14.3 热机的效率（同步练）2026-2027学年九年级物理全一册

**基本信息** 本同步练通过基础概念辨析、实验探究深化、综合计算应用三层设计，构建从单一知识点到实际问题解决的巩固路径，兼顾物理观念形成与科学思维培养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知|热值、比热容等基本概念|单选题（神舟十八号燃料选择）、填空题（燃料状态与能量转化），强化物理观念| |探究应用|实验设计与现象解释|实验题（煤油与菜籽油热值比较）、简答题（无烟煤与干木柴放热分析），培养科学探究与论证能力| |综合拓展|热量计算与效率分析|计算题（氢燃料公交车效率）、图像题（热值-热量关系），提升科学推理与实际问题解决能力|

14.3热机的效率（同步练）解析版 姓名：___________班级：九年级（ ）班 一、单选题 1．2024年4月25日，神舟十八号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，三位航天员顺利进入空间站。火箭推进器选用偏二甲肼为燃料，这是因为偏二甲肼具有较大的（     ） A．比热容 B．热值 C．内能 D．密度 【参考答案】B 【解析】火箭选用偏二甲肼为燃料，是因为偏二甲肼具有较大的热值，完全燃烧相同质量的偏二甲肼时，可以放出更多的热量，故选B。 2．一桶汽油用掉了一半，发生变化的物理量是（　　） A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量 【参考答案】D 【解析】比热容、热值、密度是物质的固有属性，仅与物质的种类、状态等有关，与质量大小无关，汽油用掉一半后这三个物理量均不变；质量是物体所含物质的多少，汽油用掉一半后所含物质减少，质量变为原来的，发生变化。故选D。 3．关于燃料的热值下列说法正确的是（     ） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．容易燃烧的燃料的热值一定大 C．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大 D．煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多 【参考答案】C 【解析】ABC．热值是燃料的固有属性，仅与燃料种类有关，与质量、燃烧情况、易燃性均无关，故AB错误，C正确； D．由可知，燃料放出热量的多少与热值、质量均有关，未控制质量相同，无法比较煤和干木柴的放热多少，故D错误。 故选C。 4．运动员经常喝功能饮料来补充能量，有一种功能饮料标有“能量密度：”的字样，下列物理量中与“能量密度”的含义相似的是（　　） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 【参考答案】C 【解析】能量密度单位为，含义是每毫升的饮料所含能量的多少。 A．内能是能量的一种，单位为J，与能量密度含义不同，故A不符合题意； B．热量是热传递过程中转移能量的多少，单位为J，与能量密度含义不同，故B不符合题意； C．热值单位为或，含义是单位质量（或体积）的燃料完全燃烧放出的热量，与能量密度的含义相似，故C符合题意； D．比热容单位为，表示单位质量的某种物质，温度每升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量，含义与能量密度不同，故D不符合题意。 故选C。 5．下列关于提高家用汽车汽油机热机效率的积极意义，说法错误的是（     ） A．可以降低日常出行的燃油消耗成本 B．能完全消除汽车行驶过程中产生的噪声 C．减少燃油燃烧的能量浪费，节约能源 D．降低尾气中未完全燃烧的污染物排放，利于环保 【参考答案】B 【解析】A．热机效率提升后，相同有用功下消耗的燃油更少，能直接降低出行成本，故A正确； B．提高热机效率只能减少能量损耗，无法完全消除汽车运行的机械噪声，故B错误； C．提高热机效率能让更多燃油内能转化为机械能，减少能量浪费，节约能源，故C正确； D．效率提升会让燃料燃烧更充分，减少尾气中有害污染物的排放，助力节能减排、保护环境，故D正确。 本题选错误的选项，因此选B。 6．有一台汽油机甲和一台柴油机乙，在相同时间内乙做的有用功是甲的2倍，甲机的效率是20%，乙机的效率是25%（汽油的热值为，柴油的热值为），则甲、乙两机在相同时间内消耗燃料的质量之比为（     ） A． B． C． D． 【参考答案】C 【解析】由热机效率公式，变形得。设相同时间内甲做的有用功为，则乙做的有用功为。甲消耗汽油质量，乙消耗柴油质量。则质量比 代入数值得，故选C。 二、填空题 7．如图所示，有三种燃料，分别是：天然气、酒精和煤炭。在三种燃料中，属于液体燃料的是______。三种燃料在燃烧时，都把______能转化为______能。相同质量的三种燃料，完全燃烧时，放出的热量不同，反映了三种燃料的______不同。 【参考答案】酒精 化学 内 热值 【解析】在天然气、酒精、煤炭三种燃料中，酒精可以流动、具有一定的体积，属于液体燃料。 三种燃料都具有化学能，在燃烧时，释放热量，把化学能转化为内能。 