14.3 热机的效率 同步练习 2026-2027学年人教版物理九年级全一册

**基本信息** 分层清晰，从知识理解到核心素养递进，覆盖燃料的热值和热机的效率，注重概念辨析与实际应用结合，培养物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |知识理解与运用|单一知识点（热值概念及计算、热机效率理解）|选择/填空/简单计算，巩固基础概念，如热值特性辨析、效率影响因素| |能力提升与素养|综合应用（跨知识点计算、实验分析）|综合计算/实验分析，提升科学思维，如不同燃料热值比较、热机效率综合计算| |核心素养专练|科学探究（实际问题解决、节能减排情境）|科学探究题，培养科学探究与社会责任，如航速优化中的功率计算与节能减排分析|

第3节 热机的效率 第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 知识理解与运用 知识点1 燃料的热值 1.下列关于热值的说法正确的是（　　） A．燃料燃烧时，用的燃料越多，这种燃料的热值越大 B．燃料燃烧时，放出的热量越多，这种燃料的热值越大 C．相同质量的不同燃料完全燃烧，放热多的燃料热值大 D．不同燃料完全燃烧放出等量的热量，所用质量大的燃料热值大 2.液态甲烷作为“朱雀三号”运载火箭的燃料是因为具有较大的（　D　） A．密度 B．内能 C．比热容 D．热值 3.（2026•昆明模拟）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，已知液态氢的热值为1.4×108J/kg,水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），下列说法正确的是（　　） A．使用液态氢作为燃料，是利用它的比热容较大 B．液态氢燃料燃烧越充分其热值越大 C．液态氢燃料燃烧时将内能转化为化学能 D．火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是8.4×1012J 4.煤气的热值为3.9×107J/m3，完全燃烧一定体积的煤气后放出7.8×107J的热量，燃烧煤气的体积为_______m3。沼气的热值为1.9×107J/m3，对比可知，完全燃烧相同体积的煤气和沼气，燃烧煤气放出的热量更_______（选填“多”或“少”）。 5.取5.6g酒精和5.6g花生米，点燃后分别对80g的水加热，直至充分燃烧。数据记录在表中，不计热量散失，分析可知质量相等的酒精和花生米充分燃烧所放出的热量_________（选填“相等”或“不相等”），所测的花生米的热值为__________J/kg。[c水=4.2×103J/（kg•℃）] 燃料 加热前的水温/℃ 加热后的水温/℃ 5.6g酒精 22 70 5.6g花生 22 52 6.可燃冰是一种天然气水合物，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”。可燃冰燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，污染远小于煤、石油等，且储量巨大，因此被国际公认为石油等的接替能源。2017年5月，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3天然气，已知q天然气=2.1×107J/m3，q煤烟=3.0×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）。求： （1）lm3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？ （2）这些热量可以使多少千克的水从20℃加热到100℃？ 知识点2 热机的效率 7.（易错题）关于热机的效率，下列说法不正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 B．热机损失的能量中，废气带走的能量最多 C．热机的效率越高说明做功越快 D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少 8.我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下列关于该柴油机的说法正确的是（　　） A．该柴油机将柴油的化学能最终转化为机械能的能力更强 B．吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物，使柴油燃烧更充分 C．随着技术的升级，该柴油机的热效率可能达到100% D．该柴油机吸气冲程中一定吸入了更多的柴油 9.有甲、乙两辆汽车，使用相同品质的汽油，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50km消耗的汽油为4L，乙车行驶100km消耗的汽油为7.3L。则这两台汽车的效率η大小关系为（　　） A．η甲=η乙 B．η甲＞η乙 C．η甲＜η乙 D．条件不足，无法判断 10.如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（　　） 11.如图所示为甲、乙、丙三台使用不同燃料的热机完全燃烧1kg燃料所释放的内能和热机输出机械能的二维柱状图。三台热机的转速和效率始终保持不变。根据图中的信息，下列选项正确的是（　　） A．丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低 B．在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少 C．在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料 D．三台热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高 能力提升与素养 12.释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2361kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是（　　） A．热量 B．热值 C．比热容 D．内能 13.如图所示，装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙、t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（　　） A．燃料b的热值比燃料a的大 B．液体2吸收的热量最少 C．液体2的比热容比液体1的大 D．燃料b放出热量最多 14.图甲为我国首架自行研制的C919客机，图乙是该客机使用的轴流式涡轮喷气发动机，发动机在工作中，空气流过压气机与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮；所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，涡轮喷气发动机若燃料完全燃烧产生内能的24%用于推力做功（航空燃油热值q=5.0×107J/kg），若飞机以200m/s的速度水平匀速巡航50min,则下列说法正确的是（　　） A．燃烧室中，内能转化为化学能 B．涡轮喷气过程的能量转化相当于热机的压缩冲程 C．推力克服空气阻力所做的功是1.08×1010J D．需要消耗1800kg的航空燃油 15.利用一燃气热水器对10kg、20℃的水进行加热时，完全燃烧了0.105m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3，该热水器烧水的效率是50%，下列说法中（　　） ①煤气完全燃烧放出的热量是4.41×103J ②水吸收的热量是2.1×106J ③水温升高了50℃ ④加热过程中水的内能保持不变 A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 16.在一个标准大气压下，一质量为2千克的金属块，被加热到500℃后，立即投入质量为1千克，温度为20℃的冷水中，不计热量损失，最终水的温度升高了30℃。[c水=4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）水吸收的热量。 （2）金属块的比热容。 （3）取出金属块后，给水继续加热，水又吸收了1.05×105J的热量，求水的末温。 17.焦耳曾设计过一台机器来研究机械能和内能之间的转换。如图所示为这台机器的简化图，当挂在滑轮上的两个重物落下时，装满水的容器中的叶轮便转动起来，通过手柄提起重物，重复释放，水的温度会逐渐升高。假设两边重物的质量均为20Kg，水的质量为1kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）．两重物每次下落的高度都为1m，落地时的速度为4m/s．重复1000次后，水的温度升高了5℃，求该过程中： （1）重物一共做了多少功？重物落地时每个重物的重力的功率是多少？ （2）水一共吸收了多少热量？ （3）这台机器的效率大约是多大？ 核心素养专练 18.【科学探究】阅读下列短文，回答问题。 航速优化化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境。因为大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放。 船舶航行大多使用柴油发动机，航行时受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大减小航行阻力，发动机对推进设备做功的功率即推进功率就会大大减小，从而减少燃油消耗，但航速不是越小越好，因为船舶航行过程中除了推进设备，还有其他辅助设备工作，需要发动机做功。航速减小后，一段航程所需的航行时间就会延长，虽然推进功减少，但辅助功增加了。（发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分）航速优化就是要找到合适的航速，使发动机做的总功减少，达到节能减排的目的。 （1）在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是______。 A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 （2）若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力为f=kv2（k为常量），则理想情况下，推进功率和速度的关系为P推=______。 （3）某船舶航行时，每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示，则最省油的航速约为_____m/s。 （4）若题（3）中船舶的最大航速为10m/s，柴油发动机做的功为__________J。若柴油发动机的效率为40%，柴油的热值为4.3×107J/kg，则航速从最大航速降低到最省油航速，每公里航程船舶少消耗柴油约________kg。 第 1 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 【答案与解析】 第2节 热机的效率 知识理解与运用 知识点1 燃料的热值 1.下列关于热值的说法正确的是（　　） A．燃料燃烧时，用的燃料越多，这种燃料的热值越大 B．燃料燃烧时，放出的热量越多，这种燃料的热值越大 C．相同质量的不同燃料完全燃烧，放热多的燃料热值大 D．不同燃料完全燃烧放出等量的热量，所用质量大的燃料热值大 C 【解析】热值只与燃料的种类有关，与放出热量的多少、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关，故AB错误；相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量多的燃料，其热值大，故C正确；由q=可知，不同燃料完全燃烧放出等量的热量，所用质量大的燃料热值小，故D错误。 【关键点拨】本题考查了学生对热值特性的了解与掌握，明确热值是燃料的一种特性（只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关）是本题的关键。 2.液态甲烷作为“朱雀三号”运载火箭的燃料是因为具有较大的（　D　） A．密度 B．内能 C．比热容 D．热值 3.（2026•昆明模拟）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，已知液态氢的热值为1.4×108J/kg,水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），下列说法正确的是（　　） A．使用液态氢作为燃料，是利用它的比热容较大 B．液态氢燃料燃烧越充分其热值越大 C．液态氢燃料燃烧时将内能转化为化学能 D．火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是8.4×1012J D 【解析】使用液态氢作为燃料，因为液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料时，可以释放出更多的热量，故A错误；热值是燃料的一种特性，热值大小与燃料的种类有关，与燃料的质量、放热多少和燃烧情况无关，故B错误；液态氢燃料燃烧时将化学能转化为内能，故C错误；这些燃料完全燃烧放出的热量为 Q放=mq=6×104kg×1.4×108J/kg=8.4×1012J，故D正确。 4.煤气的热值为3.9×107J/m3，完全燃烧一定体积的煤气后放出7.8×107J的热量，燃烧煤气的体积为_______m3。沼气的热值为1.9×107J/m3，对比可知，完全燃烧相同体积的煤气和沼气，燃烧煤气放出的热量更_______（选填“多”或“少”）。 2；多 【解析】由Q放=Vq得完全燃烧煤气的体积：V==2m3；煤气的热值比沼气的大，完全燃烧相同体积的煤气与沼气相比，燃烧煤气放出的热量更多。 5.取5.6g酒精和5.6g花生米，点燃后分别对80g的水加热，直至充分燃烧。数据记录在表中，不计热量散失，分析可知质量相等的酒精和花生米充分燃烧所放出的热量_________（选填“相等”或“不相等”），所测的花生米的热值为__________J/kg。[c水=4.2×103J/（kg•℃）] 燃料 加热前的水温/℃ 加热后的水温/℃ 5.6g酒精 22 70 5.6g花生 22 52 不相等 1.8×106 【解析】相同质量的酒精和花生米充分燃烧放热，由表格数据可知，酒精完全燃烧放出的热量可以将水的温度升高：70℃-22℃=48℃，花生米完全燃烧放出的热量可以将水的温度升高：52℃-22℃=30℃，由Q放=Q吸=cmΔt可知，酒精燃烧放出的热量比花生米燃烧放出热量多，即：质量相等的酒精和花生米充分燃烧所放出的热量不相等。 80g的水吸收的热量：Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/（kg•℃）×80×10-3kg×（52℃-22℃）=1.008×104J， 由题意知，5.6g花生米完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=1.008×104J， 由Q放=mq知，花生米的热值：q==1.8×106J/kg。 6.可燃冰是一种天然气水合物，因其外观像冰，遇火即燃，因此被称为“可燃冰”。可燃冰燃烧后仅生成少量的二氧化碳和水，污染远小于煤、石油等，且储量巨大，因此被国际公认为石油等的接替能源。2017年5月，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3天然气，已知q天然气=2.1×107J/m3，q煤烟=3.0×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃）。求： （1）lm3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？ （2）这些热量可以使多少千克的水从20℃加热到100℃？ 