14.3 《热机效率》（课时分层作业）2026—2027学年人教版九年级物理全一册

**基本信息** 本节同步练习以“热机效率”为核心，通过A、B、C三层设计实现从概念辨析到综合应用的梯度巩固，适配新授课分层教学需求，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| |----|----------|----------| |A基础达标|热值特性、效率定义与公式、提高措施|8道选择+1道计算，聚焦单一知识点辨析（如热值与质量无关）| |B能力提升|热值计算、效率公式应用、实验探究|3道选择+1道实验题，引入估测酒精热值实验，培养科学探究能力| |C扩展培优|热学综合计算（结合功率、牵引力）|1道选择+1道综合题，以汽车能耗为情境，深化能量观念与科学推理|

人教版（2022）九年级全一册 · 14.3 热机效率 课时分层练习 第十四章 内能的利用 第3节 热机效率（课时分层练习） 目录 【A基础达标题】···································································· 知识点 01 热值的概念与特性 知识点 02 热机效率的定义与公式 知识点 03 提高热机效率的措施 知识点 04 热学综合计算（效率公式应用） 【B能力提升题】···································································· 【C 扩展培优题】···································································· 【A基础达标题】 一、选择题（每小题只有一个选项符合题意） 1．学校科技社团用酒精灯给培养用水加热。关于酒精的热值，下列说法正确的是（　　） A．酒精的质量越大，其热值越大 B．酒精燃烧不充分时，其热值会变小 C．酒精的热值在数值上等于1 kg酒精完全燃烧放出的热量 D．酒精完全燃烧放出的热量越多，其热值越大 2．干木柴的热值约为1.2×107 J/kg，它表示的物理意义是（　　） A．1 kg干木柴燃烧时放出1.2×107 J的热量 B．1 kg干木柴完全燃烧时放出1.2×107 J的热量 C．干木柴燃烧时一定放出1.2×107 J的热量 D．1 kg干木柴温度升高1 ℃时吸收1.2×107 J的热量 3．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机做的有用功越多，效率就越高 B．热机消耗的燃料越少，效率就越高 C．热机的效率等于燃料完全燃烧放出的能量与有用功之比 D．热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比 4．热机工作时，燃料完全燃烧放出的能量主要有三个损失去向：废气带走一部分、机身向外散热损失一部分、克服机件摩擦消耗一部分。其中损失能量最多的是（　　） A．废气带走的能量 B．机身向外散热损失的能量 C．克服机件摩擦消耗的能量 D．燃料未完全燃烧损失的能量 5．下列措施中，不能提高热机效率的是（　　） A．改善燃烧条件，使燃料充分燃烧 B．选用热值更大的燃料 C．给机件加润滑油，减小摩擦 D．利用废气带走的能量（如废气涡轮增压） 6．甲、乙两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为30%。下列判断正确的是（　　） A．甲做的有用功一定比乙多 B．甲做功一定比乙快 C．完全燃烧相同质量的同种汽油，甲做的有用功比乙多 D．甲的功率一定比乙大 7．一瓶酒精用去一半后，剩下的一半酒精（　　） A．密度、比热容和热值都减半 B．密度和比热容不变，热值减半 C．密度、比热容和热值都不变 D．热值不变，密度和比热容减半 8．热机给人类生产、生活带来便利的同时，也带来了能源与环境问题。下列说法正确的是（　　） A．随着技术的进步，热机效率可以达到100% B．柴油机的效率一般比汽油机高 C．