第十章机械能、内能及其转化计算专题训练--2025-2026学年北师大版物理九年级全一册

第十章 机械能、内能及其转化 计算专题训练 1．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。根据北京冬奥组委公布的数据，北京冬奥会示范运行超1000辆氢能源汽车，配备30多个加氢站，车型包括氢燃料电池大巴、氢燃料电池小轿车、氢燃料电池特种车等（如图所示）。[，] (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量全部被质量为400kg、温度为20℃的水吸收，能使水的温度升高了多少℃？ (2)某辆氢燃料电池大巴车以140kW的恒定功率匀速行驶了300s，完全燃烧了0.6kg的氢燃料，氢燃料电池大巴车的效率是多少？ (3)已知传统油车的能量转化效率是35%，汽油的价格是9元/kg，氢燃料的价格是30元/kg，汽油热值，若将氢燃料电池大巴车改用传统燃油方式行驶，忽略其他因素，则哪种方式更经济？ 2．由于天气寒冷，吃早饭时妈妈用热水给小明加热瓶装牛奶。如图所示，热水的质量为，初温为；牛奶的质量为，初温为。最终水和牛奶的温度为50℃。不计热量损失，忽略牛奶瓶质量，，求： (1)这个过程中热水放出的热量； (2)牛奶的比热容。 3．某中学利用电热饮水机为学生提供开水，电热饮水机将的水从加热到98℃，然后这些水温度会降到28℃，方便学生课间饮用，这些98℃的热水降温放出的热量又用来给10kg、18℃的水加热，如此循环。已知水的比热容是，求： (1)将10kg的水从18℃加热到98℃，水吸收的热量； (2)若热水放出热量的90%被冷水吸收，则冷水升高的温度。 4．在1个标准大气压下，用燃气灶把质量5kg、初温20℃的水加热到沸腾，共燃烧掉0.08m3的天然气。已知水的比热容是，天然气的热值是。求： (1)水吸收的热量： (2)0.04m3天然气完全燃烧放出的热量； (3)燃气灶的效率。 5．氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。明确氢能是未来国家能源体系的重要组成部分。2024年4月，据中国石化消息，两辆以氢为燃料的汽车，实现了北京到上海1500km长距离运输测试，这是中国氢能车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。[] (1)求质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放。 (2)若这些热量全部被质量为400kg、温度为65℃的水吸收，求水升高的温度Δt水（在1标准大气压下） 6．近年来国产新能源汽车行业处于世界领先地位。如图所示的四轮新能源汽车和驾乘人员总质量2.2t。 (1)汽车静止在水平路面时，每个轮胎与路面接触面积为200cm2，车对路面的压强是多少？（g取10N/kg） (2)若该车用纯电模式在平直公路上以90km/h的速度匀速行驶4min，行驶过程中车所受阻力大小为车及驾乘人员总重的，求： ①牵引力做的功为多少？ ②牵引力做功的功率为多少？ (3)该车每百公里消耗20kW⋅h电能，它相当于完全燃烧多少千克汽油放出的热量？（汽油热值q=4.6×107 J/kg，结果精确到0.01kg） (4)根据表中数据，结合你学过的物理知识，分析新能源汽车相比燃油汽车优点： （写出一条即可）。 燃油汽车 新能源汽车（纯电模式） 能源 化石燃料 能源 太阳能、风能等 热效率 转换效率 7．天然气是一种热值高、污染小的清洁能源，我国大多数城市已迎来了天然气时代。完全燃烧0.035 m3的天然气放出多少焦的热量？［天然气的热值q=4×107 J/m3］ 8．燃气热水器具有加热速度快、节能高效环保等优点，因此近年来，越来越多的家庭选择安装燃气热水器。小聪家的燃气热水器将40L水从加热到，完全燃烧天然气。已知水的比热容，天然气的热值，水密度为，求： (1)此过程中水所吸收的热量是多少？ (2)该热水器加热这些水的效率是多少？ 9．氢能源公交车与传统公交车相比，最大的特点是“零污染、零排放”，产物仅为电、热和水。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。[，，标准大气压环境]求： (1)质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； (2)若这些热量被质量为200 kg、温度为25℃的水吸收，则水升高的温度。 10．小明一家外出自驾旅游，当汽车以90km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是车总重的0.046倍，按照该速度在高速公路上行驶时，百公里耗油量为8L（每一百公里消耗汽油8L）。