解：（1）由题知，1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3天然气， 这些天然气完全燃烧产生热量： Q放=m天然气q天然气=160m3×2.1×107J/m3=3.36×109J； （2）由Q吸=c水m水（t-t0）可得加热水的质量：m水==1×104kg。 【思路分析】（1）根据1m3可燃冰分解后，可释放出约160m3的天然气，利用Q放=mq求完全燃烧160m3的天然气放出的热量； （2）由题知Q吸=Q放，求出水吸收的热量；再根据Q吸=cm（t-t0）公式变形可求得可使多少kg的水从20℃加热到100℃。 知识点2 热机的效率 7.（易错题）关于热机的效率，下列说法不正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 B．热机损失的能量中，废气带走的能量最多 C．热机的效率越高说明做功越快 D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少 C 【解析】使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故A正确；在热机的各种能量损失中，废气带走的热量最多，故B正确；热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占比值，功率是物体做功的快慢，两者没有必然联系，故C不正确；热机效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少；或消耗相同的燃料，做功较多，故D正确。 【易错提示】热机功率和热机效率是两个没有关系的概念，前者表示热机做功的快慢，后者表示将燃料燃烧放出的能量转化为有用功的能力。 8.我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。下列关于该柴油机的说法正确的是（　　） A．该柴油机将柴油的化学能最终转化为机械能的能力更强 B．吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物，使柴油燃烧更充分 C．随着技术的升级，该柴油机的热效率可能达到100% D．该柴油机吸气冲程中一定吸入了更多的柴油 A 【解析】该柴油机热效率更高，则将柴油的化学能最终转化为机械能的能力更强，故A正确；柴油机的吸气冲程吸入的只有空气，压缩冲程压缩空气，将机械能转化为空气的内能，喷油嘴喷入柴油，在做功冲程燃烧，将化学能转化为内能，再将内能转化为机械能，故BD错误；由于柴油机工作时，不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功，同时废气也会带走大量热量，效率不可能达到100%，故C错误。 9.有甲、乙两辆汽车，使用相同品质的汽油，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50km消耗的汽油为4L，乙车行驶100km消耗的汽油为7.3L。则这两台汽车的效率η大小关系为（　　） A．η甲=η乙 B．η甲＞η乙 C．η甲＜η乙 D．条件不足，无法判断 C 【解析】根据题意可知，甲车行驶100km,耗油4L×2=8L，乙车行驶100km,耗油7.3L，根据Q放=mq=ρVq可知，甲车消耗的汽油完全燃烧放出的热量大于乙车消耗的汽油完全燃烧放出的热量，即Q放甲＞Q放乙，由于甲、乙车的动力相同，行驶的路程相同，所以，甲车和乙车所做的有用功相等，即W甲=W乙，由η=可知，甲车的效率小于乙车的效率，即η甲＜η乙。 10.如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（　　） C 【解析】由能流图可知：燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2，所以内燃机的效率可表示为η=×100%=×100%。 11.如图所示为甲、乙、丙三台使用不同燃料的热机完全燃烧1kg燃料所释放的内能和热机输出机械能的二维柱状图。三台热机的转速和效率始终保持不变。根据图中的信息，下列选项正确的是（　　） A．丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低 B．在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少 C．在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料 D．三台热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高 C 【解析】如图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1。 由公式η=×100%可得，甲的效率为：η甲=×100%=×100%=25%，乙的效率为：η乙=×100%=×100%=50%，丙的效率为η丙=×100%=×100%=25%，可见，三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故A错误，D错误；由图可知，在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲多，故B错误；由图可知，在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料，故C正确。 