2021-2022学年沪科版九年级全一册13.4热机效率和环境保护跟踪训练（含解析）

2021-2022学年沪科版九年级全一册
13.4热机效率和环境保护跟踪训练
一、填空题
1．“暖气”片中用水作输运能量的物质，是因为水的________大；做饭时，用煤气做燃料来取代煤，是因为煤气的________高，且清洁污染小。
2．国家“西气东输”工程正源源不断地向我市输送清洁能源——天然气。日前使用天然气的公交已在很多城市投入运营，它将天然气压缩至原体积的，存储在钢瓶中作为车载燃料。天然气燃烧时，可以将___________能转化为内能。已知天然气的热值为4×107J/m3，其物理意义是___________，每输送100m3的天然气，完全燃烧后就相当于向我市输送了___________J的能量。
3．双能源（汽油和天然气）汽车以其经济、污染小等优点备受人们青睐。已知天然气的热值是7×107J/m3，则气缸内完全燃烧0.1m3天然气，释放出______J热量，如果这些热量的42%被1标准大气压下质量为10kg初温为32℃的水吸收，则水温能升高______℃；天然气燃烧时的能量转化是______。
4．燃气灶将的水由42℃加热到62℃，这是通过______（选填“热传递”或“做功”）方式改变水的内能，水的内能增加了______J。若天然气完全燃烧放出的热量有42%被水吸收，需要消耗______的天然气。（水的比热容，天然气热值）
5．汽油机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将机械能转化为内能的是______冲程，选择水作为发动机的冷却液，是利用水的______较大的特点。汽车油箱中有50L的汽油，用一半后，剩余汽油的热值______.（选填“变大”、“变小”或“不变”）
6．用煤气灶烧水时，把2kg的水从25℃加热到75℃，燃烧了0.03m3的煤气（设煤气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值约为4.0×107J/m3，则水吸收的热量是__________J，煤气燃烧放出的热量是___________J，煤气灶烧水时的效率是为____________。
二、单项选择题（下列选项中只有一个选项满足题意）
7．关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D．热机使用的燃料的热值越大，热机的效率就越高
8．关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　）
A．容易燃烧的燃料，热值一定大
B．燃料燃烧得越充分，其热值越大
C．酒精的热值比煤的热值大，酒精燃烧释放的热量一定比煤的多
D．煤气的热值是3.9×107J/m3，表示每立方米煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J
9．如图所示为内燃机能量流向图。以下有关热机的相关知识说法正确的是（　　）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．（1）处应填“燃料的内能”
C．（2）处应填“废气带走的能量”
D．在做同样多功的情况下，提高热机效率，可消耗更少的燃料
10．甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）
A．甲比乙做的有用功少
B．甲比乙消耗的燃料多
C．在做相同有用功的条件下，甲消耗的燃料多
D．在做相同有用功的条件下，甲损失的能量少
11．我国随着航天事业发展需要，正在研制大功率液氢发动机。这种发动机主要是因为氢是有（　　）
A．较小的密度
B．较高的热值
C．较大的比热容
D．较低的沸点
12．用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．随着酒精的不断燃烧，酒精的热值不断减小
B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C．软木塞被推开的能量转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
D．软木塞的机械能守恒
13．如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的效率是（　　）
A．35%
B．15%
C．40%
D．65%
14．为了探究某物质在固态和液态时的吸热升温情况，小明同学用酒精灯（火焰大小保持不变）均匀加热该种固体，根据实验数据绘制出的图线如图所示，经测量阶段消耗热值为的酒精（假设酒精完全燃烧），通过查阅资料已知该物质液态时的比热容为。下列说法正确的是（　　）
A．该物质在点时的内能等于在点时的内能
B．该物质在段共吸收了的热量
C．该物质在固态时的比热容为
D．在阶段的加热效率为16%
15．某载重汽车自重12t，车轮与地面的总接触面积为0.5m2，汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，柴油发动机的功率为210kW，每行驶43s消耗柴油700g，柴油的热值为4.3×107J/kg。下列说法中（　　）
