14.2熱機的效率（分層作業(yè)）九年級物理全一冊（人教版）

第2節(jié)熱機的效率一、燃料的熱值1.把某種燃料_________與其質(zhì)量之比，叫這種燃料的熱值，單位是_______；燃料燃燒放出熱量的計算公式為：______?！敬鸢浮客耆紵懦龅臒崃?；J/kg；Q放=qm。【解析】把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫這種燃料的熱值，單位是J/kg。燃料燃燒放出熱量的計算公式為：Q放=qm；（Q放是熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m是質(zhì)量，單位是kg).2．“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，所以“可燃冰”是一種新型清潔能源。其中甲烷的熱值為q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意義是（）A.1J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107m3熱量。B.4.2×107J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1m3熱量。C.1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107J熱量。D.4.2×107m3的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1J熱量?！敬鸢浮緾【解析】對于固體和液體，熱值表達式用q=Q/m來表示，物理意義是單位質(zhì)量的燃料完全燃燒放出的熱量。對于氣體，熱值表達式用q=Q/V來表示，物理意義是單位體積的燃料完全燃燒放出的熱量。甲烷通常以氣態(tài)物質(zhì)形態(tài)存在，其熱值q甲烷=4.2×107J／m3，物理含義是：1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107J的熱量。3．長征五號火箭為我國載人航天工程作出卓著貢獻。長征五號火箭發(fā)動機使用液氫作燃料，是利用液氫的（）A．密度大 B．比熱容大C．熱值高 D．熱效率高【答案】C【詳解】火箭發(fā)動機使用液態(tài)氫作燃料，燃燒相同質(zhì)量的燃料，液氫完全燃燒釋放出的熱量多，即液態(tài)氫的熱值高，綜上分析知，故ABD不符合題意；C符合題意。故選C。4.關(guān)于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（）A．沒有燃燒的燃料，其熱值等于零B．燃料的熱值與其質(zhì)量和燃燒狀態(tài)無關(guān)C．燃料完全燃燒時，它的熱值最大D．燃料燃燒時溫度越高，放出的熱量越多【答案】B【詳解】ABC.1kg某種燃料完全燃燒放出的能量，叫做這種燃料的熱值，熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒程度等均無關(guān)，故AC錯誤，B正確；D.由Q=mq可知，燃料燃燒放出的熱量與熱值和質(zhì)量有關(guān)，與溫度無關(guān)，故D錯誤。故選B。二、熱機的效率5.用來做有用功的那部分能量和_________之比，叫熱機的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標(biāo)；目前熱機的效率還比較低，在熱機的能量損失中，_______帶走的能量最多，設(shè)法利用這部分能量，是提高熱機效率的重要措施?！敬鸢浮咳剂贤耆紵懦龅哪芰?，廢氣?！窘馕觥坑脕碜鲇杏霉Φ哪遣糠帜芰亢腿剂贤耆紵懦龅哪芰恐龋袩釞C的效率。在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。6.為了緩解能源緊缺問題，提高熱機的效率變得越來越重要。下列有關(guān)熱機效率的說法正確的是（）A．盡量減少熱機內(nèi)部各部件間的摩擦可提高熱機效率B．使用的燃料熱值越高，熱機的效率越高C．目前有些新型燃料汽車實現(xiàn)了“零排放”，它們的熱機效率可達到100%D．柴油機的效率一般低于汽油機的效率【答案】A【解析】A．盡量減少熱機內(nèi)部各部件間的摩擦，可以減少能量損失，所以可以提高熱機效率，故A正確；B．熱機效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，比值越大，效率越高，與燃料的熱值無關(guān)，故B錯誤；C．目前有些新型燃料汽車實現(xiàn)了“零排放”，但是熱機工作過程中不可避免地由于機件間的摩擦而產(chǎn)生額外功，因此熱機效率不能達到100%，故C錯誤；D．