已知汽车总质量为2t，汽油热值，汽油密度，g取10N/kg，求： (1)汽车匀速前进时牵引力的大小； (2)汽车牵引力做功的功率； (3)发动机的效率。（百分号前保留一位小数） 11．陕西临潼温泉（如图）享誉天下．若温泉池内有的水，初始水温为，一段时间后水温降至，已知，。求： (1)水放出的热量是多少？ (2)若放出相同的热量，需要完全燃烧天然气的体积是多少？ 12．油电混合动力汽车是新型节能汽车，这种汽车高速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量也给动力蓄电池组充电。已知某型号混合动力汽车所用的动力蓄电池可储存的最大电能是1.0×108J。测试人员驾驶该车在平直公路上匀速行驶了40km，该车的质量为 2000kg，所受的阻力为车重的4%，蓄电池组的电能增加了最大电能的10%，则：（汽油的热值为4.6×107J/ kg，g=10N/ kg） (1)该汽车测试行驶中受到的阻力是多少N？ (2)该汽车测试行驶中牵引力做了多少功？ (3)若该车内燃机的效率是40%，消耗了多少千克的汽油？（保留两位小数） 13．氢燃料公交车行驶时运行平稳，无振动无噪声，零下40℃也可正常启动运行。与传统公交车相比，最大特点是“零污染、零排放”。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。[，c水=4.2×103J/(kg·℃)]，一标准大气压环境下]求： (1)质量为0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； (2)若这些热量的60%被质量为100kg，温度为20℃的水吸收，水升高的温度； (3)若氢燃料公交车发动机的热机效率为50%，氢燃料公交车以42kW的恒定功率匀速行驶，如果完全燃烧0.5kg的氢燃料，这些热量能让该氢燃料公交车匀速行驶多少秒？ 14．小松家新买来一台天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40千克，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，天然气用了。（天然气的热值，水的比热容。求： (1)水箱中水吸收的热量Q水吸； (2)将水从20℃加热到40℃，天然气完全燃烧放出的热量Q放； (3)该热水器的热效率η。 15．如图所示，小明家更换了新的燃气灶，该燃气灶宣传能效为一级能效（热效率大于或等于63%），小明想用烧水来验证商家是否存在虚假宣传。已知壶内水的质量为2.5kg，水的初温为20℃。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4×107J/m3] (1)求这壶水恰好烧开时需要吸收的热量。（当地气压为标准大气压） (2)对比前后的燃气表数值，小明得知这次烧水消耗了0.035m3的天然气，求这些天然气完全燃烧时释放的热量。 (3)求该燃气灶的热效率并判断商家是否存在虚假宣传。 16．小明学习热机知识后，研究了自家汽车的汽油机的情况。查阅资料得知：自家汽车使用的是92号汽油，油箱最多可容纳42kg的汽油。[，] (1)满箱汽油完全燃烧放出的热量是多少? (2)发动机正常工作时，需要用冷却水在汽缸周围循环流动给汽油机降温。根据图的相关数据，若满箱汽油使用完之后被冷却水吸收的那部分热量全部用来给水加热，则可以使多少千克的水从20℃升高到80℃？ (3)满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功是多少? 17．国家规定能效等级为2级的热水器，其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下他家新安装的能效等级为2级的燃气热水器是否达标，于是他将燃气热水器的温度设定在40℃（即水从热水器流出的温度），他家所用的花洒出水量为5kg/min，花洒出水10min时出水量为50kg，通过查看洗澡前后燃气表上显示的剩余气量得知此过程消耗燃气量为0.2m3，已知进入热水器的冷水温度为10℃，（水的比热容，天然气的热值），求： (1)此次水流经热水器时吸收的热量； (2)此时消耗的天然气完全燃烧放出的热量； (3)通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 18．如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。向水壶中装入2500g初温为20℃的水，用卡式炉将壶中的水烧开，消耗了20g丁烷气体[水的比热容为，丁烷的热值为，当地气压为标准大气压]。