2023-2024学年教科版物理九上同步教学 2.3 热机效率 同步练习（含解析）
文档属性
| 名称 | 2023-2024学年教科版物理九上同步教学 2.3 热机效率 同步练习（含解析） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 3.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2023-09-10 21:08:58 | ||
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文档简介
2.3 热机效率
一、单选题
1．下列关于热机的说法正确的是（ ）
A．热机的效率为100% B．热机只有汽油机和柴油机两种
C．好的热机工作时不排放废气 D．热机工作时都要利用燃料的化学能
2．2020年11月24日，我国在海南文昌航天发射场用长征五号运载火箭，成功将嫦娥五号探测器送入预定轨道（如图）。不考虑火箭自身质量变化，火箭加速上升过程中下列说法中正确的是（ ）
A．重力势能增大，动能减小 B．机械能保持不变
C．机械能增大 D．燃料释放的内能全部转化为火箭的机械能
3．内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（ ）
A．7% B．28% C．31% D．34%
4．下列说法正确的是（ ）
A．热机消耗的燃料越少其效率就越高
B．在搓手取暖过程中内能转化为机械能
C．内能小的物体也可以将热量传给内能大的物体
D．夏天洒水降温是利用水的比热容较大的特性
5．依据你所学的热学知识，下列说法正确的是（ ）
A．天然气燃烧越充分，其热值越大
B．发生热传递时，温度从高温物体传递给低温物体
C．汽车发动机用水做冷却物质，是因为水的比热容比较大
D．炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块不具有内能
二、计算题
6．用天然气热水器加热水，将40kg水从25℃加热到50℃，完全燃烧 天然气。已知天然气的热值为，水的比热容为 。试求：
（1）此过程中水吸收的热量是多少？
（2）天然气完全燃烧放出的热量是多少？
（3）该热水器加热这些水的效率是多少？
7．氢气—汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，氢气和汽油的热值分别取q1=1.6×108J/kg、q2=4.5×107J/kg。小军驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距198km，出发时油箱内汽油的质量为10kg。设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。
阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以72km/h的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，此过程中发动机的效率为50%；
阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小军切换汽油为燃料，轿车仍以72km/h的速度匀速行驶，当到达乙地时油箱中汽油刚好用完。
（1）求轿车行驶过程中受到的阻力；
（2）求阶段一过程中汽车消耗的氢气质量；
（3）求阶段二过程中汽车发动机的效率。
8．氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。（已知c水＝4.2×103J/（kg℃），q氢＝1.4×108J/kg。）问：
（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为500kg、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，则该氢能源公交车的效率是多少？
9．用天然气灶烧水时，把质量为、初温为的水，加热到，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为。已知水的比热容为。求：
（1）水吸收的热量是多少J？
（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？
10．一辆汽车在高速公路上做通车测试，以120km/h的速度匀速通过60km的水平路段，消耗的汽油为4L。已知汽车发动机的效率是30%，若汽油的密度为ρ汽油=0.75×103kg/m3，汽油的热值q=4.6×107J/kg，求：
（1）消耗的汽油完全燃烧释放的能量；
（2）汽车牵引力做功的功率；
（3）汽车受到的阻力大小。
三、实验题
11．小组用相关器材进行了如下实验。
（1）小红做观察“水的沸腾”实验：
①她观察到大量气泡上升到水面破裂，其中气泡主要成分是______（选填“水蒸气”或“空气”）；
②观察到如图甲所示的情景，接下来她应该______；
A．调大酒精灯火焰，继续加热直到水温达到100℃
B．撤掉烧杯上的纸板，继续加热直到水温达到100℃
C．移走酒精灯，继续观察温度计的示数，记录数据
D．继续加热2min后停止加热，观察现象，记录数据
（2）小明利用两套如图甲所示的装置，并根据实验的需要正确选取杯中液体、燃料来探究“不同物质吸热升温的现象”和比较“不同燃料燃烧放热的现象”；
①两个实验中都要控制______（填“燃料、杯中液体”）质量相等；
②根据两实验测的数据，画出的温度—时间图像均如图乙所示（不计热量的损失），由此可判断，“不同物质吸热升温的现象”中，图像a、图像b表示两种物质的比热容之比为______，“比较不同燃料燃烧放热的现象”中，图像a、图像b表示两种燃料的热值之比为______。
12．如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 _____两图进行实验：要完成本实验，燃料完全燃烧放出热量的多少，通过 _____（选填“加热的时间”或“升高的温度”）来反映的；
（2）如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体（其中一种液体是水），采用相同的燃料和相同的加热方式供热，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示 _____（选填“a”或“b”）是水。