热机效率越高，排放的废气越多 D．只要所用燃料的热值大，热机效率就一定高 二、计算题 9．小明家新装了一台天然气灶。周末他用该灶烧水，将质量为2 kg的水从20 ℃加热到沸腾（100 ℃），观察到天然气表的示数变化显示此过程消耗天然气0.02 m3。已知c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4.0×107 J/m3。求： （1）水吸收的热量Q吸； （2）天然气完全燃烧放出的热量Q放； （3）该天然气灶烧水时的效率； （4）从能量利用角度，写出一条提高该灶烧水效率的具体做法。 【B能力提升题】 一、选择题（每小题只有一个选项符合题意） 10．酒精的热值为3.0×107 J/kg。完全燃烧200 g酒精，可以放出的热量为（　　） A．6×106 J B．1.5×107 J C．6×107 J D．3×106 J 11．用天然气灶烧水时，完全燃烧0.01 m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有70%被水吸收，则被水吸收的热量为（　　） A．4×105 J B．2.8×105 J C．5.7×105 J D．2.8×104 J 12．一台汽油机的效率为25%，工作中获得了2.3×107 J的有用功。若汽油的热值为4.6×107 J/kg，则需要完全燃烧汽油的质量为（　　） A．0.5 kg B．1.25 kg C．2 kg D．8 kg 二、实验探究题 13．小明所在小组做"估测酒精的热值"实验。实验器材有：铁架台（带铁圈和石棉网）、酒精灯、烧杯、水、温度计、天平（配砝码）、搅拌器、火柴。实验方案是：用酒精灯加热烧杯中的水，测出水吸收的热量和被烧掉酒精的质量，进而估测酒精的热值。 （1）该实验的原理用公式表示为 q＝______（用实验中测得的物理量符号表示）。 （2）某次实验记录的数据如下表所示： 物理量 测量结果 水的质量 m水/g 200 水的初温 t1/℃ 20 水的末温 t2/℃ 70 加热前酒精灯（含酒精）总质量 m1/g 170.0 熄灭后酒精灯（含剩余酒精）总质量 m2/g 166.0 （3）本次实验中：①水吸收的热量为______J；②估测的酒精热值q＝______J/kg。 （4）查资料可知酒精热值的标准值约为3.0×107 J/kg，本实验测得值明显偏小，请写出两条可能的原因。 （5）针对上述原因，请写出一条改进实验的具体措施。 【C 扩展培优题】 一、选择题（每小题只有一个选项符合题意） 14．一辆小汽车在水平路面上匀速行驶，发动机提供的牵引力恒为1500 N。某段行程中完全燃烧了0.5 kg汽油，若该车发动机的效率为30%，则这段行程中汽车行驶的路程为（　　） A．1.5 km B．4.6 km C．6.9 km D．15.3 km 二、综合计算题 15．为响应"绿色出行、节能减排"的号召，某汽车研发小组对一款家用燃油轿车进行能耗测试。汽车在水平直线路段上以72 km/h的速度匀速行驶了500 s，此过程中发动机牵引力做功的功率恒为46 kW，共消耗汽油2 kg（q汽油＝4.6×107 J/kg）。求： （1）汽车匀速行驶时受到的牵引力F； （2）此过程中牵引力做的有用功W有； （3）消耗的汽油完全燃烧放出的热量Q放； （4）该汽车发动机的效率η； （5）从能量利用的角度，为降低该车能耗提出一条合理建议。 参考答案与详细解析 第一部分　基础巩固 1．【答案】C 【正确项讲解】热值是燃料的一种特性，1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量在数值上等于该燃料的热值，C表述完整、准确。 【错因分析】A错：热值只与燃料种类有关，与质量大小无关，质量大只是完全燃烧时放出的总热量多。B错：燃烧不充分时实际放出的热量变少，但酒精的热值（按"完全燃烧"定义）不变。D错：完全燃烧放出的热量Q放＝mq，还与质量m有关，放热多可能是质量大，不能说明热值大。 【易错警示】判断"热值是否改变"，只需看燃料的种类（和状态）是否改变；与质量、体积、燃烧是否充分、放热多少均无关。 