求： (1)将水烧开时水吸收的热量。 (2)20g丁烷气体完全燃烧放出的热量。 (3)本次烧水过程中卡式炉的加热效率。 19．国庆长假王老师带着孩子自驾回临泉老家看望长辈，临泉到合肥全程约，驾车大约需要，若汽车全程发动机的功率恒为。（汽油的热值取） (1)全程汽车所做的有用功。 (2)汽车行驶全程发动机的效率为，求消耗汽油的质量。 20．某款燃油汽车的部分参数如下表所示，请你结合题中提供的有关信息，解决以下问题（g取10N/kg，汽油的热值为4.5×107J/kg）： 自重/t 1.0 发动机最大输出功率/kW 20 轮胎与地面接触总面积/m2 0.2 (1)该汽车载有4名乘客，估算该车静止在水平路面上时对路面的压强。 (2)该汽车以最大输出功率在平直公路上匀速行驶18km，用时15min，求在此过程中汽车牵引力做的功。 (3)若该汽车在上述行驶过程中的能量全部由燃油来提供，燃油汽车的效率为40%，求需要消耗多少千克的燃油。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《第十章 机械能、内能及其转化 计算专题训练--2025-2026学年北师大版物理九年级全一册》参考答案 1．(1) 50℃ (2) 50% (3) 使用氢燃料方式更经济 【详解】（1）氢燃料完全燃烧放出的热量为 水吸收热量升温 （2）该大巴车对外做功 效率 （3）若燃油车效率为 35%，则所需的燃油总能量 所需汽油质量 费用 而氢燃料费用为 对比可知氢燃料方式花费更低，因此更经济。 2．(1) (2) 【详解】（1）设热水的质量为m水，初温为t0，末温为t，比热容为c水，热水放出的热量Q放=c水 m水(t0- t)=4.2×103J/(kg·℃)×0.4kg×(60℃-50℃)=1.68×104J （2）设牛奶的质量为m奶，初温为t´0，末温为t´，比热容为c奶，不计热量损失，牛奶吸收的热量等于热水放出的热量，即Q吸=Q放=1.68×10⁴J 牛奶吸收的热量Q吸=c奶m奶(t´-t´0) 所以，牛奶的比热容c奶== 3．(1)3.36×106J (2)63°C 【详解】（1）水吸收的热量为Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg·℃）×10kg×（98℃-18℃）=3.36×106J （2）热水降温释放的热量Q放=cm（t-t1）=4.2×103J/（kg·℃）×10kg×（98℃-28℃）=2.94×106J 冷水吸收的热量 冷水温度升高量 4．(1) (2) (3) 【详解】（1）一标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，水的质量m=5kg，水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J （2）0.04m3天然气完全燃烧放出的热量Q放1=V1q=0.04m3×8.4×107J/m3=3.36×106J （3）0.08m3的天然气完全燃烧放出的热量Q放=Vq=0.08m3×8.4×107J/m3=6.72×106J 燃气灶的效率 5．(1) (2)35℃ 【详解】（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）水吸收热量 水升高的温度 但水的初温为65℃，若升高50℃，则末温为115℃，超过标准大气压下水的沸点100℃。因此实际升高的温度为 6．(1)2.75×105 Pa； (2)①3.96×106 J，②1.65×104 W (3)1.57kg (4)新能源汽车与传统的燃油汽车相比，能源利用率高 【详解】（1）汽车和人的质量 汽车静止在水平路面上时，汽车对地面的压力等于汽车与人受到的总重力，即 每个轮胎与路面的接触面积 由于汽车有4个轮胎，则汽车与路面的总接触面积 汽车对路面的压强 （2）[1]汽车行驶过程中受到的阻力大小 由于汽车匀速行驶，汽车发动机提供的牵引力等于阻力即 汽车的速度 汽车匀速行驶的时间 则汽车在4min内行驶的路程 牵引力做的功 [2]牵引力做功的功率 （3）汽车每百公里消耗的电能 汽油完全燃烧释放的热量 需要汽油的质量 （4）由表中数据可知，新能源汽车的转换效率高于燃油汽车，说明新能源汽车与传统的燃油汽车相比，能源利用率高。而且新能源车使用的都是清洁能源发电，有利于环境保护。 7．1.4×106 J 【详解】完全燃烧0.035 m3的天然气放出的热量为 8．(1) (2) 【解析】【小题1】水的质量为 此过程中水所吸收的热量是 【小题2】天然气完全燃烧放出的热量 则该热水器加热这些水的效率是 9．