13．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为________℃，第10秒的内能_____（选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择___________两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料__________更多（选填“a”或“b”）。
14．小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。
（1）两个实验中都要控制______（填“燃料、杯中液体”）质量相等；
（2）在探究“不同物质吸热升温的特点”时，物质吸热的多少是通过______来反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”，燃烧放热多少是通过______来反映的（填写序号）；
A．温度计上升的示数 B．加热时间
（3）假设在两个探究中根据所测数据都画出了如图图像（不计热量的损失），则根据图像可计算出，探究①“不同物质吸热升温的现象”中，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为______；②“不同燃料充分燃烧放热的现象”中，图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为______。
15．小明同学“探究不同物质吸热升温的现象”，同时又“探究不同燃料燃烧的放热能力”，他设计了两组实验装置如图所示：
（1）你认为“探究不同燃料燃烧的放热能力”应选用________（选填“甲”或“乙”）组器材；
（2）除了图中已经呈现的器材，还需要用到其他测量工具。你认为两个实验都还要用到的其他测量工具是________；
（3）甲组实验是通过________来反映物质吸收热量的多少，乙组是通过________来反映燃料放出热量的多少；
（4）小明购买了一盒薯片，取出几片用上述方法测出薯片的热值为1.4×107J/kg，他又观察到包装盒上印有“质量：100g”，他据此算出了整盒喜片能提供的热量为________J。这个结果与包装盒上注明的“能量：2.1×106”不等，原因可能是________。
四、填空题
16．氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108J/kg，完全燃烧0.6kg的氢气可放出 ___________J的热量；若用这些氢产生的热量去加热1t水，已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)，则可以升高多少___________℃。不计热量的损失。
17．小红在家用天然气灶烧开水，在标准大气压下，5kg水从20℃加热至沸腾，完全燃烧了0.1m3的天然气，此过程中，水吸收的热量是___________J，天然气灶烧水的热效率为___________。[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为4.0×107J/m3]
18．如图所示，南昌舰是我国新一代主力驱逐舰，其配备有反潜直升机和完善的声呐系统等全面搜潜和反潜装备。
（1）声呐系统是利用_______（填“超声波”或“次声波”）探测敌方潜艇的；
（2）南昌舰的排水量为1.2×104t，求南昌舰满载时受到的浮力_______；
（3）一架重力为42000N的反潜直升机静止在南昌舰上，若直升机与南昌舰的接触面积为1.2m2，求直升机对南昌舰的压强_______；
（4）南昌舰以柴油作为动力燃料，每消耗1t柴油产生的可利用的能量为1.72×1010J，求南昌舰热机的效率_______。（g取10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg）
19．阅读下面短文，并完成问题。
从蒸汽机到飞机
最早的热机是蒸汽机，原始的蒸汽机体积庞大，效率很低，随着社会的发展，迫切需要轻便的热机，于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。内燃机工作时不需要携带大量的水和煤，质量减小了，燃料在气缸内燃烧的更充分，且热损失小，效率提高了……
早期的飞机是由内燃机提供动力，从上世纪40年代开始，飞机越来越多的使用喷气发动机，机身也更多的采用复合材料，飞机的起落架上装有如图甲的导电搭地线，落地时把飞机因摩擦而带的电导入地下，防止因放电发生危险，飞机机翼的横截面如图乙所示。
（1）提高内燃机效率的途径很多，请根据文中描述列举两条：______、______；
（2）现代飞机不安装导电的搭地线，而采用特殊的橡胶轮胎，落地时与导电搭地线起到同样的效果，这种特殊的橡胶一定是______（选填“导体”或“绝缘体”）；
（3）由图乙可知，当飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，由于机翼横截面上、下不对称，机翼上表面空气流速大于下表面空气流速，下表面比上表面的压强______，机翼上下表面存在着______差，这就是产生升力的原因；
（4）流体的流速变化引起压强变化，可以给我们带来便利，但也可能造成危害，请举一个生活中防止它造成危害的实例：______。
20．汽车上的散热器采用水作为冷却剂，已知容积为25L的水箱装满初温为20℃的水，如果汽车的散热器吸收了1.89×106J的热量时，在1标准大气压下，水的温度将升高_______℃，这些热量相当于完全燃烧了_______kg的天然气放出的热量。[c水＝4.2×103J/(kg·℃），天然气热值3×107J/kg]
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．热机工作过程中不可避免地要克服机件间的摩擦而做额外功，无法使热机的效率达到100%，故A错误；
B．蒸汽机、火箭、柴油机、汽油机等都属于热机，故B错误；
C．热机排气冲程中排出废气，故C错误；
D．热机工作时时，热机先将燃料的化学能转化为内能，后把内能转化为机械能，故D正确。
