14.3 热机的效率-【通成学典】2026-2027学年九年级全一册物理拔尖特训(人教版·新教材)

拔尖特训·物理（人教版）九年级全一册 第3节 热机的效率 自一阶·基础通关 融通新授知识，夯实双基 1.“长征五号”系列运载火箭为“天问一号“嫦娥五号”等多项重要航天器的发射任务立下了汗马功 劳。“长征五号”系列运载火箭采用液氧和液氢作为燃料，燃料燃烧后放出的热量多。上述文字 说明液氢具有 () A.较高的热值 B.较大的比热容 C.较多的热量 D.较大的内能 2.[2025渭南蒲城校级期中]如图所示为某汽车汽油机的能量 克服摩擦机械散热废气带走 耗能6%耗能30%能量36% 流向图。关于此图，下列说法中正确的是 ) 分 A.该汽油机的热机效率是30% 分 有用 燃料完全燃烧释放的能量100% B.增加废气带走的能量可以提高汽油机的效率 机械能 C.随着科技的发展，热机效率将不断提高，但不可能达 (第2题图) 到100% D.汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越不充分，会降低燃料的热值 3.小明家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡，耗水40kg,自来水进热水器的温度是24℃， 出热水器的温度是40℃。水的内能是通过 (填“做功”或“热传递”)的方式增大的，这些 水的内能增大量是 J,小明这次洗澡消耗天然气 m3。已知水的比热容是4.2× 103J/(kg·℃)，天然气的热值是3.2X10J/m3。 月二阶·素能攀升 强化运用能力提升素能◆ 4.[2025深圳期末]从20世纪初至今，燃气灶的加热效率从30%增加到60%以 做法中，不能提高加热效率的是 A.使用智能燃气灶根据烹任需求实时调整火力大小 B.优化燃烧室设计，确保燃料与空气的混合更加充分 C.使用热值更小的燃料 D.回收烟气中的热量，用于预热进入燃烧室的空气 5.[2025湖北]如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂 氧化 输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法中，正确的是( 剂箱 燃料箱 A.燃料燃烧时内能转化为化学能 置 B.燃料箱燃料减少，燃料热值不变 燃烧室 C.燃烧放出热量越多，燃料热值越大 喷口子 /I八 D.火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 (第5题图) 6.电池是电动汽车的核心部件之一，“能量密度”是电池的一个重要参数，指电池在单位体积或单位 质量下所能储存的能量多少。某锂电池的能量密度为150W·h/kg,从物理学的角度分析，能量 密度相当于物理学中的 (填“效率”“功率”或“热值”)。随着技术的进步，柴油机的工作 效率得到了提高，效率越高，当柴油燃烧释放相同的热量时，用来做有用功的能量 (填 “越多“越少”或“不变”)。 16 第十四章内能的利用 7.[2025安庆怀宁期中]我国高度重视节能减排，假设某辆汽车每年耗油1.86t,汽车内燃机的效率 平均取值为30%。如果能把内燃机效率提高1%，则该汽车每年可以节约燃油 kg。(燃 油的热值为4.6×10J/kg) 8.学习了热值之后，小聪设计了一个实验来比较酒精和碎纸片的热值大小，如图所示。 温度计 温度计 燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 酒精 15 30 子酒精 十碎纸片 碎纸片 15 20 乙 (第8题图) (1)安装实验装置时，应按照 (填“自下而上”或“自上而下”)的顺序。 (2)实验过程中应该控制燃料和水的质量 (填“相等”或“不相等”)，燃料完全燃烧后，通 过比较 (填“加热时间”或“温度计示数的变化”)来比较燃料燃烧放出的热量的 多少。 (3)实验数据记录如表所示，分析表中数据可知， 的热值较大。 (4)由于燃料燃烧放出的热量不能完全被水吸收，通过实验得到的燃料热值与实际相比，会 (填“偏大”“偏小”或“不变”)。 道三阶·思维拓展 深度探究创新，拓展思维。 9.如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图中的装置均相同。燃料的 质量用m表示（水未沸腾），下列说法中，正确的是 ( ) A.组装实验装置时，先固定上面铁圈的高度 B.若△t相同，则m越大，燃料的热值越大 C.二的值越大，燃料的热值越大 m 甲燃料 乙燃料 D.光的值越大，燃料的热值越大 (第9题图) 10.如图所示为我国自主研发的大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600,这款飞机设计用于执 行应急救援、森林灭火和水上救援等多样化的特种任务。某次执行任务时，该飞机发 动机以恒定的牵引力飞行600m,消耗了50kg的航空燃油，工作效率为40%，燃油的 热值q燃迪=4.2×10J/kg。