初中物理沪科版九年级全册第十三章 内能与热机第四节 热机效率和环境保护课时训练

13.4 热机效率和环境保护

基础训练

考点一、燃料的热值

1．汽油的热值是4.6×107J/kg，它的意思是（   ）

A．1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J的热量    B．1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J/kg的热量

C．燃烧1 kg的汽油放出4.6×107J的热量     D．燃烧1 kg的汽油放出4.6×107J/kg的热量

【答案】A

【解析】汽油的热值是4.6×107J/kg，它的意思是1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J的热量。选A。

2．下面是小明同学“物理学习笔记”中的摘录，其中错误的是（   ）

A．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的   

B．0 ℃的冰熔化成0 ℃的水的过程中，内能不变

C．柴油机的散热器用水做冷却剂，是因为水的比热容较大 

D．燃料的热值与燃料的总质量没有关系

【答案】B

【解析】做功和热传递都可以改变物体的内能，它们达到的效果都是一样的，故A正确；0 ℃的冰熔化成0 ℃的水的过程中，吸收热量，温度不变，但内能增大，故B错误；柴油机的散热器用水做冷却剂，是因为水的比热容较大，升高相同的温度，水吸收的热量多，故C正确；燃料的热值是指单位质量某种燃料完全燃烧时放出的热量，与燃料的质量没有关系，故D正确。故选B。

3．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_____B燃料的热值（选填“大于”、“小于”或“等于”），完全燃烧0.3 m3的天然气来加热水箱中的水，放出的热量是______J。（该天然气的热值为3.0×107 J/m3）

【答案】小于  9×106

【解析】（1）如图

取相同质量m0，由图可知，QA<QB

根据q=可知，qA<qB

（2）已知V=0.3 m3，q=3.0×107 J/m3

天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.3 m3×3.0×107 J/m3=9×106 J

4．关于热值和热机效率的描述，下列说法正确的是（   ）

A．燃料燃烧越充分，燃料的热值就越大  B．热机里燃料燃烧越充分，热机效率越高

C．燃料燃烧放出的热量越多，其热值越大 D．热值和热机效率都只与燃料种类有关

【答案】B

【解析】热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故C错误；热值取决与燃料种类，与外界条件无关；而燃料的燃烧情况、能量的损失都会影响热机效率，故D错误。

5．关于热机，下列说法中正确的是（   ）

A．效率越高的热机功率也越大   

B．汽油机和柴油机均属于内燃机，工作时它们点火的方式也相同

C．使用热值高的燃料可提高热机的效率 

C．汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源

【答案】C

【解析】热机的效率与热机的功率无关，二者是两个不同的概念，A说法不正确；汽油机是点燃式，柴油机是压燃式，B说法不正确；汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源，C说法正确；热机的效率与燃料的热值没有关系，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，D说法不正确。

6．汽车油箱中的柴油用去了一半，则剩下的柴油（   ）

A．比热容和热值均变为原来的一半   B．热值为原来的一半，比热容不变

C．比热容为原来的一半，热值不变   D．比热容和热值均不变

【答案】D

【解析】比热容和热值与物质种类有关，所以汽车油箱中的柴油用去了一半，则剩下的柴油比热容和热值不变。故选D。

7．下面是小明同学笔记中的摘录，其中不正确的是（   ）

A．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的     B．汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能

C．同种物质质量相同时，温度越高的物体含有的热量越多   D．燃料的热值与燃料的质量没有关系

【答案】C

【解析】做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，故A正确；汽油机在做功冲程中，将内能转化为机械能，故B正确；热量是过程量，不能说物体含有热量的多少，故C错误；热值是物质的一种特性，对于同种物质不随质量、体积的改变而改变，所以燃料的热值与燃料的质量没有关系，故D正确。

8.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108J/kg，完全燃烧6 g的氢气可放出 _________J 的热量，这些热量能使10 kg常温下的水温度升高_______________。若一罐氢气用去了一半， 则剩余氢气的热值_______（填“大于”、“等于”或“小于”）1.4×108J/kg。