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
ABC．由题意可知，火箭加速上升过程中，质量不变，速度增大，所以动能增大，高度增大，所以重力势能增大，而机械能等于势能和动能之和，所以机械能增大，故AB错误，C正确；
D．火箭加速上升过程中，燃料释放的内能不会全部转化为火箭的机械能，因为必然会存在能量损失，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
内燃机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。
故选D。
4．C
【解析】
【详解】
A．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，即热机效率 ，热机消耗的燃料越少，则放出的热量越少，则另一个变量不确定，因此其效率不一定越高，故A错误；
B．搓手取暖过程中是将机械能转化为内能，故B错误；
C．热传递的条件是温度差，热量从高温物体传递给低温物体，因此内能小的物体也可以将热量传给内能大的物体，故C正确；
D．夏天洒水降温是利用水蒸发吸热的原理降温，故D错误。
故选：C。
5．C
【解析】
【详解】
A．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、放出热量的多少以及燃烧温度的高低等均无关，故A错误；
B．发生热传递时，是高温物体释放热量传递给低温物体，而不是温度，故B错误；
C．汽车发动机用水做冷却物质，是因为水的比热容比较大，与其他相同质量的物质相比，升高相同的温度，吸收更多的热量，故C正确；
D．任何物体都有内能，炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块也具有内能，故D错误。
故选C。
6．（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
解：（1）此过程中水吸收的热量
（2）天然气完全燃烧放出的热量
（3）该热水器加热这些水的效率
答：（1）此过程中水吸收的热量是；
（2）天然气完全燃烧放出的热量是；
（3）该热水器加热这些水的效率是。
7．（1）1000N；（2）0.9kg；（3）28%
【解析】
【详解】
解：（1）汽车的速度
v=72km/h=20m/s
汽车牵引力的功率为
P=20kW=2×104W
汽车牵引力的功率
汽车的牵引力
由题意知汽车做匀速运动，故汽车所受阻力
f=F=1000N
（2）第一阶段汽车行驶时间
t=1h=3600s
第一阶段汽车行驶的距离为
s1=vt=20m/s×3600s=7.2×104m
第一阶段牵引力做的功为
W有1=Fs1=1000N×7.2×104m=7.2×107J
使用氢燃料的情况下，由汽车发动机的效率可得，氢气完全燃烧放出的热量
根据公式Q放=mq可得消耗氢气的质量
（3）第一阶段汽车行驶的路程
s1=v1t1=72km/h×1h=72km
则第二阶段行驶的路程
s2=s-s1=198km-72km=126km=1.26×105m
第二阶段牵引力做的功
W有2=Fs2=1000N×1.26×105m=1.26×108J
10kg汽油完全燃烧放出的热量
Q放2=m2q2=10kg×4.5×107J/kg=4.5×108J
则第二阶段中汽车发动机的效率
答：（1）汽车行驶过程中受到的阻力为1000N；
（2）阶段一过程中汽车消耗的氢气质量是0.9kg；
（3）阶段二过程中汽车发动机的效率为28%。
8．（1）8.4×107J；（2）40℃；（3）50%
【解析】
【详解】
解：（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放＝m氢q＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J
（2）水吸收的热量
Q吸＝Q放＝8.4×107J
水升高的温度
Δt＝＝＝40℃
（3）公交车做功
W＝Pt＝140×103W×5×60s＝4.2×107J
公交车的效率
η＝×100%＝×100%＝50%
答：（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是8.4×107J；
（2）水升高的温度是40℃；
（3）该氢能源公交车的效率是50%。
9．（1）；（2）20%
【解析】
【详解】
解：（1）水吸收的热量是
（2）天然气灶烧水时的热效率是
答：（1）水吸收的热量是；
（2）天然气灶烧水时的热效率是20%。
10．（1）1.38×108J；（2）2.3×104W；（3）690N
【解析】
【详解】
解：（1）汽油的体积
4L=4×10-3m3
汽油的质量
m=ρ汽油V=0.75×103kg/m3×4×10-3m3=3kg
汽油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J
（2）牵引力所做的功
W=ηQ放=30%×1.38×108J=4.14×107J
汽车通过这段路程所需的时间
汽车牵引力做功的功率
（3）根据
可知，汽车发动机牵引力大小为
汽车匀速直线行驶，处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以汽车受到的阻力为
f=F=690N
答：（1）汽油完全燃烧释放的热量为1.38×108J；
（2）汽车牵引力做功的功率为2.3×104W；
（3）汽车受到的阻力大小为690N。
11． 水蒸气 D 杯中液体 3∶8 2∶1
【解析】
【详解】
（1）①[1]沸腾是液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，观察到大量的气泡产生，气泡不断上升到水面破裂，其中气泡中水汽化形成的水蒸气。
②[2]图甲中气泡上升过程中逐渐变大，水已经沸腾，水沸腾后为探究水沸腾时温度的变化特点，应该继续用酒精灯加热几分钟，观察温度计的示数，记录数据，故D正确。
（2）①[3]比较不同物质吸热升温的现象，升高相同的温度，比较质量和初温相同的液体吸收的热量；为了比较不同燃料燃烧放出的热量热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，所以两个实验中都要控制杯中液体质量相等。