①完全燃烧700g柴油放出的热量为3.01×109J
②该柴油发动机效率为30%
③汽车的牵引力为1.05×104N
④若公路所能承受的最大压强为8×105Pa，汽车最多能装载40t的货物
A．只有①②正确
B．只有③④正确
C．只有①③正确
D．只有②③正确
16．现有两个使用同一种燃料的加热器，用它们分别对甲、乙两种不同的物质加热。已知甲物质的比热是乙物质的2倍，甲物质的质量是乙物质的，当甲物质升高的温度是乙物质的时（甲、乙物质的物态都不发生改变），加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，则两加热器利用热能的效率之比是（　　）
A．3:4
B．1:1
C．3:2
D．2:1
17．小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2103J/（kg℃，酒精的热值为q=3107J/kg]。则（　　）
A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14%
B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%
C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4%
D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%
18．小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（　　）
A．
B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力
C．0~8min乙吸收的热量为
D．该酒精灯的加热效率为28%
三、多项选择题（下列选项中有多个选项满足题意）
19．下列说法正确的是（　　）
A．家庭装修用的人造木板黏结剂中的甲醛扩散在空气中造成环境污染，这说明甲醛分子在不停地做无规则运动
B．“炙手可热”说明做功可以改变物体的内能
C．四冲程内燃机在压缩冲程将机械能转化为内能
D．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
20．总质量为1500kg的老四轮小汽车每条轮胎与地面的接触面积为0.03m2，该车以72km/h的速度由小明家沿水平直路行驶到学校用0.5h，消耗了2kg汽油，汽油的热值为q=4.5×107J/kg。已知汽车在行驶过程中受到的阻力是车重的0.05倍，g=10N/kg。则（　　）
A．汽车对地面的压强为5×104Pa
B．小明家到学校的距离36m
C．在此过程中汽车牵引力做的功2.7×107J
D．在此过程中汽车能量的利用率为30%
21．某种煤油有关数据如表：（
）
熔点
﹣30℃
热值
4.5×107J/kg
沸点
160℃（一个标准大气压）
比热容
2.1×103J/(kg?℃）
密度
0.8×103kg/m3
体积膨胀系数
1×103/℃
如图，有一只煤油加热灯，内装
50g
煤油，正在加热烧杯中质量为
200g，初温为
20℃的煤油，经过
10min
后，烧杯中的煤油温度升为
80℃，加热灯中的煤油变为
48g，若不计加热过程中煤油的蒸发，当地气压为一个标准大气压，若杯中煤油相同时间吸热相等，则（　　）
A．在这
10min
内，装置的加热效率为
28%
B．加热过程中，杯中煤油密度不变
C．杯中煤油每秒平均吸热为
150J
D．若继续再加热
20min，煤油温度会变为
160℃
22．如图所示是四冲程汽油机的剖面图，已知汽油的热值为。若该汽油机的效率为20%，下列关于汽油机工作过程描述正确的是（　　）
A．如图所示的是做功冲程
B．该汽油机消耗100g汽油可以获得约的有用功
C．该汽油机燃料释放的能量绝大部分转化为机械能
D．该冲程将内能转化为机械能
四、综合计算题（要求写出必要的计算过程）
23．小华家使用的是天然气热水器，小华想估测该热水器的热效率，以核对铭牌上的数值是否准确，他把家里自动洗衣机的“水量”设置为
40L，用热水器输出的热水注入到洗衣机，当注入水的体积达到
40L
时洗衣机会自动停止注水。已知当时自来水的温度是
15℃，
热水器输出热水的温度为
40℃，注水前天然气表的示数是
2365.89m3，注水后变为
2366.05m3（天然气的热值为
3.5×107J/m3）：
（1）洗衣机中注入的自家自来水吸收的热量是______J；
（2）该热水器的热效率约为______。
24．如图所示，某四冲程汽机活塞面积为5×10-3
m2，汽油燃烧产生的高温高压气体对活塞的压强为8×105
Pa该汽油机正工作10
min消耗13
g汽油，所做的功为1.8×105
J（汽油热值为q＝4.0×107
J/kg）
（1）高温高压气体对活塞产生的压力多大？
（2）该汽油机的功率是多少？
（3）该汽油机的效率是多少？
25．某太阳能热水器中装有40kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到60℃，已知c水=4.2×103
J/（kg·℃），问：
（1）热水器中的水所吸收的热量有多大?