【答案】8.4×105  20  等于

【解析】完全燃烧6 g的氢气可放出热量：Q放 =m氢q=0.006 kg×1.4×108 J/kg=8.4×105 J；水吸收的热量：Q吸=Q放=8.4×105 J，由Q=cm△t得，水升高温度：△t=Q吸/（cm）=8.4×105J/[4.2×103 J/(kg•℃)×10 kg]=20 ℃；热值是燃料的特性，与燃料的质量无关，所以罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值不变，等于1.4×108 J/kg。

考点二、热机的效率

9．用燃气灶烧水时，把2.2 kg初温为20 ℃的水加热到100 ℃，共燃烧了45 g天然气（假设天然气完全燃烧）。已知天然气的热值为4.4×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）。

（1）在烧水的过程中，大量向外散失的能量不会自动再汇集回来，这说明能量的转化和转移是有______的。

（2）水的内能增加了_______J。

（3）燃气灶烧水的效率为_______。

【答案】（1）方向  （2）7.392×105  （3）37.3%

【解析】（1）在烧水的过程中，大量向外散失的能量不会自动再汇集回来，说明在能的转化和转移的过程中，能量转化和转移是有方向性；

（2）水吸收的热量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103 J/（kg·℃）×2.2 kg×（100 ℃–20 ℃）=7.392×105 J，即水的内能增加了7.392×105 J；

（3）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=45×10-3 kg×4.4×107 J/kg=1.98×106 J；

燃气灶的效率：η=×100%=37.3%。

10．汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的________较大的性质；散热器中装有10 L的水，在温度升高20 ℃的过程中，水吸收的热量是________J，这些热量相当于完全燃烧_________kg的天然气放出的热量。[水的比热容c水=4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q=8.4×107J/kg]

【答案】比热容  8.4×105  0.01

【解析】汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质；水吸收的热量：Q吸=cm△t=4.2×103 J/（kg·℃）×10 kg×20 ℃=8.4×105 J；由题知，Q放=Q吸=8.4×105 J，∵Q放 =m气q，∴m气=Q放/q=8.4×105J/（8.4×107J/kg）=0.01 kg。

素养提升

11．下列关于热现象的说法中，正确的是（   ）

A．沿海地区昼夜温差比内陆地区小，是因为水的比热容小  

B．汽油机压缩冲程把内能转化为机械能

C．火箭用氢作燃料主要是因为氢的热值高     

D．冬天搓手取暖是利用热传递来改变内能

【答案】C

【解析】因为水的比热容大，吸收或放出相同的热量，温度变化量较小，造成沿海地区昼夜温差比内陆地区小，故A错误。汽油机压缩冲程把机械能转化为内能，故B错误。因为氢的热值高，燃烧相同质量的燃料放出热量多，所以火箭用氢做燃料，C正确。冬天搓手取暖是利用做功来改变内能，故D错误。

12．今年5月18日，我国首次在南海成功试采海域可燃冰，可燃冰具有热值大、储值大、能直接点燃等特点，它的热值约为1.4×1010J/m3，则3 m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为      J，假设这些热量全部被比热容为4.2×103J/（kg·℃）的水吸收，可以使        kg的水温度升高50℃。

【答案】4.2×1010  2×105

【解析】根据题目中已知热值为，体积为V=3 m3，则燃烧放出的热量，根据公式可得。

13．菜油最适宜的烹饪温度在150 ℃至180 ℃之间。用天然气将质量为0.02 kg的菜油从室温20 ℃加热到170 ℃，天然气燃烧释放出的热量有60%被菜油吸收。则菜油吸收了_______J热量，燃烧了______m-3的天然气。（取c菜油 = 2.0×103J·(kg·℃）-1，天然气的热值为4×107 J/m3）

【答案】6×103  2.5×10-4

【解析】Q吸=cmΔt=2.0×103 J·(kg·℃）-1 ×0.02 kg×（170 ℃–20 ℃）=6×103 J；天然气燃烧放出热量Q放=Q吸/η=6×103J/60%=104 J；又Q放=qV得：V=Q放/q=104 J/4×107 J/m3=2.5×10-4 m3。