②[4]由图可知，两种液体温度都升高10℃，a物质的加热时间为15min，b物质的加热时间为40min，由转换法可知，两种物质吸收热量之比为
15min∶40min=3∶8
根据Q=cmΔt，在质量和升高温度相同的情况下，吸热多少与比热容成正比，两种物质的比热容之比为
ca∶cb=3∶8
[5]同种液体的质量相同，根据Q=cmΔt，吸热多少与升高的温度成正比，两种物质吸热之比为
20℃∶10℃=2∶1
则燃料燃烧放出的热量之比为2∶1，根据在燃料质量相同的条件下，热量与热值成正比，两种燃料的热值之比为2∶1。
12． 甲、丙 升高的温度 b
【解析】
【详解】
（1）[1]要比较不同燃料的热值，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，应选择甲、丙两图进行实验。
[2]根据转换法可知，燃料完全燃烧放出热量的多少，可以通过温度计示数的变化量来反映。
（2）[3]如图丁所示，加热相同的时间，即吸收相同的热量，a液体的温度升高得较快，b液体的温度升高得慢，根据比较吸热能力的方法，故b液体的比热容较大，即b液体是水。
13． 97 小于 甲、乙 a
【解析】
【详解】
（1）[1]由图丁可知，a液体沸腾时的温度是97℃，a液体的沸点是97℃。
[2]液体沸腾过程中，吸收热量，内能增加，第10秒的内能小于第12秒的内能。
（2）[3]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。
（3）[4]若液体a的吸热能力越强，表示比热容越大，实验要使中a、b升高相同温度，根据Q=cmΔt知液体a吸收的热量多，根据Q放=mq知a消耗的燃料越多。
14． 杯中液体 B A 1：4 2：1
【解析】
【详解】
（1）[1]在探究不同物质吸热升温现象的实验中，除了物质的种类不同外，其它因素都应保持一样，所以应让杯中的液体质量相等；在探究不同燃料充分燃烧放热现象的实验中，除了燃料的种类不同外，其它因素都应一致，所以杯中液体的质量应相等。所以两个实验都控制杯中液体的质量相等。
（2）[2]在探究不同物质吸热升温特点时，应让相同的热源给不同种类的质量相同的液体加热，则在相同时间内热源放出的热量相同，液体吸收的热量也相同，不同时间内吸收的热量不同，所以物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。故A不符合题意，B符合题意。
故选B。
[3]在探究燃料燃烧放出的热量的实验中，应让质量相同的不同种燃料给质量相同的同种液体加热，则液体吸收的热量不同，温度计的示数也不同，所以燃烧放热的多少是通过温度计上升的示数来反映的，故A符合题意，B不符合题意。
故选A。
（3）[4]由图像知，两种液体的温度都升到40℃即升高相同的温度10℃时，图像一的物质用时10min，图像二的物质用时40min，那么升高相同的温度，图像二的物质吸收的热量是图像一物质吸收热量的4倍。据Q吸=cm(t-t0)知，在质量相同、升高温度相同时，比热容与吸收的热量成正比，所以
c1:c2=Q吸1:Q吸2=1︰4
[5]由图像知，完全燃烧质量相同的不同种燃料给相同的液体加热时，图像一、二中的液体升高的温度分别为
，
即在这个过程中，图像一液体吸收的热量是图像二液体吸收的热量的2倍，而燃料燃烧放出的热量全部被液体吸收，所以图像一中燃料完全燃烧放出的热量是图像二中燃烧完全燃烧放出热量的2倍。据Q放=mq知，完全燃烧相同质量的燃料时，热值与放出的热量成正比，所以
q1:q2=Q放1:Q放2=2︰1
15． 乙 天平 加热时间 水升高的温度 1.4×106J 见解析
【解析】
【详解】
（1）[1]研究不同燃料燃烧放热能力应用不同的燃料，加热相同的物体，因此选乙组器材。
（2）[2]观察甲、乙两图，物质的质量都必须相等，因此还要用天平称量质量，即要用到相同的器材是天平。
（3）[3]甲组实验用相同的加热装置，所以是通过加热时间的多少来反映物质吸收热量的多少。
[4]乙组燃料放出热量的多少不易直接测量,所以是通过水温升高的度数或水温的变化来反映燃料放出热量的多少。
（4）[5]包装盒上印有质量为
m= 100g=0.1 kg
整盒薯片能提供的热量为
Q放=mq=0.1kg×1.4×107J/kg=1.4×106J=1400kJ
[6]用实验中测得的薯片的热值，计算出整盒薯片能提供的热量小于包装盒上注明的能量，原因可能是实验中有部分热量直接散发到了空气中，所以存在热量的损失，且实验时薯片可能没有完全燃烧。
16． 8.4×107 20
【解析】
【详解】
[1]完全燃烧0.6kg的氢气放出的热量
Q放=qm=1.4×108J/kg×0.6kg=8.4×107J
[2]若用这些氢产生的热量去加热1t水，不计热量的损失，水吸收的热量
Q吸=Q放=8.4×107J
水升高的温度
17． 1.68×106 42%
【解析】
【详解】
[1]水吸收的热量是
[2]天然气完全燃烧释放的热量为
天然气灶烧水的热效率为
18． 超声波 1.2×108N 3.5×104Pa 40%
【解析】
【详解】
（1）[1]声呐系统是利用超声波来工作的。
（2）[2]南昌舰满载时，漂浮在水面，由浮沉条件可知，满载时所受浮力为
F浮＝G排＝m排g＝1.2×107kg×10N/kg＝1.2×108N
（3）[3]直升机对南昌舰的压强为
（4）[4]完全燃烧1t汽油放出的热量为
Q放＝mq柴油＝1×103kg×4.3×107J/kg＝4.3×1010J
南昌舰热机的效率
19． 让燃料燃烧更充分 减小热损失 导体 大 压强 在火车站，距离站台边缘一定距离设立安全线（或油烟机抽走油烟等）
【解析】
【详解】
（1）[1][2]由题可知“内燃机工作时不需要携带大量的水和煤，质量减小了，燃料在气缸内燃烧的更充分，且热损失小，效率提高了……”，则文中给出提高内燃机效率的途径是：让燃料燃烧更充分、减小热损失。
（2）[3]现代飞机不安装导电的搭地线，而采用特殊的橡胶轮胎，落地时与导电搭地线起到同样的效果，即落地时把飞机因摩擦而带的电导入地下，所以特殊的橡胶和导电的搭地线一样都是导体。
（3）[4][5]由题知，当飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，由于机翼横截面上、下不对称，机翼上表面空气流速大于下表面空气流速，根据流体压强与流速的关系可知，下表面比上表面的压强大，使机翼上下表面存在向上的压强差（压力差），从而产生向上的升力。