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，至少需要完全燃烧多少立方米的天然气?（天然气的热值为8.4×107
J/m3，假设天然气完全燃烧放出的热量只有20%被水吸收）
26．我国自主研制的某型新一代战斗机，它具备超音速巡航、电磁隐身、超机动性、超视距攻击等优异性能，该飞机最大起飞质量为，最大飞行高度达，最大航行速度达2.5倍声速（合），油箱最大容积为，飞机航行时所受阻力的大小与速度的关系见下表：
速度
100
200
300
400
500
阻力
已知飞机使用的航空燃油密度，热值为。求：
（1）飞机发动机完全燃烧燃油获得的能量是多少焦？
（2）当飞机以的速度匀速巡航时，飞机发动机的输出功率是多少千瓦？
（3）若在飞机油箱中加满燃油，并且以的速度巡航时，假设飞机将燃油耗尽，飞机能达到的最大航程可达千米，则飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是多少？
参考答案
1．比热容
热值
【解析】
[1]
“暖气”片中用水作输运能量的物质，是因为水的比热容比较大，即每降低1℃，水释放的热量最多。
[2]
做饭时，用煤气做燃料来取代煤，是因为煤气的热值高，即质量相同时，完全释放的热量大。
2．化学
每立方米天然气完全燃烧放出的热量是4×107J
4×109
【解析】
[1]天然气燃烧时将化学能转化成内能。
[2]天然气的热值为4×107J/m3，其物理意义是每立方米天然气完全燃烧放出的热量是4×107J。
[3]每输送100m3的天然气，完全燃烧后产生的能量
Q=qV=4×107J/m3×100m3=4×109J
3．7×106
68
化学能转化为内能
【解析】
[1]气缸内完全燃烧0.1m3天然气，释放的热量为
[2]水吸收的热量为
水温能升高
由于1标准大气压水的初温为32℃，如果再升高70℃，则水温为102℃，大于水的沸点，所以水温只能升高
[3]天然气燃烧时的能量转化是燃料燃烧的化学能转化为内能释放。
4．热传递
0.1
【解析】
[1]人们用天然气灶烧水的过程只是发生了能量的转移，而没有做功过程，所以人们用天然气灶烧水的过程是通过热传递的方法改变水的内能。
[2]水的内能增加量等于水吸收的热量，则
[3]根据可知，天然气完全燃烧放出的热量
由得，需要天然气的体积
5．压缩
比热容
不变
【解析】
[1]四冲程汽油机的压缩冲程将机械能转化内能，而做功冲程将内能转化为机械能，实现将机械能转化为内能的是压缩冲程。
[2]选择水作为发动机的冷却液，是利用水的比热容较大的特点，根据,质量相同的水和其它液体相比，升高相同的温度,水吸热多，冷却效果好。
[3]热值是燃料的一种特性，不随质量的改变而变化，故汽车油箱中有50L的汽油，用一半后，剩余汽油的热值不变。
6．4.2×105
1.2×106
35%
【解析】
[1]水吸收的热量
[2]煤气燃烧放出的热量
[3]煤气灶烧水的效率
7．B
【解析】
AC．热值是燃料的特性，是由燃料的种类决定的，与燃烧是否充分、放出的热量的多少无关。故A、C错误；
B．热机的效率等于做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。燃料燃烧充分，提高了燃料的利用率，可以提高热机的效率。故B正确；
D．热机的效率等于做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与所用燃料的热值无关。故D错误。
故选B。
8．D
【解析】
AB．热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，热值大小与燃料是否容易燃烧、是否完全燃烧无关，故AB错误；
C．酒精的热值比煤的热值大，由Q=mq知道，燃料燃烧释放热量的多少还与燃料的质量有关，所以不能比较二者释放热量的多少，故C错误；
D．根据热值的定义，煤气的热值是3.9×107J/m3，表示每立方米煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J，故D正确。
故选D。
9．D
【解析】
A．热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料是否充分无关，故A错误；
B．热机获得的能量是燃料燃烧释放的能量，所以（1）处应填“燃料完全燃烧释放的内能”，故B错误；
C．在热机的能量损失中，废气带走了大部分的热量，所以图（3）处应填“废气带走的能量”，故C错误；
