14.2 热机的效率 计算专项练习 2021-2022学年人教版 物理九年级全一册（含答案）

14.2 热机效率 计算专项练习
1．某家庭用燃气热水器将质量为100kg，温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m3(假设天然气完全燃烧)．已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.2×107J/m3．求：
(1)天然气完全燃烧放出的热量；
(2)水吸收的热量；
(3)该热水器工作时的效率．
2．我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知汽车的总质量为2t，该车在某段长1.2km的水平路面做匀速直线运动，用时40s，汽车在行驶过程中受到的阻力为车重的0.2倍，汽车在此过程中消耗的汽油产生了1×falseJ热量。（g取10N/kg）求在该段测试过程中：
false汽车的行驶速度；
false汽车的功率；
false汽车发动机的热机效率。
3．某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率．他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2g酒精．已知：水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），酒精的热值为3×107J/kg．求：
（1）此过程中水吸收的热量；
（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量；
（3）酒精灯烧水时的热效率．
4．可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg?℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
(1)水吸收的热量；
(2)燃气锅炉烧水时的效率；
(3)若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．
5．在一个标准大气压下，用炉子将10 kg的水从20 ℃加热至沸腾，燃烧了0.5 kg的焦炭，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，焦炭的热值为3.0×107 J/kg.求：
(1)水吸收的热量；
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧释放的热量；
(3)炉子烧水的效率．
6．某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从10℃加热到60℃，完全燃烧了0.21m3的煤气．已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4×107J/m3．试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？
（3）该热水器烧水的效率是多少？
7．某家庭需要将50kg、20℃的水加热到60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8kg的煤气．已知c水=4.2×103J/（kg·℃）,q煤气=4.2×107J/kg．求：
（1）水吸收的热量Q吸；
（2）完全燃烧0.8kg煤气放出的热量Q放；
（3）煤气灶烧水的效率η．（保留一位小数）
8．在“探究水沸腾时温度变化的特点”实验中，用酒精灯给烧杯中的水加热，烧杯中盛有20℃、质量为100g的水，在一个标准大气压下加热至沸腾，假如完全燃烧酒精3g．[水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），酒精的热值为3.0×107J/kg]求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）此过程中酒精灯烧水的热效率．
（3）科学研究表明：1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量．水开始沸腾后持续观察沸腾现象，同时发现水的质量减少了5g，求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量．
9．燃气灶烧水时，把质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了0.02m3天然气（假设天然气完全燃烧）．已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为8.4×l07J/m3.求：
（1）水吸收的热量；
（2）天然气完全燃烧放出的热量；
（3）燃气灶烧水时的效率．
10．小明家新买来一台容积为80L的天然气热水器．小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热．当水温达到40℃时，自动停止加热．已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气＝4.2×107J/m3，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg?℃），1L＝1.0﹣3m3．求：
（1）水箱中水的质量；
（2）水箱中水吸收的热量：
（3）该热水器的热效率
参考答案
1．(1) 3.2×107J；(2) 1.26×107J；(3) 39.4%．
【详解】
（1）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq=1m3×3.2×107J/m3=3.2×107J；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（50℃-20℃）=1.26×107J；
（3）燃气灶的效率：
false．
答：（1）天然气完全燃烧放出的热量为3.2×107J；
（2）水吸收的热量为1.26×107J；
（3）该热水器工作时的效率是39.4%．
2．(1)30m/s；(2)1.2×falseW；(3)48false
【详解】
解：(1)汽车在某段长1.2km的水平路面做匀速直线运动，用时40s，根据速度公式v=false可得，汽车的行驶速度
false
(2)因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，则此过程中汽车牵引力做功的功率
false
(3)发动机的效率
false
答：(1)汽车的行驶速度为30m/s；
(2)汽车的功率为1.2×falseW；
false汽车发动机的热机效率为48false。
【点睛】
本题考查了速度、功率及效率的计算，要明确汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力．
3．（1）2.52×104J；（2）1.26×105J；（3）20%．
【详解】
（1）水吸收的热量为 ：
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/（kg?℃）×0.1kg×60℃=2.52×104J；
（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量为：
Q放=mq=4.2×10-3kg×3×107J/kg=1.26×105J；
（3）酒精灯烧水时的热效率：
Q吸/Q放=20%．
4．(1)1.68×108J；(2)33.3%；(3)0.075m3
【详解】
(1)水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×500kg×（100℃-20℃）=1.68×108J；
(2)天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq天然气=12m3×4.2×107J/m3=5.04×108J；
燃气锅炉烧水时的效率：
false
(3)可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，则可燃冰的热值：
q可燃冰=160q天然气=160×4.2×107J/m3=6.72×109J/m3，
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积：
V可燃冰false
答：(1)水吸收的热量为1.68×108J；
(2)燃气锅炉烧水时的效率为33.3%；
(3)若换用可燃冰，应使用0.075m3可燃冰．
5．(1)3.36×106 J；(2)1.5×107 J；(3) 22.4%
【详解】
解：（1）1个标准大气压下，水的沸点为100℃，所以将水加热至100℃，水吸收的热量：
false.
