【暑假銜接】人教版初中物理九年級（八升九）暑假自學講練 05 熱機效率（原卷版+解析版）-試卷下載-教習網(wǎng)

1．燃料的熱值：
（1）定義：我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫作這種燃料的熱值，用q表示。熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
（2）公式：，變形：，。
（3）熱值的單位：J/kg（固體和液體）；J/m3（氣體）
（4）熱值反映了燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān),與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒均無關(guān)系。
【注意】認識熱值定義時，不要漏掉“完全”這一條件。
2．熱機的效率：
（1）熱機中燃料能量的去向（以汽車為例）：如圖
（2）定義：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率，用η表示。
（3）公式：η＝eq \f(W有,Q總)×100%.
（4）熱機效率是指熱機轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒所擇放的能量的比值,它反映了能量的利用率,熱機性能的一個重要標志.
（5）由于熱機在工作過程中,總有能量損失,所以熱機的效率總小于1。
3．提高熱機效率的途徑
（1）使燃料充分燃燒
（2）盡量減少各種熱量損失；
（3）在熱機的設(shè)計和制造上采用先進的技術(shù)；
（4）注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
考點1：燃料的熱值
【例1】（雙選）一箱汽油用掉一半后，下列說法錯誤的是（）
A. 質(zhì)量變?yōu)樵瓉硪话隑. 比熱容變?yōu)樵瓉淼囊话?br>C. 熱值變?yōu)樵瓉淼囊话隓. 密度不變
【答案】BC
【解析】汽車油箱中的汽油用掉一半后，汽油的質(zhì)量減少一半，但密度、熱值和比熱容是不變的．故AD正確、BC錯．故選BC．
【例2】（2021·四川瀘州市·中考真題）人類發(fā)展史也是利用燃料的歷史，干木柴、煤的放熱本領(lǐng)不同，是因為它們的_______（選填“熱值”“熱量”或“溫度”）不同，完全燃燒0.28m2的天然氣可放出_______J的熱量，這些熱量若全部被水吸收，可讓_______kg的水溫度升高20°C[已知天然氣熱值q=3.0×107J/m3，水的比熱容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
【答案】熱值 100
【解析】
[1] 單位質(zhì)量的某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值，它表示燃料的放熱本領(lǐng)強弱，干木柴、煤的放熱本領(lǐng)不同，是因為它們的熱值不同。
[2]完全燃燒0.28m2的天然氣可放出的熱量
[3]水的質(zhì)量
【變式訓練】
【變式1】關(guān)于燃料的熱值，以下說法正確的是( )
A．燃料的熱值與燃料的燃燒情況有關(guān)
B．容易燃燒的燃料，熱值一定大
C．煤的熱值比干木柴大，燃燒煤放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多
D．0.5 g汽油和2 kg汽油，它們的熱值是一樣的
【答案】D
【解析】1 kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，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)．A項，燃料的熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的燃燒程度無關(guān)，故A錯；B項，熱值大小與燃料是否容易燃燒無關(guān)，故B錯；C項，煤的熱值比干木柴大，說明1 kg的煤完全燃燒放出的熱量比1 kg干木柴完全燃燒放出的熱量多．本選項的說法中不一定完全燃燒，故C錯；D項，燃料的熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量無關(guān)，故D正確．
【變式2】．燒開一壺水，需要吸收2.3×106焦的熱量，需要完全燃燒______克的煤油．(已知煤油的熱值是4.6×107J/kg)
【解析】需要煤油的質(zhì)量為：m＝＝＝0.05 kg＝50 g.
【答案】50
【變式3】（2021年黑龍江省龍東地區(qū)中考物理試題）小琦家新安裝了一臺容積為0.5m3的太陽能熱水器，加滿水后，經(jīng)過4h陽光的照射水溫由原來的25℃升高到45℃（已知:水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃）、焦炭的熱值q=3.0×107J/kg、水的密度ρ=1.0×103kg/m3）。問:
（1）在這4h內(nèi)水吸收的熱量為多少焦耳?
（2）若這些熱量由效率為20%的火爐燃燒焦炭來提供，則需要燃燒多少千克的焦炭?
