人教版物理九年级上册课课练：14.2　热机的效率（含答案）

[第十四章　第2节　热机的效率]
一、选择题
1.[2020·无锡] 煤炭是一种重要能源。为判断煤炭品质的优劣,最科学的方法是检验煤炭的
(　　)
A.比热容 B.密度 C.热值 D.温度
2.下列关于热值的说法中正确的是 (　　)
A.燃料燃烧,消耗的燃料越多,其热值越大
B.燃料燃烧,放出的热量越多,其热值越大
C.相同质量的不同燃料完全燃烧,放出热量较少的燃料,热值较大
D.不同的燃料完全燃烧,放出相同热量时,所用燃料的质量越少,这种燃料的热值越大
3.将一瓶酒精用去,则剩余酒精的密度、比热容和热值 (　　)
A.都不变
B.都变为原来的
C.热值不变,密度、比热容变为原来的
D.热值变为原来的,密度、比热容不变
4.下表中所列为几种常见燃料的热值。学校在室温10 ℃时,每天向学生供100 kg开水,若使用表中所示的燃料烧这些水,则所需燃料的质量最少的是(燃料完全燃烧) (　　)
几种常见燃料的热值/(J·kg-1)
汽油 酒精 无烟煤 烟煤
4.6×107 3.0×107 约3.4×107 约2.9×107
A.汽油　 B.酒精　 C.无烟煤　 D.烟煤
5.[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
6.如图图示是汽油机的能量流向图,对照此图,下列说法中不正确的是 (　　)
A.废气带走的能量所占比例最大,减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B.冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C.该汽油机的热机效率为70%
D.该汽油机的热机效率为30%
7.下列关于热机和环境保护的说法中正确的是 (　　)
A.热机的效率是描述热机性能的重要指标
B.当前热机的效率可以达到100%
C.汽车排出的尾气越浓,汽油机的效率越高
D.热机是通过燃料的燃烧获取化学能并转化为机械能的装置
8.提高热机效率是“节能减排”的一个重要途径,如图图果汽油机的效率从30%提高到36%,那么一辆轿车在汽油机效率为30%时,消耗一定质量汽油,能够在平直道路上匀速直线行驶10 km;当效率变为36%后,在相同道路情况下,以相同速度匀速直线行驶,并消耗相同质量汽油的情况下,能够行驶 (　　)
A.50 km　　B.12 km　　C.6 km　　D.65 km
二、填空题
9.[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图示,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效率为　　　　。
10.[2020·荆州] 某沙石的比热容约为0.9×103 J/(kg·℃)。若将50 kg的沙石从20 ℃加热到80 ℃,需要吸收　　　　J的热量;若这些热量由热值为3.0×107 J/kg的酒精燃烧来提供(不计热损失),需要完全燃烧　　　　g酒精。
11.[2020·自贡] 用煤气灶把2 kg、初温为20 ℃的水加热到70 ℃,消耗了20 g煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.0×107 J/kg,则水吸收的热量
为　　　　J,煤气灶烧水的效率为　　 　　。
12.热机的效率是描述热机性能的重要指标,热机的效率高,在做同样多的有用功时,消耗的燃料较　　　　(选填“多”或“少”),从而节省能源;或者消耗同样多的燃料时,能够做更多的　　　　,燃料有较高的利用率。汽油机与柴油机相比较,在通常情况下,　　　　机的效率较高。
13.[2020·南宁] 如图图示,将活塞迅速下压,玻璃筒底的棉花被点燃。此过程是通过　　　　的方式增加了筒内空气的内能,能量转化方式与汽油机的　　　　冲程相同。某汽油机在一次工作中消耗了2 kg汽油,对外做功为2.3×107 J,则该汽油机的效率是　　　　。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
　三、实验探究题
14.如图图示,甲、乙、丙三个实验装置完全相同,燃料的质量都为10 g,烧杯内液体的质量都相同。
(1)比较不同燃料的热值应选择　　　　两个装置,比较不同物质的比热容应选择　　　　两个装置,选择的理由是物理学中研究问题时常用到的一种方法:　　　　　　法。
(2)在“比较不同燃料的热值”的实验中,通过观察温度计　　　　　　　　比较燃料燃烧放出热量的多少,这种研究问题的方法叫做　　　　法。
(3)若图甲装置中的液体为水,燃料为酒精,已知烧杯内水的质量为500 g,10 g酒精完全燃烧使温度计的示数升高了20 ℃,则水吸收的热量是　　　　J,如图图果认为酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,则酒精的热值是　　　　J/kg,算出的热值比标准值　　　　(选填“偏大”或“偏小”)。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)]
四、计算题
15.已知某汽油机工作一段时间,消耗2 kg的汽油,放出8×107 J的热量,对外做功2.5×107 J,求该汽油机的效率。(汽油的热值q=4.6×107 J/kg,结果保留整数)
16.[2020·大连] 近几年来,大连市民陆续使用上了安全、清洁的天然气。某用户在使用天然气灶加热水时,完全燃烧了0.05 m3的天然气,将3 kg的水从20 ℃加热到80 ℃。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值是3.6×107 J/m3。试求:
(1)天然气完全燃烧放出的热量。
(2)水吸收的热量。
(3)该天然气灶加热这些水的效率。
17.汽车是我们熟悉的交通工具,它给我们的生活提供了便利,促进了社会经济的发展。某型号四轮汽车,当它以15 m/s的速度在平直路面上匀速直线行驶时,受到的阻力为600 N,每行驶100 km消耗的汽油量为8 L。完全燃烧1 L汽油释放的能量为3.6×107 J。求:
(1)汽车以15 m/s的速度匀速直线行驶时牵引力的功率。
(2)汽车以15 m/s的速度匀速直线行驶时汽车的效率。
答案
1.C　 热值是燃料的一种特性,单位质量的煤炭完全燃烧时所释放出的热量越大,说明该煤的热值越大,即是优质煤炭,则C正确。
