热机效率计算提高练习2026-2027学年新人教版九年级物理全一册

**基本信息** 本单元卷聚焦初中物理热机效率及能量计算，12道计算题结合乙醇汽油、混合动力汽车、风力发电等真实情境，适合单元复习巩固能量观念与科学推理能力。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |计算题|12题|热机效率、比热容、压强、功率、能量转化|以“人造太阳”核聚变、氢能源汽车等科技前沿为情境，设计从基础Q=mq计算到综合效率分析的梯度问题，体现科学思维与社会责任|

热机效率计算提高练习 1．一位农民梦想着：如果能将与黄金一样颜色的玉米变成“黄金”，那该多好！为此他向一位科学家寻求帮助。这位科学家经考察研发出了“乙醇汽油”，即用玉米生产乙醇（酒精），然后按一定的比例与汽油混合，就得到了“乙醇汽油”，可以作为燃料使用。在一个标准气压下，用20kg的该燃料加热500kg、50℃的水，烧水灶具的效率为30%。乙醇汽油的热值q＝4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），求： （1）20kg该燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）水升高的温度是多少？ 2．如图甲所示是一款国产混合动力汽车，其动力装置由内燃机和电机组成，在某次测试中，启动内燃机，这样既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电。汽车质量为1.5t，轮胎与地面的总接触面积为0.1m2，在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶了1h，消耗了10L的汽油，同时蓄电池的电能增加了6.1×107J，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示。（ρ汽油＝0.7×103kg/m3，q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）。求： （1）该车静止在水平路面上时对地面的压强是多少？ （2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做的功是多少？ （3）该车动力系统的综合效率是多少？ 3．如图为某款“迷你炉”，它将初温为20℃、质量为2kg的水加热到70℃，消耗了燃料丁烷0.02kg。q丁烷取3.5×107J/kg，c水取4.2×103J/（kg•℃），求此过程中： （1）水吸收的热量； （2）丁烷完全燃烧放出的热量； （3）“迷你炉”烧水的效率。 4．风能作为一种清洁可再生能源，其发展有助于减少对化石燃料的依赖，促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1s内提供的电能为1.8×104J，若这些电能供装有1kg水的电热水壶使用，已知电热水壶的加热效率为70%，求：[] （1）水吸收的热量（水未沸腾）； （2）水升高的温度； （3）火力发电工作时燃烧煤炭转化为电能的效率约为40%，该风力发电机一年提供的电能约为4.8×1011J，则一年可节约煤炭的质量。（煤炭的热值为3.0×107J/kg） 5．有“人造太阳”之称的中国全超导托卡马克核聚变实验装置，2025年创造世界新纪录：实现了1亿摄氏度高温下，等离子体稳定运行1066秒!“人造太阳”装置中进行的反应是轻核（主要是氢的同位素氘和氚）聚变成较重的原子核，同时释放出巨大的能量，这与太阳发光发热的原理相同。核聚变反应的燃料氘在海水中储藏量丰富，据测算，每升海水中含有0.03g氘。已知1g氘中含有3×1023个氘核，每个氘核发生聚变反应可释放出2.8×10﹣12J的能量。 （1）每升海水中的氘全部发生聚变反应可以释放出的能量是多少？ （2）每升海水中的氘全部发生聚变反应释放出的能量相当于多少千克煤完全燃烧放出的热量？ （3）全球现役最大的火力发电厂一—国能浙江北仑电厂一年发电量约为400亿千瓦时，若所有发电量均由核聚变形式产生，假设核聚变发电的能量转化效率为60%，则需要提取多少吨海水才能获得需要的氘？（结果保留整数） 6．如图是我国最新研制的“无驾驶室”遥控滑移装载机。机身整机空载质量为3.5吨，轮胎与地面接触总面积为0.5m2。装载机在3000s内匀速直线行驶了45km，消耗了15kg的燃油，此过程装载机的输出功率为60kW。燃油热值为，g取10N/kg。