2．【答案】B 【正确项讲解】热值在数值上等于1 kg燃料完全燃烧放出的热量，故"1.2×107 J/kg"表示1 kg干木柴完全燃烧放出1.2×107 J的热量。 【错因分析】A错：漏掉"完全"二字，燃烧不充分时放出的热量小于该值。C错：既未限定"1 kg"，"一定"的说法也错误。D错：把热值与比热容混淆——与"温度升高1 ℃"有关的是比热容，不是热值。 【易错警示】热值定义三要素缺一不可："1 kg（气体燃料为1 m3）""完全燃烧""放出的热量"。 3．【答案】D 【正确项讲解】热机效率η＝W有/Q放，即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，D正确。 【错因分析】A错：效率是比值而非具体量，有用功多但若燃料放出的能量更多，效率反而低。B错：消耗燃料少，若做的有用功更少，效率同样不高。C错：把比值弄颠倒了，效率是有用功在前、放出能量在后。 【易错警示】比较效率高低必须控制变量（同样的燃料放能或同样的有用功），单独看"有用功多"或"耗油少"都不能判断效率。 4．【答案】A 【正确项讲解】在热机的能量损失中，废气温度很高，带走的能量最多，这是热机效率难以提高的主要原因。 【错因分析】B错：散热是损失途径之一，但占比小于废气。C错：克服摩擦消耗的能量也是损失途径之一，同样小于废气带走的部分。D错：题目讨论的是"燃料完全燃烧放出的能量"的去向，燃料未完全燃烧意味着化学能根本没有释放，不在本题分配范围内。 【易错警示】牢记三条损失途径：废气带走（最多）、散热损失、克服摩擦；相应改进方向即"用废气、减散热、降摩擦"。 5．【答案】B 【正确项讲解】本题选"不能提高效率"的措施。热值是燃料的特性，表示燃料的放能本领，与热机把能量转化为有用功的比例（效率）无关，选用热值大的燃料不能提高效率，故选B。 【错因分析】A能提高效率：充分燃烧使燃料化学能更多释放并被利用。C能提高效率：加润滑油减小摩擦，减少无用损耗。D能提高效率：利用废气能量相当于回收占比最大的那部分损失。误选陷阱：把"热值大"误认为"效率高"。 【易错警示】"热值"与"效率"是两个独立概念：热值描述燃料，效率描述热机，二者无必然联系。 6．【答案】C 【正确项讲解】由η＝W有/Q放得W有＝ηQ放。完全燃烧相同质量的同种汽油，Q放相同，甲的效率（35%）高于乙（30%），故甲做的有用功更多，C正确。 【错因分析】A错：有用功多少还与工作时间、功率等有关，效率高不代表总有用功多。B错："做功快慢"描述的是功率，与效率无关。D错：功率取决于单位时间做功多少，与效率没有必然联系，效率高的机器功率可能很小。 【易错警示】效率≠功率：效率反映能量转化的"比例"，功率反映做功的"快慢"，两者物理意义完全不同。 7．【答案】C 【正确项讲解】密度、比热容、热值都是物质（燃料）的特性，只与物质的种类和状态有关，与质量多少无关。酒精用去一半，质量减半，但三者都不变。 【错因分析】A错：把"总量减半"错误套用到特性上。B错、D错：三个特性中任意一个都不会因用量减少而改变。误选陷阱：受"用去一半"干扰，凭直觉选"减半"。 【易错警示】区分两类物理量：特性量（密度、比热容、热值、电阻等）不随用量改变；总量（质量、体积、内能、完全燃烧放出的热量）随用量改变。 8．【答案】B 【正确项讲解】柴油机压缩比高、燃料燃烧更充分，效率一般为30%～45%，高于汽油机的20%～30%，B正确。 【错因分析】A错：任何热机工作时都不可避免地存在废气、散热和摩擦损失，效率总小于1，不可能达到100%。C错：效率越高，做同样的有用功消耗的燃料越少，废气排放反而越少。D错：效率与燃料热值大小无关，取决于热机的设计、制造和使用水平。 【易错警示】提高效率既能节约能源又能减少污染，这正是节能减排的物理依据；效率＜1是永远成立的。 9．【答案】（1）6.72×105 J；（2）8×105 J；（3）84%；（4）见解析 【规范解答】已知：m水＝2 kg，t0＝20 ℃，t＝100 ℃，V＝0.02 m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q＝4.0×107 J/m3。 （1）水吸收的热量：Q吸＝c水m水(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105 J。 （2）天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝Vq＝0.02 m3×4.0×107 J/m3＝8×105 J。 （3）天然气灶的效率：η＝Q吸/Q放＝6.72×105 J / 8×105 J＝0.84＝84%。 （4）做法示例：烧水时盖好锅盖（减少蒸发和散热）；用火焰的外焰加热；使用聚能灶架减少热量向四周散失等（任答一条，合理即可）。 【易错警示】①气体燃料放热用Q放＝Vq，固体、液体燃料用Q放＝mq，注意热值单位J/m3与J/kg的区别；②Δt用末温减初温（80 ℃），不要用沸点100 ℃直接代入。 第二部分　能力提升 10．【答案】A 【正确项讲解】Q放＝mq＝0.2 kg×3.0×107 J/kg＝6×106 J，A正确。 【错因分析】B错：1.5×107 J是0.5 kg酒精完全燃烧放出的热量，系误读质量。C错：6×107 J是2 kg酒精的放热量，系单位换算失误（把200 g当成2 kg）。D错：3×106 J对应0.1 kg，系把200 g错算为0.1 kg。误选陷阱：不换算单位，直接用200×3.0×107。 【易错警示】代入公式前先把单位统一到国际单位制：200 g＝0.2 kg。 11．【答案】B 【正确项讲解】Q放＝Vq＝0.01 m3×4.0×107 J/m3＝4×105 J；水吸收的热量Q吸＝ηQ放＝70%×4×105 J＝2.8×105 J，B正确。 【错因分析】A错：求出的是天然气放出的总热量，忘记乘效率70%。C错：用4×105 J÷70%≈5.7×105 J，把"吸收＝效率×放出"用反了。D错：数值运算中指数处理错误，结果差一个数量级。误选陷阱：分不清Q吸与Q放谁乘效率。 【易错警示】记忆口诀："吸收（有用）＝效率×放出（总）"；效率永远小于1，吸收的热量一定小于放出的热量，可用此检验结果是否合理。 12．【答案】C 【正确项讲解】由η＝W有/Q放得Q放＝W有/η＝2.3×107 J/25%＝9.2×107 J；再由Q放＝mq得m＝Q放/q＝9.2×107 J/(4.6×107 J/kg)＝2 kg，C正确。 【错因分析】A错：直接用W有/q＝0.5 kg，完全忽略了效率，误把有用功当作燃料放出的总能量。B错：公式变形或数值运算错误拼凑出的结果。D错：对效率进行了重复运算（如2 kg÷25%），方向性错误。误选陷阱：该乘效率还是除效率分不清。 【易错警示】已知有用功求燃料放能（或燃料质量）时，用"除"效率——因为放出的总能量一定大于有用功，可用"结果应比2.3×107 J大"快速检验。 13．【答案与评分要点】 （1）q＝Q吸/m酒精＝c水m水(t2－t1)/(m1－m2)。（原理：假设酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则Q放＝Q吸，由q＝Q放/m求热值。） （2）①水吸收的热量：Q吸＝c水m水(t2－t1)＝4.2×103 J/(kg·℃)×0.2 kg×(70 ℃－20 ℃)＝4.2×104 J； ②烧掉酒精的质量m酒精＝m1－m2＝170.0 g－166.0 g＝4.0 g＝4×10-3 kg，估测热值q＝Q吸/m酒精＝4.2×104 J/(4×10-3 kg)＝1.05×107 J/kg。 （3）测量值偏小的原因（任答两条）：①加热过程中，酒精燃烧放出的热量有一部分被烧杯、石棉网、铁圈吸收，并向空气中散失，水吸收的热量只是其中一部分；②酒精可能未完全燃烧；③温度计读数或天平称量存在误差。 （4）改进措施（任答一条）：给烧杯加盖减少散热；在酒精灯周围加挡风板；用搅拌器搅拌使水温均匀后再读数等。 