2020-2021学年人教版初中物理九年级全一册 第十四章 内能的利用 第二节热机的效率 同步练习（含答案解析）

人教版九年级物理
第十四章
内能的利用
之热机的效率
习题练习（附答案）
一、单选题
1.为了提高热机效率，下列措施可行的是(　　)
A．
采用热值高的燃料
B．
降低热机功率
C．
保证良好的润滑减少摩擦
D．
加快热机运行的速度
2.甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是(　　)
A．
甲比乙做的有用功少
B．
做相同有用功，甲消耗的燃料多
C．
甲比乙消耗的燃料多
D．
甲热机的功率比乙热机的小
3.关于热机的效率，下列说法正确的是(　　)
A．
蒸汽机的效率通常高于喷气发动机
B．
热机效率一定小于100%
C．
汽车排放的尾气，是城市环境污染的重要来源．目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，它们的效率达到100%
D．
在完全无摩擦的道路上，汽车发动机可达到100%
4.如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为(　　)
A．η＝×100%
B．η＝×100%
C．η＝×100%
D．η＝×100%
二、填空题
5.长春是汽车城，汽车的发动机是内燃机的一种．如图所示是一个内燃机的能流图，请根据图中的数据计算这个内燃机的效率是________．
6.把1
kg初温为35
℃的水加热到85
℃，消耗了10
g的煤气，此过程水吸收的热量为________
J，加热装置的效率为________(煤气的热值q煤气＝4.2×107J/Kg)．
7.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给
10
kg的水加热，同时绘了如下图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了
0.2
kg的煤，煤的热值为3×107J/kg.6min内煤完全燃烧产生的热量________
J；在烧水过程中，热效率最高(选填“0～2
min”、“2～4
min”或“4～6
min”)．(水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)
三、实验题
8.如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量相等，烧杯内的液体质量和初温也相同．
(1)比较不同物质吸热升温的特点，应选择___________两图进行实验．如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，由图可以看出，_________液体的温度升高得较慢，_________液体的比热容较大．
(2)比较不同燃料的热值，应选择__________两图进行实验，燃料完全燃烧放出的热量的多少是通过_______________来反映的(选填“温度计示数”或“加热时间”)．
若想利用上述装置估测燃料的热值，那么还需要补充的测量仪器是__________，利用此实验方法计算出的热值将比真实值___________
.
四、计算题
9.某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶了6
km，消耗汽油2
kg，汽油的热值q汽油＝4.5×107J/kg.假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在此过程中，受到的阻力是多大？
10.一辆汽车牵引力是4000
N，行驶10
km，消耗3
kg的汽油，这辆车的效率是多少？(汽油的热值是4.6×107J/kg)
11.已知某品牌校车在正常行驶时，汽油完全燃烧释放的能量转化为校车做功的效率是30%(汽油热值q＝4.6×107J/kg，汽油密度0.7×103kg/m3)．试求：
(1)10L汽油完全燃烧释放的热量为多少焦耳？
(2)当汽车以最高时速(1080
km/h)在水平地面上匀速行驶时，所受阻力为3000
N，则连续行驶5
min，汽车所做的有用功是多大？这个过程消耗的汽油是多少千克？(保留两位小数)
12.一辆汽车以72
km/h的速度匀速行驶10
min，消耗的汽油为1.2
Kg.汽车匀速行驶时受到的牵引力F＝1.2×103N，汽油的热值q＝4.6×107J/Kg.问：
(1)这段时间内汽油完全燃烧放出的热量是多少？
(2)这段时间内汽车牵引力做功的功率是多少？
(3)该汽车的效率是多少？
13.天然气灶烧水，燃烧
0.5
m3的天然气，使
100
kg的水从
20
℃升高到
70
℃.已知水的比热容为C＝4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为q＝7.0×107J/m3.求：
(1)
0.5
m3天然气完全燃烧放出的热量Q放．
(2)燃气灶的效率．
14.小明买了一款大众轿车，发现尾部标有TSI，“SI”二个字母是红色的．大众轿车的TSI技术指机器双增压(涡轮和机械增压)分层喷射技术．属于大功率、低转速大扭矩的发动机．涡轮增压的原理是利用发动机排出的废气惯性冲力来推动涡轮室内的涡轮，涡轮又带动同轴的叶轮，叶轮压送由空气滤清器管道送来的空气，使之增压进入汽缸，空气的压力和密度增大可以燃烧更多的燃料，发动机的输出功率就得到了较大的提升.
“I”字母是红色的是1.4TSI，“SI”二个字母是红色的是1.8TSI，“TSI“”三个字母是红色的是2.0TSI.这辆汽车的最低油耗可达0.2
kg/(kW·h)，已知汽油的热值为4.6×107J/kg.(温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2
kg/(kW·h)表示获得1
kW·h能量消耗0.2
kg汽油).
