第14章第3节《热机的效率》同步练习 ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

热机的效率同步练习 一、基础题 1. 热机效率是指热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，下列关于热机效率的说法正确的是（ ） A. 热机效率越高，说明热机做的有用功越多 B. 热机效率越高，说明热机消耗的燃料越少 C. 热机效率不可能达到100% D. 提高热机效率的唯一方法是减少废气带走的能量 2. 某汽油机工作时，消耗2kg汽油完全燃烧放出的热量为______J（汽油的热值为(4.6×107J/kg)），若该汽油机的效率为30%，则这些热量转化为的有用功为______J。 3. 下列关于热机效率的说法中，错误的是（ ） A. 蒸汽机的效率通常比内燃机低 B. 热机效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少 C. 热机效率越高，说明热机的性能越好 D. 热机效率越高，热机损失的能量越多 4. 某柴油机的效率为40%，表示的物理意义是____________________________________，若该柴油机完全燃烧5kg柴油，能对外做的有用功为______J（柴油的热值为(4.3×107J/kg)）。 5. 下列措施中，不能提高热机效率的是（ ） A. 减少热机部件间的摩擦 B. 使燃料充分燃烧 C. 增加热机的工作时间 D. 尽量减少废气带走的热量 二、提升题 6. 一台汽油机的飞轮转速为3000r/min，该汽油机每秒钟完成______个工作循环，对外做功______次。若该汽油机的效率为35%，消耗1kg汽油能对外做的有用功为______J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。 7. 某汽车发动机的效率为30%，行驶过程中消耗了5kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出______J的热量，转化为的机械能为______J。若汽车以72km/h的速度匀速行驶，受到的阻力为2000N，则这些机械能能使汽车行驶______km。 8. 两台汽油机，甲的效率为30%，乙的效率为40%，若它们做的有用功相同，则消耗的汽油质量之比(m甲:m乙)为（ ） A. 3:4 B. 4:3 C. 1:1 D. 无法确定 9. 某热电站既供电又供热，与一般火电站相比，燃料的利用率大大提高，其原因是（ ） A. 减少了废气带走的能量 B. 减少了散热损失 C. 充分利用了废气的能量 D. 以上说法都正确 三、拓展题 10. 近年来，我国大力发展新能源汽车，以替代传统燃油汽车。某燃油汽车的发动机效率为25%，若行驶100km消耗汽油8kg，而一款新能源汽车行驶100km消耗的电能相当于4kg汽油完全燃烧放出的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg），则新能源汽车的能量利用率至少为多少才能与燃油汽车行驶100km做的有用功相当？ 11. 我国自主研发的“华龙一号”核电站采用可控链式反应技术，其核反应堆的效率较高。若核电站的核反应堆每年消耗的核燃料相当于燃烧1.2×105t标准煤（标准煤的热值为3×107J/kg），核电站的发电效率为40%，则该核电站每年能对外输送多少电能？ 12. 随着科技的发展，超临界发电技术逐渐成熟，超临界发电机组的热效率可达45%以上。若某超临界发电机组每年消耗标准煤8×106t（标准煤的热值为3×107J/kg），与传统发电机组（热效率为35%）相比，每年可节约多少吨标准煤？ 四、实验探究题 13. 某实验小组为探究影响热机效率的因素，设计了如下实验：选用相同规格的酒精灯作为热源，分别给质量相同的水和煤油加热，用相同的热机模型将水和煤油加热产生的内能转化为机械能，测量并记录相关数据如下表： 燃料 加热时间/min 水升高的温度/℃ 煤油升高的温度/℃ 热机对外做功/J 酒精 5 20 35 8400 酒精 10 40 70 16800 （1）实验中，选用相同规格的酒精灯的目的是____________________________________。 （2）分析实验数据可知，在加热时间相同时，煤油升高的温度比水高，说明煤油的比热容______（选填“大于”“小于”或“等于”）水的比热容。 （3）该实验能否直接得出“燃料的种类会影响热机效率”的结论？为什么？ （4）若要探究燃料种类对热机效率的影响，应如何改进实验方案？ 14. 为测量某小型汽油机的效率，实验小组进行了如下操作： ① 用天平测出汽油机油箱内燃油的质量m1； ② 启动汽油机，使其以恒定功率工作一段时间后关闭； ③ 用天平测出油箱内剩余燃油的质量m2； ④ 记录这段时间内汽油机对外做的有用功W； ⑤ 查阅燃油的热值q，计算出该汽油机的效率η。 （1）该汽油机效率的表达式为η=__________（用已知物理量的符号表示）。 （2）实验中，若忽略散热损失和机械摩擦损失，汽油机的效率____（选填“会”或“不会”）达到100%，原因是________________________________。 （3）为了提高实验测量的准确性，应采取哪些措施？（写出两条即可） 15. 某同学在探究热机效率与做功快慢的关系时，得到了如下数据： 热机型号 做功功率/W 1min内消耗燃料的质量/g 燃料的热值/J/kg 1min内对外做的有用功/J A 500 10 4.6×107 1.38×105 B 1000 18 4.6×107 2.592×105 （1）计算A、B两台热机的效率。 （2）分析实验数据，你认为热机的效率与做功快慢之间有什么关系？ （3）结合所学知识，说明如何在提高热机做功快慢的同时，提高热机效率。 答案解析 1. 答案：C 解题思路： 热机效率的定义是“有用功与燃料完全燃烧放出能量之比”，核心是“比值”而非单一的“有用功多少”或“燃料消耗多少”。 分析选项： A：效率高≠有用功多，还与燃料放出的总能量有关（如效率30%的热机消耗10kg燃料，可能比效率50%消耗1kg燃料的有用功多），错误； B：效率高≠消耗燃料少，做功多少相同时才会消耗更少燃料，未说明做功多少，错误； C：热机工作时，废气带走能量、散热损失、机械摩擦等损耗无法避免，故效率不可能达100%，正确； D：提高效率的方法有减少废气带走能量、减小摩擦、使燃料充分燃烧等，并非“唯一”，错误。 易错点提醒： 易误选A或B，混淆“效率”与“有用功”“燃料消耗”的关系，需牢记效率是“比值”，受两个因素共同影响。 2. 答案：9.2×107；2.76×107 解题思路： 第一步：计算燃料完全燃烧放出的热量，用公式Q放=mq； 已知m=2kg，q=4.6×107J/kg，代入得Q放=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J； 第二步：根据热机效率η=W有/Q放，变形得W有=ηQ放； 已知η=30%=0.3，代入得W有=0.3×9.2×107J=2.76×107J。 易错点提醒： 易忽略单位换算（如热值单位是“J/kg”，需保证质量单位为“kg”）； 计算时易出错，注意科学计数法的运算规则。 3. 答案：D 解题思路： 分析选项： A：蒸汽机燃料在汽缸外燃烧，热量损失多，效率（6%~15%）低于内燃机（汽油机20%~40%），正确； B：做功相同时，效率越高，需Q放=W有/η越小，消耗燃料越少，正确； C：热机效率是性能核心指标，效率越高性能越好，正确； D：效率越高，损失的能量占比越小（如效率40%比30%的损失能量少10%），错误。 易错点提醒： 易误选A，不清楚蒸汽机与内燃机效率的差异，需牢记“内燃机效率高于蒸汽机”的结论。 4. 答案：柴油机用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的40%；8.6×107 解题思路： 第一空：热机效率的物理意义是“有用功占燃料完全燃烧放出能量的比例”，直接结合效率数值描述； 第二空：同第2题，先算Q放=mq=5kg×4.3×107J/kg=2.15×108J； 再算W有=η Q放=0.4×2.15×108J=8.6×107J。 