D．热机效率越高，在做同样多功的情况下，消耗的内能越少，即消耗的燃料越少，故D正确。
故选D。
10．C
【解析】
A．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，叫做热机的效率。若消耗相同质量的同种燃料时，甲的效率低，说明甲做的有用功少，故A不符合题意；
BC．甲的效率比乙的低，指甲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低。如果做相同的有用功，甲消耗的燃料多，故B不符合题意，C符合题意；
D．做相同的有用功时，甲的效率低，甲燃料完全燃烧放出的能量多，则甲损失能量的就多，故D不符合题意。
故选C。
【点睛】
本题考查了学生对热机效率概念的理解，热机效率高说明有用功占总功的比值大，不能说明做功多、做功快，这是解本题的关键。
11．B
【解析】
单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值，燃料的热值越高，在质量相同时，完全燃烧时放出的热量越大；火箭燃料燃烧，必须释放很大的能量，根据这个需要，选择液氢来做燃料，原因就是热值比较大，与它的密度、比热容、沸点无关，故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B。
12．B
【解析】
A．热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，故A错误；
B．软木塞冲出的过程中是水蒸气的内能转化为软木塞机械能的过程，故B正确；
C．软木塞被推开是内能转化为机械能，压缩冲程中是机械能转化为内能，能量转化不相同，故C错误；
D．此过程中软木塞的动能和势能都增大，因此机械能增大，故D错误。
故选B。
13．A
【解析】
内燃机的效率是有用的机械能占总释放的能量相同，故内燃机的效率为
故A正确。
故选A。
14．D
【解析】
A．该物质在熔化过程中吸收热量、温度不变，是晶体，因此该物质在B点时的内能大于在A点时的内能，故A错误；
B．由图像知，该物质在第6min时的温度为50℃，在第10min时的温度为90℃，则该物质在BC段吸收的热量为
Q吸=cmt=3×103J/(kg?℃)×0.4kg×(90℃-50℃)=4.8×104J
小明同学用酒精灯（火焰大小保持不变）均匀加热，则该物质在AB段加热时间等于在BC段的加热时间，故吸收的热量也为4.8×104J，故B错误；
C．物质在固态（OA阶段）时加热时间是AB段加热时间的一半，故物质在固态时吸收的热量
Q′吸=Q吸=×4.8×104J=2.4×104J
由Q吸=cm
t可得
c==
=1.5×103J/(kg?℃)
故C错误；
D．10g酒精完全燃烧放出的燃料为
Q总=mq酒精=0.01kg×3.0×107J/kg=3×105J
则在
BC
阶段的加热效率为
η==×100%=×100%=16%
故D正确。
故选D。
15．D
【解析】
①完全燃烧700g干木柴放出的热量
Q放=m柴油q=0.7kg×4.3×107J/kg=3.01×107J
故①错误；
②柴油发动机做的功
W=Pt=210×103W×43s=9.03×106J
柴油发动机的效率
=30%
故②正确；
③汽车速度
v=72km/h=20m/s
根据
汽车的牵引力
故③正确；
④公路所能承受的最大压力
F=pS=8×105Pa×0.5m2=4×105N
汽车与货物的质量之和
汽车最多能装载货物质量
m=m总-m车=40t-12t=28t
故④错误。
故选D。
16．B
【解析】
由题意可知，，，，由Q吸=cm△t可得，甲、乙物质吸收的热量之比是
两加热器的燃料都相同，那么燃料的热值是相同的，加热甲物质所用燃料是加热乙物质的，也就是说甲、乙两物质消耗燃料的质量关系是，由Q放=qm可得，两加热器消耗燃料完全燃烧释放的热量之比是
由热机效率公式可知道，两加热器利用热能的效率之比是
两加热器利用热能的效率之比是1∶1。
故选B。
17．B
【解析】
A
C．水吸收的热量是
故A错误；C错误；
B
D．燃料完全燃烧释放的热量为
效率为
故B正确；D错误。
故选B。
18．C
【解析】
ABC．由图乙知，甲从20℃加热至沸腾用时8min，乙从20℃加热至沸腾用时10min。
升高相同温度，甲所需时间长，需要吸收的热量多，那么甲的吸热能力更强，则甲是水，甲从20℃升温至100℃，需要吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg?℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J