能力提升与素养 12.释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2361kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是（　　） A．热量 B．热值 C．比热容 D．内能 9.B 【解析】巧克力的营养成分表上标有“2361kJ/100g”，是指每100g克巧克力提供的能量2361kJ；而燃料的热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，所以标识的含义与热值类似。 13.如图所示，装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙、t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（　　） A．燃料b的热值比燃料a的大 B．液体2吸收的热量最少 C．液体2的比热容比液体1的大 D．燃料b放出热量最多 10.C【解析】（1）为了比较燃料的热值大小，应选择甲、乙两图进行实验；由题意知甲、乙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t乙，则Δt甲＞Δt乙，由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相同，由公式Q=cmΔt可知，吸收的热量Q甲＞Q乙------① 燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Qa＞Qb，燃料的质量相同，由Q放=mq可知qa＞qb，即燃料a的热值比燃料b的大，故A、D错误； （2）为了比较两种液体的比热容，应选择甲、丙两图进行实验；甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量均相同，则燃料完全燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则液体吸收的热量Q甲=Q丙-------② 所以综合前面解答可知，乙图中液体1吸收的热量最少，故B错误；甲、丙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t丙，则Δt甲＞Δt丙，即Δta＞Δtb，因为Q甲=Q丙，液体质量m相等，升高的温度Δta＞Δtb，所以由c= 可知ca＜cb，即液体b的比热容比液体a的大，故C正确。 【方法总结】（1）燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小； （2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断两种液体比热容的大小关系。 14.图甲为我国首架自行研制的C919客机，图乙是该客机使用的轴流式涡轮喷气发动机，发动机在工作中，空气流过压气机与燃料混合后在燃烧室中燃烧，燃烧产生的高温高压气流推动涡轮；所受空气阻力与运行速度的关系如图丙所示，涡轮喷气发动机若燃料完全燃烧产生内能的24%用于推力做功（航空燃油热值q=5.0×107J/kg），若飞机以200m/s的速度水平匀速巡航50min,则下列说法正确的是（　　） A．燃烧室中，内能转化为化学能 B．涡轮喷气过程的能量转化相当于热机的压缩冲程 C．推力克服空气阻力所做的功是1.08×1010J D．需要消耗1800kg的航空燃油 D 【解析】燃烧室中，燃料燃烧，将燃料的化学能转化为内能，故A错误；涡轮喷气过程中，内能转化为机械能，与热机中做功冲程的能量转化相似，故B错误；如图丙所示，当飞机以200m/s的水平速度匀速巡航时，受到的阻力为3.6×104N；在巡航0.5h的过程中克服阻力做的功：W=fs=fvt=3.6×104N×200m/s×50×60s=2.16×1010J，故C错误；由η=可得航空燃油完全燃烧放出的热量：Q放==9×1010J，由Q放=mq可得需要航空燃油的质量：m==1800kg,故D正确。 15.利用一燃气热水器对10kg、20℃的水进行加热时，完全燃烧了0.105m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4×107J/m3，该热水器烧水的效率是50%，下列说法中（　　） ①煤气完全燃烧放出的热量是4.41×103J ②水吸收的热量是2.1×106J ③水温升高了50℃ ④加热过程中水的内能保持不变 A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 B 【解析】①煤气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.105m3×4×107J/m3=4.2×106J，故①错误； ②由η==50%得水吸收的热量：Q吸=Q放×50%=4.2×106J×50%=2.1×106J，故②正确； ③由Q吸=cmΔt得水温度升高值：Δt===50℃，故③正确； ④在加热过程中，水吸收热量，温度升高、内能增加，故④错误。 可见，只有②③正确。 【思路点拨】（1）知道煤气的体积和热值，根据Q放=Vq求出煤气完全燃烧放出的热量； （2）知道热水器烧水的效率，利用η=求水吸收的热量； （3）求出了水吸收的热量，知道水的质量、比热容，利用Q吸=cmΔt求水升高的温度； （4）在加热过程中，水吸收热量，温度升高、内能增加。 