一般柴油機的壓縮比比汽油機大得多，且氣缸內(nèi)柴油燃燒要比汽油燃燒更充分，所以柴油機的效率一般高于汽油機的效率，故D錯誤。故選A。7.甲、乙兩臺汽油機，甲的效率比乙高，則（）A．甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少B．消耗同樣多的汽油，甲做的有用功比乙做的有用功多C．甲每秒鐘做的功比乙每秒鐘做的功多D．做同樣多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油多【答案】B【解析】A．由于不確定甲乙做功的多少，所以無法比較耗油量，故A不符合題意；B．甲汽油機的效率高，消耗同樣多的油，甲做的有用功多，故B符合題意；C．甲每秒鐘做功比乙每秒鐘做功多，說明甲汽油機的功率大，與熱機效率無關(guān)，故C不符題意；D．甲汽油機熱機效率比乙高，說明做同樣多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少，故D不符合題意。故選B。8.汽車發(fā)動機一般都是汽油機，某汽車汽油機的能量流向圖如圖所示，下列說法正確的是（）A．為了提高熱機效率不應(yīng)使用水冷卻B．減少汽油機部件的摩擦可以提高熱機效率C．該汽油機的能量利用率為33%D．增加廢氣帶走的熱量可以提高熱機效率【答案】B【解析】A．熱機在工作時會產(chǎn)生大量的熱量，需要冷卻水將熱量帶走，否則會損壞熱機，故A錯誤；B．機械效率是機械做有用功與總功的比值，加潤滑油減少各部件之間的摩擦，克服摩擦所做的額外功少，可以提高機械效率，故B正確；C．該汽油機的熱機效率為η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%故C錯誤；D．由題圖可知，在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多，增加廢氣帶走的熱量降低了熱機效率，故D錯誤。故選B。9.某校初三年級的學(xué)生參觀了學(xué)校鍋爐房后，提出了以下幾種提高爐子效率的建議，其中不應(yīng)采納的是（）A．鼓風(fēng)機向爐膛內(nèi)吹風(fēng)，把煤粒吹起來燃燒B．向爐內(nèi)多加些煤，加大火力C．煤磨成粉，用空氣吹進爐膛D．用各種辦法增大受熱面積【答案】B【解析】A．鼓風(fēng)機向爐膛內(nèi)吹風(fēng)，把煤粒吹起來燃燒，可以使煤燃燒的更充分，可以提高燃料的利用率，故A不符合題意；B．向爐內(nèi)多加些煤，加大火力，這是消耗更多的燃料，不能提高爐子的效率，故B符合題意；C．煤磨成粉，用空氣吹進爐膛，可以使煤充分燃燒，可以提高爐子的效率，故C不符合題意；D．用各種辦法增大受熱面積，可以讓熱量被充分吸收，可以提高爐子的效率，故D不符合題意。故選B。10．用燃?xì)庠顭?，燃?kg的煤氣，使200kg的水從20℃升高到70℃，已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），煤氣的熱值為4.2×107J/kg。求：（1）2kg煤氣完全燃燒放出的熱量；（2）水吸收的熱量；（3）燃?xì)庠顭男省！敬鸢浮浚?）8.4×107J；（2）4.2×107J；（3）50%?！窘馕觥浚?）2kg煤氣完全燃燒放出的熱量Q放=mq=2kg×4.2×107J/kg=8.4×107J（2）水吸收的熱量Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×200kg×（70℃20℃）=4.2×107J（3）燃?xì)庠顭男师牵紼Q\F(Q吸,Q放)=EQ\F(4.2×107J,8.4×107J)=50%11.汽車已經(jīng)走進了千家萬戶，熱機是汽車的心臟，關(guān)于熱機及其燃料，以下說法正確的是（）A．無論熱機內(nèi)的燃料能否完全燃燒，燃料的熱值都是定值B．熱機的工作原理是將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C．密閉在熱機中燃料的溫度越高，所含的熱量就越多D．柴油機的效率比汽油機的高，這是因為柴油的熱值比汽油的大【答案】AB．熱機的工作原理是將燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故B錯誤；C．熱量是過程中，只能說明吸收或放出多少熱量，不能說含有多少熱量，故C錯誤；D．柴油機的效率比汽油機的效率高，是因為柴油機在在壓縮沖程中壓縮程度大，噴入霧狀柴油后燃燒更充分；做有用功的能量和燃料完全燃燒放出的熱量的比值大，與熱值大小無關(guān)，故D錯誤。故選A。12．2022年11月30日7時33分，神舟十五號3名航天員順利進駐中國空間站，兩個航天員乘組首次實現(xiàn)“太空會師”。下列說法正確的是（）A．