14.2 热机的效率 巩固基础讲义-（无答案）2023-2024学年人教版九年级物理全一册
文档属性
| 名称 | 14.2 热机的效率 巩固基础讲义-（无答案）2023-2024学年人教版九年级物理全一册 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 38.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-08-03 23:19:33 | ||
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文档简介
14.2 热机的效率
《2023年九年级物理暑假预习课程》
第一：知识清单
1.概念：把某种燃料 完全燃烧 时放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值；用符号q表示；
2.大小：热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量；
3.公式：固体： （或液体、气体：）
（1）其中：m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值；
（2）公式变形：
① （已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）
②（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）
4.单位：焦每千克（符号是J/kg）。
（1）固体：J/kg；
（2）液体：J/L；
（3）气体：J/m ；
5.影响因素：热值是燃料本身的一种特性，只与 燃料的种类 和 状态 有关，
与燃料的形态、质量、体积、放热多少等均无关；
6.物理意义及常见物质的热值：
（1）物理意义：表示物体燃烧放热的能力；
（2）常见热值：
①煤气的热值约为3.9×107J/m3，
物理意义为：体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
②焦炭的热值3.0×107J/kg，
物理意义为：质量为1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
1.概念：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；
2.公式：
（1）Q吸：被加热物体吸收的热量；（Q吸=cm△t）
（2）Q放：燃料完成燃烧放出的热量；（Q放=qm）
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法：
（1）废气回收利用：减少机械散热和废气带走热量；
（2）使燃料充分燃烧：雾化液体燃料、粉碎固体燃料，通气足够；
（3）减少机械摩擦损失。
第二：典型例题
1、下列关于热值的说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，用的燃料越多，燃料的热值越大
B．燃料燃烧时，放出的热量越多，燃料的热值越大
C．相同质量的不同燃料燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
D．相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
【答案】D
【解析】解：AB、燃料的热值只与燃料的种类有关，与放出热量的多少、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关，故A、B错误；
CD、相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量越大的燃料，其热值越大，故C错误，D正确。
故选：D。
2、关于q的理解，下列说法中正确的是（ ）
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
【答案】D
【解析】解：A、热值是质量为1kg的燃料完全燃烧时所释放出的热量，热值是燃料本身的特性，与热量无关，故A不符合题意；
B、热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故B不符合题意；
C、热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，故C不符合题意；
D、热值是由燃料本身特性决定的，与燃料是否充分燃烧无关，故D符合题意；
故选：D。
3、已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧2.1m3的天然气可以获得 J的热量，不计热量损失，这些热量可以使500kg的水，温度升高 ℃。【c水＝4.2×103 J/(kg·℃)】
【答案】8.4×107；40。
【解析】完全燃烧2.1m3的天然气放出的热量
Q放＝Vq＝2.1m3×4.0×107J/m3＝8.4×107J；
由于不计热量损失，则Q吸＝Q放＝8.4×107J；
故水升高的温度Δt＝＝＝40℃。
4、为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧5kg秸秆煤放出的热量是 J，若放出的热量有40%被水吸收，可使 kg的水温度升高80℃。【已知q秸秆煤＝2.1×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg ℃）】
【答案】1.05×108；125。
【解析】解：完全燃烧5kg秸秆煤可放出的热量：
Q放＝m秸秆煤q秸秆煤＝5kg×2.1×107J/kg＝1.05×108J；
由题意可知，水吸收的热量为：Q吸＝Q放×40%＝1.05×108J×40%＝4.2×107J；
由Q吸＝cm△t可得水的质量：m125kg。
故答案为：1.05×108；125。
5、某燃气热水器使用天然气作为燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量为___________J （q天然气=3.2×107J/m3）；如果这些热量完全被水吸收，则水的内能___________ （选填 “增大”、“不变” 或“减小”）。
【答案】 增大
【解析】这些天然气完全燃烧放出的热量为
不断吸收热量，则水的内能增大，通过热传递的方式增大内能。
6、天然气热水器将40kg的水从15°C加热到65°C，此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，水吸收热量_________ J，天然气完全燃烧释放热量_________ J，需要消耗天然气_________kg，这是通过_________方式改变水的内能。[c水=4.2×103J/(kg °C)，q天然气=4×107J/kg]
【答案】 8.4×106J 1×107J 0.25 热传递
【解析】将40kg的水从15°C加热到65°C，水吸收热量
Q=cm(t0-t1)=4.2×103J/(kg °C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，则天然气完全燃烧释放热量
需要消耗的天然气质量
改变内能方式有两种，分别是热传递和做功，用天然气烧水是通过热传递改变水的内能。
7、关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
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
【答案】A
【解析】解：A．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A正确；
B．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，当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高，故B错误；
C．热机的效率越高说明用来做有用功的能量占燃料完全燃烧产生的能量之比大，做功越快是指功率大，功率和效率没有关系，故C错误；
D．热机工作时，热机损失的能量中，废气带走的热量多，机械摩擦损失的不是主要的，故D错误。
故选：A。
