14.2热机的效率（分层作业）九年级物理全一册（人教版）

第2节热机的效率一、燃料的热值1.把某种燃料_________与其质量之比，叫这种燃料的热值，单位是_______；燃料燃烧放出热量的计算公式为：______。【答案】完全燃烧放出的热量；J/kg；Q放=qm。【解析】把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值，单位是J/kg。燃料燃烧放出热量的计算公式为：Q放=qm；（Q放是热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m是质量，单位是kg).2．“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意义是（）A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107m3热量。B.4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107J热量。D.4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。【答案】C【解析】对于固体和液体，热值表达式用q=Q/m来表示，物理意义是单位质量的燃料完全燃烧放出的热量。对于气体，热值表达式用q=Q/V来表示，物理意义是单位体积的燃料完全燃烧放出的热量。甲烷通常以气态物质形态存在，其热值q甲烷=4.2×107J／m3，物理含义是：1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107J的热量。3．长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（）A．密度大 B．比热容大C．热值高 D．热效率高【答案】C【详解】火箭发动机使用液态氢作燃料，燃烧相同质量的燃料，液氢完全燃烧释放出的热量多，即液态氢的热值高，综上分析知，故ABD不符合题意；C符合题意。故选C。4.关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（）A．没有燃烧的燃料，其热值等于零B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关C．燃料完全燃烧时，它的热值最大D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多【答案】B【详解】ABC.1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，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、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确；D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。故选B。二、热机的效率5.用来做有用功的那部分能量和_________之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标；目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高热机效率的重要措施。【答案】燃料完全燃烧放出的能量，废气。【解析】用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。6.为了缓解能源紧缺问题，提高热机的效率变得越来越重要。下列有关热机效率的说法正确的是（）A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率B．使用的燃料热值越高，热机的效率越高C．目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，它们的热机效率可达到100%D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率【答案】A【解析】A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦，可以减少能量损失，所以可以提高热机效率，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，比值越大，效率越高，与燃料的热值无关，故B错误；C．目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，但是热机工作过程中不可避免地由于机件间的摩擦而产生额外功，因此热机效率不能达到100%，故C错误；D．一般柴油机的压缩比比汽油机大得多，且气缸内柴油燃烧要比汽油燃烧更充分，所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率，故D错误。故选A。7.甲、乙两台汽油机，甲的效率比乙高，则（）A．甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少B．消耗同样多的汽油，甲做的有用功比乙做的有用功多C．甲每秒钟做的功比乙每秒钟做的功多D．做同样多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油多【答案】B【解析】A．由于不确定甲乙做功的多少，所以无法比较耗油量，故A不符合题意；B．甲汽油机的效率高，消耗同样多的油，甲做的有用功多，故B符合题意；C．甲每秒钟做功比乙每秒钟做功多，说明甲汽油机的功率大，与热机效率无关，故C不符题意；D．甲汽油机热机效率比乙高，说明做同样多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少，故D不符合题意。故选B。8.汽车发动机一般都是汽油机，某汽车汽油机的能量流向图如图所示，下列说法正确的是（）A．