（4）[6]流体在流速越快的位置压强越小，防止流体压强与流速关系带来危害的实例有：在火车站，距离站台边缘一定距离设立安全线（即火车站站台设立安全线），或油烟机抽走油烟等。
20． 18 0.063
【解析】
【详解】
[1]水箱中水的质量
m＝ρV＝1.0×103kg/m3×25×10-3m3＝25kg
由Q吸＝c水mΔt可知，水升高的温度
[2]天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝Q吸＝1.89×106J
需要完全燃烧天然气的质量
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
一、单选题
1．下列关于热机的说法正确的是（ ）
A．热机的效率为100% B．热机只有汽油机和柴油机两种
C．好的热机工作时不排放废气 D．热机工作时都要利用燃料的化学能
2．2020年11月24日，我国在海南文昌航天发射场用长征五号运载火箭，成功将嫦娥五号探测器送入预定轨道（如图）。不考虑火箭自身质量变化，火箭加速上升过程中下列说法中正确的是（ ）
A．重力势能增大，动能减小 B．机械能保持不变
C．机械能增大 D．燃料释放的内能全部转化为火箭的机械能
3．内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（ ）
A．7% B．28% C．31% D．34%
4．下列说法正确的是（ ）
A．热机消耗的燃料越少其效率就越高
B．在搓手取暖过程中内能转化为机械能
C．内能小的物体也可以将热量传给内能大的物体
D．夏天洒水降温是利用水的比热容较大的特性
5．依据你所学的热学知识，下列说法正确的是（ ）
A．天然气燃烧越充分，其热值越大
B．发生热传递时，温度从高温物体传递给低温物体
C．汽车发动机用水做冷却物质，是因为水的比热容比较大
D．炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块不具有内能
二、计算题
6．用天然气热水器加热水，将40kg水从25℃加热到50℃，完全燃烧 天然气。已知天然气的热值为，水的比热容为 。试求：
（1）此过程中水吸收的热量是多少？
（2）天然气完全燃烧放出的热量是多少？
（3）该热水器加热这些水的效率是多少？
7．氢气—汽油发动机采用氢气和汽油两种燃料工作，可进行自由切换，氢气和汽油的热值分别取q1=1.6×108J/kg、q2=4.5×107J/kg。小军驾驶使用上述发动机的轿车沿平直公路从甲地至乙地，两地相距198km，出发时油箱内汽油的质量为10kg。设氢气和汽油在气缸内均完全燃烧，轿车行驶中所受阻力恒定，发动机输出的能量全部用来驱动轿车行驶，全程分两个阶段，如图所示。
阶段一：轿车使用氢燃料从甲地出发，以72km/h的速度匀速行驶1h到达丙地，此过程中轿车牵引力的功率为20kW，此过程中发动机的效率为50%；
阶段二：从丙地开始，由于氢气不足，小军切换汽油为燃料，轿车仍以72km/h的速度匀速行驶，当到达乙地时油箱中汽油刚好用完。
（1）求轿车行驶过程中受到的阻力；
（2）求阶段一过程中汽车消耗的氢气质量；
（3）求阶段二过程中汽车发动机的效率。
8．氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。（已知c水＝4.2×103J/（kg℃），q氢＝1.4×108J/kg。）问：
（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为500kg、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，则该氢能源公交车的效率是多少？
9．用天然气灶烧水时，把质量为、初温为的水，加热到，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为。已知水的比热容为。求：
（1）水吸收的热量是多少J？
（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？
10．一辆汽车在高速公路上做通车测试，以120km/h的速度匀速通过60km的水平路段，消耗的汽油为4L。已知汽车发动机的效率是30%，若汽油的密度为ρ汽油=0.75×103kg/m3，汽油的热值q=4.6×107J/kg，求：
（1）消耗的汽油完全燃烧释放的能量；
（2）汽车牵引力做功的功率；
（3）汽车受到的阻力大小。
三、实验题
11．小组用相关器材进行了如下实验。
（1）小红做观察“水的沸腾”实验：
①她观察到大量气泡上升到水面破裂，其中气泡主要成分是______（选填“水蒸气”或“空气”）；
②观察到如图甲所示的情景，接下来她应该______；
A．调大酒精灯火焰，继续加热直到水温达到100℃
B．撤掉烧杯上的纸板，继续加热直到水温达到100℃
C．移走酒精灯，继续观察温度计的示数，记录数据
D．继续加热2min后停止加热，观察现象，记录数据
（2）小明利用两套如图甲所示的装置，并根据实验的需要正确选取杯中液体、燃料来探究“不同物质吸热升温的现象”和比较“不同燃料燃烧放热的现象”；
①两个实验中都要控制______（填“燃料、杯中液体”）质量相等；
②根据两实验测的数据，画出的温度—时间图像均如图乙所示（不计热量的损失），由此可判断，“不同物质吸热升温的现象”中，图像a、图像b表示两种物质的比热容之比为______，“比较不同燃料燃烧放热的现象”中，图像a、图像b表示两种燃料的热值之比为______。
12．如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择 _____两图进行实验：要完成本实验，燃料完全燃烧放出热量的多少，通过 _____（选填“加热的时间”或“升高的温度”）来反映的；
（2）如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体（其中一种液体是水），采用相同的燃料和相同的加热方式供热，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示 _____（选填“a”或“b”）是水。