16.在一个标准大气压下，一质量为2千克的金属块，被加热到500℃后，立即投入质量为1千克，温度为20℃的冷水中，不计热量损失，最终水的温度升高了30℃。[c水=4.2×103J/（kg•℃）]求： （1）水吸收的热量。 （2）金属块的比热容。 （3）取出金属块后，给水继续加热，水又吸收了1.05×105J的热量，求水的末温。 解：（1）水吸收的热量： Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×30℃=1.26×105J； （2）水的末温度为：t=Δt+t0水=30℃+20℃=50℃， 根据题意可知，金属块放出的热量与水吸收的热量相等，即Q吸=Q放=1.26×105J， 由Q放=cm（t0-t）得金属块的比热容： c金==0.14×103J/（kg•℃）。 （3）由Q吸=cmΔt可得水升高的温度： △t′==25℃， t′=50℃+25℃=75℃。 【思路点拨】（1）利用吸热公式计算水吸收的热量； （2）由题意可知水吸收的热量与金属块放出的热量相等，根据Q吸=Q放可求出金属的比热容； （3）根据Q吸=cmΔt求出水升高的温度。 17.焦耳曾设计过一台机器来研究机械能和内能之间的转换。如图所示为这台机器的简化图，当挂在滑轮上的两个重物落下时，装满水的容器中的叶轮便转动起来，通过手柄提起重物，重复释放，水的温度会逐渐升高。假设两边重物的质量均为20Kg，水的质量为1kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）．两重物每次下落的高度都为1m，落地时的速度为4m/s．重复1000次后，水的温度升高了5℃，求该过程中： （1）重物一共做了多少功？重物落地时每个重物的重力的功率是多少？ （2）水一共吸收了多少热量？ （3）这台机器的效率大约是多大？ 解：（1）W＝1000×2m物gh＝1000×2×20kg×10N/kg×1m＝4×105J， 功率PFv， 故P＝m物gv＝20kg×10N/kg×4m/s＝800W； （2）水吸收的热量：Q＝cm水△t＝4.2×103J/（kg•℃）×1kg×5℃＝2.1×104J； （3）η100%100%＝5.25%。 核心素养专练 18.【科学探究】阅读下列短文，回答问题。 航速优化化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境。因为大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放。 船舶航行大多使用柴油发动机，航行时受到的阻力通常和航行速度的平方成正比。降低航速可以大大减小航行阻力，发动机对推进设备做功的功率即推进功率就会大大减小，从而减少燃油消耗，但航速不是越小越好，因为船舶航行过程中除了推进设备，还有其他辅助设备工作，需要发动机做功。航速减小后，一段航程所需的航行时间就会延长，虽然推进功减少，但辅助功增加了。（发动机要做的功包括推进功和辅助功两部分）航速优化就是要找到合适的航速，使发动机做的总功减少，达到节能减排的目的。 （1）在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是______。 A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 （2）若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力为f=kv2（k为常量），则理想情况下，推进功率和速度的关系为P推=______。 （3）某船舶航行时，每公里航程的推进功、辅助功和航速的关系如图所示，则最省油的航速约为_____m/s。 （4）若题（3）中船舶的最大航速为10m/s，柴油发动机做的功为__________J。若柴油发动机的效率为40%，柴油的热值为4.3×107J/kg，则航速从最大航速降低到最省油航速，每公里航程船舶少消耗柴油约________kg。 （1）D；（2）kv3；（3）6；（4）1.15×109；26.2 【解析】（1）在柴油发动机的工作循环中，排出CO2等气体的冲程是排气冲程，故选D； （2）若船舶以速度v匀速直线航行，航行时受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等；根据P==Fv可知，推进的功率为：P推=Fv=fv=kv2×v=kv3； （3）根据图像可知，当推进功为2×108J，辅助功为5×108J时，推进功和辅助功的和是7×108J，是最小的，此时对应的速度为6m/s； （4）由图可知，当v'=10m/s时的推进功约为8.0×108J，辅助功约为3.5×108J， 柴油发动机做的功为：W=8.0×108J+3.5×108J=1.15×109J； 与最省油时相比，节省的功为：W'=1.15×109J-2×108J-5×108J=4.5×108J； 柴油发动机的效率为40%，则完全燃烧节省的柴油放出的热量为：Q==1.125×109J； 每公里航程少消耗柴油的质量为：m=≈26.2kg。 【核心素养体现】通过对内燃机的工作过程、热量公式的应用、图像的识别、功率公式的应用等的考查，体现科学思维是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用。 $