即酒精灯在8min内放出的热量为3.36×104J，那么乙在8min内吸收的热量为3.36×104J。乙从20℃升温至100℃，所需时间为4min，吸收的热量
那么乙的比热容
故AB错误，C正确；
D．乙从20℃加热至沸腾，所需时间为10min，吸收的热量
消耗的酒精放出的热量
Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J
那么酒精灯的加热效率
故D错误。
故选C。
19．AC
【解析】
A．家庭装修用的人造木板黏结剂中的甲醛扩散在空气中造成环境污染，属于扩散现象，说明甲醛分子在不停地做无规则运动，故A正确；
B．“炙手可热”说明热传递可以改变物体的内能，故B错误；
C．内燃机在做功冲程将内能转化为机械能，在压缩冲程将机械能转化为内能，故C正确；
D．任何内燃机工作时，都有能量的损失，所以效率都会小于100%，故D错误。
故选AC。
20．CD
【解析】
A．汽车对地面的压力
汽车对地面的压强
故A不符合题意；
B．小明家到学校的距离
故B不符合题意；
C．汽车受到的牵引力
在此过程中汽车牵引力做的功
故C符合题意；
D．在此过程中汽油完全燃烧放出的热量为
在此过程中汽车能量的利用率为
故D符合题意。
故选CD。
21．AD
【解析】
AC．在这10min内，烧杯中煤油吸收的热量
Q吸=cm1(t1-t0)=2.1×103J/(kg?℃)×0.2kg×(80℃-20℃)=2.52×104J
加热灯完全燃烧煤油放出的热量
Q放=m2q=(0.050kg-0.048kg)×4.5×107J/kg=9×104J
所以装置的加热效率
则杯中煤油每秒平均吸热为
故A符合题意，C不符合题意；
B．加热过程中，烧杯中煤油的体积增大，而质量不变（不计加热过程中煤油的蒸发），那么其密度减小，故B不符合题意；
D．若再继续加热20min，加热灯放出热量
Q吸1=42J/s×20×60s=5.04×104J
10min内，加热灯燃烧煤油的质量为2g，那么继续加热20min，加热灯中的煤油未燃烧完。
杯中煤油的温度
则杯中煤油已沸腾，所以其温度为160℃，故D符合题意。
故选AD。
22．ABD
【解析】
A．图中的冲程中，两个气门关闭，活塞向下运动，是做功冲程，故A正确；
B．消耗100g汽油放热为
可以获得有用功为
故B正确；
C．该汽油机燃料释放的能量20%转化为机械能，故C错误；
D．做功冲程是将内能转化为机械能，故D正确。
故选ABD。
23．4.2×106J；
75%
【解析】
解：（1））洗衣机中注入水的体积
V水=40L=40×10-3m3
水的质量为
m水==1.0×103kg/m3×40×10-3m3=40kg
水吸收的热量
Q吸=cmt=4.2×103J/(kg?℃)×40kg×(40℃-15℃)=4.2×106J
（2）天然气释放的能量
Q=qV=3.5×107J/m3×(2366.05m3-2365.89m3)=5.6×106J
该热水器的热效率
η=×100%=×100%=75%
（1）洗衣机中注入的自家自来水吸收的热量是4.2×106J；
（2）该热水器的热效率约为75%。
24．（1）4×103
N；（2）300
W；（3）35
%
【解析】
解：（1）高温高压气体对活塞产生的压力
（2）该汽油机的功率是
（3）该汽油机的效率是
答：（1）高温高压气体对活塞产生的压力;
（2）该汽油机的功率是300W；
（3）该汽油机的效率是。
25．（1）8.4×106J；（2）0.5m3
【解析】
解：（1）热水器中水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg?℃)×40kg×(60℃-10℃)=8.4×106J
（2）由
Q吸=ηQ放=ηVq
可得，需要完全燃烧天然气的体积
答：（1）热水器中的水所吸收的热量是8.4×106J；
（2）需要完全燃烧0.5m3的天然气。
26．（1）；（2）；（3）
【解析】
解：（1）完全燃烧燃油获得的能量为
（2）当飞机以的速度匀速巡航时，由题意得
飞机发动机的输出功率
（3）飞机能达到的最大航程的有用功为
则飞机发动机的效率
答：（1）飞机发动机完全燃烧燃油获得的能量是。
（2）当飞机以的速度匀速巡航时，飞机发动机的输出功率是。
（3）飞机发动机燃油完全燃烧的能量转化为机械能的效率是。