(1) (2)50℃ 【详解】（1）根据可得，0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）由题可知，水吸收的热量 由公式 得，水升高的温度为 初始温度为25℃，理论升高50℃后为75℃，未达沸点，故实际升高50℃。 10．(1) (2) (3) 【详解】（1）汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，阻力f=0.046G，由于G=mg=2000kg×10N/kg=2×104N 故f=0.046×2×104N=920N 则牵引力F=920N。 （2）根据功率公式P=Fv，速度v=90km/h=25m/s，代入得P=920N×25m/s=2.3×104W （3）百公里耗油质量m=ρV=0.75×103kg/m3×0.008m3=6kg 汽油完全燃烧放热Q=qm=4.6×107J/kg×6kg=2.76×108J 牵引力做功W=Fs=920N×100×103m=9.2×107J 则发动机的效率 11．(1) (2) 【详解】（1）这段时间水放出的热量为 （2）由得，放出这些热量需要完全燃烧天然气的体积为 12．(1)800N (2)3.2×107J (3)2.28kg 【详解】（1）汽车重力为 阻力为 （2）匀速行驶时牵引力等于阻力大小，为 行驶距离为 牵引力做功为 （3）蓄电池增加的电能 有效利用的总能量 燃油完全燃烧释放的总热量 消耗的汽油质量 13．(1)7×107J (2)80℃ (3)833s 【详解】（1）质量为0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）水吸收的热量 水升高的温度 理论上水的末温为t末=t0+Δt=20℃+100℃=120℃ 因为在一标准大气压下，水的沸点为100℃，且温度达到沸点后不再升高，所以水升高的温度应为 （3）氢燃料公交车发动机的热机效率为50%，由上面的小问可知完全燃烧0.5kg的氢燃料放出的热量为7×107J，则用来做有用功的这部分能量为 氢燃料公交车的功率为P=42kW=4.2×104W 则该氢燃料公交车匀速行驶的时间为 14．(1) (2) (3)80% 【详解】（1）由题可知，水的质量为40kg，水的初温20℃，水的末温为40℃，根据可得，水吸收的热量 （2）由题，将水从20℃加热到40℃，消耗天然气，所以由可得，天然气完全燃烧发出的热量 （3）由（1）（2）可得，该热水器的热效率 15．(1) (2) (3) 存在虚假宣传，过程见解析 【详解】（1）由题可知，水的质量为，比热容为，升温 则水吸收的热量为 （2）由题可知，天然气消耗体积，热值，则根据，可得天然气完全燃烧放出的热量 （3）由（1）（2）可得，该燃气灶的实际加热效率 由于60%小于宣传的63%，故商家存在虚假宣传。 16．(1) (2)2300kg (3) 【详解】（1）满箱汽油完全燃烧放出的热量为 （2）由题意和能量流向图可知，被冷却水吸收的热量占燃料燃烧放出总热量的30%。冷却水吸收的热量为 冷却水吸收的热量可以让水温从20℃升高到80℃的水的质量为 （3）由能量流向图可知，能量损失包括废气带走的热量（33%）、冷却水吸收的热量（30%）、摩擦与辐射损失的能量（5%）。根据能量守恒定律，汽油机对外做有用功的能量占燃料燃烧放出总热量的百分比（即热机效率）为 满箱汽油完全燃烧，可使小汽车输出的有用功为 17．(1) (2) (3)能效等级达标 【详解】（1）根据已知条件可得，水吸收的热量为 （2）天然气完全燃烧放出的热量为 （3）热水器的热效率为 因 ，故该热水器能效等级达标。 18．(1) 8.4×105J (2) 9.6×105J (3) 87.5% 【详解】（1）标准大气压下水的沸点为 100℃，将水烧开时水吸收的热量 （2）20g丁烷气体完全燃烧放出的热量 Q放=m'q =0.02kg×4.8×107J/kg=9.6×105J （3）本次烧水过程中卡式炉的加热效率 19．(1) (2) 【详解】（1）全程汽车所做的有用功 （2）由可得汽油完全燃烧放出的热量 由可得消耗汽油的质量 20．(1)6×104Pa (2)1.8×107J (3)1kg 【详解】（1）每名乘客的质量约为50kg。汽车静止在水平地面上，对水平地面的压力F=G=(m车+m人)g=(1000kg+4×50kg)×10N/kg=1.2×104N 汽车对水平地面的压强 （2）汽车以最大输出功率匀速行驶15 min，由 得，牵引力做的功W=Pt=20×103W×15×60s=1.8×107J （3）由汽油机效率得，燃料放出的热量为 消耗的燃油质量 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $