沪科版九年级物理第十三章内能与热机第四节热机效率和环境保护练习含答案

这是一份沪科版九年级物理第十三章内能与热机第四节热机效率和环境保护练习含答案，共8页。
第四节　热机效率和环境保护知能·提升训练知能提升1.下列数据符合实际的是(　　)A.水的比热容为4.2 J/(kg·℃)B.在一个标准大气压下,水的沸点为100 ℃C.汽油的热值为4.6×102 J/kgD.柴油机的效率可以达到99%2.关于燃料的热值,下列说法正确的是(　　)A.汽油的热值是4.6×107 J/kg,它表示燃烧1 kg汽油放出的热量为4.6×107 JB.着火点的燃料,热值一定大C.煤的热值大于干木柴的热值,完全燃烧时,煤放出的热量一定比干木柴多D.天然气的热值约为8.4×107 J/m3,它表示完全燃烧1 m3的天然气产生的热量约为8.4×107 J3.下列供热方式最有利于环保的是(　　)A.用煤作燃料供热B.用石油作燃料供热C.用天然气作燃料供热D.用太阳能灶供热4.甲、乙两台热机,甲的效率比乙的低,其含义是(　　)A.甲热机比乙热机做的有用功少B.甲热机比乙热机消耗的燃料多C.在做相同有用功的条件下,甲消耗的燃料多D.在做相同有用功的条件下,甲损失的能量比乙少5.下图是内燃机的能量流向图,热机效率(η)等于(　　)A.E1E4×100%B.E4E1×100%C.E3+E4E1×100%D.E4E1+E2+E3+E4+E5×100%6.关于热机的效率,下列说法正确的是(　　)A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多C.热机的效率越高说明做功越快D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的7.为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施不能提高热机效率的是(　　)A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦D.尽量增加热机的工作时间8.建筑工地上有一台大型汽车吊,把100 t建筑材料从地面吊到15 m高处,汽车吊做的有用功为　　　　 J,在这过程中,汽车吊消耗柴油的质量为2.0 kg,则完全燃烧2.0 kg柴油释放的内能为　　　　 J,该过程中汽车吊的效率为　　　　%。(柴油的热值为q=4.3×107 J/kg,g取10 N/kg) 9.天然气热水器将40 kg的水由22 ℃加热到42 ℃,水的内能增加了　　　　　 J,水的内能增加是通过　　　　方式实现的,若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收,需要消耗　　　 kg的天然气。已知c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4×107 J/kg。 10.在探究水的沸腾实验中,用酒精灯对水进行加热,实验中完全燃烧了5.6 g酒精,则放出了　　　　 J的热量;若这些热量的30%被150 g、25 ℃的水吸收,则水升高的温度是　　　　 ℃。[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107 J/kg,环境为标准大气压] 11.太阳能是一种可再生的清洁能源。为了倡导低碳生活,太阳能热水器被广泛应用于现代生活。下表提供的是一装满水的太阳能热水器在太阳照射下的相关信息:注:1 L=10-3 m3请根据上表信息,通过计算回答问题。(1)热水器中水的质量为　　　　 kg。 (2)热水器中的水需吸收的热量为　 J。 (3)热水器平均1 h所接收的太阳能约为　　　　　　　 J。 12.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100 g的水,在标准大气压下加热至沸腾,假如完全燃烧酒精3 g。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),酒精的热值为3.0×107 J/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:1 g 100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J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5 g,求此过程水汽化成水蒸气所吸收的热量。探究创新13.(2021·云南中考)“天问”一号探测器的成功发射,是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。右图是某火箭发射时的场景,目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示,表2是一些燃料的热值。表1表2(1)使用氢作为燃料的主要优点是　　　　和　　　　。 (2)某火箭发射时携带了3×104 kg液态氢燃料,这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为20 ℃的水加热至沸腾?[c水=4.2×103 J/(kg·℃),当地大气压为一个标准大气压](3)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中,一辆氢能源车以70 kW的功率匀速行驶0.5 h,消耗了2 kg燃料,求该发动机的效率。第四节　热机效率和环境保护知能·提升训练知能提升1.B2.D　热值是指1 kg的某种燃料完全燃烧时放出的热量。热值是燃料本身的一种性质,它的大小决定于燃料本身,与着火点无关。3.D　煤、石油、天然气燃烧后,均会产生废气,会污染环境。