14.2 热机效率（同步练习含解析）-2021-2022学年人教版物理九年级全一册

14.2 热机效率
一．选择题
1．下列说法正确的是（　　）
A．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%
B．尽量增大热机的功率，可以提高热机的效率
C．质量是1kg的燃料完全燃烧后放出的热量，叫做这种燃料的热值
D．在压缩冲程中内燃机将内能转化为机械能
2．潍柴集团于2020年正式发布全球首款热效率突破50%的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，下列关于内燃机的说法正确的是（　　）
A．内燃机效率越高则做功越快
B．做同样的功，内燃机效率越高消耗的燃料越少
C．制约内燃机效率提高的主要因素是机械摩擦生热
D．随着技术的进步，内燃机的效率能到达100%
3．如图所示，用同样的装置进行“比较不同物质的吸热本领”和“比较不同燃料的热值”的实验，则以下说法中正确的是（　　）
A．这两个实验都要控制被加热的物质的种类一样
B．这两个实验都要控制被加热的物质的质量一样
C．前一实验中，加热相同时间后，比热容大的物质吸收热量一定多
D．后一实验中，加热相同时间后，若温度计示数升高的越多，则该燃料的热值一定越大
4．煤油的比热容为2.1×103J/（kg?℃）、热值为4.6×107J/kg，下列说法正确的是（　　）
A．质量越大，煤油的比热容越大
B．质量越大，煤油的热值越大
C．1kg煤油温度升高1℃需要吸收4.6×107J的热量
D．完全燃烧1kg煤油可放出4.6×107J的热量
5．某学校每天向学生提供100kg开水，下表所列为几种常见燃料的热值。现将质量为100kg，初温为20℃的水烧开，所需燃料质量最少的是（燃料完全燃烧）（　　）
几种常见燃料的热值/（J?kg﹣1）
燃料油 酒精 无烟煤 烟煤
4.2×107 3.0×107 约3.4×107 约2.9×107
A．燃料油 B．酒精 C．无烟煤 D．烟煤
6．如图是内燃机的能流图，下列说法正确的是（　　）
A．（1）处是“化学”，“？”是废气带走的能量
B．（1）处是“内”，“？”是废气带走的能量
C．（1）处是“化学”，“？”是机械损耗和散热损失
D．（1）处是“内”，“？”是机械损耗和散热损失
7．提高汽油机效率最有效的做法是（　　）
A．减小机械间的摩擦 B．把火花塞改为喷油嘴
C．加大进入汽缸的油量 D．改烧热值更高的氢气
8．请你认真观察表格，判断下列说法正确的是（　　）
燃料 热值
无烟煤 约3.4×107J/kg
酒精 3.0×107J/kg
氢 1.4×108J/kg
A．氢的热值比酒精小
B．用酒精灯烧水时，热损失很大，但酒精的热值不变
C．用1kg的无烟煤烧水，水可以吸收3.4×107J的热量
D．0.5kg的酒精热值为1.5×107J/kg
9．传统的燃油汽车能量的利用率很低，为了节能环保，我国大力发展新能源汽车代替传统燃油汽车。经测量某燃油汽车汽缸向外散热占26%，废气带走的能量占32%，摩擦等机械损耗占12%，则该燃油汽车的热机效率约为（　　）
A．68% B．42% C．30% D．12%
10．如图所示，是汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（　　）
A．废气的排放所占的比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B．冷却水能量的二次利用可以提高能量的利用率
C．该汽油机工作时汽油没有完全燃烧，则汽油的热值会减小
D．该汽油机的能量利用率为 28%
二．填空题
11．合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为 　 　J，燃烧时燃料油的化学能转化为 　 　能；如果这些热量的42%被水吸收，则可以使 　 　kg的水温度从20℃升高到100℃，这是通过 　 　的方式改变水的内能。
12．2019年12月27日，“长征五号”（胖五）运载火箭在文昌发射中心发射，成功将“实践二十号”卫星送入预定轨道，长征五号运载火箭使用的燃料主要是液态氢，是利用氢的 　 　。火箭在加速升空时，机械能 　 　（选填“增大”“减小”或“不变”）。（忽略燃料质量的变化）
13．汽车加油站严禁烟火，是为了预防汽油 　 　（填物态变化）被点燃而引发爆炸；完全燃烧100g汽油可以放出 　 　J的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