14.农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤。完全燃烧0.5 kg的秸秆煤可放出          J的热量；若这些热量完全被质量为100 kg，初温为200C的水吸收，可使水温升高到         ℃ [已知q秸秆煤=2.1×107J/kg，c水=4.2×103 J/（kg· ℃)]。

【答案】1.05×107  45

【解析】秸秆煤完全燃烧放出的热量Q=qm=2.1×107 J/kg×0.5 kg=1.05×107J。由Q吸=cmΔt可得，，所以水吸收热量温度升高到t1=t0+25 ℃=45 ℃。

15. 5月18日，中国宣布对南海可燃冰试采实现稳定产气，引发世界各国高度关注，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的近20倍，若1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可以使　    　kg水的温度升高50 ℃，已知c水=4.2×103J/（kg·℃），q可燃冰=8.4×108 J/kg。

【答案】4 000

【解析】1 kg可燃冰完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1 kg×8.4×l08 J/kg=8.4×l08 J，由Q吸=cm△t可得：。

16．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远（如图）。此过程中的能量转化方式与汽油机的      冲程相类似，实验时在盒内滴入2×10-4 kg酒精，这些酒精完全燃烧放出的热量是         J。(q酒精=3×107 J/kg)

【答案】做功  6×103

【解析】塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高温高压的燃气，推动塑料盒盖运动，把内能转化为机械能，这一过程与热机工作时的做功冲程类似；完全燃烧酒精释放的热量是：Q=mq=2×10-4 kg×3×107 J/kg=6×103 J。

17.常见的家用热水器有太阳能热水器、电热水器、燃气热水器。若使用太阳能热水器将12 L水由20 ℃加热到45 ℃，则水需要吸收太阳能________J；若改用功率为“220 V，1 000 W”的电热水器正常加热，则需要加热_________s；若用燃气热水器加热，则需要完全燃烧m3的燃气。（已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃），燃气的热值为4.2×107 J/m3；不考虑能量转换过程中的损失）

【答案】1.26×106  1 260  0.03

【解析】水需要吸收太阳能：Q=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×12 kg×25 ℃=1.26×106 J；电热水器需加热的时间为：t=W/P=Q/P=1.26×106 J/1 000 W=1 260 s；需要燃烧的燃气的体积为V=Q/q=1.26×106 J/4.2×107 J/ m3=0.03 m3。

18.天然气是一种热值高、污染小的清洁能源，2016年三明市迎来了天然气时代。完全燃烧0.035 m3的天然气放出多少焦的热量?若这些热量完全被水吸收，能使多少千克的水温度升高50 ℃?（水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃），天然气的热值取q=4×107 J/m3）

【答案】（1）1.4×106 J  （2）6.67 kg

【解析】（1）完全燃烧0.035 m3的天然气放出的热量为：Q=Vq=0.035 m2×4×107 J/m=1.4×106 J；（2）水的质量为：m=Q/cΔt=1.4×106 J/[4.2×103 J/（kg·℃）×50 ℃]=6.67 kg。

19．某太阳能热水器中装有40 kg的水，阳光照射一段时间后，水温从10 ℃升高到60 ℃，已知c水=4.2×103 J/（kg·℃）。求：

（1）热水器中的是所吸收的热量；

（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立方米的天然气？（天然气的热值为8.4×107 J/m3，假设天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收）

【答案】（1）8.4×106 J  （2）0.1 m3

【解析】（1）热水器中水吸收的热量：Q=cm（t–0）=4.2×103 J/（kg·℃）×40 kg×（60 ℃–10 ℃）=8.4×106 J；

（2）天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=8.4×106 J，因为Q放=Vq所以天然气的体积。

20．今年5月18日，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。1 m3可燃冰分解后，可释放出约150 m3天然气，已知q天然气=2.1×l07 J/m3，c水=4.2×l03 J/(kg·℃)。求：

（1）1 m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？

（2）若上述热量全部被水吸收，可将多少kg的水从20 ℃加热至95 ℃？

【答案】（1）3.15×109 J  （2）104 kg

【解析】（1）1 m3可燃冰分解后，可释放出约150 m3天然气，天然气完全燃烧放出的热量

Q=Vq=150 m3×2.1×107 J/m3=3.15×109 J；

（2）由Q=cm△t可得，水的质量。