4.C　甲热机的效率比乙低,说明甲热机工作时,用于做有用功的能量与燃料完全燃烧所放出的能量的比值比乙的要小,即在完全燃烧等质量的同种燃料的条件下,甲热机中做的有用功要比乙少,反过来,在做有用功相同的条件下,甲消耗的燃料多,A、B只是片面的比较,是错误的;甲热机效率低,在做有用功相同的条件下,甲损失的能量应比乙多,故D也是错误的。5.B　热机效率是用来做有用功的那部分能量(E4)与燃料完全燃烧放出的能量(E1)之比。6.A　柴油机的效率一般要高于汽油机,柴油机多用在重型机器上,故A正确;热机效率越高,做有用功与燃料完全燃烧放出的内能的比值越大,即在做功相同的情况下,消耗的燃料较少,或消耗相同的燃料,做功较多,故B错误;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C错误;在热机的各种能量损失中,废气带走的能量最多,故D错误。7.D　热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机的效率。所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失,提高效率,故A、B、C正确。增加热机的工作时间,并不能减少热量的损失,所以不能提高热机的效率,故D错误。8.解析 知道建筑材料的质量,可利用公式G=mg计算出建筑材料的重力,又知道上升的高度,可利用公式W有用=Gh计算出汽车吊做的有用功。知道柴油的质量和柴油的热值,可利用公式Q放=mq计算出柴油完全燃烧放出的热量,即燃烧柴油释放的内能。利用效率公式计算出汽车吊的效率η=W有用Q放×100%=1.5×107 J8.6×107 J×100%≈17.4%。答案 1.5×107　8.6×107　17.49.解析 水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×40 kg×(42 ℃-22 ℃)=3.36×106 J;水吸收热量,内能增加、温度升高,是利用热传递改变水的内能;由η=Q吸Q放得,天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸η=3.36×106 J84%=4×106 J,由Q放=mq得,需要天然气的质量m=Q放q天然气=4×106 J4×107 J/kg=0.1 kg。答案 3.36×106　热传递　0.110.解析 完全燃烧5.6 g酒精放出的热量Q放=m酒精q=5.6×10-3 kg×3.0×107 J/kg=1.68×105 J由题意可得,水吸收的热量Q吸=30%Q放=30%×1.68×105 J=5.04×104 J根据Q吸=c水m水Δt可得,水升高的温度Δt=Q吸cm=5.04×104 J4.2×103 J/(kg·℃)×0.15kg=80 ℃由于标准大气压下水的沸点为100 ℃,则水温度只能升高Δt'=t-t0=100 ℃-25 ℃=75 ℃。答案 1.68×105　7511.解析 水的质量为m=ρV=1.0×103 kg/m3×100×10-3 m3=100 kg;水吸收的热量Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×60 ℃=2.52×107 J;根据表格信息可知,太阳能转换为水的内能的效率为50%,则10 h热水器接收的太阳能为E=Q吸50%=5.04×107 J。所以热水器平均1 h所接收的太阳能约为5.04×107J10=5.04×106 J。答案 (1)100　(2)2.52×107　(3)5.04×10612.解析 (1)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=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×0.1 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.36×104 J。(2)3 g酒精完全燃烧释放的热量Q放=mq=3×10-3 kg×3.0×107 J/kg=9×104 J;酒精灯烧水的热效率η=Q吸Q放=3.36×104 J9×104 J×100%≈37.3%。(3)1 g 100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收2.26×103 J的热量,则5 g 100 ℃的水汽化成同温度的水蒸气需要吸收的热量Q=5 g×2.26×103 J/g=1.13×104 J。答案 (1)3.36×104 J　(2)37.3%　(3)1.13×104 J探究创新13.解析 (1)运载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,另外氢气燃烧的生成物是水,不会造成污染。(2)3×104 kg液态氢完全燃烧释放的热量Q=mq=3×104 kg×1.4×108 J/kg=4.2×1012 J一个标准大气压下水的沸点为100 ℃,水的质量为m'=Qc水Δt=4.2×1012 J4.2×103 J/(kg·℃)×(100 ℃-20 ℃)=1.25×107 kg。(3)氢能源车所做的功为W=Pt=70 000 W×0.5×3 600 s=1.26×108 J2 kg燃料完全燃烧释放的热量Q'=m″q=2 kg×1.4×108 J/kg=2.8×108 J该发动机的效率为η=WQ'×100%=1.26×108 J2.8×108 J×100%=45%。答案 (1)热值大　无污染(2)1.25×107 kg(3)45%太阳照射时间/h太阳能转换为水的内能的效率热水器最大水容量/L1050%100水升高的温度/℃水的比热容J/(kg·℃)水的密度kg/m3604.2×1031.0×103比较项第1代第2代第3代第4代燃料氧气和汽油混合偏二甲肼煤油液态氢氧化剂四氧化二氮液态氧液态氧燃料热值燃料热值汽油4.6×107 J/kg煤油4.6×107 J/kg柴油4.3×107 J/kg氢1.4×108 J/kg