14．某汽车在高速公路上行驶百公里消耗汽油的质量为7kg，汽油的热值4.6×107J/kg，则完全燃烧这些汽油所放出的热量为　 　J，若此时汽油机飞轮的转速为2400r/min，汽油机每秒内完成　 　个工作循环。
15．如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值　 　（选填“大于”、“小于”或“等于”）B燃料的热值。完全燃烧0.2kg的焦炭，放出的热量是　 　J。（焦炭的热值为3.0×107J/kg）
三．实验探究题
16．利用如图所示的装置，运用控制变量法通过观察现象即可比较酒精和碎纸热值的大小。
（1）为完成实验，要求酒精和碎纸的　 　相同，两只烧杯内水的质量和　 　相同，最后比较　 　可知热值的大小。
（2）通过实验，最终甲图温度计的示数比乙图高，说明　 　热值大。
17．小明用如图所示的装置比较酒精和碎纸片的热值。
（1）对于此实验的器材要求，下列需要控制的是　 　（填序号）。
A.酒精和碎纸片的质量相等
B.烧杯中水的质量相等
（2）小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整。
燃料 ① ②
10g酒精

10g碎纸片

①　 　；②　 　。
（3）用图中的实验装置来估测碎纸片的热值，实际测量值与碎纸片的真实热值进行比较　 　（选填“偏大”或“偏小”）。
18．小明同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验，探究煤油和菜籽油的热值大小。他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的实验装置，记录结果如表：
燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
（1）在安装、调整实验器材时，应先调整、固定（图甲中）　 　（选填“A”或“B”）的位置。
（2）为了保证实验结论的可靠，小明在实验中应控制煤油和菜籽油的　 　相同，及水的初温和　 　相同。
（3）通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油中，热值较大的是　 　。
（4）小明实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两灯中燃料的质量，并根据记录的数据，利用公式Q吸＝cm（t﹣t0）计算出了水吸收的热量，然后再利用这个热量计算出煤油的热值，发现结果与课本中给出的煤油热值相比　 　（选填“偏大”、“偏小”或“相等”），你认为原因是　 　。
四．计算题
19．煤油的热值为4.6×107J/kg，100g煤油完全燃烧可放出多少热量？
20．完全燃烧140克焦炭（焦炭的热值为3.0×107J/kg）能放出多少热量？若这些热量的30%被水吸收，则能使30kg、20℃的水温度升高到多少摄氏度？
21．汽车已进入百姓家庭，汽车发动机性能的好坏倍受人们关注。在汽车发动机的设计过程中，既要考虑能量的有效利用，又要考虑发动机的冷却问题。[汽油热值为4.6×107J/kg，汽油密度为0.7×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg?℃）]
（1）为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度.5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是多少？
（2）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出多少能量（假设汽油完全燃烧）？若发动机输出的功率为6×104 W，则此汽车发动机的效率是多少？（汽车发动机效率的计算结果精确到1%）
参考答案
一．选择题
1．解：A、以天然气为燃料，汽车发动机工作时要克服摩擦做功、总存在热损失，所以发动机的效率达不到100%，故A错误；
B、功率是物体做功快慢的物理量，与热机的效率的高低无关，故B错误；
C、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，故C正确；
D、在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能，燃料混合物的温度升高，内能增大，故D错误。
故选：C。
2．解：A、热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占比值，功率是热机做功的快慢，两者没有必然联系，故A错误；
B、热机的效率越高，热机将燃料完全燃烧放出的热量转换成机械能的能力越强，所以在输出同样功的情况下，消耗燃料越少，故B正确；
C、根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，制约内燃机效率提高的主要因素是废气带走的能量，故C错误；
D、热机在工作过程中会由于热传递或摩擦等消耗一些能量，所以热机效率不能达到100%，故D错误。
故选：B。
3．解：
A、比较不同物质的吸热本领时，需要改变物质的种类，比较不同燃料的热值时，需要加热相同种类的物体，故A错误；
B、比较不同物质的吸热本领时，需要控制两种物质的质量相同；比较不同燃料的热值时，需要控制被加热的物体的种类相同，物体的质量相同，故B正确；
C、比较不同物质的吸热本领时，用相同的加热器加热，相同时间内，物质吸收的热量是相同的，故C错误；
D、比较不同燃料的热值时，需要两种不同的燃料全部燃烧后，根据温度变化判定热值的大小；加热相同时间后，燃料燃烧的质量不一定相同，故D错误。
故选：B。
4．解：
AB、比热容和热值都是物质或燃料的特性，其大小与质量无关，故AB错误；
C、煤油的比热容为2.1×103J/（kg?℃），它表示1kg煤油的温度升高1℃需要吸收2.1×103J的热量，故C错误；
D、煤油的热值为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg煤油可放出4.6×107J的热量，故D正确。
故选：D。
5．解：由表中数据可知，几种燃料的热值大小关系为：q燃料油＞q无烟煤＞q酒精＞q烟煤，
将质量为100kg，初温为20℃的水烧开需要吸收的热量一定，假如燃料完全燃烧释放的热量全部被水吸收，燃料油的热值最大，所需燃料的质量最少。
故选：A。
6．解：燃料燃烧释放的内能（即燃气的内能）减去机械自身消耗能量和废气带走的能量，即为获得有用机械能，故（1）处是内能，“？”是废气带走的能量。
故选：B。
7．解：提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。
根据分析中提高热机效率的方法可知，减小机械间的摩擦可明显提高汽油机效率，其他三个方法对提高汽油机效率无明显效果。
故选：A。
8．解：A、由表格可知，氢的热值比酒精大，故A错误；
B、酒精灯烧水时，热损失很大，但酒精的热值与热损失无关，热值不变，故B正确；
C、1kg的无烟煤完全燃烧放出的热量，Q放＝mq＝1kg×3.4×107J/kg＝3.4×107J，无损失时水吸收的热量等于无烟煤放出的热量，实际情况是存在热损失，水不可能吸收3.4×107J的热量，故C错误；
D、热值是燃料本身的一种性质，只与燃料的种类有关，与质量大小无关，0.5kg的酒精热值为3.0×107J/kg，故D错误。
故选：B。
9．解：各种能量损耗的总和是：26%+32%+12%＝70%，
所以它的机械效率为：η＝100%﹣70%＝30%。
故选：C。
10．解：A、由图示知，废气带走了大部分的能量，所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段，故A正确；
B、冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量，所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率，故B正确；
C、热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与是否完全燃烧没有关系，因此汽油没有完全燃烧，汽油的热值与不燃烧时相同，故C错误；
D、该汽油机的热机效率为η＝98%﹣33%﹣30%﹣7%＝28%，故D正确。
故选：C。
二．填空题
11．解：（1）燃料油完全燃烧释放出的热量：Q放＝mq＝0.17kg×4.0×107J/kg＝6.8×106J；燃料油燃烧过程中，将燃料油的化学能转化为内能；
（2）水吸收的热量：Q吸＝Q放×42%＝6.8×106J×42%＝2.856×106J；
因为Q吸＝cm水△t，
所以水的质量质量为：m水＝＝＝8.5kg；
水吸收热量，是通过热传递的方式改变水的内能的。
故答案为：6.8×106；内；8.5；热传递。
12．解：
