人教版物理九年级全一册同步提优训练：14.2　热机的效率（含答案）

第2节　热机的效率
题组1　燃料的热值　　　　　　　　　　 　　　　 　　　
　　　　　　　　
1.2020年10月12日0时57分,在我国西昌卫星发射中心,“长征三号乙”运载火箭托举“高分十三号”卫星直冲云霄,卫星随后进入预定轨道,发射任务取得圆满成功。长征系列火箭使用液态氢做燃料,主要是由于该燃料(　　)
A.比热容大 B.热值大
C.所含热量多 D.内能大
2.下列关于热值的表述正确的是 (　　)
A.燃料燃烧不完全时热值变小
B.燃料的质量越大,热值越大
C.燃料燃烧放出的热量越多,热值越大
D.燃料的热值只与燃料的种类有关
3.一个成年人参加一次长跑,身体消耗的能量为6.6×106 J,这些能量相当于完全燃烧0.55 kg的干木柴才能得到,则干木柴的热值为　　　　　J/kg,干木柴用掉一半后,剩余干木柴的热值将
　　　　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
4.(2021哈尔滨)哈尔滨市正在进行的老旧小区改造措施惠及万民,其中为房屋外墙安装保温层、更换门窗等措施可减少散热,提高室温,实现“节能减排”,因此某居民楼一冬天可节约燃煤2.8×104 kg,这些煤完全燃烧可放出的热量为　　　　J,这些热量可使太阳岛人工湖中1.0×108 kg的水温度升高　　　　℃。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),煤的热值为3.0×107 J/kg]
5.若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收,现要在标准大气压下把5 L的水从20 ℃加热至沸腾。已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为q天然气=4×107 J/m3。求:
(1)在这个过程中水吸收的热量。
(2)需完全燃烧天然气的体积。
题组2　热机的效率
　　　　　　　　
6.(2020无锡)某辆行驶的小轿车,其正常工作时的能量转化情况如图所示,若　输入的化学能为2000 J,输出的动能为300 J。则输出的内能和声能共计　　　　J;输出的有用能量是动能,则小轿车正常工作时的热机效率为　　　　。
7.(2020枣庄)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
8.(2020聊城)小华家使用的是天然气热水器,他尝试估测该热水器的效率,以核对铭牌上的数值是否准确。当只有该热水器使用天然气时,把50 kg的水从20 ℃加热到54 ℃,天然气表的示数由1365.05 m3变为1365.17 m3,已知水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)。天然气的热值q=7.0×107 J/m3。求:
(1)水吸收的热量。
(2)消耗的天然气完全燃烧放出的热量。
(3)该热水器的效率。
9.(2021眉山)改革开放以来,我国人民的生活水平不断提高,汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72 km/h的速度在平直公路上匀速行驶100 km,消耗了汽油6 L,汽车发动机的功率为12 kW,已知:汽油的热值q=4.6×107 J/kg,汽油的密度为ρ=0.7×103 kg/m3。求该汽车匀速行驶100 km的过程中:
(1)消耗汽油的质量。
(2)发动机所做的功。
(3)发动机的效率。(结果精确到1%)
题后反思
　　在解决有关热效率的问题时,计算有效利用的热量的公式为Q吸=cm(t-t0)=cmΔt,计算燃料完全燃烧放出的热量的公式为Q放=qm或Q放=qV,将Q吸和Q放联系在一起的公式为效率公式η=。在解题时,明确以上各公式,根据题目给出的条件和要求的物理量,利用公式或其变形式进行求解。
思维拓展　　　　　　　　　　　　　　　　提升能力素养
10.如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10 g,烧杯内的液体质量也相同。
(1)比较不同燃料的热值,应选择　　　　两图进行实验,实验中通过观察　　　 　　　　比
较两种燃料的热值;比较不同物质的比热容,应选择　　　　两图进行实验,实验中通过比较
　　　　　　　　　　来比较液体吸热的多少。
(2)比较不同物质的比热容,选用图中适合的装置加热相同时间后,液体a升温多,由此可知:质量相同的液体a与b,升高相同的温度时,液体a吸收的热量　　　　(选填“大于”“等于”或“小于”)液体b吸收的热量。
(3)若图甲烧杯中为50 mL的水,10 g酒精完全燃烧使温度计示数升高了20 ℃。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
①水吸收的热量为　　　　　　。
②若酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收,则计算出酒精的热值是　　　　　　。
③算出的酒精的热值与标准值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“一样大”)。
答案解析
第2节　热机的效率
1.B　
2.D　解： 热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量,热值是燃料的一种特性,它只与燃料的种类有关,与燃料的质量、燃烧程度等均无关。
3.1.2×107　 不变
4.8.4×1011　2
解： 这些煤完全燃烧可放出的热量:Q放=m煤q煤=2.8×104 kg×3.0×107 J/kg=8.4×1011 J;
根据题意可知,水吸收的热量Q吸=Q放=8.4×1011 J;
这些热量可使太阳岛人工湖中1.0×108 kg的水温度升高:Δt===2 ℃。
5.(1)水的质量为m=ρV水=1.0×103 kg/m3×5×10-3 m3=5 kg,
在标准大气压下水的沸点是100 ℃,
水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(100 ℃-20 ℃)=1.68×106 J。
(2)由η=可得天然气完全燃烧放出的热量:
Q放===3.36×106 J,
由Q放=Vq得需要完全燃烧天然气的体积:
V===0.084 m3。
6.1700　15%　
解： 由图知,输入的化学能E=2000 J,输出的动能E1=300 J,输出的内能和声能:E2=E-E1=2000 J-300 J=1700 J;小轿车正常工作时的效率:η=×100%=×100%=15%。
7.B　
8.(1)水吸收的热量:
Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×50 kg×(54 ℃-20 ℃)=7.14×106 J。
(2)消耗的天然气:V=1365.17 m3-1365.05 m3=0.12 m3;
天然气完全燃烧放出的热量:
Q放=qV=7.0×107 J/m3×0.12 m3=8.4×106 J。
(3)该热水器的热效率:
η=×100%=×100%=85%。
9.(1)消耗汽油的体积:V=6 L=6×10-3 m3,由ρ=可得,消耗汽油的质量:m=ρV=0.7×103 kg/m3×6×10-3 m3=4.2 kg。
(2)由v=可得,汽车行驶100 km所用的时间:
t=== h=5000 s;
由W=Pt可得,发动机所做的功:
W=Pt=1.2×104 W×5×103 s=6×107 J。
(3)由Q放=mq可得,汽油完全燃烧所放出的热量:
Q放=mq=4.2 kg×4.6×107 J/kg=1.932×108 J;
发动机的效率:
η=×100%=×100%=31%。
10.(1)甲、乙　温度计示数的变化 甲、丙　加热时间的长短
(2)小于
(3)①4.2×103 J　②4.2×105 J/kg　③偏小
解： (3)①50 mL水的质量:m水=ρ水V=1.0×103 kg/m3×50×10-6m3=0.05 kg;水吸收的热量:Q吸=cm水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.05 kg×20 ℃=4.2×103 J。②根据题意可知,Q吸=Q放,由Q放=qm可知,酒精的热值为q===4.2×105 J/kg。③实际上,酒精不能完全燃烧,且燃烧放出的热量不能全部被水吸收,所以算出的热值比标准值小。
燃料完全燃烧放出的热量全部被吸收时,有Q吸=Q放;燃料完全燃烧放出的热量部分被吸收时,有Q吸=ηQ放。