求： （1）装载机受到的重力。 （2）装载机空载静止在水平地面上对地面的压强。 （3）装载机行驶过程中的牵引力。 （4）装载机行驶过程中的效率。 7．2025年全运会期间，广东等地的公安和交警部门部署了多种机器狗参与安保和巡查任务，主要应用于违停劝导、赛场巡逻、危险处置及特殊物资运输等场景。如图所示是某公司生产的一款机器狗。 （1）此机器狗的液压系统所用液压油温度不能过高，一般不超过80℃，40kg的液压油温度由30℃升高到80℃需要吸收4.8×106J的热量，则该液压油的比热容是多少？ （2）若液压油吸收的热量由天然气来提供，需要天然气的体积至少为多少？（已知天然气的热值为q＝4×107J/m3） 8．如图某款氢能源汽车行驶时受到的牵引力为1.4×103N，在公路上行驶30km消耗了0.6kg的氢气。（）求： （1）行驶30km，牵引力做的功； （2）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； （3）氢燃料大巴车的能量转化效率。 9．如图所示是我国自主研制的3321型气垫两栖登陆艇。它的质量约为2.0×105kg，底面积约为500m2。（汽油热值约为4.6×107J/kg，结果保留整数）求： （1）它漂浮在海面上时，受到的浮力是多少。 （2）登陆艇静止在水平海滩上时，对海滩的压强是多少。 （3）若登陆艇用3.0×105N的推进力，以20m/s的航速匀速行驶5min，则登陆艇的推进力做多少功。 （4）行驶5min内，耗油150kg，则发动机的推进效率是多少。 10．在“比较不同物质的吸热能力”实验中，小徽用如图甲所示的同一个实验装置分别加热200g的水和煤油，用测得的数据绘制了如图乙所示的温度随时间变化的图像，加热4min，刚好消耗了4g酒精。若单位时间内水吸收的热量与煤油吸收的热量相等，已知，，求： （1）加热4min，水吸收的热量； （2）煤油的比热容； （3）该酒精灯的加热效率。 11．2月12日元宵节，海口湾上空惊现三千架无人机表演，精彩绝伦。已知每一架“无人机”如图所示，其质量为2.5kg。它具有4个旋翼，可通过无线电进行操控，有表演、拍摄调查、无人配送等方面的前景，g＝10N/kg。求： （1）当该无人机静止在水平地面上，与地面的接触面积为40cm2，此时无人机对地面的压强多大； （2）若该机在30s内匀速竖直上升120m，则此过程中无人机克服自身重力做功的功率是多大； （3）“无人机”所需的能量是由一块电池提供，该电池提供的最大电能为3.78×105J，若这些能量给水加热，可以使2kg的水温度升高多少。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 12．小明用同一个稳定的热源加热某物质，并将该物质熔化时温度与时间的图像绘制如图，已知物质的质量为100g，固态时的比热容是0.75×103J/（kg•℃）。 （1）该物质在固态时吸收的热量是多少？ （2）在2到8min时，物质内能的增加量？ （3）该物质在液态时的比热容是多少？ 热机效率计算提高练习 参考答案与试题解析 1．一位农民梦想着：如果能将与黄金一样颜色的玉米变成“黄金”，那该多好！为此他向一位科学家寻求帮助。这位科学家经考察研发出了“乙醇汽油”，即用玉米生产乙醇（酒精），然后按一定的比例与汽油混合，就得到了“乙醇汽油”，可以作为燃料使用。在一个标准气压下，用20kg的该燃料加热500kg、50℃的水，烧水灶具的效率为30%。乙醇汽油的热值q＝4.2×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），求： （1）20kg该燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）水升高的温度是多少？ 【解答】解：（1）燃料完全燃烧放出的热量由热值公式计算： 。 （2）由灶具效率η＝30%可知，水吸收的热量为燃料放出总热量的30%： 。 （3）若按全部热量只用于水升温计算，温度变化为 ， 理论末温 t＝t0+Δt＝50℃+120℃＝170℃。 但在一个标准大气压下，水的沸点为100℃，水达到沸点后继续吸热温度不再升高，因此实际升高的温度 Δt'＝100℃﹣50℃＝50℃。 答：（1）20kg该燃料完全燃烧放出的热量是8.4×108J； （2）水吸收的热量是2.52×108J； （3）水升高的温度是50℃。 2．如图甲所示是一款国产混合动力汽车，其动力装置由内燃机和电机组成，在某次测试中，启动内燃机，这样既可以向车轮输送能量，也可以同时给蓄电池充电。