（1）发射火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。
（2）火箭加速升空时，质量不变，速度增大，高度变高，动能增大，重力势能增大，所以机械能增大。
故答案为：热值较大；增大。
13．解：（1）汽油常温下容易汽化，气态的汽油遇火星便可被点燃，所以加油站提示“禁止吸烟”“请熄火”等。
（2）完全燃烧100g的汽油可以放出Q＝mq＝4.6×107J/kg×0.1kg＝4.6×106J。
故答案为：汽化；4.6×106。
14．解：完全燃烧7kg汽油所放出的热量：
Q放═mq═7kg×4.6×107J/kg═3.22×108J；
四冲程汽油机的飞轮转速是2400r/min＝40r/s，也就是1s飞轮转动40r，完成一个工作循环，活塞往复2次，飞轮转动2周，所以该汽油机1s内完成20个工作循环。
故答案为：3.22×108；20。
15．解：（1）如图，取相同质量m，由图可知，QA＞QB
因为q＝可知，qA＞qB。
（2）完全燃烧0.2g焦炭放出热量为：
Q放＝mq＝0.2kg×3.0×107J/kg＝6×106J。
故答案为：大于； 6×106。
三．实验探究题
16．解：（1）为完成实验，根据控制变量法，要求酒精和碎纸的质量相同，两只烧杯内水的质量和初温相同，最后比较温度计示数可知热值的大小。
（2）实验中，发现甲图温度计的示数比乙图高，即用酒精加热烧杯中水温度升得高，能说明酒精的热值大。
故答案为：（1）质量；初温；温度计示数；（2）酒精。
17．解：（1）为了比较酒精和碎纸片的热值，酒精和碎纸片质量相同，加热质量相同的同种液体（水），根据Q＝cm△t，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，故选A、B；
（2）①需要记录加热前水的温度和燃料燃尽时的水温，用来计算水吸收的热量；故①加热前的水温/℃；②加热后的水温/℃；
（3）纸张完全燃烧放出的热量不能被水全部吸收，故算出的碎纸片热值要小于真实值。
故答案为：（1）A、B； （4）①加热前的水温/℃；②加热后的水温/℃；（3）偏小。
18．解：
（1）为了利用灯的外焰给烧杯充分加热，安装器材时需要先固定B的位置，然后再调整A的位置；
（2）为了保证实验的可靠性，需要控制煤油和菜籽油的质量及烧杯中水的质量和初温相同；
（3）分析表格数据可知，甲杯水的温度升高的较快，即甲灯燃烧产生的热量多，所以煤油的热值大；
（4）由于给水加热时有热损失，因此根据Q吸＝cm（t﹣t0）计算出水吸收的热量要比煤油完全燃烧放出的热量小，利用这个热量计算出煤油的热值，要比课本中给出的煤油热值偏小。
故答案为：（1）B；（2）质量；质量；（3）煤油；（4）偏小；有热量损失（或燃料不可能完全燃烧）。
四．计算题
19．解：完全燃烧100g煤油能够放出的热量：
Q＝mq＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J。
答：100g煤油完全燃烧可放出4.6×106J的热量。
20．解：
（1）完全燃烧焦炭放出的热量：
Q放＝m′q＝0.14kg×3.0×107J/kg＝4.2×106J；
（2）水吸收的热量：Q吸＝30%Q放＝30%×4.2×106J＝1.26×106J，
因为Q吸＝cm（t﹣t0），
所以水升高到的温度：
t＝+t0＝+20℃＝30℃。
答：完全燃烧140克焦炭能放出的热量为4.2×106J；能使30kg、20℃的水温度升高到30℃。
21．解：
（1）水温升高50℃吸收的热量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103 J/（kg?℃）×5kg×50℃＝1.05×106J；
（2）汽油的体积V＝10L＝0.01m3，
由ρ＝得汽油的质量：
m＝ρV＝0.7×103kg/m3×0.01m3＝7kg，
这些汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝7kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J，
发动机工作时间t＝30min＝1800s，
发动机做的有用功：
W＝Pt＝6×104W×1800s＝1.08×108J，
发动机的效率：
η＝×100%＝×100%≈34%。
答：（1）5kg水在冷却系统中温度升高50℃，所吸收的热量是1.05×106J；
（2）10L汽油在汽车发动机汽缸内燃烧30min，可以释放出3.22×108J的能量；此汽车发动机的效率是34%。