14.2热机的效率 课时作业（含解析） 2024-2025学年物理人教版九年级全一册

14.2热机的效率
一、单选题：本大题共5小题，共10分。
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. 热机做的有用功越多，热机的效率越高
2.关于热机的效率，下列说法正确的是( )
A. 热机的效率越高说明做功越快
B. 热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少
C. 热机损失的能量中，主要是由于机械摩擦损失的，废气带走的能量较少
D. 一般情况下蒸汽机的效率比汽油机的高
3.汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是( )
A. 甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高
B. 由乙图可知该汽油机的效率是
C. 汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值
D. 为节能，冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措降低了燃料的利用率
4.关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A. 热机做的有用功越多，效率一定越高
B. 热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C. 热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D. 热机做功越快，效率一定越高
5.小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像如图。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是( )
A. 整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多
B. 前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为
C. 消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
D. 酒精灯加热的效率为
二、填空题：本大题共7小题，共14分。
6.元宵节小明用热效率为的酒精炉煮元宵，他将质量为、初温为的水加热至，需要消耗酒精_____g。[已知水的比热容为，酒精的热值为
7.用电水壶烧水时，如果将壶内的水的温度升高，水吸收的热量是，那么壶内水的质量是__________kg；这些热量如果用加热效率是的天然气炉提供，需要__________的天然气。天然气热值
8.小军用天然气将体积为2L、初温为的水加热到，水吸收的热量是__________J；若此过程的热效率为，则消耗天然气__________。
9.如图所示，小明同学购买了一款户外分体式燃气炉，准备去户外野炊。用该燃气炉烧水时，把1kg初温为的水加热到，则水吸收的热量为__________J。这是通过__________的方式来改变水的内能的。燃气罐中的燃气用掉一半后，剩余燃气的热值__________选填“变大”“变小”或“不变”。
10.人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤、天然气的放热本领各不相同，是因为它们的_________选填“热量”“热值”或“比热容”不同，完全燃烧的天然气放出热量的被水吸收，可将_________kg的水烧开，这是通过_________方式改变水的内能。[已知大气压为标准大气压，，
11.校车在某段平直路面上以的速度匀速行驶，通过的路程为_________km；若在此过程中消耗1kg柴油，发动机输出有用的机械功为，校车发动机的效率为________。柴油热值为
12.中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。
表1
第1代 第2代 第3代 第4代
燃 料 氧气和汽油混合 偏二甲胼 煤 油 液态氢
氧化剂 四氧化二氮 液态氧 液态氧
表2
燃料 热值 燃料 热值
汽油 煤油
柴油 氢
使用氢作为燃料的主要优点是：_____和_____；
某火箭发射时携带了液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为的水加热至沸腾_____？当地大气压为1标准大气压]
氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率_____。
三、实验探究题：本大题共3小题，共18分。
13.探究小组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”，液体和燃料的质量及种类根据实验需要和方便进行选取。
在组装器材时应先调节______选填“A”或“B”的高度：两个实验中都要控制______填“燃料”或“杯中液体”质量相等；
探究“不同物质吸热升温现象”，物质吸热多少是通过______反映；
在两个探究中根据所测数据都画出了如图丙中的图像不计热量的损失，根据图像可计算：①“不同物质吸热升温的现象”，若图像一所对应的物质的比热容为，则图像二所对应的物质的比热容为______；②“不同燃料充分燃烧放热的现象”，图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为______。
14.辉辉同学探究了“不同物质吸热升温的现象”，同时又探究了“不同燃料燃烧的放热能力”，他设计了甲、乙两组实验装置如图所示：

你认为研究不同燃料燃烧放热能力应选用__________组器材选填“甲”、“乙”；
两组实验中仪器安装的顺序是__________选填“自下而上”、“自上而下”；
甲实验中，除了图中的器材，还要用到的测量器材是停表和__________；
乙实验中两边的水的质量__________相等选填“需要”、“不需要”这里涉及到的科学方法是__________；
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。选填“加热时间的长短”、“水温升高的度数”。
