第十四章 第2节 热机的效率-初中物理人教版九年级上册同步试题精编（含答案）

第十四章热机的效率
一、选择题
1．下列关于热值和热机效率的描述，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，可以提高热机效率
C．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
D．热值和热机效率都是定值，与外界条件无关
2．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）
A．在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多
B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
3．某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（　　）
①汽车行驶速度是72km/h
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.8×107J
③汽车发动机的效率是20%
④汽车牵引力做功的功率是30kW
A．只有①和② B．只有①和③ C．只有②和③ D．只有②和④
4．关于热机，下列说法正确的是（　　）
A．随着科学技术的发展，热机的效率可达到100%
B．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
C．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
D．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
5．木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭
A．具有3.4×107J的热量
B．具有3.4×107J的内能
C．完全燃烧对外做功3.4×107J
D．完全燃烧放出热量3.4×107J
6．关于热机效率，下列说法正确的是（　　）
A．蒸汽机的效率通常高于汽油机的效率 B．有些新型燃料汽车实现了零排放，其效率达到100%
C．热机效率不一定小于100% D．即使无摩擦的道路，汽车发动机的效率也无法达到100%
7．下列关于热机、热值的说法正确的是
A．汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
B．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值，单位是kg/J
C．柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功
D．四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
二、填空题
8．若用效率为40%的燃气热水器将质量为10kg、初温为20℃的水加热到40℃，则需要完全燃烧___________m3的燃气。[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），燃气的热值为4.2×107J/m3]
9．一台单缸四冲程汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（汽油的热值为4.6×107J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是______J。如果这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为______J。若该汽油机的转速为3000r/min，则该汽油机每秒钟有______冲程，对外做功______次。
10．2017年6月2日中央电视台报道，我国在南海海底实现“可燃冰”连续稳定产气22天。完全燃烧值为5.6×109J/m3的可燃冰2m3，放出的热量是____________J，相当于完全燃烧热值为2.8×107J/m3的天然气________m3放出的热量。
11．内燃机是利用_____来做功的机器，某内燃机工作时能量流向为：燃料燃烧的内能为燃料完全燃烧所放出热量的97%，废气带走的能量为40%，散热损失的能量为16%，机械损失的能量为14%，则该内燃机的效率为_____。
12．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了0.2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg.℃），煤的热值为3×107J/kg.煤完全燃烧产生的热量 ________ J；在烧水过程中， ________ 热效率最高（选填“0～2min”、“2～4min”或“4～6min”），其值为 ________ .
三、解答题
13．为比较酒精和汽油热值的大小，小华制定了以下实验方案：
（1）取质量 _____ （选填“相等”或“不等”）的酒精和汽油作燃料，制成酒精灯和汽油灯；
（2）两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相等的水加热（两个烧杯完全相同）如图所示；
（3）通过观察水温的变化，判断两种燃料热值的大小。请根据设计方案回答：
①安装实验器材时，应按照 _____ （选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序组装。
②当两灯的燃料完全燃烧完后，甲装置中温度计读数是80℃，而乙装置中温度计的读数是90℃，由此判断 _____ （选填“酒精”或“汽油”）的热值较大；
③实验中燃料燃烧放出的热量，通过 _____ （选填“做功”或“热传递”）的方式使水的内能增大；
④根据Q吸＝c水m水（t﹣t0）计算出水吸收的热量，然后利用这个热量计算出汽油的热值，发现计算结果与教科书上给出的汽油热值相比 _____ （选填“偏大”或“偏小”）了，结合装置图，分析原因 _____
14．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同燃料的质量都10g，烧杯内的液体初温相同．
（1）比较不同燃料的热值，应选择 ________ 两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择 ________ 两图进行实验；在实验中，三烧杯中a、b液体的质量必须 ________ （选填“相等”或“不等”）．