2.D　 燃料的热值只与燃料的种类有关,与燃料燃烧放出的热量、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关,故A、B错误;相同质量的不同燃料完全燃烧时,放出热量越多的燃料,其热值越大,故C错误;不同的燃料完全燃烧,放出相同热量时,所用燃料的质量越少,其热值越大,故D正确。
3.A　 密度、比热容和热值都是物质的特性,与物体的质量和体积无关。将一瓶酒精用去,剩余酒精的密度、比热容和热值均不变,故A正确。
4.A　 由表中数据可知,汽油的热值最大,烟煤的热值最小,加热相同质量的水使其升高相同的温度,需要的热量相同,热值最大的燃料,所需质量最少。
5.B　 热机的效率越高,做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,故A错误。
一般情况下柴油机的效率比汽油机高,多用在重型机器上,故B正确。
热机的效率是指做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,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。
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。
6.C　 由图可知,废气带走的能量所占比例最大,所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段,A说法正确;冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量,所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率,B说法正确;该汽油机的热机效率为η=1-33%-30%-7%=30%,C说法错误,D说法正确。
7.A　 热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比,因此热机的效率是描述热机性能的重要指标,A选项说法正确。热机工作时由于要克服机械间的摩擦做额外功,同时也存在热散失,并且废气要带走大部分能量,所以热机的效率很低,不能达到100%,B选项说法错误。热机工作时,燃料燃烧放出的废气会带走大部分能量,汽车排出的尾气越浓,汽油机的效率越低,C选项说法错误。热机是通过燃料的燃烧获取内能并转化为机械能的装置,D选项说法错误。
8.B　 消耗相同质量的汽油,汽油机的效率越高,输出的有用功越多。匀速直线行驶,发动机的动力不变,效率提高为原来的1.2倍时,行驶的距离也变为原来的1.2倍,所以消耗相同质量汽油的情况下,轿车能够行驶的距离为s=1.2×10 km=12 km。
9.1700　15%
由图知,输入的化学能E=2000 J,输出的动能E1=300 J,
则输出的内能和声能:E2=E-E1=2000 J-300 J=1700 J;
小轿车正常工作时的效率:η=×100%=×100%=15%。
10.2.7×106　90
沙石吸收的热量为Q吸=c沙石m沙石Δt=0.9×103 J/(kg·℃)×50 kg×(80 ℃-20 ℃)=2.7×106 J。
不计热损失,即酒精完全燃烧放出的热量完全被沙石吸收,则需要完全燃烧酒精的质量为
m酒精====0.09 kg=90 g。
11.4.2×105　52.5%
水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(70 ℃-20 ℃)=4.2×105 J;
20 g煤气完全燃烧放出的热量:Q放=m煤气q煤气=20×10-3 kg×4.0×107 J/kg=8×105 J;
燃气灶烧水的效率:η==×0.525=52.5%。
12.少　有用功　柴油　 热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。热机的效率高,在做同样多的有用功时,消耗的燃料较少;或消耗同样多的燃料,效率高的热机做的有用功多。在做功冲程中,柴油机里燃气的压强比汽油机的大,所以柴油机的效率一般比汽油机高。
13.做功　压缩　25%
将活塞迅速下压,活塞对筒内空气做功,使筒内空气的内能增加,温度升高;压缩过程中,活塞的机械能转化为空气的内能,故该过程与内燃机的压缩冲程相同;汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;汽油机的效率η=×100%=×100%=25%。
14.(1)乙、丙　甲、乙　控制变量 (2)示数的变化　转换
(3)4.2×104　4.2×106　偏小
(1)为了比较不同燃料热值的大小要选用不同的燃料,加热相同质量的同一种液体,通过温度计示数的变化比较燃料放出热量的多少,进而判断热值的大小,应选择乙、丙两装置进行实验;为了比较不同物质的比热容,需要燃烧相同的燃料,加热不同的液体,应选择甲、乙两装置进行实验,用到了控制变量法。
(2)燃料完全燃烧放出热量的多少,是通过温度计示数的变化来反映的,这用到了转换法。
(3)水吸收的热量:Q吸=c水m水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.5 kg×20 ℃=4.2×104 J;
若酒精完全燃烧且放出的热量全部被水吸收,即Q放=Q吸=4.2×104 J;
根据Q放=mq可得,酒精的热值:
q酒精===4.2×106 J/kg,
因为加热时有热量的散失以及燃料不能完全燃烧,所以会使得测得的热值偏小。
15.2 kg汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J,
汽油机的效率:η=×100%=×100%=27%。
16.(1)天然气完全燃烧放出的热量:Q放=Vq=0.05 m3×3.6×107 J/m3=1.8×106 J。
(2)水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×3 kg×(80 ℃-20 ℃)=7.56×105 J。
(3)天然气灶加热这些水的效率:η=×100%=×100%=42%。
17.(1)因为汽车做匀速直线运动,所以F牵=F阻=600 N,则P=F牵v=600 N×15 m/s=9000 W。
(2)汽车行驶100 km所做的有用功:W=F牵s=600 N×105 m=6×107 J,
汽油完全燃烧释放的总能量:Q=3.6×107 J/L×8 L=2.88×108 J,
汽车的效率:η=×100%=×100%≈20.8%。