易错点提醒： 第一空易表述不完整，需明确“有用功”与“燃料完全燃烧放出能量”的比例关系； 第二空易混淆汽油和柴油的热值，需看清题目给出的是柴油热值4.3×107J/kg。 5. 答案：C 解题思路： 提高热机效率的核心是“减少能量损失”或“增加有用功占比”： A：减少摩擦可减少机械损耗，能提高效率； B：燃料充分燃烧可减少未燃烧的能量损失，能提高效率； C：增加工作时间，只是总能量消耗和总有用功增加，效率（比值）不变，不能提高； D：减少废气带走的能量（主要损失途径），能提高效率。 易错点提醒： 易误选C，认为“工作时间长效率高”，混淆“效率”与“总功”的关系，需牢记效率是“比值”，与工作时间无关。 6. 答案：25；25；1.61×107 解题思路： 第一步：分析汽油机工作循环与飞轮转速的关系； 四冲程汽油机：飞轮转2圈=1个工作循环=对外做功1次； 飞轮转速3000r/min=50r/s，每秒转50圈，故工作循环数=50÷2=25，对外做功25次； 第二步：计算有用功，同基础题第2题，Q放=1kg×4.6×107J/kg=4.6×107J； W有=0.35×4.6×107J=1.61×107J。 易错点提醒： 易混淆“飞轮转速”与“工作循环数”的关系，牢记“2圈1循环1做功”； 转速单位换算易出错（r/min转r/s需除以60）。 7. 答案：2.3×108；6.9×107；34.5 解题思路： 第一步：算Q放=mq=5kg×4.6×107J/kg=2.3×108J； 第二步：算机械能（即有用功）W有=ηQ放=0.3×2.3×108J=6.9×107J； 第三步：汽车匀速行驶，牵引力F=f=2000N（二力平衡），用W=Fs变形得s=W/F； 代入得s=6.9×107J/2000N=3.45×104m=34.5km（注意单位换算：1km=1000m）。 易错点提醒： 易忘记“匀速行驶时牵引力等于阻力”，导致无法计算路程； 单位换算易出错（如将米换算成千米时漏除以1000）。 8. 答案：B 解题思路： 已知W有甲=W有乙=W有，根据η=W有/Q放和Q放=mq，变形得m=W有/ηq； 因燃料都是汽油q相同，故m甲：m乙=W有/η甲 q：W有/η乙 q=η乙/η甲； 代入η甲=30%，η乙=40%，得m甲：m乙=40%/30%=4/3。 易错点提醒： 易误选A，颠倒甲乙的效率比例，需牢记“效率越高，消耗燃料越少”，质量与效率成反比。 9. 答案：D 解题思路： 热电站“既供电又供热”，核心是利用了一般火电站中“废气带走的大量能量”（传统火电站废气直接排放，热电站用废气供热）； 同时，供热过程减少了散热损失，本质是减少了能量损失，故A、B、C说法均正确。 易错点提醒： 易误选C，忽略“减少散热损失”也是原因之一，需全面理解热电站提高效率的原理是“充分利用废气能量+减少损失”。 10. 答案：50% 解题思路： 第一步：计算燃油汽车行驶100km的有用功； 燃油汽车Q放1=m1q=8kg×4.6×107J/kg=3.68×108J； W有1=η1 Q放1=0.25×3.68×108J=9.2×107J； 第二步：计算新能源汽车的总能量（相当于4kg汽油的热量）； Q电=m2q=4kg×4.6×107J/kg=1.84×108J； 第三步：新能源汽车的能量利用率η2=W有2/Q电，因需W有2=W有1=9.2×107J； 故η2=9.2×107J/1.84×108J×100%=50%。 易错点提醒： 易混淆“新能源汽车消耗的电能”与“汽油热量”的关系，需明确题目中“电能相当于2kg汽油完全燃烧的热量”即Q电=m2q； 计算时需注意两次热量的对应关系，避免数据代入错误。 11. 答案：1.44×1015J 解题思路： 第一步：统一单位，1.2×105t=1.2×108kg； 第二步：计算核燃料相当于标准煤完全燃烧放出的热量Q放=mq=1.2×108kg×3×107J/kg=3.6×1015J； 第三步：计算电能（有用功）W电=ηQ放=0.4×3.6×1015J=1.44×1015J。 易错点提醒： 单位换算易出错（吨转千克需乘以103）； 科学计数法运算易出错，注意指数相加（108×107=1015）。 12. 