汽车质量为1.5t，轮胎与地面的总接触面积为0.1m2，在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶了1h，消耗了10L的汽油，同时蓄电池的电能增加了6.1×107J，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示。（ρ汽油＝0.7×103kg/m3，q汽油＝4.6×107J/kg，g取10N/kg）。求： （1）该车静止在水平路面上时对地面的压强是多少？ （2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做的功是多少？ （3）该车动力系统的综合效率是多少？ 【解答】解：（1）汽车静止在水平路面上时，对地面的压力： F压＝G＝mg＝1500kg×10N/kg＝1.5×104N， 汽车对地面的压强： p1.5×105Pa； （2）汽车行驶的距离：s＝vt＝50km/h×1h＝50km＝5×104m， 由图乙可知，当车速为50km/h时，汽车所受的阻力为f＝2.0×103N，因为汽车匀速行驶，所以汽车的牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，牵引力大小F＝f＝ 2.0×103N， 牵引力做的功： ； （3）消耗汽油的体积：， 由得消耗汽油的质量： ， 汽油完全燃烧放出的总热量： ， 动力系统的有用功： ， 该车动力系统的综合效率： 。 答：（1）该车静止在水平路面上时对地面的压强是1.5×105Pa； （2）该车在测试过程中内燃机的牵引力所做的功是1×108J； （3）该车动力系统的综合效率是50%。 3．如图为某款“迷你炉”，它将初温为20℃、质量为2kg的水加热到70℃，消耗了燃料丁烷0.02kg。q丁烷取3.5×107J/kg，c水取4.2×103J/（kg•℃），求此过程中： （1）水吸收的热量； （2）丁烷完全燃烧放出的热量； （3）“迷你炉”烧水的效率。 【解答】解：（1）水吸收的热量： Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（70℃﹣20℃）＝4.2×105J； （2）丁烷完全燃烧放出的热量： Q放＝mq丁烷＝0.02kg×3.5×107J/kg＝7×105J； （3）该卡磁炉烧水的效率： η60%。 答：（1）水吸收的热量是4.2×105J； （2）丁烷气体完全燃烧放出的热量为7×105J； （3）该卡磁炉烧水的效率为60%。 4．风能作为一种清洁可再生能源，其发展有助于减少对化石燃料的依赖，促进能源结构向更加清洁、低碳的方向转变，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。某地有一风力发电站，其中一台风力发电机1s内提供的电能为1.8×104J，若这些电能供装有1kg水的电热水壶使用，已知电热水壶的加热效率为70%，求：[] （1）水吸收的热量（水未沸腾）； （2）水升高的温度； （3）火力发电工作时燃烧煤炭转化为电能的效率约为40%，该风力发电机一年提供的电能约为4.8×1011J，则一年可节约煤炭的质量。（煤炭的热值为3.0×107J/kg） 【解答】解：（1）由可得，水吸收的热量为：； （2）由Q吸＝cmΔt可得，水升高的温度为：； （3）燃烧煤炭转化为电能的效率η2＝40%，该风力发电机一年提供的电能W总＝4.8×1011J，则火力发电工作时煤炭完全燃烧需放出的热量为： ； 由Q放＝mq可得，一年可节约煤炭的质量为：。 答：（1）水吸收的热量为1.26×104J； （2）水升高的温度为3℃； （3）一年可节约煤炭的质量为4×104kg。 5．有“人造太阳”之称的中国全超导托卡马克核聚变实验装置，2025年创造世界新纪录：实现了1亿摄氏度高温下，等离子体稳定运行1066秒!“人造太阳”装置中进行的反应是轻核（主要是氢的同位素氘和氚）聚变成较重的原子核，同时释放出巨大的能量，这与太阳发光发热的原理相同。核聚变反应的燃料氘在海水中储藏量丰富，据测算，每升海水中含有0.03g氘。已知1g氘中含有3×1023个氘核，每个氘核发生聚变反应可释放出2.8×10﹣12J的能量。 （1）每升海水中的氘全部发生聚变反应可以释放出的能量是多少？ （2）每升海水中的氘全部发生聚变反应释放出的能量相当于多少千克煤完全燃烧放出的热量？ （3）全球现役最大的火力发电厂一—国能浙江北仑电厂一年发电量约为400亿千瓦时，若所有发电量均由核聚变形式产生，假设核聚变发电的能量转化效率为60%，则需要提取多少吨海水才能获得需要的氘？