13．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为________℃，第10秒的内能_____（选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择___________两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料__________更多（选填“a”或“b”）。
14．小王和小明利用如图两套装置探究①“不同物质吸热升温的现象”以及②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，液体和燃料的质量以及种类根据实验的需要和方便进行正确选取。
（1）两个实验中都要控制______（填“燃料、杯中液体”）质量相等；
（2）在探究“不同物质吸热升温的特点”时，物质吸热的多少是通过______来反映的；在探究“燃料燃烧放出的热量”，燃烧放热多少是通过______来反映的（填写序号）；
A．温度计上升的示数 B．加热时间
（3）假设在两个探究中根据所测数据都画出了如图图像（不计热量的损失），则根据图像可计算出，探究①“不同物质吸热升温的现象”中，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为______；②“不同燃料充分燃烧放热的现象”中，图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为______。
15．小明同学“探究不同物质吸热升温的现象”，同时又“探究不同燃料燃烧的放热能力”，他设计了两组实验装置如图所示：
（1）你认为“探究不同燃料燃烧的放热能力”应选用________（选填“甲”或“乙”）组器材；
（2）除了图中已经呈现的器材，还需要用到其他测量工具。你认为两个实验都还要用到的其他测量工具是________；
（3）甲组实验是通过________来反映物质吸收热量的多少，乙组是通过________来反映燃料放出热量的多少；
（4）小明购买了一盒薯片，取出几片用上述方法测出薯片的热值为1.4×107J/kg，他又观察到包装盒上印有“质量：100g”，他据此算出了整盒喜片能提供的热量为________J。这个结果与包装盒上注明的“能量：2.1×106”不等，原因可能是________。
四、填空题
16．氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108J/kg，完全燃烧0.6kg的氢气可放出 ___________J的热量；若用这些氢产生的热量去加热1t水，已知水的比热容c水=4.2×103J/(kg·℃)，则可以升高多少___________℃。不计热量的损失。
17．小红在家用天然气灶烧开水，在标准大气压下，5kg水从20℃加热至沸腾，完全燃烧了0.1m3的天然气，此过程中，水吸收的热量是___________J，天然气灶烧水的热效率为___________。[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为4.0×107J/m3]
18．如图所示，南昌舰是我国新一代主力驱逐舰，其配备有反潜直升机和完善的声呐系统等全面搜潜和反潜装备。
（1）声呐系统是利用_______（填“超声波”或“次声波”）探测敌方潜艇的；
（2）南昌舰的排水量为1.2×104t，求南昌舰满载时受到的浮力_______；
（3）一架重力为42000N的反潜直升机静止在南昌舰上，若直升机与南昌舰的接触面积为1.2m2，求直升机对南昌舰的压强_______；
（4）南昌舰以柴油作为动力燃料，每消耗1t柴油产生的可利用的能量为1.72×1010J，求南昌舰热机的效率_______。（g取10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg）
19．阅读下面短文，并完成问题。
从蒸汽机到飞机
最早的热机是蒸汽机，原始的蒸汽机体积庞大，效率很低，随着社会的发展，迫切需要轻便的热机，于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。内燃机工作时不需要携带大量的水和煤，质量减小了，燃料在气缸内燃烧的更充分，且热损失小，效率提高了……
早期的飞机是由内燃机提供动力，从上世纪40年代开始，飞机越来越多的使用喷气发动机，机身也更多的采用复合材料，飞机的起落架上装有如图甲的导电搭地线，落地时把飞机因摩擦而带的电导入地下，防止因放电发生危险，飞机机翼的横截面如图乙所示。
（1）提高内燃机效率的途径很多，请根据文中描述列举两条：______、______；
（2）现代飞机不安装导电的搭地线，而采用特殊的橡胶轮胎，落地时与导电搭地线起到同样的效果，这种特殊的橡胶一定是______（选填“导体”或“绝缘体”）；
（3）由图乙可知，当飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，由于机翼横截面上、下不对称，机翼上表面空气流速大于下表面空气流速，下表面比上表面的压强______，机翼上下表面存在着______差，这就是产生升力的原因；
（4）流体的流速变化引起压强变化，可以给我们带来便利，但也可能造成危害，请举一个生活中防止它造成危害的实例：______。
20．汽车上的散热器采用水作为冷却剂，已知容积为25L的水箱装满初温为20℃的水，如果汽车的散热器吸收了1.89×106J的热量时，在1标准大气压下，水的温度将升高_______℃，这些热量相当于完全燃烧了_______kg的天然气放出的热量。[c水＝4.2×103J/(kg·℃），天然气热值3×107J/kg]
参考答案：
1．D
【解析】
【详解】
A．热机工作过程中不可避免地要克服机件间的摩擦而做额外功，无法使热机的效率达到100%，故A错误；
B．蒸汽机、火箭、柴油机、汽油机等都属于热机，故B错误；
C．热机排气冲程中排出废气，故C错误；
D．热机工作时时，热机先将燃料的化学能转化为内能，后把内能转化为机械能，故D正确。
故选D。
2．C
【解析】
【详解】
ABC．由题意可知，火箭加速上升过程中，质量不变，速度增大，所以动能增大，高度增大，所以重力势能增大，而机械能等于势能和动能之和，所以机械能增大，故AB错误，C正确；