【答案】（1）；（2）
【詳解】
解（1）水吸收的熱量為
（2）燃燒焦炭所釋放的能量
需要燃燒焦炭的質(zhì)量為
答：（1）在這4h內(nèi)水吸收的熱量為。
（2）需要燃燒的焦炭。

考點2：熱機的效率
【例3】為了節(jié)約能源，需要提高熱機的效率，下列措施不能提高熱機的效率的是( )
A. 讓燃料與空氣混合充分，使燃料燃燒得比較完全
B. 在設(shè)計與制造熱機時要不斷改進與創(chuàng)新，以減少能量的損失
C. 盡量減少熱機內(nèi)部各部件間的摩擦
D. 盡量增加熱機的工作時間
【答案】D
【分析】由熱機效率的定義式η＝eq \f(W有,Q總)分析。多數(shù)情況下，在有效利用的能量Q有用不變的情況下，設(shè)法減少能量損耗，便可以提高熱機的效率。減少能量損耗的常用方法：盡量讓燃料充分燃燒，盡量減少克服摩擦做功等。
【解析】提高熱機效率的前提是設(shè)法減少熱機工作過程中的能量損失。
【例4】某家庭用的燃氣熱水器，將20 kg的水從20℃加熱到70℃，完全燃燒了0.2 kg的燃氣．已知水的比熱容為4.2×103 J/（kg·℃），燃氣的熱值為5×107 J/kg．求：
（1）燃氣完全燃燒放出的熱量Q1；
（2）水吸收的熱量Q2；
（3）該熱水器燒水的效率．
【答案】1×107J 4.2×106J 42%
【解析】（1）知道燃氣的體積和熱值，根據(jù)Q放＝qm求出燃氣完全燃燒放出的熱量；
（2）知道水的質(zhì)量、水的比熱容以及初溫、末溫，根據(jù)Q吸＝cm（t-t0）求水吸收的熱量；
（3）根據(jù)η＝求出該熱水器燒水的效率．
【詳解】(1)燃氣完全燃燒放出的熱量：Q1＝qm＝5×107J/kg×0.2kg＝1×107J；
(2)水吸收的熱量：Q2＝cm(t?t0)＝4.2×103J/(kg?℃)×20kg×(70℃?20℃)＝4.2×106J，
(3)該熱水器燒水的效率：η＝×100%＝42%．
【變式訓練】
【變式1】甲柴油機的效率比乙柴油機的效率高，這表明（）
A. 甲的功率比乙的大 B. 甲做的功比乙的多
C. 甲消耗的柴油比乙的少 D. 甲柴油機內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的百分比大
【答案】D
【解析】熱機的效率是指熱機用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比．比值越大，熱機的效率越高．
A. 功率是表示物體做功快慢的物理量，與熱機的效率是兩個完全不同的概念，故A錯誤；
B. 做功多少與效率也沒有關(guān)系，故B錯誤；
C. 消耗柴油少，與熱機效率也沒有關(guān)系，故C錯誤；
D. 甲柴油機的效率比乙柴油機的效率高，說明甲柴油機用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比大，故D正確；
故選D．
【變式2】（2021·四川成都市·中考真題）小帆在老師指導下，用如圖所示的同一個實驗裝置分別加熱100g的甲、乙兩種液體（其中一種是水），用測得的數(shù)據(jù)繪制了溫度隨時間變化圖像如圖，乙從20℃加熱至沸騰剛好消耗了4g酒精（）。若單位時間內(nèi)甲吸收的熱量與乙吸收的熱量相等，，則下列說法中正確的是（）
A．
B．乙的吸熱能力大于甲的吸熱能力
C．0~8min乙吸收的熱量為
D．該酒精燈的加熱效率為28%
【答案】C
【解析】
ABC．由圖乙知，甲從20℃加熱至沸騰用時8min，乙從20℃加熱至沸騰用時10min。升高相同溫度，甲所需時間長，需要吸收的熱量多，那么甲的吸熱能力更強，則甲是水，甲從20℃升溫至100℃，需要吸收的熱量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg?℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J
即酒精燈在8min內(nèi)放出的熱量為3.36×104J，那么乙在8min內(nèi)吸收的熱量為3.36×104J。乙從20℃升溫至100℃，所需時間為4min，吸收的熱量
