有2冲程的； D、用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫热机的效率． 故选C． 【分析】利用燃料燃烧获得的内能来工作的机器叫热机； 热机包括：蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机； 热机的效率指的是用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比． 4．【答案】C 5．【答案】B 【解析】【解答】根据题意可知，需要采用功率大的蒸汽弹射在较短的时间内使飞机达到起飞所需要的速度；但是蒸汽弹射的转化效率约为9%说明蒸汽弹射的效率低，故B正确。 故答案为：B。 【分析】功率是表示做功快慢的物理量；题目中的转化率是指效率的高低。 6．【答案】D 【解析】【解答】A．热值是物质的某种特性，与物质的种类和状态有关，与燃料的质量大小和燃烧是否充分无关，B不符合题意； B．热机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等，所以热机的效率不可能达到100%，B不符合题意； C．热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与燃料的热值无关，C不符合题意； D．四个冲程中，做功冲程是唯一一个对外做功的冲程，基余冲程靠飞轮的惯性来完成，D符合题意。 故答案为：D。 【分析】热值是物质的某种特性，与物质的种类和状态有关，与燃料的质量大小和燃烧是否充分无关。 热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，热机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等，所以热机的效率不可能达到100%。 内燃机四个冲程中，做功冲程是唯一一个对外做功的冲程，基余冲程靠飞轮的惯性来完成。 7．【答案】B 【解析】【解答】A．由题意可知，油和水的质量相等，都为，水的比热容为c水=4.2×103J/(kg·℃)，2min内水的温度由t0=20℃上升到t=50℃，则水吸收的热量为 2min内油吸收的热量与水吸收的热量相等，则油吸收的热量为 所以2min内油吸收的热量为6.3×103J，A不符合题意； B．由题意可知，酒精的热值为q=3×107J/g，加热2min消耗了m酒精=1g=1×10-3kg的酒精，则完全燃烧1g酒精放出的热量为 则酒精灯的加热效率为 B符合题意； C．相同质量和相同初温的油和水吸收相同的热量，末温度越低表示物质吸热能力越强，所以油的末温比水的高，说明油吸热能力更弱，C不符合题意； D．物质的吸热能力即比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与其吸收的热量多少无关，D不符合题意。 故答案为：B。 【分析】工具物体的比热容、质量和温度差，计算热量；利用燃料的质量和热值达到乘积，计算热量；根据吸收的热量和总热的比值，计算热效率。 8．【答案】D 【解析】【解答】A．加热时间相同，水和沙子吸收的热量相同，沙子的温度差大，根据 ，水的比热容大，水的吸热能力大于沙子的吸热能力，故A错误； B．根据图b，加热2min水温度差为： 水吸收的热量 ，故B错误； C．加热2min时间内消耗酒精的质量： 酒精完全燃烧放出的热量： 酒精灯的加热效率，故C错误； D．相同酒精灯，燃烧相同时间，放出的热量相同，则在2min的时间内，沙子吸收的热量： 由图a可知加热2min，沙子的温度为， 沙子的质量m沙=200g=0.2kg， 计算沙子的比热容：，故D正确。 故选D。 【分析】质量和吸收热量相同时，比热容越大， 温度差越小；根据Q=cmΔt，计算吸收的热量；利用Q=mq，计算燃料放出的热量，根据，计算热效率；利用热量相等，计算比热容。 9．【答案】B,C 10．【答案】A,C,D 11．【答案】C,D 12．【答案】A,D 13．【答案】B,C,D 14．【答案】B,C,D 15．【答案】B,C,D 16．【答案】C,D 【解析】【解答】A．汽车对地面的压力 汽车对地面的压强 A不符合题意； B．小明家到学校的距离 B不符合题意； C．汽车受到的牵引力 在此过程中汽车牵引力做的功 C符合题意； D．在此过程中汽油完全燃烧放出的热量为 在此过程中汽车能量的利用率为 D符合题意。 故答案为：CD。 【分析】根据质量计算重力和压力，利用压力和受力面积的比值计算压强；利用速度和时间的乘积计算路程；利用力和距离的乘积计算做功多少；根据燃料的热值和质量的乘积计算热量；根据功和热量的比值计算热机效率。 