D．火箭加速上升过程中，燃料释放的内能不会全部转化为火箭的机械能，因为必然会存在能量损失，故D错误。
故选C。
3．D
【解析】
【详解】
内燃机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。
故选D。
4．C
【解析】
【详解】
A．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，即热机效率 ，热机消耗的燃料越少，则放出的热量越少，则另一个变量不确定，因此其效率不一定越高，故A错误；
B．搓手取暖过程中是将机械能转化为内能，故B错误；
C．热传递的条件是温度差，热量从高温物体传递给低温物体，因此内能小的物体也可以将热量传给内能大的物体，故C正确；
D．夏天洒水降温是利用水蒸发吸热的原理降温，故D错误。
故选：C。
5．C
【解析】
【详解】
A．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、放出热量的多少以及燃烧温度的高低等均无关，故A错误；
B．发生热传递时，是高温物体释放热量传递给低温物体，而不是温度，故B错误；
C．汽车发动机用水做冷却物质，是因为水的比热容比较大，与其他相同质量的物质相比，升高相同的温度，吸收更多的热量，故C正确；
D．任何物体都有内能，炽热的铁水具有内能，冰冷的铁块也具有内能，故D错误。
故选C。
6．（1）；（2）；（3）
【解析】
【详解】
解：（1）此过程中水吸收的热量
（2）天然气完全燃烧放出的热量
（3）该热水器加热这些水的效率
答：（1）此过程中水吸收的热量是；
（2）天然气完全燃烧放出的热量是；
（3）该热水器加热这些水的效率是。
7．（1）1000N；（2）0.9kg；（3）28%
【解析】
【详解】
解：（1）汽车的速度
v=72km/h=20m/s
汽车牵引力的功率为
P=20kW=2×104W
汽车牵引力的功率
汽车的牵引力
由题意知汽车做匀速运动，故汽车所受阻力
f=F=1000N
（2）第一阶段汽车行驶时间
t=1h=3600s
第一阶段汽车行驶的距离为
s1=vt=20m/s×3600s=7.2×104m
第一阶段牵引力做的功为
W有1=Fs1=1000N×7.2×104m=7.2×107J
使用氢燃料的情况下，由汽车发动机的效率可得，氢气完全燃烧放出的热量
根据公式Q放=mq可得消耗氢气的质量
（3）第一阶段汽车行驶的路程
s1=v1t1=72km/h×1h=72km
则第二阶段行驶的路程
s2=s-s1=198km-72km=126km=1.26×105m
第二阶段牵引力做的功
W有2=Fs2=1000N×1.26×105m=1.26×108J
10kg汽油完全燃烧放出的热量
Q放2=m2q2=10kg×4.5×107J/kg=4.5×108J
则第二阶段中汽车发动机的效率
答：（1）汽车行驶过程中受到的阻力为1000N；
（2）阶段一过程中汽车消耗的氢气质量是0.9kg；
（3）阶段二过程中汽车发动机的效率为28%。
8．（1）8.4×107J；（2）40℃；（3）50%
【解析】
【详解】
解：（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放＝m氢q＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J
（2）水吸收的热量
Q吸＝Q放＝8.4×107J
水升高的温度
Δt＝＝＝40℃
（3）公交车做功
W＝Pt＝140×103W×5×60s＝4.2×107J
公交车的效率
η＝×100%＝×100%＝50%
答：（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是8.4×107J；
（2）水升高的温度是40℃；
（3）该氢能源公交车的效率是50%。
9．（1）；（2）20%
【解析】
【详解】
解：（1）水吸收的热量是
（2）天然气灶烧水时的热效率是
答：（1）水吸收的热量是；
（2）天然气灶烧水时的热效率是20%。
10．（1）1.38×108J；（2）2.3×104W；（3）690N
【解析】
【详解】
解：（1）汽油的体积
4L=4×10-3m3
汽油的质量
m=ρ汽油V=0.75×103kg/m3×4×10-3m3=3kg
汽油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J
（2）牵引力所做的功
W=ηQ放=30%×1.38×108J=4.14×107J
汽车通过这段路程所需的时间
汽车牵引力做功的功率
（3）根据
可知，汽车发动机牵引力大小为
汽车匀速直线行驶，处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以汽车受到的阻力为
f=F=690N
答：（1）汽油完全燃烧释放的热量为1.38×108J；
（2）汽车牵引力做功的功率为2.3×104W；
（3）汽车受到的阻力大小为690N。
11． 水蒸气 D 杯中液体 3∶8 2∶1
【解析】
【详解】
（1）①[1]沸腾是液体表面和内部同时发生的剧烈的汽化现象，观察到大量的气泡产生，气泡不断上升到水面破裂，其中气泡中水汽化形成的水蒸气。
②[2]图甲中气泡上升过程中逐渐变大，水已经沸腾，水沸腾后为探究水沸腾时温度的变化特点，应该继续用酒精灯加热几分钟，观察温度计的示数，记录数据，故D正确。
（2）①[3]比较不同物质吸热升温的现象，升高相同的温度，比较质量和初温相同的液体吸收的热量；为了比较不同燃料燃烧放出的热量热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，所以两个实验中都要控制杯中液体质量相等。
②[4]由图可知，两种液体温度都升高10℃，a物质的加热时间为15min，b物质的加热时间为40min，由转换法可知，两种物质吸收热量之比为
15min∶40min=3∶8
根据Q=cmΔt，在质量和升高温度相同的情况下，吸热多少与比热容成正比，两种物质的比热容之比为
ca∶cb=3∶8
[5]同种液体的质量相同，根据Q=cmΔt，吸热多少与升高的温度成正比，两种物质吸热之比为
20℃∶10℃=2∶1
则燃料燃烧放出的热量之比为2∶1，根据在燃料质量相同的条件下，热量与热值成正比，两种燃料的热值之比为2∶1。
12． 甲、丙 升高的温度 b
【解析】
【详解】