那么乙的比熱容
故AB錯誤，C正確；
D．乙從20℃加熱至沸騰，所需時間為10min，吸收的熱量
消耗的酒精放出的熱量
Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J
那么酒精燈的加熱效率
故D錯誤。
故選C。
【變式3】（2021·云南中考真題）中國首次火星探索任務(wù)“天問一號”探測器的成功發(fā)射，是我國綜合國力和創(chuàng)新能力提升的重要標志。如圖所示是某火箭發(fā)射時的場景，目前運載火箭一般使用液態(tài)氫作為燃料、液態(tài)氧作為助燃劑?；鸺剂系陌l(fā)展如表1所示，表2是一些燃料的熱值。
表1
表2
（1）使用氫作為燃料的主要優(yōu)點是：______和______；
（2）某火箭發(fā)射時攜帶了液態(tài)氫燃料，這些燃料完全燃燒最多能將多少千克初溫為的水加熱至沸騰______？[，當?shù)卮髿鈮簽?標準大氣壓]
（3）氫能源車的發(fā)動機工作時將液態(tài)氫轉(zhuǎn)化為氫氣在氣缸中燃燒。某次測試中，一輛氫能源車以70kW的功率勻速行駛0.5h，消耗了2kg燃料，求該發(fā)動機的效率______。
【答案】熱值大無污染 45％
【解析】
（1）[1][2] 氫作為燃料的主要優(yōu)點熱值大、無污染。質(zhì)量相同的燃料，熱值大的燃燒后釋放出更多的熱量。氫燃燒后的產(chǎn)物是水，對環(huán)境無污染。
（2）[3]氫燃燒后釋放的熱量
水吸收的熱量
由可知，水的質(zhì)量
（3）[4]2kg氫完全燃燒釋放的熱量
汽車發(fā)動機做的功
發(fā)動機的效率

考點3：熱值實驗探究
【例4】小王學習燃料的熱值之后，自己設(shè)計一個實驗來探究酒精和碎紙片的熱值大?。?br>（1）實驗裝置如圖甲、乙所示，你認為圖中橫桿、溫度計、鐵圈、燃具四個器件的安裝順序是_____（由下而上/由上而下）．
（2）為保證實驗結(jié)論的可靠，在實驗中應(yīng)控制的因素有：_____，_____等．
（3）實驗數(shù)據(jù)記錄如表：
根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算出碎紙片的熱值是_____J/kg．
（4）通過實驗得到的燃料熱值與實際相比是偏_____（選填“大”或“小”），你認為出現(xiàn)這樣情況的主要原因是：_____．
（5）另一組同學用同樣的裝置進行實驗，在實驗中兩種燃料完全燃燒完之前都使得水沸騰了，你能否比較出兩種燃料的熱值？_____（能/不能）理由：_____，為避免這種情況的出現(xiàn)，你可以對他們組提什么改進建議？_____．
【答案】 (1). 由下而上 (2). 酒精和碎紙片的質(zhì)量 (3). 兩杯水的質(zhì)量 (4). 1.2×106 (5). 小 (6). 存在熱損失或者燃料沒有完全燃燒 (7). 不能 (8). 水沸騰后吸熱溫度保持不變，因此無法比較燃料放出熱量的多少 (9). 增加水的質(zhì)量或減少燃料的質(zhì)量
【解析】（1）為了利用酒精燈的外焰給燒杯充分加熱，并且溫度計不要碰到燒杯壁和燒杯底，應(yīng)按照由下往上的順序組裝器材；
（2）為了比較相同質(zhì)量的酒精和碎紙片燃燒放出熱量的多少，必須控制二者的質(zhì)量相等、燒杯內(nèi)水的質(zhì)量相等、兩個燒杯相同；
（3）相同質(zhì)量的酒精和碎紙片燃燒放熱，酒精燃燒放出的熱量可以將水的溫度升高20℃，碎紙片燃燒放出的熱量可以將水的溫度升高10℃，可見酒精的熱值是碎紙片的2倍，所以碎紙片的熱值為1.2×106J/kg；
（4）因為燒杯、空氣也吸收熱量，并且燃料不可能完全燃燒，所以測得的熱值會偏?。?br>（5）因為水沸騰后吸熱溫度保持不變，因此無法比較燃料放出熱量的多少，所以在實驗中兩種燃料完全燃燒完之前都使得水沸騰了，將不能比較兩種燃料的熱值；為避免出現(xiàn)在實驗中水沸騰的現(xiàn)象，應(yīng)增加水的質(zhì)量或減少燃料的質(zhì)量．