（2）若在研究不同燃料热值实验时，记录数据如表：
燃料 加热前液体温度℃ 燃料燃尽时液体温度℃ 燃料的热值（J/kg）
1 15 35
2 15 25 ？
根据表中数据计算：完全燃烧10g燃料1放出的热量为 _______ J，燃料2的热值是 ________ J/kg．
15．若家用天然气的热值为4.2×107J/m3 水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）．
（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是多少？
（2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04m3天然气可使室温下5kg的水温度升高多少？
16．如今太阳能热水器已走进了千家万户，某家庭太阳能热水器某天内接收太阳能的总热量为2.52×107J，使质量为80kg、初温为20℃的水温度升高到50℃，求：
（1）已知干木柴的热值为q＝1.2×107J/kg，若由燃烧干木柴来提供2.52×107J的热量需要完全燃烧多少千克干木柴？
（2）这天该太阳能热水器中的水吸收的热量是多少？[水的比热容为c＝4.2×103J/（kg·℃）]
（3）该太阳能热水器的效率是多少？
17．将质量为200g、初温为25℃的铁块放在火炉中，相当长时间后取出，立即投入盛有1kg水的杯子里，水的温度由18℃升高到40℃，若热量损失为10%。[c铁=0.46×103J/（kg ℃）]
（1）求炉火的温度；
（2）用干柴加热该火炉，若干柴完全燃烧所释放热量的30%被铁块吸收，需要多少干柴？（干柴的热值是1.2×107J/kg）
18．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进了千家万户。如图，某家庭太阳能热水器接收太阳能总有效面积为1.5m2，1m2面积上1h接收到的太阳能平均为，若阳光照射该热水器8h，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。[ ，]，求
（1）水吸收的热量；
（2）若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴来提供，需要完全燃烧多少千克干木柴（假设干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收） ；
（3）该太阳能热水器的效率。
试卷第4页，总5页
参考答案
1．B
【详解】
A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；
B．使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；
C．热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故C错误；
D．热值取决与燃料种类，与外界条件无关；而燃料的燃烧情况、能量的损失都会影响热机效率，故D错误．
2．B
【详解】
A．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故A错误。
B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故B正确；
C．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功占的比值越大，功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，效率和功率是两个不同的物理量，二者之间没有必然联系，故C错误；
D．根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。
故选B。
3．B
【详解】
①汽车的行驶速度
v==72km/h
故①正确；
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量
Q放=mq=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J
故②错误；
③该汽车牵引力所做的功
W=Fs=2000N×6.9×103m=1.38×107J
汽车发动机的效率
η==20%
故③正确；
④该汽车牵引力所做功的功率
P==40000W=40kW
故④错误。
故选B。
4．B
【详解】
A．通过技术改造只能提高热机的效率，但不可能达到100%，故A错误；
B．压缩冲程是进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，做功冲程是在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是燃料猛烈燃烧，高温高压的气体推动活塞向下运动，对外做功，此时进气门和排气门都关闭，故B正确；
C．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故C错误；
D．柴油机的效率比汽油机的高，主要是因为柴油机为压燃式，压缩的程度更高，气缸内温度更高，能量转化的程度更高，和热值无关，故D错误。
故选B。
5．D
【详解】
木炭的热值是3.4×107J/kg,它的物理意义是：1kg木炭完全燃烧放出的热量是3.4×107J.故D符合题意．.
【点睛】
1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值．
6．D
【详解】
用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫热机的效率，在工作过程中，损失的能量越少，热机的效率越高．
A．蒸汽机的燃料是在机器的外部燃烧，热损失最多，效率最低．此选项错误；
B．目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，减少了污染，提高了效率，但效率不会达到100%．此选项错误；
C．热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，会排放高温的废气带走部分内能，机械效率一定小于100%．此选项错误；
D．热机能量损耗包括燃料不完全燃烧损失掉的能量、机体散热损失掉的内能、废气带走的内能、克服机件摩擦损失掉的能量，跟路面摩擦无关，所以热机效率一定低于100%．此选项正确．
7．D
【详解】
A．汽油机和柴油机构造不同．汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴．故A错误；