（1）[1]要比较不同燃料的热值，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，应选择甲、丙两图进行实验。
[2]根据转换法可知，燃料完全燃烧放出热量的多少，可以通过温度计示数的变化量来反映。
（2）[3]如图丁所示，加热相同的时间，即吸收相同的热量，a液体的温度升高得较快，b液体的温度升高得慢，根据比较吸热能力的方法，故b液体的比热容较大，即b液体是水。
13． 97 小于 甲、乙 a
【解析】
【详解】
（1）[1]由图丁可知，a液体沸腾时的温度是97℃，a液体的沸点是97℃。
[2]液体沸腾过程中，吸收热量，内能增加，第10秒的内能小于第12秒的内能。
（2）[3]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。
（3）[4]若液体a的吸热能力越强，表示比热容越大，实验要使中a、b升高相同温度，根据Q=cmΔt知液体a吸收的热量多，根据Q放=mq知a消耗的燃料越多。
14． 杯中液体 B A 1：4 2：1
【解析】
【详解】
（1）[1]在探究不同物质吸热升温现象的实验中，除了物质的种类不同外，其它因素都应保持一样，所以应让杯中的液体质量相等；在探究不同燃料充分燃烧放热现象的实验中，除了燃料的种类不同外，其它因素都应一致，所以杯中液体的质量应相等。所以两个实验都控制杯中液体的质量相等。
（2）[2]在探究不同物质吸热升温特点时，应让相同的热源给不同种类的质量相同的液体加热，则在相同时间内热源放出的热量相同，液体吸收的热量也相同，不同时间内吸收的热量不同，所以物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。故A不符合题意，B符合题意。
故选B。
[3]在探究燃料燃烧放出的热量的实验中，应让质量相同的不同种燃料给质量相同的同种液体加热，则液体吸收的热量不同，温度计的示数也不同，所以燃烧放热的多少是通过温度计上升的示数来反映的，故A符合题意，B不符合题意。
故选A。
（3）[4]由图像知，两种液体的温度都升到40℃即升高相同的温度10℃时，图像一的物质用时10min，图像二的物质用时40min，那么升高相同的温度，图像二的物质吸收的热量是图像一物质吸收热量的4倍。据Q吸=cm(t-t0)知，在质量相同、升高温度相同时，比热容与吸收的热量成正比，所以
c1:c2=Q吸1:Q吸2=1︰4
[5]由图像知，完全燃烧质量相同的不同种燃料给相同的液体加热时，图像一、二中的液体升高的温度分别为
，
即在这个过程中，图像一液体吸收的热量是图像二液体吸收的热量的2倍，而燃料燃烧放出的热量全部被液体吸收，所以图像一中燃料完全燃烧放出的热量是图像二中燃烧完全燃烧放出热量的2倍。据Q放=mq知，完全燃烧相同质量的燃料时，热值与放出的热量成正比，所以
q1:q2=Q放1:Q放2=2︰1
15． 乙 天平 加热时间 水升高的温度 1.4×106J 见解析
【解析】
【详解】
（1）[1]研究不同燃料燃烧放热能力应用不同的燃料，加热相同的物体，因此选乙组器材。
（2）[2]观察甲、乙两图，物质的质量都必须相等，因此还要用天平称量质量，即要用到相同的器材是天平。
（3）[3]甲组实验用相同的加热装置，所以是通过加热时间的多少来反映物质吸收热量的多少。
[4]乙组燃料放出热量的多少不易直接测量,所以是通过水温升高的度数或水温的变化来反映燃料放出热量的多少。
（4）[5]包装盒上印有质量为
m= 100g=0.1 kg
整盒薯片能提供的热量为
Q放=mq=0.1kg×1.4×107J/kg=1.4×106J=1400kJ
[6]用实验中测得的薯片的热值，计算出整盒薯片能提供的热量小于包装盒上注明的能量，原因可能是实验中有部分热量直接散发到了空气中，所以存在热量的损失，且实验时薯片可能没有完全燃烧。
16． 8.4×107 20
【解析】
【详解】
[1]完全燃烧0.6kg的氢气放出的热量
Q放=qm=1.4×108J/kg×0.6kg=8.4×107J
[2]若用这些氢产生的热量去加热1t水，不计热量的损失，水吸收的热量
Q吸=Q放=8.4×107J
水升高的温度
17． 1.68×106 42%
【解析】
【详解】
[1]水吸收的热量是
[2]天然气完全燃烧释放的热量为
天然气灶烧水的热效率为
18． 超声波 1.2×108N 3.5×104Pa 40%
【解析】
【详解】
（1）[1]声呐系统是利用超声波来工作的。
（2）[2]南昌舰满载时，漂浮在水面，由浮沉条件可知，满载时所受浮力为
F浮＝G排＝m排g＝1.2×107kg×10N/kg＝1.2×108N
（3）[3]直升机对南昌舰的压强为
（4）[4]完全燃烧1t汽油放出的热量为
Q放＝mq柴油＝1×103kg×4.3×107J/kg＝4.3×1010J
南昌舰热机的效率
19． 让燃料燃烧更充分 减小热损失 导体 大 压强 在火车站，距离站台边缘一定距离设立安全线（或油烟机抽走油烟等）
【解析】
【详解】
（1）[1][2]由题可知“内燃机工作时不需要携带大量的水和煤，质量减小了，燃料在气缸内燃烧的更充分，且热损失小，效率提高了……”，则文中给出提高内燃机效率的途径是：让燃料燃烧更充分、减小热损失。
（2）[3]现代飞机不安装导电的搭地线，而采用特殊的橡胶轮胎，落地时与导电搭地线起到同样的效果，即落地时把飞机因摩擦而带的电导入地下，所以特殊的橡胶和导电的搭地线一样都是导体。
（3）[4][5]由题知，当飞机前进时，机翼与周围的空气发生相对运动，由于机翼横截面上、下不对称，机翼上表面空气流速大于下表面空气流速，根据流体压强与流速的关系可知，下表面比上表面的压强大，使机翼上下表面存在向上的压强差（压力差），从而产生向上的升力。
（4）[6]流体在流速越快的位置压强越小，防止流体压强与流速关系带来危害的实例有：在火车站，距离站台边缘一定距离设立安全线（即火车站站台设立安全线），或油烟机抽走油烟等。
20． 18 0.063
【解析】
【详解】
[1]水箱中水的质量
m＝ρV＝1.0×103kg/m3×25×10-3m3＝25kg
由Q吸＝c水mΔt可知，水升高的温度
[2]天然气完全燃烧放出的热量
Q放＝Q吸＝1.89×106J
需要完全燃烧天然气的质量
试卷第1页，共3页
试卷第1页，共3页
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