相同质量的三种燃料完全燃烧时，释放的热量不同，即燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比不同，而“燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比” 叫作这种燃料的热值，所以反映了三种燃料的热值不同。 8．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 【参考答案】28% 【解析】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用机械能所占比例为 即该汽油机的效率为。 9．完全燃烧0.1kg汽油可释放的能量中的42%被质量为20kg、初温为75℃的水吸收，水的温度将升高________℃。[已知大气压为1个标准大气压，，]。 【参考答案】23 【解析】汽油完全燃烧放出的热量 水吸收的热量 水升高的温度 1个标准大气压下水的沸点为100℃，水的末温 该温度低于沸点，水未沸腾，温度可继续升高，因此水实际升高的温度为23℃。 10．如图是我国空间站组合体全貌照片，空间站利用太阳能电池板，为各项设备的运转提供电力，其每天平均可发电3.6×109J，相当于____kg的焦炭完全燃烧放出的热量。（已知q焦炭＝3.0×107J/kg） 【参考答案】120 【解析】空间站的电池板每天可发电，由题意，焦炭完全燃烧放出的热量，需要燃烧焦炭的质量为 三、作图题 11．请在图中坐标系中画出某种燃油（其热值为）的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图像。 【解析】热值是燃料的一种特性，它和燃料的质量、放出热量的多少无关，且因为其热值为4×107J/kg，所以燃油的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图像是一条过热值q轴上4×107J/kg的点并且与热量Q轴平行的射线，如下图所示： 四、实验题 12．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他们组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量________。 (2)根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是________。 (3)通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏________（选填“大”或“小”），你认为出现这样情况的主要原因是：________________________________。 (4)另一组同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料燃尽之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？________（能/不能）。为避免这种情况的出现，请你对他们组提出一个改进建议？________________________________。 【参考答案】(1)相等 (2) 煤油 (3)小 燃料不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量不能完全被水吸收 (4)不能 增大水的质量 【解析】（1）根据燃料放热公式，燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量、热值均有关，要探究热值的大小关系，需控制两种燃料的质量相同；水升高的温度与吸收的热量、水的质量有关，因此还需控制两个烧杯中水的质量相等，才能通过水温变化比较水吸收热量的多少，进而比较燃料放热多少。 （2）由表格数据可知，质量相同的煤油和菜籽油完全燃尽后，煤油加热的水升高的温度为 菜籽油加热的水升高的温度为 煤油加热的水升高的温度更高，说明水吸收的热量更多，即相同质量的煤油完全燃烧放出的热量更多，因此煤油的热值更大。 （3）实验过程中，燃料无法做到完全燃烧，且燃烧放出的热量会有一部分散失到空气中、被烧杯等装置吸收，没有全部被水吸收，因此仅通过水吸收的热量计算得到的燃料热值会比实际值偏小。 （4）在实验中两种燃料燃尽之前都使得水沸腾了，水沸腾后温度不变，无法通过水温的变化来比较两种燃料放出热量的多少，所以不能比较出两种燃料的热值。 改进思路是避免水提前沸腾，可以增大烧杯中水的质量来让水升温更慢，或者减少燃料的总质量，让燃料燃烧放出的总热量更少，使水升温后达不到沸点。 13．液态空气储能是一种新型的储能技术，具有储能密度高、运行寿命长等优点。液态空气储能是利用电力将空气压缩液化储存能量，需要时再加热液态空气使其膨胀为气体并驱动涡轮机发电。 (1)用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气会“产生热”，这是通过_______的方式增加气体的内能；液态空气在蒸发膨胀系统中，通过吸收________（选填“外界热量”或“自身储存热量”）变为高压气态空气；若液态空气储能系统中，空气压缩阶段的效率为80%，发电阶段的效率为60%，则该系统的总能量转换效率为______。 (2)储能密度（ρ）的大小等于单位体积（V）的储能系统所储存的能量（E）。储能密度与哪些因素有关呢？