为了提高热机效率不应使用水冷却B．减少汽油机部件的摩擦可以提高热机效率C．该汽油机的能量利用率为33%D．增加废气带走的热量可以提高热机效率【答案】B【解析】A．热机在工作时会产生大量的热量，需要冷却水将热量带走，否则会损坏热机，故A错误；B．机械效率是机械做有用功与总功的比值，加润滑油减少各部件之间的摩擦，克服摩擦所做的额外功少，可以提高机械效率，故B正确；C．该汽油机的热机效率为η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%故C错误；D．由题图可知，在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，增加废气带走的热量降低了热机效率，故D错误。故选B。9.某校初三年级的学生参观了学校锅炉房后，提出了以下几种提高炉子效率的建议，其中不应采纳的是（）A．鼓风机向炉膛内吹风，把煤粒吹起来燃烧B．向炉内多加些煤，加大火力C．煤磨成粉，用空气吹进炉膛D．用各种办法增大受热面积【答案】B【解析】A．鼓风机向炉膛内吹风，把煤粒吹起来燃烧，可以使煤燃烧的更充分，可以提高燃料的利用率，故A不符合题意；B．向炉内多加些煤，加大火力，这是消耗更多的燃料，不能提高炉子的效率，故B符合题意；C．煤磨成粉，用空气吹进炉膛，可以使煤充分燃烧，可以提高炉子的效率，故C不符合题意；D．用各种办法增大受热面积，可以让热量被充分吸收，可以提高炉子的效率，故D不符合题意。故选B。10．用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg。求：（1）2kg煤气完全燃烧放出的热量；（2）水吸收的热量；（3）燃气灶烧水的效率。【答案】（1）8.4×107J；（2）4.2×107J；（3）50%。【解析】（1）2kg煤气完全燃烧放出的热量Q放=mq=2kg×4.2×107J/kg=8.4×107J（2）水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×200kg×（70℃20℃）=4.2×107J（3）燃气灶烧水的效率η＝EQ\F(Q吸,Q放)=EQ\F(4.2×107J,8.4×107J)=50%11.汽车已经走进了千家万户，热机是汽车的心脏，关于热机及其燃料，以下说法正确的是（）A．无论热机内的燃料能否完全燃烧，燃料的热值都是定值B．热机的工作原理是将机械能转化为内能C．密闭在热机中燃料的温度越高，所含的热量就越多D．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大【答案】AB．热机的工作原理是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，故B错误；C．热量是过程中，只能说明吸收或放出多少热量，不能说含有多少热量，故C错误；D．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机在在压缩冲程中压缩程度大，喷入雾状柴油后燃烧更充分；做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值大，与热值大小无关，故D错误。故选A。12．2022年11月30日7时33分，神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站，两个航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（）A．火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程一致B．火箭燃料燃烧越充分，其热值越大C．燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高D．燃料用了一部分后，质量变小，热值变小【答案】A【解析】A．火箭发射升空时，将高温高压燃气内能转化为机械能，汽油机的做功冲程将高温高压燃气内能转化为机械能，所以两种能量转化一致，故A正确；B．热值是物质的属性，热值大小保持不变，与燃料是否充分燃烧无关，故B错误；C．热机效率是热机做有用功部分占燃料燃烧释放的热量之比，所以燃料燃烧释放的热量越多，做有用功部分比例不一定增大，故热机效率不一定高，故C错误；D．热值是物质的属性，热值大小保持不变，燃料用了一部分后，质量变小，热值不变，故D错误。故选A。13.小明将质量为20kg的水从25℃加热到75℃，【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3】。求：（1）这些水吸收的热量；（2）若天然气燃烧的热量中50%被这些水吸收，则需要多少m3天然气。【答案】（1）4.2×106J；（2）0.24m3【解析】（1）水吸收的热量Q吸=cm(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(75℃25℃)=4.2×106J（2）天然气燃烧放出的热量Q放＝EQ\F(Q吸,η)=EQ\F(4.2×106J,50%)=8.4×106J烧开这壶水需要天然气的体积V＝EQ\F(Q放,q)=EQ\F(8.4×106J,3.5×107J/m3)=0.24m314．如图是内燃机中工作过程中的能流图。（1）图中“1”处的能量形式为___________；（2）若图中“2”和“3”处的能量分别占总能量的16%和52%，则该内燃机的效率为_____；（3）若该内燃机一年消耗燃油的质量为1400kg，内燃机工作时效率在（2）问基础上提高3%，则效率提高后，该内燃机一年可节约燃油的质量为___________。【答案】（1）燃料的化学能；