【易错警示】本实验把"酒精放出的热量"近似为"水吸收的热量"，该假设使Q放被低估，故测得的热值一定偏小，这是实验题"误差方向"分析的通法：找准被低估或被高估的量。 第三部分　培优拓展 14．【答案】B 【正确项讲解】Q放＝mq＝0.5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×107 J；有用功W有＝ηQ放＝30%×2.3×107 J＝6.9×106 J；匀速行驶时路程s＝W有/F＝6.9×106 J/1500 N＝4.6×103 m＝4.6 km，B正确。 【错因分析】A错：数值拼凑或公式误用的结果。C错：6.9 km是把有用功W有＝6.9×106 J的数值直接当成路程，忘记再除以牵引力F。D错：忘记乘效率，直接用Q放/F＝2.3×107 J/1500 N≈15.3 km，把燃料放出的总能量全部当作有用功。误选陷阱：三步链条（Q放→W有→s）中漏掉任何一步都会落入干扰项。 【易错警示】链条式综合题按"燃料放能Q放＝mq → 有用功W有＝ηQ放 → 路程s＝W有/F"的顺序分步书写，每步带单位，步步可检验。 15．【答案】（1）2.3×103 N；（2）2.3×107 J；（3）9.2×107 J；（4）25%；（5）见解析 【规范解答】已知：v＝72 km/h＝20 m/s，t＝500 s，P＝46 kW＝4.6×104 W，m＝2 kg，q＝4.6×107 J/kg。 （1）由P＝W/t＝Fs/t＝Fv得，牵引力F＝P/v＝4.6×104 W/(20 m/s)＝2.3×103 N。 （2）牵引力做的有用功：W有＝Pt＝4.6×104 W×500 s＝2.3×107 J。 （3）汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝2 kg×4.6×107 J/kg＝9.2×107 J。 （4）发动机的效率：η＝W有/Q放＝2.3×107 J/(9.2×107 J)＝0.25＝25%。 （5）建议示例：保持经济时速匀速行驶，避免急加速、急刹车；定期保养、保持润滑良好以减小摩擦；减少不必要的载重等（任答一条，合理即可）。 【易错警示】①单位换算：72 km/h÷3.6＝20 m/s，46 kW＝4.6×104 W；②本题效率25%处于汽油机20%～30%的常见范围，可用常识检验结果合理性；③P＝Fv仅适用于匀速（牵引力恒定）情形。 附：命题与修改清单（供教师存档） 1．原创性：全部15道题为原创命制，情境（科技社团加热、家用天然气灶烧水、估测酒精热值实验、轿车能耗测试）均为自拟生活化素材，无网络原题痕迹，可直接上传学科网。 2．数据自洽性：全部数据自编并逐一复核，涉及Q放＝mq（或Vq）、Q吸＝cmΔt、η＝W有/Q放、P＝Fv、W＝Fs的运算结果均为整数或一位小数，符合实际量级（如汽油机效率25%落在20%～30%常见区间）。 3．考点覆盖：热值概念与特性（第1、2、7题）、效率定义与公式（第3题）、能量损失途径（第4题）、提高效率措施（第5题）、效率与功率辨析（第6题）、常见热机效率与节能素养（第8题）、三类计算（第9～12、14、15题）、估测热值实验（第13题），覆盖本节全部核心考点，无超纲内容。 4．干扰项设计：每道选择题的干扰项均针对典型易错点（漏"完全燃烧"、热值随质量改变、效率功率混淆、乘除效率颠倒、单位不换算、漏乘效率等），选项无歧义、答案唯一。 5．实验题要素：第13题包含实验原理（公式）、器材清单、数据表格、数据处理、误差分析（方向判断+两条原因）、改进措施，满足实验题命题要素要求。 6．计算题规范：第9、15题分步设问，解析均含已知量、公式、代入过程、结果四环节，并附易错警示。 7．难度结构：基础题9道（约60%）、提升题4道（约27%）、培优题2道（约13%），符合6∶3∶1的设计要求；题型为选择题12道＋主观题3道。 8．格式规范：全文统一物理符号与上下标（Q吸、Q放、W有、m水、t1、t2等），单位书写规范（J/kg、J/m3、J/(kg·℃)、kW、km/h），风格贴近近三年广东中考（情境化、素养导向、文字量适中）。 学科网（北京）股份有限公司 $