专项14.0 能量转移与能量转化中的效率问题-2026-2027学年九年级物理上册专项训练（人教版）

九物上专项训练 专项14.0能量转移与能量转化中的效率问题 类型1能量转移模型的效率计算 1、某研究小组利用自制太阳能热水器开展了太阳能相关实验。控制太阳能热水器接收太阳光 垂直照射的面积始终是2m2,垂直于太阳光1m2表面上每秒接收到的太阳能是1250J,太阳 能热水器内的水的质量为100kg,水的初温为20℃，经过8400s后上升到45℃。[水的比热 容为c水=4.2×103J/kg℃] (1)太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ (2)自制太阳能热水器的效率为多少？ (3)如果这段时间内热水器接收到太阳辐射的热量由干木柴燃烧来提供，需完全燃烧多少千克 干木柴？（干木柴的热值9干木柴=1.2×10]/kg) 2、有一个具有加热功能的保温容器，如图甲所示，在该容器中加入3kg的水，加热2in后 停止加热，随后立即在容器中放入一个质量为20kg的金属块，如图乙所示。不计热损失，水 和金属块的温度变化情况如图丙所示。水的比热容c水=4.2×103J/kg℃) (1)水在降温过程中放出的热量为多少？ (2)金属块的比热容为多少？ (3)若金属块吸收的热量由燃烧天然气获得，假设热效率为90%，那么需要消耗多少体积的 天然气？（天然气的热值9气=3.2×107]/m3) 3/33 九物上专项训练 类型2能量转化模型的效率计算 3、山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建 筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km,驾车前往大约需要4h。(汽油的热值q=4.5× 10J/kg,汽油的密度p=0.8×103kg/m3) (1)求汽车的平均速度。 (2)汽车全程消耗汽油25L,求汽油完全燃烧放出的热量Q。 (3)若汽车发动机全程的平均功率为25kW,求汽车发动机的效率。 4、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。氢燃料汽车通 过氢气和氧气的化学反应产生电能，从而为车辆提供驱动力，最终排出的是水，这是一种真正 的清洁能源。液态氢热值9氢=1.4×10J/kg (1)燃烧5kg液态氢燃料放出多少热量？ (2)某氢能源汽车发动机效率为40%，这些热量将转化成多少机械能？ (3)汽车沿平直公路匀速行驶时受到的阻力为1000N,这些能量能使汽车匀速行驶多少路 程？ 4/33九物上专项训练 专项14.0能量转移与能量转化中的效率问题 类型1能量转移模型的效率计算 1、某研究小组利用自制太阳能热水器开展了太阳能相关实验。控制太阳能热水器接收太阳光 垂直照射的面积始终是2m2,垂直于太阳光1m2表面上每秒接收到的太阳能是1250J,太阳 能热水器内的水的质量为100kg,水的初温为20℃，经过8400s后上升到45℃。[水的比热 容为c水=4.2×103J/kgC)] (1)太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ 解： Q吸=c水m(t-to) =4.2×103J/kgC)×100kg×(45℃-20C) =1.05×107J (2)自制太阳能热水器的效率为多少？ 解：已知光照面积S=2m,照射时间t时=8400s 总太阳能.0急=1250/(s·m)×2m2×840s =2.1×107J 1.05×107J 热水器效率：1= 限×100% ×100%=50% Q总 2.1×10J (3)如果这段时间内热水器接收到太阳辐射的热量由干木柴燃烧来提供，需完全燃烧多少千克 干木柴？（干木柴的热值9干木柴=1.2×10J/kg) 解： 由题意得Q放=Q总=2.1×10] 由Q放=mq变形得： m'= Q放 q干木柴 2.1×10J 1.2×10J/kg =1.75kg 3/64 九物上专项训练 2、有一个具有加热功能的保温容器，如图甲所示，在该容器中加入3kg的水，加热2mn后 停止加热，随后立即在容器中放入一个质量为20kg的金属块，如图乙所示。不计热损失，水 和金属块的温度变化情况如图丙所示。水的比热容c水=4.2×103J/kg℃) (1)水在降温过程中放出的热量为多少？ 解： 由图丙可知水降温温度变化：△t水=60℃-40℃=20℃ 水放出热量： Q放 =C水m水△t水 =4.2×103J/(kgC)×3kg×20℃ =2.52×105j (2)金属块的比热容为多少？ 解： 不计热损失，Q吸金=Q放=2.52×105] 金属块升温温度变化：△t金=40℃-20°℃=20℃ 由Q吸=cm△t变形得： Q吸金 C金 m金At金 2.52×105J 20kg×20℃ =0.63×103J/(kg℃) (3)若金属块吸收的热量由燃烧天然气获得，假设热效率为90%，那么需要消耗多少体积的 天然气？（天然气的热值q气=3.2×10]/m3) 解： 由n= 得天然气完全燃烧放出的总热量： Q放 Q吸金 2.52×105J 9006 =2.8×105J 4/64 九物上专项训练 由Q放=Vq变形得： q气 2.8×105J 3.2×107J/m3 =8.75×10-3m3 类型2能量转化模型的效率计算 3、山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建 筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360k,驾车前往大约需要4h。(汽油的热值q=4.5× 10J/kg,汽油的密度p=0.8×103kg/m3) (1)求汽车的平均速度。 解： 360km 4h =90km/h (2)汽车全程消耗汽油25L,求汽油完全燃烧放出的热量Q。 解： V=25L=2.5×10-2m3 由p m 得汽油质量： m pV =0.8×103kg/m3×2.5×10-2m3 =20kg 汽油完全燃烧放出的热量： Q =mq =20kg×4.5×107J/kg =9×108J (3)若汽车发动机全程的平均功率为25kW,求汽车发动机的效率。 解： P=25kW=2.5×104W,t=4×3600s=14400s 发动机全程所做的有用功： 5/64 九物上专项训练 W =Pt =2.5×104W×14400s =3.6×108J 汽车发动机的效率： W n 0×100% 3.6×108J ×100% 9×108J =40% 4、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。氢燃料汽车通 过氢气和氧气的化学反应产生电能，从而为车辆提供驱动力，最终排出的是水，这是一种真正 的清洁能源。液态氢热值9氢=1.4×108]/kg (1)燃烧5kg液态氢燃料放出多少热量？ 解： Q放=mq氢 =5kg×1.4×108J/kg =7×108J (2)某氢能源汽车发动机效率为40%，这些热量将转化成多少机械能？ 解： W 由1 Q放 变形得： W=nQ放 =40%×7×108J =2.8×108J (3)汽车沿平直公路匀速行驶时受到的阻力为1000N,这些能量能使汽车匀速行驶多少路 程？ 解： 汽车匀速直线运动，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等：F=f=1000N 由W=Fs变形得： W F 2.8×108J 1000N =2.8×105m 6/64