第十四章内能的利用专题训练热量、热值、效率综合计算 2021—2022学年人教版九年级物理全一册（有答案）

第十四章
专题训练
热量、热值、效率综合计算
一台推土机的推力为4.3×104N，匀速推着土总行程达800m，共消耗2kg柴油，求该推土机装的柴油机的热机效率。（柴油热值4.3×107J/kg）求：
（1）推土机做的有用功；
（2）柴油完全燃烧放出的热量；
（3）柴油机效率。
国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气灶烧水的热效率，将2
kg的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在1个标准大气压下，把水刚加热到100℃时，测出消耗天然气0.048
m3，已知水的比热容c水＝4.2×103
J/(kg·℃)，天然气热值约为4.0×107
J/m3。则：
（1）将这些水烧开，需吸收多少热量？
（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量？
（3）他家天然气灶的效率为多大？
某太阳能热水器，向其中注入50Kg水，阳光照射一段时间后，水温从10℃升高到50℃。(c水＝4.2×103J/(kg?℃)）。试求：
(1)这段时间该热水器中的水吸收的热量；
(2)如果这段时间内该热水器的效率是30%,则热水器接收到太阳辐射的热量是多少？
(3)若用煤燃烧来提供所需的热量，需完全燃烧多少千克煤？（煤的热值为3.5×107J/kg)
随着国民经济的发展，汽车已走进家庭。一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶100km，消耗汽油10L。若这些汽油完全燃烧放出的热量有30%用来驱动汽车做有用功，所用汽油的热值为q=4.6×107J/kg，密度为ρ=0.7×103kg/m3
求：(1)这些汽油完全燃烧放出的热量；
?(2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力。
五一期间，小明爸爸开着家中汽车进行了自驾旅游，小汽车以120
km/h速度行驶了2
h，从油量指示表上估计出消耗汽油约16
L。汽油密度ρ＝0.75×103
kg/m3，汽油热值q＝4.5×107
J/kg。小明从物理书上了解到汽油机的效率约为30%。求：
（1）16
L汽油完全燃烧放出的热量。
（2）汽车发动机输出的有用功。
（3）汽车匀速行驶过程中所受的阻力。
汽车沿水平路面以72km/h的速度匀速行驶，经过10min到达目的地，汽车沿路面获得的牵引力恒为8N，若此过程中汽车消耗汽油5千克，汽油的热值为4.6J/kg，求：
(1)汽车牵引力做的有用功是多少？
(2)汽油完全燃烧放出多少热量？
(3)汽油机的效率是多少？
2020年1月5日，武汉首批10辆氢燃料新能源公交车正式交付使用，样车如下图所示。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，（q氢＝1.4×108J/kg）求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；
（2）若上述这些热量只有50%被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，求水升高的温度；
（3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶多少分钟？
可燃冰是一种新型能源,它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质,主要成分是甲烷,其开采是世界难题,据中央电视台2017年5月18日报道,我国可燃冰已试采成功,技术处于世界领先,用燃气锅炉烧水时,把质量为500kg,初温为的水加热到,共燃烧了天然气,已知水的比热容水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃),天然气热值,可燃冰的热值为同体积天然气的160倍,求：
水吸收的热量；
燃气锅炉烧水时的效率；
若换用可燃冰,应使用多少3可燃冰。
在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100
g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假设完全燃烧酒精3
g．求：[水的比热容为4.2×103
J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107
J/kg]
（1）水吸收的热量．
（2）此过程中酒精灯烧水的热效率．（结果保留一位小数）
（3）科学研究表明：1
g、100℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103
J的热量．水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5
g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量．
如图所示的C919大型客机，是中国首款按照最新国际适航标准，具有自主知识产权的干线民用飞机，于2008年开始研制。2019年将有三架C919飞机完成首次飞行试验。某次试飞时，飞机发动机的水平推力为1.6×105N，飞机以600km/h的速度沿水平方向匀速航行1h，消耗航空煤油4000kg。求1h内：（航空煤油的热值为4×107J/kg）
?（1）发动机所做的功。
（2）航空煤油完全燃烧放出的热量。
（3）发动机的热机效率。
某小组同学用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2g酒精。已知：水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），酒精的热值为3×107J/kg．求：
（1）此过程中水吸收的热量；
（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量；
（3）酒精灯烧水时的热效率。
今年“五一”期间，爸爸开车带着鲁鲁去旅游，汽车（包括车上的人和物品）质量为1.6×103kg，汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧）。
（1）汽车以90km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，汽车发动机的牵引力是多少？
（2）汽车行驶230km牵引力做了多少功？
（3）汽车全程消耗汽油多少千克？
如图所示，是最新一款无人驾驶汽车原型图。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，求：
（1）消耗汽油完全燃烧放出热量为多少？
（2）该汽车发动机做的有用功是多少？
（3）该汽车的输出功率为多少？（已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg）
某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，气缸容积为150mL；满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800r，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的热值为4.6×107J/kg，求：
（1）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（2）该汽油机的效率。
参考答案
1.【答案】解：（1）平均推力约为F=4.3×104N，匀速推土行程s=800m，
推土机做的有用功：
W有用=Fs=4.3×104N×800m=3.44×107J；
（2）消耗柴油m=2kg，柴油热值q=4.3×107J/kg，
柴油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=2kg×4.3×107J/kg=8.6×107J，
柴油机的效率：
η=×100%=×100%=40%。
答：（1）推土机做的有用功为3.44×107J；
（2）柴油完全燃烧放出的热量为8.6×107J；
（3）柴油机效率为40%。
2.【答案】解：（1）水吸收的热量：
Q吸＝c水m(t-t0)＝4.2×103?J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)＝6.72×105J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝qV＝4.0×107?J/m3×0.048
m3＝1.92×106J；
???????（3）他家天然气灶的效率：
。
???????答：（1）将这些水烧开，需吸收6.72×105J的热量；
（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了1.92×106J的热量；
（3）他家天然气灶的效率为35%。
3.（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量为8.4×106J；
（2）如果这段时间内该热水器的效率是30%,则热水器接收到太阳辐射的热量是2.8×107J；
（3）若用煤燃烧来提供所需的热量，需完全燃烧0.8千克煤。
4.（1）这些汽油完全燃烧放出的热量为3.22×l08J；
（2）这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力为966N。
5.【答案】解：（1）5.4×108?J?
