05热机效率计算题-培优提升15题-江苏省2023-2024九年级物理上学期期末突击练习（苏科版）

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一、计算题
1．小明学习了热学的有关知识后，知道了水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），他想估算自己家所用的天然气灶的效率，他在铁锅中装入3kg水，并将其放在天然气灶上从15℃加热到75℃，加热前后小明观察了天然气表（如图），上面的示数分别为:m3和m3。
（1）天然气表上标有“严禁明火查漏”的警示，请说出原因。
（2）水从15℃升高到75℃吸收了多少热量?
（3）若铁锅吸收的热量不考虑，则该天然气灶烧水的效率大约是多少?（q天然气约为3.9×107J/m3）
2．泰州“垃圾分一分，城市美十分”于2021年2月1日正式实行．在一定的条件下，1t某种分类后的垃圾能“榨”出126kg燃料油，该燃料油的热值为4.0×107J/kg。求：
（1）126kg燃料油完全燃烧能放出多少焦的热量；
（2）合理利用（1）中的热量可以变废为宝，请完成以下生活应用；
①如这些热量全部被水吸收，可将多少kg的水从20℃升高到70℃；[c水=4.2×103J/（kg·℃）]
②如这些热量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车行驶时受到的阻力为4×103N，则汽车能运动多少m。
3．为检测某汽车发动机的工作性能，现使汽车在平直公路上从静止开始做直线运动，保持发动机输出功率恒定为6×104W，汽车行驶过程中所受阻力大小不变，其v-t图像如图所示，在第10s末开始匀速行驶，经测试，消耗5.8kg的汽油可以使汽车匀速行驶53.36km，汽油完全燃烧放出的热量40%用来驱动汽车行驶，（汽油的热值为4.6×107J/kg），在检测过程中。
（1）前10s发动机做多少功？
（2）汽车受到的阻力多大？
（3）汽车匀速行驶的速度多大？
4．小明家新买了一辆以汽油为燃料的小汽车。细心的小明发现行驶的速度不同时，耗油量不同。当小汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30%。若小汽车以最省油的速度行驶270km，求在此过程中：
（1） 汽车受到的阻力。
（2） 汽车牵引力做的功。
（3） 消耗汽油的质量（汽油的热值q汽=4.5×107J/kg）。
5．发动机的效率是汽车经济性能指标之一。某品牌汽车厂家提供一款轿车的部分出厂参数如下：①汽车在平直公路匀速行驶100km过程中速度表如图所示，该汽车百公里耗油质量为9kg；②发动机输出功率为30kW。（油的热值是）。根据以上参数计算：
（1）该汽车行驶100km的时间是多少；
（2）发动机所做的有用功；
（3）汽车发动机的效率。
6．2022年北京冬奥会成功举办，带动3亿人爱上冰雪运动。如图所示是一款雪地摩托车，该车发动机为一款单缸四冲程汽油机，它工作时效率为20%，小奥驾驶它在水平雪地上匀速直线运动时所受阻力为1000N，经过200s的风驰电掣行驶了4600m的路程。（已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg）。求该过程中：
（1）牵引力做的功；
（2）牵引力做功的功率；
（3）需要燃烧多少千克汽油。
7．如图所示是我国自主研制的新一代喷气式大型客机C919，当发动机以1.2×105 N的推力时，C919在空中沿水平方向匀速飞行，飞行100s通过的路程为9×103 m。在这段时间里，求：
（1）发动机做了多少功？
（2）发动机的功率多大？
（3）若发动机的效率为48%（效率指发动机做的功与消耗燃油完全燃烧放出热量的比值），则消耗燃油的质量是多少（已知q燃油=4.5×107 J/kg）
8．我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了10min，已知汽车发动机的牵引力是1000N，发动机的效率是40%，（燃油的热值为4.5×107J/kg）试求：
（1）汽车牵引力所做的功是多少？
（2）发动机消耗燃油是多少？
9．某小组同学用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2g酒精。已知：水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），酒精的热值为3×107J/kg求：
（1）此过程中水吸收的热量；
（2）此酒精灯加热的效率为多少。