同学们提出以下猜想。 猜想1：与储存容器体积有关。 猜想2：与空气压力有关。 ①写出储能密度的表达式ρ=_______（利用给出的物理量符号）。 同学选取一个储气罐，用压缩机将空气压缩至不同压力值，记录压力值、储气罐体积，并通过能量测量装置计算出储能密度。更换不同体积的储气罐，重复实验。实验数据如表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 储气罐体积（m3） 0.5 0.5 0.5 1 1 1 2.5 压力（MPa） 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.0 储能密度（kW·h/m3） 0.12 0.24 0.36 0.06 0.12 0.18 ②分析比较序号1、2、3三组数据，可得出的结论是_______。 ③表格中缺失的数据为________。 【参考答案】(1)做功 外界热量 (2) 当储存容器体积相同时，储能密度与空气压力成正比 0.096 【解析】（1）用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气，对空气做功，使空气内能增加，会“产生热”这是通过做功的方式增加气体的内能。 液态空气在蒸发膨胀系统中，需通过吸收外界热量（从周围环境吸热）变为高压气态空气。 系统总效率为压缩阶段与发电阶段效率的乘积，即，故总能量转换效率为。 （2）根据定义，储能密度（E为储存能量，V为体积）。 分析序号 1、2、3 组数据：储气罐体积均为（体积相同），压力从增至，储能密度从增至。结论：当储存容器体积相同时，储能密度与空气压力成正比。 观察序号4、5、6组数据（体积为）：压力每增加，储能密度增加。序号7中，体积为，压力为。对比序号1体积均为，压力为，储能密度为，压力扩大4倍，体积扩大5倍，由于储能密度与压力成正比、与体积成反比，故储能密度应为 五、简答题 14．有人认为，无烟煤的热值比干木柴大，完全燃烧时无烟煤放出的热量比干木柴多。你认为呢?说说理由。 答:由可知，燃料燃烧放出的热量与热值、质量都有关，无烟煤的热值比干木柴的大，质量未知时，完全燃烧时无烟煤放出的热量不一定比干木柴的多。 15．都匀市为积极响应国家“双碳”目标，将市公共交通工具由传统内燃机动力源改变为新能源系统，有效解决了内燃机燃油消耗量大、尾气排放多的问题。请你结合热机效率的相关知识，回答以下问题： (1)提出一种能提高内燃机效率的方法。 (2)简述提高内燃机效率有什么现实意义。 答:（1）内燃机效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，燃料完全燃烧放出的热量等于有用功与各项能量损失之和，有用功不变时，给内燃机加润滑油可以减少额外功，提高内燃机的机械效率。因此提高内燃机效率的方法是给内燃机加润滑油减小摩擦。 （2）提高内燃机效率，可以提高能源利用率，节约能源，减少尾气排放，保护环境。 六、计算题 16．天然气热水器将50kg的水由加热到。已知，，该天然气热水器的热效率是84%。求： (1)水吸收的热量； (2)消耗天然气的体积。 解：（1）由可得，水吸收的热量为 （2）由可得，消耗的天然气完全燃烧放出的热量为 由可得，消耗的天然气的体积为 17．氢燃料被公认为是21世纪最理想的能源。某氢燃料新能源公交车匀速直线运行2km从A站到B站，公交车匀速行驶时受到的牵引力F=1.4×104N，消耗氢燃料0.5kg（氢的热值是1.4×108J/kg）。求此过程中： (1)牵引力所做的功______； (2)氢燃料完全燃烧放出的热量______； (3)汽车发动机的效率______。 解：（1）公交车匀速直线行驶，牵引力做功 （2）氢燃料完全燃烧放出的热量 （3）汽车发动机的效率 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 学科网（北京）股份有限公司 $ 14.3热机的效率（同步练）原卷版 姓名：___________班级：九年级（ ）班 一、单选题 1．2024年4月25日，神舟十八号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射，三位航天员顺利进入空间站。火箭推进器选用偏二甲肼为燃料，这是因为偏二甲肼具有较大的（     ） A．比热容 B．热值 C．内能 D．密度 2．一桶汽油用掉了一半，发生变化的物理量是（　　） A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量 3．关于燃料的热值下列说法正确的是（     ） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．容易燃烧的燃料的热值一定大 C．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大 D．煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多 4．运动员经常喝功能饮料来补充能量，有一种功能饮料标有“能量密度：”的字样，下列物理量中与“能量密度”的含义相似的是（　　） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 5．