1．在熱現(xiàn)象中，下列說法正確的是（）
A．冰在熔化過程中，要不斷吸收熱量，溫度同時升高
B．一個物體內(nèi)能增加了，一定是吸收了熱量
C．新型燃料汽車實現(xiàn)了“零排放”，其效率已達到了100%
D．初春培育水稻秧苗時，為了不使秧苗受凍，應(yīng)該早晨多排水，傍晚多灌水
【答案】D
【解析】A、冰是晶體，熔化過程中吸熱，溫度不變，故A錯誤；
B、一個物體的內(nèi)能增加可能是吸收了熱量，也可能是外界對此物體做功，故B錯誤；
C、目前有些新型燃料汽車，實現(xiàn)了“零排放”，減少了污染，提高了效率，但效率不會達到100%，故C錯誤；
D、初春培育水稻秧苗時，為了不使秧苗受凍，傍晚多灌水，當夜晚溫度降低時，因為水的比熱大，水放出熱量，水的溫度降低的比較少，不至于使秧苗受凍；在早晨把稻田內(nèi)是水排出，稻田接受太陽光的照射，泥土的比熱小，泥土吸收熱量，溫度升高快，有利于秧苗的生長，故D正確。
2．下列關(guān)于熱機、熱值的說法正確的是（）
A．汽油機、柴油機都有火花塞和噴油嘴這兩個關(guān)鍵部件
B．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kg/J
C．柴油機工作的效率是35%，說明它工作時柴油燃燒釋放的能量65%轉(zhuǎn)化為有用功
D．四沖程內(nèi)燃機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的
【答案】D
【解析】A、汽油機和柴油機構(gòu)造不同。汽油機有火花塞，柴油機有噴油嘴。故A錯誤；
B、單位質(zhì)量的燃料完全燃燒時釋放出的熱量是燃料的熱值，所以熱值的單位是J/kg。故B錯誤；
C、柴油機的效率為35%，說明它工作時柴油完全燃燒放出的熱量的35%轉(zhuǎn)化為有用功。故C錯誤；
D、四沖程內(nèi)燃機是吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程連續(xù)工作的循環(huán)過程。故D正確。
3．我國北方房屋中的“暖氣”用水作為介質(zhì)，是因為水的大；火箭用液態(tài)氫作燃料，是因為液態(tài)氫的大。
【答案】比熱容；熱值
【解析】
（1）比熱容越大，說明物質(zhì)的吸放熱能力就越強；北方房屋中的“暖氣”用水作為介質(zhì)，是因為水的比熱容較大，在相同條件水可以放出更多的熱量。
（2）火箭采用液態(tài)氫作為燃料，原因是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的液態(tài)氫和其它燃料相比，液態(tài)氫可以釋放出更多的熱量。
4．現(xiàn)有0.028kg酒精，完全燃燒釋放的熱量為 J，若這些熱量完全被水吸收，可以使10kg的水，溫度從20℃升高到 ℃[q灑精＝3×107J/kg，c水＝4.2×l03J/（kg?℃）]
【答案】8.4×105；20
【解析】（1）知道酒精的質(zhì)量和熱值，利用燃料完全燃燒放熱公式Q放＝mq求放出的熱量；
（2）再由Q放＝Q吸＝cm△t，得到△t=eq \f(Q吸, cm)后計算水升高的溫度。
解：
（1）完全燃燒0.028kg酒精放出的熱量：
Q放＝q酒精m酒精＝3×107J/kg×0.028kg＝8.4×105J；
（2）由熱量完全被水吸收，Q吸＝cm△t＝Q放，
所以水溫度升高值：
△t=eq \f(Q吸, cm)= eq \f(8.4×105J, 4.2×103J/（kg?℃）×10 kg)=20℃。
可以使水的溫度升高到20℃。
5．我們每天都在產(chǎn)生大量垃圾，合理分類和利用垃圾是我們面臨的一個重大課題。某垃圾處理廠處理垃圾時提煉出了200kg燃料油，若燃料油的熱值為4.0×107J/kg，則這些燃料油完全燃燒放出的熱量為________J，燃料油燃燒時發(fā)熱，燃料油的化學能轉(zhuǎn)化為________能。
【答案】8.0×109；內(nèi)