15.如图所示，小悦用完全相同的甲、乙、丙三个装置研究不同物质的热学性质。三图中燃料的质量相同，烧杯内液体的质量和初温均相同。燃料a、b全部燃烧完所用的时间分别为、，且液体都未沸腾。
甲图中，在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是：先调整固定_____选填“A”或“B”的位置；
为了比较不同燃料的热值，应选择_____两图进行实验，实验中通过比较_____选填“加热时间”或“液体升高的温度”来比较燃料燃烧放出热量的多少。若同时加热，则记录并比较两支温度计示数的最合理的时刻是_____；
A.时时时各自刚燃烧完时
为了比较两种液体的比热容，需让它们升高相同的温度，通过比较_____知道两种液体吸收热量的多少。
四、计算题：本大题共3小题，共24分。
16.如图所示为某品牌便携式丁烷气炉，其相关参数如表所示。某次在标准大气压下用该燃气炉最大火力将锅内、2kg的水烧开，已知，，求：
最大火力 热效率 产品净重 产品毛重
水吸收的热量；
消耗丁烷气体的质量；
加热所需要的时间。
17.某汽车在水平地面上以的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为，消耗汽油假设汽油在发动机汽缸内完全燃烧，汽油热值取，。针对这一过程，求：
汽车行驶的路程；
汽车受到的阻力；
汽车发动机的效率。
18.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，。问：
质量为的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
若这些热量全部被质量为500kg、温度为的水吸收，水升高的温度是多少？
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，则该氢能源公交车的效率是多少？
答案和解析
1.【答案】B
【解析】【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热机效率的定义、提高热机的效率的方法
【详解】热值是燃料的一种特性，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，可以提高热机的效率，故B正确；
C.热值是燃料的一种特性，与放出热量的多少无关，故C错误；
D.热机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，若热机做的有用功越多，但燃料完全燃烧放出的能量多少不确定，所以效率不能确定，故D错误。
故选B。
2.【答案】B
【解析】【知识点】提高热机的效率的方法
【详解】热机效率越高，代表能量利用率越高，与做功快慢无关，功率才是表示做功快慢的物理量，故A错误；
B.热机效率越高，代表做有用功的能量占燃料完全燃烧释放的能量的比例越高，所以做同样的功，即有用功相同，热机效率越高需要消耗的能量就越少，故B正确；
C.热机工作过程中废气带走的热量最多，故C错误；
D.汽油机的热机效率高于蒸汽机的热机效率，故D错误。
故选B。
3.【答案】A
【解析】【分析】
本题考查了四冲程内燃机的工作过程、热值和热机效率等知识的了解和掌握，属于基础题。
根据气门的闭合情况、活塞的运动情况分析是哪个冲程；
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，结合图中数据分析；
燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关；
汽车的尾气含有大量的内能，利用尾气中的内能可以增加能量的利用率。
【解答】
解：A、两个气门都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高，故A正确；
B、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，由图可知，输出有用机械能所占比例为：，即该汽油机的效率为，故B错误；
C、燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，因此汽油机工作时汽油没有完全燃烧，汽油的热值不变，同时冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，燃料的热值也不变，故C错误；
D、汽车的尾气含有大量的内能，为节能，冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的利用率，故D错误。
故选A。
4.【答案】C
【解析】【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热机效率的定义、提高热机的效率的方法
【详解】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时，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高；热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故C正确，ABD错误。
故选C。
5.【答案】B
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算
【详解】由题意，由于甲、乙两烧杯各装水的质量相等，水的初始温度相同，根据 可知水沸腾前，两杯水吸收的热量相等，为
且同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，则整个过程甲、乙两杯水所吸收的热量分别为
所以整个过程，乙杯中的水吸收的热量更多，故A错误；
B.由图可得，3分钟时乙杯中的水恰好沸腾，则吸收的热量为
故B正确；
C.整个过程消耗的煤油完全燃烧放出的热量为
故C错误；
D.在整个过程中，燃烧4g酒精所释放的热量为
可得酒精灯加热的效率为
故D错误。
故选B。
6.【答案】
【解析】【知识点】热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算、计算物体温度变化时的吸放热
【详解】水的质量，升高的温度
此过程中水吸收的热量
需要酒精完全燃烧放出的热量