下列关于提高家用汽车汽油机热机效率的积极意义，说法错误的是（     ） A．可以降低日常出行的燃油消耗成本 B．能完全消除汽车行驶过程中产生的噪声 C．减少燃油燃烧的能量浪费，节约能源 D．降低尾气中未完全燃烧的污染物排放，利于环保 6．有一台汽油机甲和一台柴油机乙，在相同时间内乙做的有用功是甲的2倍，甲机的效率是20%，乙机的效率是25%（汽油的热值为，柴油的热值为），则甲、乙两机在相同时间内消耗燃料的质量之比为（     ） A． B． C． D． 二、填空题 7．如图所示，有三种燃料，分别是：天然气、酒精和煤炭。在三种燃料中，属于液体燃料的是______。三种燃料在燃烧时，都把______能转化为______能。相同质量的三种燃料，完全燃烧时，放出的热量不同，反映了三种燃料的______不同。 8．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 9．完全燃烧0.1kg汽油可释放的能量中的42%被质量为20kg、初温为75℃的水吸收，水的温度将升高________℃。[已知大气压为1个标准大气压，，]。 10．如图是我国空间站组合体全貌照片，空间站利用太阳能电池板，为各项设备的运转提供电力，其每天平均可发电3.6×109J，相当于____kg的焦炭完全燃烧放出的热量。（已知q焦炭＝3.0×107J/kg） 三、作图题 11．请在图中坐标系中画出某种燃油（其热值为）的热值与其完全燃烧所放出的热量Q的关系图像。 四、实验题 12．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他们组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量________。 (2)根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是________。 (3)通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏________（选填“大”或“小”），你认为出现这样情况的主要原因是：________________________________。 (4)另一组同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料燃尽之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？________（能/不能）。为避免这种情况的出现，请你对他们组提出一个改进建议？________________________________。 13．液态空气储能是一种新型的储能技术，具有储能密度高、运行寿命长等优点。液态空气储能是利用电力将空气压缩液化储存能量，需要时再加热液态空气使其膨胀为气体并驱动涡轮机发电。 (1)用电低谷时，利用电网多余的电能压缩空气会“产生热”，这是通过_______的方式增加气体的内能；液态空气在蒸发膨胀系统中，通过吸收________（选填“外界热量”或“自身储存热量”）变为高压气态空气；若液态空气储能系统中，空气压缩阶段的效率为80%，发电阶段的效率为60%，则该系统的总能量转换效率为______。 (2)储能密度（ρ）的大小等于单位体积（V）的储能系统所储存的能量（E）。储能密度与哪些因素有关呢？同学们提出以下猜想。 猜想1：与储存容器体积有关。 猜想2：与空气压力有关。 ①写出储能密度的表达式ρ=_______（利用给出的物理量符号）。 同学选取一个储气罐，用压缩机将空气压缩至不同压力值，记录压力值、储气罐体积，并通过能量测量装置计算出储能密度。更换不同体积的储气罐，重复实验。实验数据如表： 实验次数 1 2 3 4 5 6 7 储气罐体积（m3） 0.5 0.5 0.5 1 1 1 2.5 压力（MPa） 0.5 1 1.5 0.5 1 1.5 2.0 储能密度（kW·h/m3） 0.12 0.24 0.36 0.06 0.12 0.18 ②分析比较序号1、2、3三组数据，可得出的结论是_______。 ③表格中缺失的数据为________。 五、简答题 14．有人认为，无烟煤的热值比干木柴大，完全燃烧时无烟煤放出的热量比干木柴多。你认为呢?说说理由。 15．都匀市为积极响应国家“双碳”目标，将市公共交通工具由传统内燃机动力源改变为新能源系统，有效解决了内燃机燃油消耗量大、尾气排放多的问题。请你结合热机效率的相关知识，回答以下问题： (1)提出一种能提高内燃机效率的方法。 (2)简述提高内燃机效率有什么现实意义。 六、计算题 16．天然气热水器将50kg的水由加热到。已知，，该天然气热水器的热效率是84%。求： (1)水吸收的热量； (2)消耗天然气的体积。 17．氢燃料被公认为是21世纪最理想的能源。某氢燃料新能源公交车匀速直线运行2km从A站到B站，公交车匀速行驶时受到的牵引力F=1.4×104N，消耗氢燃料0.5kg（氢的热值是1.4×108J/kg）。求此过程中： (1)牵引力所做的功______； (2)氢燃料完全燃烧放出的热量______； (3)汽车发动机的效率______。 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 学科网（北京）股份有限公司 $