请计算： (1)50kg航空燃油完全燃烧放出的热量。 (2)飞机发动机的牵引力。 (第10题图) “答案与解析”见P8 17方法归纳 对汽油机功率的正确认知 由F=S可求出燃气对活塞的平均压力：利用活 塞移动的距离，由W=Fs计算出一个做功冲程中燃气 对活塞做的功。飞轮（曲轴）每转动2r对外做功1次，飞 轮1min转动1800r,对外做功900次，燃气对活塞做的 总功除以做功时间即为汽油机的功率。 8.(1)内做功(2)B(3)气体对外做功，内能减少， 温度降低 〔解析〕(1)四冲程汽油机的做功冲程是利用燃料燃烧产 生的高温高压的燃气推动活塞做功，空气发动机使用压缩 空气为动力，与四冲程汽油机的做功冲程能量转化相同， 都是将内能转化为机械能。(2)松开鼓起来的气球时，气 球飞出去，这是因为气球向外喷气时，自身也获得一个反 作用力；空气动力汽车工作时，压缩的气体对外做功，将内 能转化为机械能；以空气发动机为动力装置的汽车，靠气 缸内空气膨胀对外做功，而不是燃烧空气产生能量：空气 动力汽车工作时能量会有一定的损失，因此能量不可能完 全被利用。(3)空气发动机排出的尾气温度低于周围空气 的温度，这主要是因为气体对外做功，内能减小，温度降低。 第3节热机的效率 1.A 2.C汽油机的热机效率7=100%-36%一30%-6%= 28%,故A不符合题意；由图示知，废气带走了最多的能 量，比例为36%，增加废气带走的能量会降低汽油机的效 率，故B不符合题意；由于在汽油机的工作过程中，总是会 存在能量损失，即有用能量总是小于燃料放出的总能量， 所以汽油机的效率不可能达到100%，故C符合题意；燃料 的热值与燃料的种类有关，与燃烧是否充分无关，故D不 符合题意。 3.热传递2.688×100.1 〔解析)加热过程中水吸收热量，这是通过热传递的方式改 变水的内能；水的内能增大量即水吸收的热量Q cm(t-t。)=4.2X103J/(kg·℃)×40kgX(40℃一 24℃)=2.688×10°J:由7=Q×100%可知，天然气完 Q放 全燃烧放出的热量Q,-Qs_-268X10」-3.2X10J, 84% 由Q物=9可知，消耗天然气的体积V=Q粒三 3.2×105J 3.2×107J/m =0.1m3。 4.C使用智能燃气灶时，根据烹饪需求实时调整火力大 小，可以节约燃气，提高燃料的利用率，从而提高热机效率， 故A正确；优化燃烧室设计，确保燃料与空气的混合更加充 分，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故B正确； 热值是燃料的一种特性，热值越小，相同质量的燃料在相同 条件下，完全燃烧放出的热量越少：使用热值更小的燃料完 成同一项任务需要的燃料更多，不能提高加热效率，故C错 误：回收烟气中的热量，用于预热进入燃烧室的空气，可以提 高燃料的利用率，从而提高热机效率，故D正确。 5.B燃料燃烧时是把化学能转化为内能，故A错误；热 值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃 烧情况等无关，火箭发射升空的过程中，火箭中剩余燃料 的热值不变，热值与放出热量的多少无关，故B正确、C错 误；由于存在热损失，燃料燃烧的内能只有一部分转化成 火箭的机械能，故D错误。 6.热值越多 7.60 〔解析)因为内燃机效率提高1%，所以2=1+1%= 30%+1%=31%:因为7Q数 W 100%= -×100%,所以 qm W=9;因为内燃机效率提高后有用功是相同的，所以每 辆汽车gm,=%9gm2,即m,=m1,则汽车每年节约燃 72 舳m=mm:三m二m,=1-/% 72 (1-2)X1.6t-a.06t60kg 8.(1)自下而上(2)相等温度计示数的变化(3)酒 精(4)偏小 〔解析)(1)安装器材时，需用外焰加热，故应按照自下而 上的顺序安装器材。(2)为保证实验结论的可靠性，实验 时应取质量相等的两种燃料，分别给装有质量相等的水的 两个相同的烧杯加热，直到两种燃料完全燃烧完；本实验 燃料完全燃烧放出热量的多少是通过水吸收的热量进行 比较的，而水吸收的热量是通过水升高的温度，即温度计 示数的变化进行比较的。(3)由表中数据可知，用酒精加 热的水温度升得高，由Q:=cm△t可知，这些水吸收的热 量多，说明酒精燃烧放出的热量多，由g-Q红可知，酒精的 177 热值大。(4)因为在加热过程中存在热量损失，并且燃料 不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小。 9.C燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热 量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量 的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此可以利用 cm*△t=mg来比较热值大小。