火箭發(fā)射升空時發(fā)動機內(nèi)的能量轉(zhuǎn)化與汽油機的做功沖程一致B．火箭燃料燃燒越充分，其熱值越大C．燃料燃燒釋放的熱量越多，熱機效率越高D．燃料用了一部分后，質(zhì)量變小，熱值變小【答案】A【解析】A．火箭發(fā)射升空時，將高溫高壓燃?xì)鈨?nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，汽油機的做功沖程將高溫高壓燃?xì)鈨?nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，所以兩種能量轉(zhuǎn)化一致，故A正確；B．熱值是物質(zhì)的屬性，熱值大小保持不變，與燃料是否充分燃燒無關(guān)，故B錯誤；C．熱機效率是熱機做有用功部分占燃料燃燒釋放的熱量之比，所以燃料燃燒釋放的熱量越多，做有用功部分比例不一定增大，故熱機效率不一定高，故C錯誤；D．熱值是物質(zhì)的屬性，熱值大小保持不變，燃料用了一部分后，質(zhì)量變小，熱值不變，故D錯誤。故選A。13.小明將質(zhì)量為20kg的水從25℃加熱到75℃，【水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，天然氣的熱值為3.5×107J/m3】。求：（1）這些水吸收的熱量；（2）若天然氣燃燒的熱量中50%被這些水吸收，則需要多少m3天然氣。【答案】（1）4.2×106J；（2）0.24m3【解析】（1）水吸收的熱量Q吸=cm(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(75℃25℃)=4.2×106J（2）天然氣燃燒放出的熱量Q放＝EQ\F(Q吸,η)=EQ\F(4.2×106J,50%)=8.4×106J燒開這壺水需要天然氣的體積V＝EQ\F(Q放,q)=EQ\F(8.4×106J,3.5×107J/m3)=0.24m314．如圖是內(nèi)燃機中工作過程中的能流圖。（1）圖中“1”處的能量形式為___________；（2）若圖中“2”和“3”處的能量分別占總能量的16%和52%，則該內(nèi)燃機的效率為_____；（3）若該內(nèi)燃機一年消耗燃油的質(zhì)量為1400kg，內(nèi)燃機工作時效率在（2）問基礎(chǔ)上提高3%，則效率提高后，該內(nèi)燃機一年可節(jié)約燃油的質(zhì)量為___________?！敬鸢浮浚?）燃料的化學(xué)能；

（2）32%；（3）120kg.【解析】（1）內(nèi)燃機是將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置，圖中“1”處的能量形式為燃料的化學(xué)能。（2）熱機的效率是用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，由題意知，內(nèi)燃機的熱機效率η＝100%﹣16%﹣52%＝32%（3）內(nèi)燃機效率提高3%，即η＝32%+3%＝35%因為η＝EQ\F(W有用,Q放)＝EQ\F(W有用,qm)所以W有用＝ηqm內(nèi)燃機效率提高后有用功是相同的，即η1qm1=η2qm2內(nèi)燃機需要的燃油質(zhì)量為m2=EQ\F(η1m1,η2)＝EQ\F(32%×1400kg,35%)=1280kg該內(nèi)燃機一年可節(jié)約燃油的質(zhì)量?m=m1m2=120kg15.閱讀下列材料，并解答問題：“可燃冰”被視為21世紀(jì)的新型綠色能源。科學(xué)家估計，全球海洋底部可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，儲量可供人類使用約1000年。我國南海海底存儲著豐富的可燃冰資源，已經(jīng)查明的儲量相當(dāng)于目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的三分之一?？扇急闹饕煞质羌淄椋?m3可燃冰可轉(zhuǎn)化生成164m3的甲烷氣體和0.8m3的水，已知甲烷氣體的熱值為3.6×107J/m3。桂林市新開通的301路公交車，使用LNG天然液化氣為燃料，這種燃料的主要成分就是甲烷。如果301路公交車滿載乘客時總質(zhì)量是6000kg，1m3可燃冰轉(zhuǎn)化生成的甲烷氣體完全燃燒產(chǎn)生的能量，可供公交車滿載時以36km/h的速度勻速行駛1640min，行駛中公交車受到的平均阻力為車重的0.05倍，則這段時間內(nèi)發(fā)動機的實際功率和效率各為多大？【答案】6×104W；50%?！