【解析】（1）這些燃油完全燃燒放出的熱量：
Q＝mq＝200kg×4.0×107J/kg＝8.0×109J；
（2）燃料油燃燒時發(fā)熱，燃料油的化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
6．一個標準大氣壓下，將質(zhì)量1.0kg的水從20℃加熱到沸騰，水吸收的熱量是________J．小明家天然氣熱水器的熱效率是84%，他某次洗澡，耗水40kg，自來水進熱水器的溫度是24℃，出熱水器的溫度是40℃，小明這次洗澡消耗天然氣________m3．已知水的比熱容是4.2×103J/（kg℃），天然氣的熱值是3.2×107J/m3。
【答案】3.36×105J；0.1
【解析】（1）利用Q吸=cm△t求水吸收的熱量；
（2）利用Q吸=cm△t求洗澡時水吸收的熱量；已知熱水器的熱效率，由η=EQ \F(Q吸, Q放)
可求得天然氣放出的熱量，再利用Q放=Vq可求得天然氣體積。
（1）水吸收的熱量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×1.0kg×（100℃－20℃）=3.36×105J；
（2）他某次洗澡時水吸收的熱量：
Q吸′=cm′△t′=4.2×103J/（kg?℃）×40kg×（40℃－24℃）=2.688×106J；
由η=EQ \F(Q吸, Q放)可得，天然氣放出的熱量：Q放=EQ \F(Q吸,η)= EQ \F(2.688×106J, 84%)=3.2×106J；
由Q放=Vq可得，消耗天然氣體積：V=EQ \F(Q放,q) =EQ \F(3.2×106J,3.2×107J/m3)
7.某同學在燒杯中裝人質(zhì)量為100g、初溫為20℃的水，然后用酒精燈給水加熱一段時間后，水的溫度升高到70℃，此過程中水的內(nèi)能增加了______J，水增加的內(nèi)能______（選填“大于”、“小于”或“等于”）酒精完全燃燒所放出的熱量。已知c水=4.2×103J/（kg?℃）。
【答案】2.1×104 小于
【解析】
（1）水吸收的熱量（水的內(nèi)能增加值）：
Q吸=c水m水（t－t0）=4.2×103J/（kg?℃）×0.1kg×（70℃－20℃）℃=2.1×104J；
（2）由于酒精不可能完全燃燒，有熱量散失，且燒杯也會吸收一部分熱量，
所以，水增加的內(nèi)能小于酒精完全燃燒所放出的熱量。
故答案為：2.1×104；小于。
（1）根據(jù)Q吸=c水m水（t－t0）求出水吸收的熱量（水的內(nèi)能增加值）；
（2）由于酒精不可能完全燃燒，有熱量散失，且燒杯也會吸收一部分熱量，進而判斷水增加的內(nèi)能與酒精完全燃燒所放出的熱量的關(guān)系。
本題主要考查吸熱公式的應(yīng)用，知道在熱傳遞過程中存在熱損失，只要細心應(yīng)該容易解答，比較簡單。
8．用液化氣灶燒水，把1.5kg初溫為20℃的水加熱到100℃，需要吸收的熱量為 J．若上述過程中完全燃燒了0.021kg液化氣，且只有60%的熱量被水吸收，則液化氣的熱值為 J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]
【答案】5.04×105；4×107
【解析】解：（1）水吸收的熱量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg?℃）×1.5kg×（100℃－20℃）＝5.04×105J；
（2）由題知，Q吸＝Q放×60%＝m液化氣q×60%，
需要液化氣的體積：
q液化氣＝ EQ \F(Q吸, 60%m) ＝ EQ \F(5.04×105J,0.021kg×60%) ＝4×107J/kg。
第1代
第2代
第3代
第4代
燃料
氧氣和汽油混合
偏二甲胼
煤油
液態(tài)氫
氧化劑
四氧化二氮
液態(tài)氧
液態(tài)氧
燃料
熱值
燃料
熱值
汽油

煤油
柴油

氫

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