要用燃料燃烧时产生的 外焰加热，所以应先固定燃料的位置，再固定铁圈的位置， 所以应按从下往上的顺序进行调节，故A错误；若△相 同，由g=生m△可知，m越大，燃料的热值越小，故B错 177 误，兰的值越大，由g=”丛可知，燃料的热值越大，故 72 C正确：是的值越大，岩的值越小，由q-生m心可知，燃 m 料的热值越小，故D错误。 10.解：(1)50kg航空燃油完全燃烧放出的热量Q数一 mg燃油=50kg×4.2×10J/kg=2.1×10°J(2)根据7= ×100%可知，牵引力做的功W=7R数=40%X2.1× Q粒 10J=8.4×10J,飞机发动机的牵引力F=W 8.4×10J-1.4×10N 600m 专题特训一热量的综合计算 1.解：(1)水吸收的热量Q=c东m水(t一t)=4.2 103J/(kg·℃)×4kg×(70℃-20℃)=8.4×105J (2)煤气完全燃烧放出的热量Q放=mg气=0.05kg× Q 4.2X10J/kg=2.1×10J(3)煤气炉的效率7一 1o%-受x18X1o%=0% 2.解：(1)体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量 Q放=Vg=0.01m3×7×108J/m3=7×10J(2)依题意 得，水吸收的热量Qs=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)X 100kg×15℃=6.3×10°J,可燃冰释放出的热量被利用的 -Q题×100%=6.3X10J×100%=90%(3)若 效率一Q数 7×10J (2)中水吸收的热量用来加热质量为20kg、初温为30℃的水， 水升高的温度△￥'-Qs 6.3×10J cm4.2×103J/(kg·℃)×20kg 75℃，此时水的末温t=t+△t′=30℃+75℃=105℃， 在一个标准大气压下，水的沸点为100℃，则水的温度升高 △t"=t′-t=100℃一30℃=70℃ 3.解：(1)0.02m3的燃气完全燃烧放出的热量Q粒 qV=4×10J/m3×0.02m3=8×10J(2)1min该燃气 热水器中水吸收的热量Qs=c水m*(t一t)=4,2× 103J/(kg·℃)×5kg×(48℃-20℃)=5.88×10J,该 燃气热水器的加热效率刀82X102%5,88X10y 8×105J 100%=73.5%(3)这1min内A管的热水经过水龙头 与冷水混合时，热水放出的热量Q数'=cm*(t,'一t')= 4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(48℃-40℃)=1.68X103J (4)若不计热量损失，即Q'=Q:'=1.68×10J,则冷水的质 1.68×10J 国m*'=cd-)4,2X10J/g·℃)X40℃-200 2kg 4解：》汽车平均速度0=产-30=90km/h 4h (2)消耗汽油的质量m=pV=0.8×103kg/m3×25× 103m3=20kg,完全燃烧释放的热量Q=qm=4.5× 10J/kg×20kg=9×108J(3)汽车发动机做的机械功 W=Pt=25×103W×4×3600s=3.6×103J,发动机的效 ,=W×100%=3.6X10J×100%=40% 率一Q 9×108J1 5.解：(1)该火箭发射时携带6×10kg液态氢燃料，这些 燃料完全燃烧放出的热量Q放=g=6×10kg×1.4× 108J/kg=8.4×102J(2)若(1)中放出的热量只有20% 被水吸收，则水吸收的热量Q版=20%Q敢=20%×8.4× 102J=1.68×102J,由Qc=cm△t得，这些热量能使5× 10kg,初温为30℃的水升高的温度△：=Q:= 1.68×102J 4.2×103J/(kg·℃)X5×10kg =80℃，水的末温t= t0十△t=30℃+80℃=110℃，而标准大气压下水的沸点 为100℃，则水的末温为100℃(3)1.5kg氢燃料完全燃 烧释放的热量Q数′=m'g=1.5kg×1.4×10°J/kg=2.1× 10J,由P-?得，氢能源车的牵引力做的功W=Pm4 70×103W×20×60s=8.4×10J,该发动机的效率7= W ⊙×100%=8.4×10」×100%=40% 2.1×108J 第4节跨学科实践：制作简易热机模型 1.A 2.D在这个实验中，燃料的化学能转化为内能，内能再转 化为风车的机械能，故A错误；在能量转化过程中会有能 量的损耗，燃料燃烧产生的热量不能完全传给水和水蒸 气，故B错误；能量在转化过程中会有损耗，水蒸气的内能 不能全部转化成风车的机械能，故C错误；试管内水蒸气 的内能可以转化为风车的机械能，故该实验基本展示了蒸 汽机的工作原理，蒸汽机属于热机，故D正确。 3.(1)热传递(2)内机械做功 〔解析)(1)蜡烛燃烧放出热量被水吸收而增大水的内能， 这是通过热传递的方式改变水的内能的。(2)当铜管向右 喷蒸汽时“船体”向左运动，这个过程的能量转化是内能减 小，机械能增大，内能转化为机械能。这与热机的做功冲程 相同。 4.(1)内能机械能(2)注人的水过少，产生的蒸汽量 不足（合理即可）(3)增加易拉罐的保温性能（合理即可）