窘馕觥浚?）1m3可燃冰轉(zhuǎn)化生成的甲烷氣體完全燃燒放出熱量：Q放＝q甲烷V＝3.6×107J/m3×164m3＝5.904×109J由題知：t＝1640min＝9.84×104s發(fā)動機的實際功率：P＝EQ\F(W,t)＝EQ\F(Q放,t)＝EQ\F(5.904×109J,9.84×104s)＝6×104W（2）由題知：v＝36km/h＝10m/s，公交車行駛路程：s＝vt＝10m/s×9.84×104s＝9.84×105m，又因車勻速行駛，所以汽車的牽引力：F＝f＝0.05G車＝0.05mg＝0.05×6000kg×10N/kg＝3×103N，牽引力做的有用功：W有用＝Fs＝3×103N×9.84×105m＝2.952×109J，發(fā)動機效率：η＝EQ\F(W有用,Q放)＝EQ\F(2.952×109J,5.904×109J)＝50%16．（2022·廣西柳州·統(tǒng)考中考真題）下列關(guān)于熱機的說法正確的是（）A．熱機的效率為100% B．熱機只有汽油機和柴油機兩種C．好的熱機工作時不排放廢氣 D．熱機工作時都要利用燃料的化學(xué)能【答案】D【解析】A．熱機工作過程中不可避免地要克服機件間的摩擦而做額外功，無法使熱機的效率達到100%，故A錯誤；B．蒸汽機、火箭、柴油機、汽油機等都屬于熱機，故B錯誤；C．熱機排氣沖程中排出廢氣，故C錯誤；D．熱機工作時時，熱機先將燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，后把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故D正確。故選D。17．（2022·湖北宜昌·統(tǒng)考中考真題）關(guān)于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（）A．沒有燃燒的燃料，熱值等于零B．燃料完全燃燒時，它的熱值最大C．燃料的熱值與質(zhì)量和燃燒狀態(tài)無關(guān)D．燃料燃燒時溫度越高，放出的熱量越多【答案】C【解析】ABC．熱值是燃料自身的一種屬性，大小與燃料的質(zhì)量、溫度、燃燒情況無關(guān)，故AB錯誤，C正確；D．根據(jù)公式Q=mq可知，燃料燃燒放出的熱量多少與燃料的熱值、燃料的質(zhì)量有關(guān)，與燃燒時的溫度無關(guān)，故D錯誤。故選C。18.（2022·湖南懷化·統(tǒng)考中考真題）2022年北京冬奧會示范運營1000多輛氫燃料電池車（如圖所示），該車排放物是水，不產(chǎn)生任何污染物，是當(dāng)前世界新能源汽車重要的發(fā)展方向。假設(shè)某國產(chǎn)氫燃料電池車總質(zhì)量為5×103kg。在某次測試中該車勻速行駛時受到的阻力是車重的0.02倍，在0.5h內(nèi)行駛了28km的路程，消耗的氫能源為0.4kg（不考慮氫能源燃料消耗對車質(zhì)量的影響）。求該測試過程中氫燃料電池車：（已知q氫=1.4×108J，g取10N/kg）（1）行駛的平均速度為多少km/h；（2）牽引力做的功；（3）氫能源燃燒釋放的能量轉(zhuǎn)化為機械能的效率。【答案】（1）56km/h；（2）2.8×107J；（3）50%【詳解】（1）氫燃料電池車0.5h內(nèi)行駛了28km的路程，車行駛的平均速度為v=s/t=28km/0.5h=56km/h（2）氫燃料電池車總質(zhì)量為5×103kg，受到的重力為G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N車勻速行駛時受到的阻力是車重的0.02倍，汽車做勻速直線運動，牽引力和阻力是一對平衡力，所以車受到的牽引力為F=f=0.02G=0.02×5×104N=103N牽引力做的功為W=Fs=103N×28×103m=2.8×107J（3）消耗0.4kg的氫能源，放出的熱量為Q放=qm=0.4kg×1.4×108J=5.6×107J氫能源燃燒釋放的能量轉(zhuǎn)化為機械能的效率為η＝EQ\F(W,Q放)＝EQ\F(2.8×107J,5.6×107J)＝50%19.（2022甘肅金昌·統(tǒng)考中考真題）小華家里用的是天然氣灶，他嘗試估測該灶的效率。小華在水壺中加入5L水，水的初溫是20℃，然后將水燒開，他觀察天然氣表發(fā)現(xiàn)此次燒水用了0.1m3天然氣，天然氣的熱值為3.2×107J/m3，水的比熱容c=4.2×103J/（kg?℃），當(dāng)?shù)卮髿鈮簽闃?biāo)準(zhǔn)大氣壓。求：（1）水吸收的熱量Q吸（不計水的熱量損失）；（2）天然氣完全燃燒放出的熱量Q放；（3）天然氣灶的效率η?！敬鸢浮浚?）1.68×106J；（2）3.2×106J；（3）52.5%【解析】（1）水的質(zhì)量m=ρV=1.0×103kg/m3×5×103m3=5kg水吸收的熱量Q吸=cm(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃20℃)=1.68×106J（2）天然氣放出的熱量Q放＝V