求：(1)0.2
kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
(2)该汽车发动机的效率最高可达多少？(结果保留整数)
15.如图所示，简易太阳能热水器受光面积1.2
m2，内装80
kg水，太阳每分钟辐射到1
m2面积上的热量是7.56×104J，如果60%的热量被水吸收，问：
(1)20
℃的水晒3
h后水温是多少摄氏度？
(2)煤气的热值是4.2×107J/kg，若煤气灶的效率为40%，则烧热这些水(达到上一问中水的末温)需燃烧多少煤气？
答案解析
1.【答案】C
【解析】热机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，要提高热机的效率，就要提高燃料的利用率，减少热损失．A项，采取热值高的燃料，其利用率不一定高，所以不一定能提高热机的效率，故A错误；B项，降低热机的功率，减少热机在单位时间内做的功，其效率不一定提高，故B错误；C项，保证良好的润滑，减小摩擦，可以减少因摩擦损失的能量，所以可以提高热机的效率，故C正确；D项，加快热机运行的速度，即增加热机在单位时间内做的功，其效率不一定提高，故D错误．
2.【答案】B
【解析】热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．甲的效率低，则甲用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比小，即甲对燃料释放的热能的利用率比乙低．
3.【答案】B
【解析】用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，在工作过程中，损失的能量越少，热机的效率越高；A项，蒸汽机的燃料是在机器的外部燃烧，热损失最多，效率最低；故A错误；B项，热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率不会达到100%；故B正确；C项，目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，减少了污染，提高了效率，但效率不会达到100%；故C错误；D项，在完全无摩擦的道路上，汽车发动机的效率可以提高，但不可能达到100%；故D错误．
4.【答案】B
【解析】由内燃机的能流图可以得到：
燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2,
所以内燃机的效率可表示为η＝×100%.
5.【答案】40%
【解析】由图可知，汽油机转变为有用功的能量：W有用＝1.2×105J,
燃料完全燃烧所释放的能量：W总＝3×105J,
该汽油机的效率：η＝×100%＝×100%＝40%.
6.【答案】4.2×105　50%
【解析】水吸收的热量为Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×1
kg×(85
℃－35
℃)＝2.1×105J,
煤气完全燃烧放出的热量为Q放＝m煤气q＝1×10－2kg×4.2×107J/kg＝4.2×105J,
加热装置的效率为η＝×100%＝×100%＝50%.
7.【答案】6×106　0～2
min
【解析】已知煤的质量和热值，利用Q＝mq可求得煤完全燃烧产生的热量；由于每段时间内煤燃烧放出的热量相同，由图知，0－2
min时间加热，水升高的温度最高可知其热效率最高．
(1)煤完全燃烧产生的热量Q放＝mq＝0.2
kg×3×107J/kg＝6×106J；
(2)图中所示在0～2
min时间内，水的温度升高最快，所以该时间段热效率最高．
8.【答案】(1)甲、丙　b　b　(2)甲、乙　温度计示数　天平　小
【解析】(1)在比较不同物质吸热升温的特点时，我们应控制燃料相同而吸热物质不同，因此应选择甲、丙两图来进行实验；如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，观察图丁可以看出，b液体的温度升高得较慢，b液体的比热容较大；
(2)要比较不同燃料的热值，我们应选择甲乙两图进行实验，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应；估测燃料的热值，还需要补充的实验仪器是天平；由于燃烧放出的热会有一部分散失到空气中去、烧杯等实验器材也会吸收一部分热量，从而使Q放大于Q吸，因此，利用此实验方法计算出燃料的热值比实际要偏小些．
9.【答案】解：(1)Q放＝mq汽油＝2
kg×4.5×107J/kg＝9×107J,
由效率公式η＝可得，
牵引力做的功：
W＝ηQ放＝40%×9×107J＝3.6×107J.
(2)由功的公式W＝Fs可得，
汽车的牵引力：F＝＝＝6×103N,
∵汽车做匀速直线运动，
∴阻力f＝F＝6.0×103N.
答：汽车在此过程中，受到的阻力是6.0×103N.
【解析】(1)知道消耗汽油的质量和汽油的热值，利用Q放＝mq求汽油完全燃烧放出的热量，再利用效率公式的变形公式W＝ηQ放可求出牵引力做的功．
(2)知道前进的距离，利用公式W＝Fs求出汽车的牵引力．根据汽车做匀速直线运动时，受到的牵引力等于阻力，可求阻力．
10.【答案】解：牵引力做的功：
W＝FS＝4000
N×104m＝4×107J.
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝qm＝4.6×107J/kg×3
kg＝1.38×108J.
这辆车的效率：
η＝×100%＝×100%≈20%.
答：这辆车的效率是29%.