17．【答案】A,B,C 18．【答案】做功；52%；减小因摩擦而消耗的能量 19．【答案】热值；机械；不可能 【解析】【解答】液态氢具有较大的热值，燃料燃烧的过程中将内能转化为火箭的机械能，由于燃料的不完全燃烧或摩擦损耗等因素，火箭的热机效率不可能达到100%，故答案为：热值；机械；不可能。 【分析】燃料的热值为单位质量或单位体积的某种燃料完全燃烧所释放的热量；燃料在燃烧的过程中将内能转化为火箭的机械能驱动火箭运动；燃料的燃烧过程中，由于不完全燃烧摩擦等因素，热机的机械效率不可能达到100%。 20．【答案】4800；不变；减小 【解析】【解答】（1）汽油机每秒做功40次，活塞往返80次，曲轴转动80圈，则1min内转动了60乘以80，4800圈。 （2）热值是指1kg燃料完全燃烧所释放的热量，由燃料的种类决定的，燃烧不充分时会冒“黑烟”，汽油的热值不变。 （3）燃烧不完全，汽油的内能转化为机械能的能量少，汽油机的工作效率会减少、 【分析】对热值、机械效率的考查，特别需要记住的是，热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周。 21．【答案】改良发动机结构；节能 22．【答案】2.8×1011；40 23．【答案】2.3×107；4.6 24．【答案】热值；30 【解析】【解答】解： 在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大． 一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速为3600r/min，说明1min飞轮转3600r； 则每秒钟，飞轮转 =60r，完成 =30个工作循环，做功30次，完成30×4=120个冲程． 故答案为：热值；30． 【分析】（1）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值；（2）在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈． 25．【答案】做功；不变；15；；40% 26．【答案】（1）做功；增大 （2）解：航空煤油完全燃烧放出的热量：Q放＝m油q油＝8×103kg×4.0×107J/kg＝3.2×1011J； 答：8t航空煤油完全燃烧放出的热量是3.2×1011J； （3）解：飞机发动机所做的有用功：W＝Fs＝1.6×105N×1080×103m＝1.728×1011J， 则该运输机发动机的热机效率为：。 答：该运输机发动机的热机效率是54%。 【解析】【解答】（1）运输机着陆后减速滑行过程中，轮胎表面的温度会升高，即将机械能转化为内能，这是通过做功的方式使轮胎的内能增大。 【分析】（1）改变物体内能的方式：做功，本质为能量的转化；热传递，本质为能量的转移。外界对物体做功，则内能增大；物体对外界做功，则物体内能减小。 （2）根据Q放＝m油q油计算煤油完全燃烧放出的热量； （3）首先根据W=Fs计算发动机做的有用功，再根据 计算发动机的热机效率。 27．【答案】（1） ；（2）600N；（3） 28．【答案】 【解析】【解答】由图可知损失的能量为15%+15%+45%=75%，有用机械能为100%-75%=25% 故作图如下： 【分析】根据热机的总能量和损失的能量的差， 减少热机效率。 29．【答案】（1）甲、丙；秒表；加热时间；b； （2）偏小 30．【答案】甲、乙；完全燃烧完；液体升高的温度；甲、丙；加热时间的长短；70% 【解析】【解答】（1）比较不同燃料的热值时，用相同质量的不同燃料，加热相同液体，通过液体温度变化，反应燃料放出热量的多少，应选甲、乙两图，通过液体升高的温度来比较不同燃料热值的大小； （2）比较不同物质的比热容时，利用相同燃料，加热不同物质，通过用相同的加热器，比较加热时间的长短来表示吸收热量的多少，比较比热容的大小，应选用甲、丙两图，通过加热时间的长短来反映物质吸收热量的多少。 （3）水吸收的热量：Q吸=c水m水Δt水=4.2×103J/（kg•℃）×50×10-3kg×20℃=4.2×103J， 酒精放出的热量：Q放=mq=2×10-4kg×3×107J/kg=6×103J， 计算加热效率为： 【分析】（1）探究不同燃料的热值时，利用不同燃料，加热相同液体，通过液体升高的温度来，反应放热的多少，比较热值大小； （2）不同不同物质的吸热能力时，利用 相同的燃料加热不同液体，通过加热时间表示吸收热量的多少； （3）根据Q=cmΔt，计算水吸收的热量，根据Q=mq，计算燃料放出热量的多少，根据，计算热效率。 学科网（北京）股份有限公司 $