8、据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：人们新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！石油燃烧时能释放出巨大的能量[已知c水＝4.2×103J/（kg ℃），q石油=4.4×107J/kg]。求：
（1）200g石油完全燃烧放出的热量多少J？
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使多少kg的水的温度升高40℃？
【答案】（1）8.8×106J；40℃。
【解析】解：（1）石油的质量：m＝200g＝0.2kg；
石油完全燃烧放出的热量：Q放 ＝mq石油＝0.2kg×4.4×107J/kg＝8.8×106J；
（2）若这些热量的42%被水吸收，则有：
Q吸＝42%Q放＝42%×8.8×106J＝3.696×106J；
由Q吸＝cm△t可得：m水＝＝＝22kg。
第三：自主练习
1．小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（ ）
A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是3.15×105J
C．热水器的能量转化效率是52.5% D．热水器的能量转化效率与环境温度无关
2.“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意义是（ ）
A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107 m3热量。
B.4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。
C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量。
D.4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。
4.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫_______。热机的效率是热机性能的一个重要指标。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料______的重要措施。
5.汽车用水作为冷却剂，是因为水的 较大。汽车在行驶过程中消耗了2kg汽油，若汽油完全燃烧则放出的热量为 J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
6.质量为50kg的水温度从20℃升高到50℃吸收的热量是 J，这些热量如果完全由煤气燃烧来提供，至少需 kg的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气的热值4.2×107J/kg）。
7．我国在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速 （填物态变化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将 kg的水从0℃加热到100℃．（C水=4.2×103J/（kg ℃））
8．天然气热水器将40kg的水由22℃加热到42℃水的内能增加了 J，水的内能增加是通过 方式实现的，若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收，需要消耗 kg的天然气。已知c水=4.2×103J/（kg ℃），q天然气=4×107J/kg。
9.汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。
10. 汽油的热值为4.6×10 J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60 kg的人，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3 m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？
11．若家用天然气的热值为4.2×107J/kg 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？
《2023年九年级物理暑假预习课程》
第一：知识清单
1.概念：把某种燃料 完全燃烧 时放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值；用符号q表示；
2.大小：热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量；
3.公式：固体： （或液体、气体：）
（1）其中：m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值；
（2）公式变形：
① （已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）
②（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）
4.单位：焦每千克（符号是J/kg）。
（1）固体：J/kg；
（2）液体：J/L；
（3）气体：J/m ；
5.影响因素：热值是燃料本身的一种特性，只与 燃料的种类 和 状态 有关，
与燃料的形态、质量、体积、放热多少等均无关；
6.物理意义及常见物质的热值：
（1）物理意义：表示物体燃烧放热的能力；
（2）常见热值：
①煤气的热值约为3.9×107J/m3，
物理意义为：体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
②焦炭的热值3.0×107J/kg，
物理意义为：质量为1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
1.概念：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；
2.公式：
（1）Q吸：被加热物体吸收的热量；（Q吸=cm△t）
（2）Q放：燃料完成燃烧放出的热量；（Q放=qm）
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法：
（1）废气回收利用：减少机械散热和废气带走热量；
（2）使燃料充分燃烧：雾化液体燃料、粉碎固体燃料，通气足够；
（3）减少机械摩擦损失。
第二：典型例题
1、下列关于热值的说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，用的燃料越多，燃料的热值越大
B．燃料燃烧时，放出的热量越多，燃料的热值越大
C．相同质量的不同燃料燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
D．相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
【答案】D
【解析】解：AB、燃料的热值只与燃料的种类有关，与放出热量的多少、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关，故A、B错误；
CD、相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量越大的燃料，其热值越大，故C错误，D正确。
故选：D。
2、关于q的理解，下列说法中正确的是（ ）
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
【答案】D
【解析】解：A、热值是质量为1kg的燃料完全燃烧时所释放出的热量，热值是燃料本身的特性，与热量无关，故A不符合题意；
B、热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故B不符合题意；
C、热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，故C不符合题意；
D、热值是由燃料本身特性决定的，与燃料是否充分燃烧无关，故D符合题意；