B．单位质量的燃料完全燃烧时释放出的热量是燃料的热值，所以热值的单位是J/kg．故B错误；
C．柴油机的效率为35%，说明它工作时柴油完全燃烧放出的热量的35%转化为有用功．故C错误；
D．四冲程内燃机是吸气、压缩、做功、排气四个冲程连续工作的循环过程．故D正确．
8．0.05
【详解】
水吸收的热量为
Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×10kg×（40℃-20℃）=8.4×105J
由公式可得，燃料放出的热量为
由Q放＝Vq可得，需要燃气的体积为
9．4.6×105 1.38×105 100 25
【解析】
【详解】
[1]一个工作循环中消耗10g汽油完全燃烧产生的热量是：
Q=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J。
[2]这台汽油机的效率为30%，根据η=，则一个工作循环中输出的有用机械能为：
W=Qη=4.6×105J×30%=1.38×105J。
[3]根据四冲程汽油机工作特点可知，一个工作循环有4个冲程、做功1次、飞轮（曲轴）转2r。该汽油机的转速为：
3000r/min==50 r/s，
即该汽油机飞轮每秒钟转50r，则每秒钟的工作循环数是：
=25（个）
则该汽油机每秒钟完成的冲程数为：
25×4=100。
[4]因一个工作循环做功1次，所以该汽油机每秒钟对外做功25次。
10．1.12×1010 400
【解析】
【详解】
第一空．“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
Q放=V q =2m3×5.6×109J/m3=1.12×1010J；
第二空．需要天然气的体积：
V天然气==400m3。
11．内能 27%
【详解】
[1]热机工作时通过燃料的燃烧得到内能，再通过高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，即内燃机是利用内能来做功的机械；
[2]由题意知，内燃机的热机效率：
12．6×106 0～2min 63%
【详解】
试题分析：煤油完全燃烧产生的热量；从图像看出在0—2分钟时，热效率最高；热效率．
考点：比热容 热值 热值效率
13．相等 自下而上 汽油 热传递 偏小 有热量损失
【详解】
（1）[1]为比较酒精和汽油热值的大小，实验过程中应采用控制变量法，需要控制酒精和汽油的质量相同；
（3）①[2]为保证用火焰的外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁，所以先安装下面器材，再安装上面器材，便于调节器材间的距离；
②[3]当两灯的燃料完全燃烧完后，甲装置中温度计读数是80℃，而乙装置的读数是90℃，根据公式Q吸＝cmΔt可知，汽油灯加热的那杯水吸热多，说明在质量相同时汽油放出的热量较多，由公式Q放＝mq可知汽油的热值大于酒精的热值；
③[4]实验中燃料燃烧放出的热量，水吸收热量，是通过热传递的方式使水的内能增大的；
④[5][6]由于热量的直接散失、烧杯未加盖等，所以汽油燃烧放出的热量大部分未被水吸收，则根据Q吸＝c水m水（t﹣t0）计算出水吸收的热量偏小，从而根据公式q＝计算出的汽油的热值偏小。
14．甲乙 甲丙 相等 2.4×104 1.2×106
【详解】
第一空．为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验；
第二空．为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的变化相同，通过比较加热时间，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲和丙两图进行实验；
第三空．综上所述，三烧杯中a、b液体的质量必须相等；
第四空．完全燃烧10g燃料1放出的热量：
Q1=mq1=0.01kg×2.4×106J/kg=2.4×104J，
第五空．Q放=Q吸，
燃料1：camΔt1=m1q1，即cam（35℃-15℃）=m1×2.4×106J，
燃料2：camΔt2=m1q2，即cam（25℃-15℃）=m1×q2，
联立以上两式可得：q2=1.2×106J/kg．
15．（1）1.68×106J；（2）32℃．
【分析】
根据公式Q放＝Vq计算出天然气放出的热量值；
根据Q吸＝Q放×40％计算出被水吸收的热量；
利用热量的公式Q吸＝cmΔt即可求出水升高的温度．
【详解】
（1）完全燃烧0.04m3天然气可放出的热量：
Q放＝Vq＝0.04m3×4.2×107J/m3＝1.68×106J；
（2）被水吸收的热量为
Q吸＝Q放×40％＝1.68×106J×40%＝6.72×105J，
因为Q吸＝cmΔt，所以
Δt== ，
解得：
Δt＝32℃．
16．（1）2.1kg；（2） ；（3）40%
【详解】
（1） 需要完全燃烧干木柴的质量是
（2） 水吸收的热量是
（3） 该太阳能热水器的效率是
答：（1） 需要完全燃烧干木柴的质量是；
（2） 水吸收的热量是；
（3） 该太阳能热水器的效率是。
17．（1）1141.3℃；（2） 0.0285kg。
【详解】
（1）水吸收的热量：
Q吸=c水m水（t水-t0水）=4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（40℃-18℃）=9.24×104J；
由题可知，热量损失为10%，铁块放出的热量90%被水吸收，铁块放出的热量
Q放=≈1.027×105J，
铁块降低的温度
，
炉火的温度：
t炉火=t铁+Δt=1116.3℃+25℃=1141.3℃；
（2）干柴完全燃烧释放热量的30%被铁块吸收，干柴放出的热量：
Q放′，
需要干柴的质量：
m干柴。
答：（1）火炉的温度为1141.3℃；
（2）需要干柴0.0285kg。
18．（1） 1.68×107J；（2）1.4kg；（3） 50%
【详解】
（1）水吸收的热量为
（2）干木柴完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则
由Q放=mq干木材得需要完全燃烧干木柴的质量
（3）该太阳能热水器8h接收到的太阳能
该太阳能热水器的效率
答：（1）水吸收的热量为1.68×107J。
（2）若这些水吸收的热量全部由燃烧干木柴来提供，需要完全燃烧1.4kg干木柴。
（3）该太阳能热水器的效率为50%。
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答案第3页，总8页