（2）0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量：
false；
（3）炉子烧水的效率
false．
答：（1）水吸收的热量为false；（2）0.5kg焦炭完全燃烧释放的热量为false；（3）炉子烧水的效率为22.4%．
6．（1）8.4×106J；（2）4.2×106J；（3）50%．
【详解】
(1)煤气完全燃烧放出的热量：
Q放falseVqfalse0.21m3×4×107J/m3false8.4×falseJ；
(2)水吸收的热量：
Q吸falsecm(t?t0)false4.2×falseJ/(kg?℃)×20kg×(60℃?10℃)false4.2×falseJ，
(3)该热水器烧水的效率：
ηfalse×100%false×100%=50%．
7．(1) 8.4×106J；(2) 3.36×107J；(3)25%．
【详解】
(1)水吸收的热量：
Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×50kg×（60℃-20℃）=8.4×106J；
(2) 0.8kg煤气完全燃烧放出的热量：
Q放=m煤气q煤气=0.8kg×4.2×107J/kg=3.36×107J；
(3)燃气灶烧水的效率：
η=false=25%．
答：(1)水吸收的热量是8.4×106J；
(2)完全燃烧0.8kg煤气放出的热量是3.36×107J；
(3)煤气灶烧水的效率是25%．
8．（1）3.36×104J；（2）37.3%；（3）1.13×104J．
【解析】
（1）一个标准大气压下水的沸点为100℃，即需将水加热至100℃，水吸收的热量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×0.1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×104J；（2）3g酒精完全燃烧释放的热量：Q放＝mq＝3×10﹣3kg×3.0×107J/kg＝9×104J；酒精灯烧水的热效率：η＝false×100%＝false×100%≈37.3%；（3）1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收2.26×103J的热量，则5g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量：Q＝5g×2.26×103J/g＝1.13×104J．
点睛：（1）知道水的质量、水的比热容和水的温度变化，根据Q吸＝cm（t﹣t0）求出水吸收的热量；（2）知道酒精的热值和质量，根据Q放＝mq求出酒精完全燃烧释放的热量；水吸收的热量和酒精完全燃烧放出热量的比值即为烧水的效率；（3）根据1g 100℃的水汽化成同温度的水蒸汽需要吸收的热量求出5g的水完全汽化成同温度水蒸气所需要吸收的热量．
9．（1）6.72×105J （2）1.68×106J （3）40%
【详解】
（1）在此过程中，水吸收的热量：
Q吸=c水m（t﹣t0）=4.2×103J/（kg?℃）×2kg×（100℃﹣20℃）=6.72×105J；
（2）天然气完全燃烧放热：
Q放=Vq=8.4×107J/m3×0．02m3=1.68×106J；
（3）燃气灶烧水的效率：
η= [Q吸/ Q放]×100%= [6.72×105J/1.68×106J]×100%=40%．
10．（1）40kg；（2）3.36×106J；（3）80%．
【分析】
（1）知道水的体积，利用false的变形公式false求水的质量；
（2）利用false求水箱中水吸收的热量；
（3）根据燃气表前后读数差求出使用天然气的体积，利用false求天然气完全燃烧释放的热量；该热水器的热效率等于水吸收的热量与天然气完全燃烧释放的热量之比．
【详解】
（1）把“进水量”设置为40L，则水箱中水的体积：false，由false得水箱中水的质量：false；
（2）由题意可得，水吸收的热量：false ；
（3）使用天然气的体积：false，
天然气完全燃烧释放的热量：false，
该热水器的热效率：false．