故选：D。
3、已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧2.1m3的天然气可以获得 J的热量，不计热量损失，这些热量可以使500kg的水，温度升高 ℃。【c水＝4.2×103 J/(kg·℃)】
【答案】8.4×107；40。
【解析】完全燃烧2.1m3的天然气放出的热量
Q放＝Vq＝2.1m3×4.0×107J/m3＝8.4×107J；
由于不计热量损失，则Q吸＝Q放＝8.4×107J；
故水升高的温度Δt＝＝＝40℃。
4、为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧5kg秸秆煤放出的热量是 J，若放出的热量有40%被水吸收，可使 kg的水温度升高80℃。【已知q秸秆煤＝2.1×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg ℃）】
【答案】1.05×108；125。
【解析】解：完全燃烧5kg秸秆煤可放出的热量：
Q放＝m秸秆煤q秸秆煤＝5kg×2.1×107J/kg＝1.05×108J；
由题意可知，水吸收的热量为：Q吸＝Q放×40%＝1.05×108J×40%＝4.2×107J；
由Q吸＝cm△t可得水的质量：m125kg。
故答案为：1.05×108；125。
5、某燃气热水器使用天然气作为燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量为___________J （q天然气=3.2×107J/m3）；如果这些热量完全被水吸收，则水的内能___________ （选填 “增大”、“不变” 或“减小”）。
【答案】 增大
【解析】这些天然气完全燃烧放出的热量为
不断吸收热量，则水的内能增大，通过热传递的方式增大内能。
6、天然气热水器将40kg的水从15°C加热到65°C，此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，水吸收热量_________ J，天然气完全燃烧释放热量_________ J，需要消耗天然气_________kg，这是通过_________方式改变水的内能。[c水=4.2×103J/(kg °C)，q天然气=4×107J/kg]
【答案】 8.4×106J 1×107J 0.25 热传递
【解析】将40kg的水从15°C加热到65°C，水吸收热量
Q=cm(t0-t1)=4.2×103J/(kg °C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，则天然气完全燃烧释放热量
需要消耗的天然气质量
改变内能方式有两种，分别是热传递和做功，用天然气烧水是通过热传递改变水的内能。
7、关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
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
【答案】A
【解析】解：A．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A正确；
B．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，当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高，故B错误；
C．热机的效率越高说明用来做有用功的能量占燃料完全燃烧产生的能量之比大，做功越快是指功率大，功率和效率没有关系，故C错误；
D．热机工作时，热机损失的能量中，废气带走的热量多，机械摩擦损失的不是主要的，故D错误。
故选：A。
8、据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：人们新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！石油燃烧时能释放出巨大的能量[已知c水＝4.2×103J/（kg ℃），q石油=4.4×107J/kg]。求：
（1）200g石油完全燃烧放出的热量多少J？
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使多少kg的水的温度升高40℃？
【答案】（1）8.8×106J；40℃。
【解析】解：（1）石油的质量：m＝200g＝0.2kg；
石油完全燃烧放出的热量：Q放 ＝mq石油＝0.2kg×4.4×107J/kg＝8.8×106J；
（2）若这些热量的42%被水吸收，则有：
Q吸＝42%Q放＝42%×8.8×106J＝3.696×106J；
由Q吸＝cm△t可得：m水＝＝＝22kg。
第三：自主练习
1．小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（ ）
A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是3.15×105J
C．热水器的能量转化效率是52.5% D．热水器的能量转化效率与环境温度无关
2.“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意义是（ ）
A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107 m3热量。
B.4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。
C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量。
D.4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。
4.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫_______。热机的效率是热机性能的一个重要指标。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料______的重要措施。
5.汽车用水作为冷却剂，是因为水的 较大。汽车在行驶过程中消耗了2kg汽油，若汽油完全燃烧则放出的热量为 J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
6.质量为50kg的水温度从20℃升高到50℃吸收的热量是 J，这些热量如果完全由煤气燃烧来提供，至少需 kg的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气的热值4.2×107J/kg）。
7．我国在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速 （填物态变化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将 kg的水从0℃加热到100℃．（C水=4.2×103J/（kg ℃））
8．天然气热水器将40kg的水由22℃加热到42℃水的内能增加了 J，水的内能增加是通过 方式实现的，若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收，需要消耗 kg的天然气。已知c水=4.2×103J/（kg ℃），q天然气=4×107J/kg。
9.汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。
10. 汽油的热值为4.6×10 J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60 kg的人，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3 m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？
11．若家用天然气的热值为4.2×107J/kg 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？
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