答案：1.14×106t 解题思路： 第一步：设两种发电机组的有用功为W有，分别表示出所需标准煤质量； 超临界机组：η1=45%，m1=8×106t，W有=η1 m1 q； 传统机组：η2=35%，设需m2，则W有=η2 m2 q； 第二步：因W有相同，故η1 m1 q=η2 m2 q，约去q得m2=η1 m1/η2 ； 第三步：代入数据m2=0.45×8×106t/0.3≈1.0286×107t； 第四步：计算节约的质量△m=m2 - m1=1.0286×107t - 8×106t≈1.14×106t。 易错点提醒： 易忽略“有用功相同”的前提，无法建立等式； 计算时需注意分数运算的准确性，结果保留合理有效数字。 13. 答案： （1）保证相同时间内燃料完全燃烧放出的热量相同； （2）小于； （3）不能；实验中燃料种类相同（都是酒精），未改变“燃料种类”这一变量，无法探究其对热机效率的影响； （4）选用不同种类的燃料（如酒精、煤油），保持其他条件（加热时间、被加热物质的质量、热机模型等）不变，重复实验，比较热机对外做功的多少，进而分析燃料种类对热机效率的影响。 解题思路： （1）控制变量法的应用：探究某一因素的影响时，需保证其他因素不变，相同规格酒精灯能保证相同时间内放热相同； （2）比热容特性：质量相同、吸热相同（加热时间相同）时，温度升高越快，比热容越小，煤油升温比水快，故比热容小； （3）变量分析：实验中燃料种类未改变，不符合“控制变量法”的要求，无法得出对应结论； （4）改进思路：改变“燃料种类”这一变量，保持其他条件不变，通过比较有用功（热机对外做功）判断效率变化。 易错点提醒： （1）易表述为“保证吸热相同”，不够准确，应明确是“燃料放出的热量相同”； （4）易遗漏“保持其他条件不变”，不符合控制变量法的核心要求。 14. 答案： （1）W/(m1 - m2)q×100%； （2）不会；燃料燃烧放出的热量总有一部分会随废气带走、散热损失等，无法完全转化为有用功； （3）① 延长汽油机工作时间，减小偶然误差；② 多次测量取平均值；③ 选用精度更高的天平测量燃油质量。 解题思路： （1）效率表达式推导：消耗的燃油质量为m=m1 - m2，Q放=mq，故η=W/Q放×100%=W/(m1 - m2)q×100%； （2）效率上限分析：热机的能量损失（废气、散热、摩擦等）是不可避免的，即使忽略摩擦和散热，废气带走的能量仍存在，故效率无法达100%； （3）提高准确性的措施：从“减小误差”角度出发，如延长时间、多次测量、提高测量工具精度等。 易错点提醒： （1）易遗漏“m1 - m2”，直接用m1或m2表示消耗的燃油质量，导致表达式错误； （2）易误答“会”，忽略废气带走的能量这一主要损失途径，需牢记热机效率不可能达100%的根本原因。 15. 答案： （1）A热机效率30%；B热机效率36%； （2）在本次实验中，做功功率更大的热机（B），效率也更高，说明在一定范围内，提高热机做功快慢的同时，可能提高热机效率； （3）① 优化热机结构，减小机械摩擦；② 改进燃烧系统，使燃料充分燃烧；③ 采用废气回收利用技术，减少能量损失。 解题思路： （1）效率计算： A热机：消耗燃料质量mA=10g=0.01kg，Q放A=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J，ηA=1.38×105J/4.6×105J×100%=30%； B热机：消耗燃料质量mB=18g=0.018kg，Q放B=0.018kg×4.6×107J/kg=8.28×105J，ηB=2.592×105J/8.28×105J×100%=36%； （2）关系分析：对比数据，B的功率（1000W）大于A（500W），效率（36%）也大于A（30%），得出“一定范围内功率大效率高”的结论（需注明“实验范围内”，避免绝对化）； （3）改进措施：结合提高效率的方法，从“减少损失”“增加有用功”角度提出具体措施。 易错点提醒： （1）燃料质量单位换算易出错（g转kg需除以1000），导致Q放计算错误； （2）易得出“功率越大效率越高”的绝对化结论，需注意实验数据的局限性，注明“在本次实验范围内”。 学科网（北京）股份有限公司 $