（结果保留整数） 【解答】解：（1）每升海水中含氘0.03g，所含氘核个数为 N＝0.03g×3×1023个/g＝9×1021个 这些氘核全部发生聚变反应释放的能量为 。 （2）这些能量相当于煤完全燃烧放出的热量，所需煤的质量为 。 （3）该电厂一年发电量为 W＝400×108kW•h＝4×1010kW•h＝4×1010×3.6×106J＝1.44×1017J 核聚变需要释放的总能量为 每升海水的质量为 每千克海水可提供的聚变能量为 需要提取的海水质量为 。 答：（1）每升海水中的氘全部发生聚变反应可释放的能量为2.52×1010J； （2）相当于840kg煤完全燃烧放出的热量； （3）需要提取海水约9524t。 6．如图是我国最新研制的“无驾驶室”遥控滑移装载机。机身整机空载质量为3.5吨，轮胎与地面接触总面积为0.5m2。装载机在3000s内匀速直线行驶了45km，消耗了15kg的燃油，此过程装载机的输出功率为60kW。燃油热值为，g取10N/kg。求： （1）装载机受到的重力。 （2）装载机空载静止在水平地面上对地面的压强。 （3）装载机行驶过程中的牵引力。 （4）装载机行驶过程中的效率。 【解答】解：（1）装载机的质量m＝3.5t＝3.5×103kg，装载机受到的重力G＝mg＝3.5×103kg×10N/kg＝3.5×104N。 （2）装载机空载静止在水平地面上时，对地面的压力大小等于其自身重力，即，受力面积S＝0.5m2，对地面的压强。 （3）装载机的输出功率P＝60kW＝6×104W，行驶时间t＝3000s，发动机输出的总功W＝Pt＝6×104W×3000s＝1.8×108J；行驶路程s＝45km＝4.5×104m，由W＝Fs可得牵引力。 （4）燃油完全燃烧放出的热量，装载机行驶过程中的效率。 答：（1）装载机受到的重力为3.5×104N； （2）装载机空载静止时对地面的压强为7×104Pa； （3）装载机行驶过程中的牵引力为4000N； （4）装载机行驶过程中的效率为30%。 7．2025年全运会期间，广东等地的公安和交警部门部署了多种机器狗参与安保和巡查任务，主要应用于违停劝导、赛场巡逻、危险处置及特殊物资运输等场景。如图所示是某公司生产的一款机器狗。 （1）此机器狗的液压系统所用液压油温度不能过高，一般不超过80℃，40kg的液压油温度由30℃升高到80℃需要吸收4.8×106J的热量，则该液压油的比热容是多少？ （2）若液压油吸收的热量由天然气来提供，需要天然气的体积至少为多少？（已知天然气的热值为q＝4×107J/m3） 【解答】解：（1）由Q吸＝cm（t﹣t0）可得，该液压油的比热容为：； （2）天然气完全燃烧放出的热量等于液压油吸收的热量，则天然气完全燃烧放出的热量为：； 由Q放＝Vq可得，需要天然气的体积为：。 答：（1）该液压油的比热容是2.4×103J/（kg•℃）； （2）若液压油吸收的热量由天然气来提供，需要天然气的体积至少为0.12m3。 8．如图某款氢能源汽车行驶时受到的牵引力为1.4×103N，在公路上行驶30km消耗了0.6kg的氢气。（）求： （1）行驶30km，牵引力做的功； （2）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； （3）氢燃料大巴车的能量转化效率。 【解答】解：（1）牵引力做的功为： W＝Fs＝1.4×103N×3×104m＝4.2×107J； （2）氢燃料完全燃烧放出的热量为： ； （3）该车的能量转化效率为： 。 答：（1）行驶30km，牵引力做的功为4.2×107J； （2）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为8.4×107J； （3）氢燃料大巴车的能量转化效率为50%。 9．如图所示是我国自主研制的3321型气垫两栖登陆艇。它的质量约为2.0×105kg，底面积约为500m2。（汽油热值约为4.6×107J/kg，结果保留整数）求： （1）它漂浮在海面上时，受到的浮力是多少。 （2）登陆艇静止在水平海滩上时，对海滩的压强是多少。 （3）若登陆艇用3.0×105N的推进力，以20m/s的航速匀速行驶5min，则登陆艇的推进力做多少功。 （4）行驶5min内，耗油150kg，则发动机的推进效率是多少。 