【解析】根据题意，已知牵引力和行驶的距离，根据公式W＝FS可求牵引力做的功；已知消耗汽油和汽油的热值可求燃烧汽油释放的能量，二者之比就是汽车发动机的效率．
11.【答案】解：(1)由ρ＝可得，汽油的质量m＝ρV＝0.7×103kg/m3×10×10－3m3＝7
kg,
完全燃烧释放的热量Q＝mq＝7
kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J；
(2)已知v＝1080
km/h＝30
m/s，t＝5
min＝300
s,
由v＝可得，s＝vt＝30
m/s×300
s＝9000
m
匀速行驶时，F＝f＝3000
N,
则汽车所做的有用功W有用＝Fs＝3000
N×9000
m＝2.7×107J,
已知η＝×100%＝30%，则Q＝＝＝9×107J,
由Q＝mq可得，m＝＝≈1.96
kg.
答：(1)10
L汽油完全燃烧释放的热量为3.22×108J；
(2)汽车所做的有用功是2.7×107J，这个过程消耗的汽油是1.96千克．
【解析】(1)已知汽油的体积，利用密度公式变形可求得其质量，再利用Q＝mg可求得完全燃烧释放的热量；
(2)由平衡条件求出汽车牵引力，由W＝Fs求出汽车做的有用功．
12.【答案】解：(1)汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝qm＝4.6×107J/kg×1.2
kg＝5.52×107J；
(2)汽车的速度v＝72
km/h＝20
m/s,
汽车牵引力做功的功率：
P有＝Fv＝1.2×103N×20
m/s＝2.4×104W,
(3)在测试时间内汽车的有用功：
W有用＝P有t＝2.4×104W×600
s＝1.44×107J；
在测试时间内该汽车的效率：
η＝×100%＝×100%≈26%.
答：(1)汽油完全燃烧放出的热量是5.52×107J；
(2)汽车牵引力做功的功率是2.4×104W；
(3)汽车的效率是26%.
【解析】(1)根据燃料燃烧放出热量公式Q＝mq可计算汽油完全燃烧释放的热量．
(2)由P＝Fv可以求出汽车牵引力的功率．
(3)求出有用功，利用效率公式求汽油机的机械效率
13.【答案】解(1)0.5
cm3天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.5m3×7.0×107J/m3＝3.5×107J
(2)100
kg水从20
℃升高到70
℃吸收的热量：
Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×100
kg×(70
℃－20
℃)＝2.1×107J
燃气灶的效率：
η＝×100%＝×100%＝60%
答：(1)
0.5
m3天然气完全燃烧放出的热量3.5×107J；(2)燃气灶的效率为60%.
【解析】(1)利用公式Q放＝Vq计算天然气完全燃烧放出的热量；(2)首先利用Q吸＝cmΔt计算出水吸收的热量，然后利用公式η＝×100%得到燃气灶的效率．
14.【答案】解：(1)0.2
kg的汽油完全燃烧时放出的热量：
Q放＝mq＝0.2
kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J；
(2)根据题意可知，
完全燃烧0.2
kg汽油获得的能量为W＝1kW·h＝3.6×106J，
汽车发动机的效率：
η＝×100%＝×100%≈39%
答：(1)0.2
kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J；
(2)该汽车发动机的效率最高可达39%.
【解析】(1)根据Q＝mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；
(2)根据题意可知消耗0.2
kg汽油获得的最大有用功的能量为1
kW·h＝3.6×106J，
根据η＝求出发动机的效率．
15.【答案】解：(1)∵太阳每分钟辐射到1
m2面积上的热量是7.56×104J,
∴太阳能热水器3
h得到太阳的辐射热量为：Q＝1.2
m2×3×60
min×7.56×104J/(m2·min)＝16329600
J,
而Q吸＝Qη＝16329600
J×60%＝9797760
J,
又∵C＝4.2×103J/(kg·℃)，m＝80
kg,
∴Δt＝＝＝29.2
℃，
从而可知t＝Δt＋t0＝29.2
℃＋20
℃＝49.2
℃.
(2)∵Q吸＝9797760
J，η热＝40%，
∴煤气燃烧放出的热量为：
Q放＝＝＝24494400
J,
又∵q气＝4.2×107J/kg,
∴m气＝＝＝0.5832
kg.
答：(1)20
℃的水晒3
h后水温是49.2
℃.(2)烧热这些水需燃烧0.5832
kg煤气．
【解析】(1)已知太阳每分钟辐射到1
m2面积上的热量是7.56×104J，便可以计算出太阳能热水器3
h得到太阳的辐射热量Q，已知60%的热量被水吸收，从而可利用公式Q吸＝Qη求出水吸收的热量，已知水的质量和比热容，可利用公式Δt＝计算出温度变化，已知水的初温，可利用公式t＝Δt＋t0计算出末温．
(2)已知水吸收的热量和煤气灶的效率，可利用公式Q放＝计算出煤气燃烧放出的热量，已知煤气的热值，可利用公式m气＝计算质量．