需要消耗酒精
7.【答案】
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算
【详解】电水壶烧水时，如果将壶内的水的温度升高，水吸收的热量是，由 得，壶内水的质量是
这些热量如果用加热效率是的天然气炉提供，由 得，天然气释放的热量为
由 得，燃烧的天然气的体积为
8.【答案】
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算
【详解】水吸收的热量
天然气的体积
9.【答案】 热传递 不变
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的概念、单位和物理意义、热传递改变物体的内能
【详解】根据 可得，水吸收的热量为
烧水时，水从火焰中吸收热量，温度升高，是通过热传递的方式增加水的内能。
热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以剩余燃气的热值不变。
10.【答案】 热值 热传递
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热传递改变物体的内能
【详解】热值是燃料的一种特性，由于干木柴、煤的热值不同，所以它们的放热本领不同。
完全燃烧的天然气放出的热量
水吸收的热量
水的质量
用天然气灶烧水的过程中，能量发生了转移，是通过热传递的方式使水的内能增加。
11.【答案】6 40
【解析】【知识点】计算物体运动的速度、热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算
【详解】校车的速度
行驶的时间
根据 可得，校车通过的路程
柴油完全燃烧放出的热量
则校车发动机的效率为
12.【答案】 热值大 无污染
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的概念、单位和物理意义、热机效率的定义
【详解】氢作为燃料的主要优点热值大、无污染。质量相同的燃料，热值大的燃烧后释放出更多的热量。氢燃烧后的产物是水，对环境无污染。
氢燃烧后释放的热量
水吸收的热量
由 可知，水的质量
氢完全燃烧释放的热量
汽车发动机做的功
发动机的效率
13.【答案】 A 杯中液体 加热时间
【解析】【知识点】比较不同燃料的热值大小、比较不同物质的吸热能力、不同物质的吸热本领
【详解】因用酒精灯的外焰加热，故在组装器材时应先调节A的高度；根据控制变量法，两个实验中都要控制杯中液体质量相等。
在探究不同物质吸热升温的特点时，用相同的加热装置加热，相同时间内物质吸收热量相同，由转换法，物质吸热的多少是通过加热时间反映的。
①“不同物质吸热升温的现象”中，由探究①由绘制出的两种液体温度随时间变化的关系图像，图像一对应物质的加热时间为10分钟注意是均匀升温，升高，；而图像二对应物质的加热时间为15分钟，升高；由转换法可知，两种物质吸收热量之比为
根据 ，图像一和图像二表示两种物质的比热容之比为
则图像二所对应的物质的比热容为
②不同燃料充分燃烧放热的现象中，燃料完全燃料燃料质量相同，图像一对应的物质升高；图像二对应的物质升高；则燃料放热之比为
两种燃料质量相同，根据 可知放热与热值成正比，所以图像一和图像二表示两种燃料的热值之比为。
14.【答案】乙 自下而上 天平 需要 控制变量法 加热时间的长短 水温升高的度数
【解析】【知识点】比较不同物质的吸热能力、比较不同燃料的热值大小、不同物质的吸热本领
【详解】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质，故选乙组器材。
由于需要用酒精灯的外焰加热，安装器材时安装自下而上的顺序进行。
甲组实验需要控制水和沙子的质量相等，所以还需要的测量器材是天平。
乙组实验中，质量相同的不同燃料燃烧放出的热量加热水时，当水的质量相同时，可以通过水温的变化多少来反映燃料放热能力，所以实验时需控制水的质量相等，这是控制变量法的应用。
探究了“不同物质吸热升温的现象”的实验中，热量的多少是无法直接观察到的，可以通过加热时间的长短来反映吸收热量的多少的。
乙组实验中，质量相同的不同燃料放出的热量不等，当放出的热量加热质量相同的水时，可以通过水温的变化多少来反映燃料放出热量的多少，水升高的温度越多，燃料燃烧放出的热量越多。
15.【答案】 B 甲、丙 液体升高的温度 D 加热时间
【解析】【知识点】不同物质的吸热本领、比较不同燃料的热值大小、比较不同物质的吸热能力
【详解】在实验中，需要用外焰加热，所以需要根据燃料的位置，首先确定B的位置，然后根据温度计的使用规则确定A的位置。
甲、丙两图，被加热的液体相同，燃料的种类不同，通过液体升高的温度可以比较燃料燃烧放出热量的多少。
要比较两种燃料的热值大小，需要完全燃烧质量相同的两种燃料，所以应将两种燃料均燃烧完，记录并比较刚烧完时温度计的示数。
故选D。
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，让液体的温度变化相同，通过比较加热时间知道液体吸收热量的多少，进而判断两种液体比热容的大小关系。
16.【答案】 ；；
【解析】【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算
【详解】解：在一个标准大气压下，水的沸点是，所以将水烧开，水的末温是，将2kg、的水烧开需要吸收的热量是
丁烷燃烧放出的热量
完全燃烧丁烷的质量
最大火力时的功率，则加热所需要的时间
答：水吸收的热量为 ；
消耗丁烧气体的质量为21g；
加热所需要的时间是420s。
17.【答案】 ； ；
【解析】【知识点】运用推导公式求解路程和时间、功的计算和估算、热机效率的计算与估算
【详解】解：汽车行驶的路程
汽车匀速行驶，受到的阻力和牵引力大小相等。由 可知
汽油完全燃烧放出的热量
汽车发动机的效率
答：汽车行驶的路程为 ；
汽车受到的阻力为 ；
汽车发动机的效率为 。
18.【答案】；；
【解析】【知识点】热值的公式及相关计算、热机效率的计算与估算
【详解】解：的氢燃料完全燃烧放出的热量
水吸收的热量
水升高的温度

公交车做功
公交车的效率

答：的氢燃料完全燃烧放出的热量是；
水升高的温度是；
该氢能源公交车的效率是。
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