【解答】解： （1）登陆艇受到的重力为G＝mg＝2.0×105kg×10N/kg＝2.0×106N， 因为登陆艇漂浮在海面上，所以受到的浮力为F浮＝G＝2.0×106N； （2）登陆艇对海滩的压强为p4000Pa； （3）由v可得登陆艇航行的距离： s＝vt＝20m/s×5×60s＝6000m， 推进力做的功为W＝Fs＝3.0×105N×6000m＝1.8×109J。 （4）汽油燃烧放出的热量Q＝mq＝150kg×4.6×107J/kg＝6.9×109J， 汽车行驶的效率η100%100%≈26%。 答：（1）登陆艇漂浮在海面上时，受到的浮力是2.0×106N； （2）登陆艇对海滩的压强为4000Pa； （3）推进力做的功1.8×109J。 （4）行驶5min内，耗油150kg，则发动机的效率是26%。 10．在“比较不同物质的吸热能力”实验中，小徽用如图甲所示的同一个实验装置分别加热200g的水和煤油，用测得的数据绘制了如图乙所示的温度随时间变化的图像，加热4min，刚好消耗了4g酒精。若单位时间内水吸收的热量与煤油吸收的热量相等，已知，，求： （1）加热4min，水吸收的热量； （2）煤油的比热容； （3）该酒精灯的加热效率。 【解答】解：（1）由图乙可知，加热4min，水升高的温度为：Δt＝60℃﹣20℃＝40℃，则200g水吸收的热量为：； （2）加热装置相同，则煤油4min吸收的热量等于水吸收的热量，即， 由图乙可知，4min内煤油升高的温度为：Δt油＝100℃﹣20℃＝80℃，则煤油的比热容是； c煤油2.1×103J/（kg•℃）； （3）4g酒精完全燃烧放出的热量为：， 该酒精灯的加热效率为：。 答：（1）水吸收的热量为3.36×104J； （2）煤油的比热容为2.1×103J/（kg•℃）； （3）该酒精灯的加热效率为28%。 11．2月12日元宵节，海口湾上空惊现三千架无人机表演，精彩绝伦。已知每一架“无人机”如图所示，其质量为2.5kg。它具有4个旋翼，可通过无线电进行操控，有表演、拍摄调查、无人配送等方面的前景，g＝10N/kg。求： （1）当该无人机静止在水平地面上，与地面的接触面积为40cm2，此时无人机对地面的压强多大； （2）若该机在30s内匀速竖直上升120m，则此过程中无人机克服自身重力做功的功率是多大； （3）“无人机”所需的能量是由一块电池提供，该电池提供的最大电能为3.78×105J，若这些能量给水加热，可以使2kg的水温度升高多少。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【解答】解：（1）无人机的重力： G＝mg＝2.5kg×10N/kg＝25N， 无人机对地面的压力等于其重力，即F＝G＝25N， 无人机对水平地面的压强： p6250Pa； （2）克服重力做的功：W＝Gh＝25N×120m＝3000J， 克服自身重力做功的功率： P100W； （3）根据Q吸＝cmΔt得水升高的温度： Δt45℃。 答：（1）当该无人机静止在水平地面上，与地面的接触面积为40cm2，此时无人机对地面的压强为6250Pa； （2）若该机在30s内匀速竖直上升120m，则此过程中无人机克服自身重力做功的功率是100W； （3）“无人机”所需的能量是由一块电池提供，该电池提供的最大电能为3.78×105J，若这些能量给水加热，可以使2kg的水温度升高45℃。 12．小明用同一个稳定的热源加热某物质，并将该物质熔化时温度与时间的图像绘制如图，已知物质的质量为100g，固态时的比热容是0.75×103J/（kg•℃）。 （1）该物质在固态时吸收的热量是多少？ （2）在2到8min时，物质内能的增加量？ （3）该物质在液态时的比热容是多少？ 【解答】解：（1）该物质固态时在0～2min内吸收的热量为：Q吸＝c固mΔt＝0.75×103J/（kg•℃）×100×10﹣3kg×（60℃﹣20℃）＝3×103J； （2）根据图知，熔化的时间为8min﹣2min＝6min，故在整个熔化过程中，物质吸收的热量为： Q'Q吸＝3×3×103J＝9×103J，所以物质内能的增加量为9×103J； （3）由题知，这种物质从热源吸热的功率恒定不变，即该物质在固态或者液态，加热时间相同，吸收热量相同，根据图知，液体的加热时间为：12min﹣8min＝4min，物质吸收的热量为： Q″Q吸＝2×3×103J＝6×103J，由Q吸＝cmΔt得，该物质在液态时的比热容为： c液3×103J/（kg•℃）。 答：（1）该物质在固态时吸收的热量是3×103J； （2）在2到8min时，物质内能的增加量为9×103J； （3）该物质在液态时的比热容是3×103J/（kg•℃）。 学科网（北京）股份有限公司 $