（2）1.62×108?J?
（3）675
N
6.（1）)汽车牵引力做的有用功是9.6×107J；
（2）汽油完全燃烧放出2.3×108J；
（3）汽油机的效率是41.7%。
7.（1）质量为0.3
kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为4.2×107?J；
（2）若这些热量全部被质量为200kg的水吸收，则水升高的温度为25℃；
（3）某氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，如果0.3
kg的氢燃料完全燃烧获得热量的焦耳数和公交车所做的功相等，则这些热量能让该公交车匀速行驶5min。
8.【答案】解：（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m△t=4.2×103J/（kg?℃）×500kg×（100℃-20℃）=1.68×108J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq=12m3×4.2×107J/m3=5.04×108J；
燃气锅炉烧水时的效率：
η=×100%=×100%≈33.3%；
（3）可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，
则可燃冰的热值：q可燃冰=160q=160×4.2×107J/m3=6.72×109J/m3，
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积：
V可燃冰===0.075m3。
答：（1）水吸收的热量为1.68×108J；
（2）燃气锅炉烧水时的效率为33.3%；
（3）若换用可燃冰，应使用0.075m3可燃冰。
9.【答案】解：
???????（1）水吸收的热量Q吸＝cm水(t-t0)＝4.2×103?J/(kg·℃)×0.1
kg×(100℃-20℃)＝3.36×104?J．
（2）酒精完全燃烧放出的热量Q放＝qm酒精＝3.0×107?J/kg×3×10-3?kg＝9×104?J，?
热效率．
（3）水汽化吸收的热量Q＝2.26×103?J/g×5
g＝1.13×104?J．
10.【答案】解：
（1）由v=得飞机航行的路程：s=vt=600km/h×1h=600km=6×105m；
发动机所做的功：W=Fs=1.6×105N×6×105m=9.6×1010J；
（2）航空煤油完全燃烧放出的热量：Q放=qm=4×107J/kg×4000kg=1.6×1011J；
（3）发动机的热机效率：η==×100%=60%。
11.【答案】解：
（1）m水=100g=0.1kg，
水吸收的热量：
Q吸=cm水△t=4.2×103J/（kg?℃）×0.1kg×60℃=2.52×104J；
（2）酒精完全燃烧产生的热量：
Q放=m酒精q=0.0042kg×3×107J/kg=1.26×105J；
（3）酒精灯烧水时的热效率：
η=×100%=×100%=20%。
答：（1）此过程中水吸收的热量是2.52×104J；
（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量是1.26×105J；
（3）酒精灯烧水时的热效率是20%。
12.【答案】解：（1）汽车总重力：G＝mg＝1.6×103kg×10N/kg＝1.6×104N，
汽车行驶时受到的阻力：f＝0.05G＝0.05×1.6×104N＝800N，
因为汽车在平直公路上匀速行驶，
所以汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，
F＝f＝800N；
（2）汽车匀速行驶的距离s＝230km＝2.3×105m，
牵引力做功：W＝Fs＝800N×2.3×105m＝1.84×108J；
（3）由η得：Q放7.36×108J，
因为Q放＝mq，
所以汽车全程消耗汽油的质量：m16kg。
答：（1）汽车发动机的牵引力是800N；
（2）汽车行驶230km牵引力做了1.84×108J的功；
（3）汽车全程消耗汽油16kg。
13.【答案】（1）由ρ=可得，消耗汽油的质量：
m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.2kg，
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=1.2kg×4.5×107J/kg=5.4×107J；
（2）由η=可得，发动机做的有用功：
W=ηQ放=30%×5.4×107J=1.62×107J；
（3）由v=可得，汽车运动的时间：
t===h=400s；
该汽车的输出功率：
P===4.05×104W。
答：（1）消耗汽油完全燃烧放出热量为5.4×107J；
（2）该汽车发动机做的有用功是1.62×107J；
（3）该汽车的输出功率为4.05×104W。
14.【答案】解：（1）气缸容积V=150mL=150cm3=1.5×10-4m3，
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：
W0=FL=pSL=pV=9.0×105Pa×1.5×10-4m3=135J；
（2）因飞轮每转两圈对外做功一次，
所以，由1800r/min可知，飞轮1min转动1800周，做功900次，
则1min燃气对活塞做的功：
W=W0×900=135J×900=1.215×105J，
1min消耗汽油完全燃烧释放的热量：
Q放=mq=10×10-3kg×4.6×107J/kg=4.6×105J，
该汽油机的效率：
η=×100%=×100%≈26.4%。
答：（1）一个做功冲程中燃气对活塞做的功为135J；
（2）该汽油机的效率为26.4%。