（2）32%；（3）120kg.【解析】（1）内燃机是将燃料的化学能转化为内能的装置，图中“1”处的能量形式为燃料的化学能。（2）热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，由题意知，内燃机的热机效率η＝100%﹣16%﹣52%＝32%（3）内燃机效率提高3%，即η＝32%+3%＝35%因为η＝EQ\F(W有用,Q放)＝EQ\F(W有用,qm)所以W有用＝ηqm内燃机效率提高后有用功是相同的，即η1qm1=η2qm2内燃机需要的燃油质量为m2=EQ\F(η1m1,η2)＝EQ\F(32%×1400kg,35%)=1280kg该内燃机一年可节约燃油的质量∆m=m1m2=120kg15.阅读下列材料，并解答问题：“可燃冰”被视为21世纪的新型绿色能源。科学家估计，全球海洋底部可燃冰分布的范围约4000万平方公里，储量可供人类使用约1000年。我国南海海底存储着丰富的可燃冰资源，已经查明的储量相当于目前陆上石油、天然气资源量总数的三分之一。可燃冰的主要成分是甲烷，1m3可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水，已知甲烷气体的热值为3.6×107J/m3。桂林市新开通的301路公交车，使用LNG天然液化气为燃料，这种燃料的主要成分就是甲烷。如果301路公交车满载乘客时总质量是6000kg，1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量，可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min，行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍，则这段时间内发动机的实际功率和效率各为多大？【答案】6×104W；50%。【解析】（1）1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧放出热量：Q放＝q甲烷V＝3.6×107J/m3×164m3＝5.904×109J由题知：t＝1640min＝9.84×104s发动机的实际功率：P＝EQ\F(W,t)＝EQ\F(Q放,t)＝EQ\F(5.904×109J,9.84×104s)＝6×104W（2）由题知：v＝36km/h＝10m/s，公交车行驶路程：s＝vt＝10m/s×9.84×104s＝9.84×105m，又因车匀速行驶，所以汽车的牵引力：F＝f＝0.05G车＝0.05mg＝0.05×6000kg×10N/kg＝3×103N，牵引力做的有用功：W有用＝Fs＝3×103N×9.84×105m＝2.952×109J，发动机效率：η＝EQ\F(W有用,Q放)＝EQ\F(2.952×109J,5.904×109J)＝50%16．（2022·广西柳州·统考中考真题）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【答案】D【解析】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。17．（2022·湖北宜昌·统考中考真题）关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（）A．没有燃烧的燃料，热值等于零B．燃料完全燃烧时，它的热值最大C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多【答案】C【解析】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故AB错误，C正确；D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧时的温度无关，故D错误。故选C。18.（2022·湖南怀化·统考中考真题）2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J，g取10N/kg）（1）行驶的平均速度为多少km/h；（2）牵引力做的功；（3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。【答案】（1）56km/h；（2）2.8×107J；（3）50%【详解】（1）氢燃料电池车0.5h内行驶了28km的路程，车行驶的平均速度为v=s/t=28km/0.5h=56km/h（2）氢燃料电池车总质量为5×103kg，受到的重力为G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，汽车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，所以车受到的牵引力为F=f=0.02G=0.02×5×104N=103N牵引力做的功为W=Fs=103N×28×103m=2.8×107J（3）消耗0.4kg的氢能源，放出的热量为Q放=qm=0.4kg×1.4×108J=5.6×107J氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率为η＝EQ\F(W,Q放)＝EQ\F(2.8×107J,5.6×107J)＝50%19.（2022甘肃金昌·统考中考真题）小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华在水壶中加入5L水，水的初温是20℃，然后将水烧开，他观察天然气表发现此次烧水用了0.1m3天然气，天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容c=4.2×103J/（kg•℃），当地大气压为标准大气压。求：（1）水吸收的热量Q吸（不计水的热量损失）；（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放；（3）天然气灶的效率η。【答案】（1）1.68×106J；（2）3.2×106J；（3）52.5%【解析】（1）水的质量m=ρV=1.0×103kg/m3×5×103m3=5kg水吸收的热量Q吸=cm(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃20℃)=1.68×106J（2）天然气放出的热量Q放＝V