10．一辆小汽车牵引力功率为20kW。若某次在高速公路上以25m/s的速度匀速行驶1h的过程中，消耗了6.4kg汽油（完全燃烧），已知汽油热值（q汽油=4.5×107J/kg），汽车做功效率的定义：汽车行驶过程中所做的有用功与汽油完全燃烧释放的热量之比。求：
（1）汽车牵引力做的功；
（2）该汽车行驶过程中所受到的阻力f；
（3）该汽车在此过程中的做功效率η。
11．有朋自远方来，烧一壶热水，拈几许茶叶，沸水冲泡，这是山东人独有的待客之道。如果用酒精炉烧水，将质量为2kg，温度为10℃的水加热至100℃（1个标准大气压下），需完全燃烧42g酒精，，q酒精＝3.0×107J/kg。求：
（1）此过程中水吸收的热量是多少？
（2）42g酒精完全燃烧放出的热量？
（3）酒精炉烧水的效率是多少？
12．太阳能具有环保、可再生等优点，某品牌太阳能热水器在一天的有效照射时间内，将热水器中体积为50L、初温为15℃的水升高到55℃。[水的比热容c水 = 4.2×103 J/(kg·℃)]求：
（1）热水器中水质量m；
（2）热水器中水吸收的热量Q吸；
（3）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值q=3×107J/kg，设焦炭放出的热量有70%被水吸收）
13．烧水时，把质量为10kg、初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了0.1m3天然气（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为8.4×107J/m3.求：
（1）水吸收的热量；
（2）天然气完全燃烧放出的热量；
（3）燃气灶烧水时的效率。
14．2022年北京冬奥会运营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，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。（已知c水＝4.2×103J/（kg℃），q氢＝1.4×108J/kg。）问：
（1）质量为1.2kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为1吨、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶10min，则该氢能源公交车的所做的机械功和效率分别是多少？
15．某燃油车以108km/h的速度在高速公路上匀速行驶10min，消耗的汽油的质量为1.8kg。该车匀速行驶时受到的阻力f=1.2×103N，已知汽油的热值q=4.6×107J/kg。求：
（1）该燃油车牵引力所做的功WF牵
（2）汽油完全燃烧放出的热量Q放
（3）该燃油车的效率η
参考答案：
1．（1）天然气遇到明火易发生爆炸；（2）7.56×105J；（3）51%
【详解】解：（1）天然气遇到明火易发生爆炸（答成“被点燃”也可）。
（2）水从15℃升高到75℃吸收热量为
Q吸=cm（t－t0）=4.2×103J/(kg·℃)×3kg×（75℃－15℃）=7.56×105J
（3）加热前后天然气用量
V=1234.605 m3－1234.567 m3=0.038 m3
天然气燃烧放出的热量为
Q放=qV =3.9×107J/m3×0.038 m3=1.482×106J
该天然气灶烧水的效率
答：（1）天然气表上标有“严禁明火查漏”的原因是天然气遇到明火易发生爆炸；
（2）水从15℃升高到75℃吸收的热量是7.56×105J；
（3）该天然气灶烧水的效率大约是51%。
2．（1）5.04×109J；（2）①2. 4 ×104kg，②3.78 ×105m
【详解】解：（1）126kg燃料油完全燃烧能放出多少焦的热量
（2）①水升高的温度
水吸收热量
水的质量
②汽车匀速行驶，汽车的牵引力
汽车对外做功
汽车匀速行驶
答：（1）126kg燃料油完全燃烧能放出5.04×109J的热量；
（2）①如这些热量全部被水吸收，可将2. 4 ×104kg的水从20℃升高到70℃；
②如这些热量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车行驶时受到的阻力为4×103N，则汽车能运动3.78 ×105m。
3．(1) 6×105J；(2) 2000N；(3) 30m/s。
【详解】(1)前10s发动机做的功
W=Pt=6×104W× 10s=6×105J；
(2)5.8kg的汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq=5.8kg×4.6×107J/kg=2.668×108J，
牵引力做的功
W1= Qη=2.668×108J×40%=1.0672×108J，
牵引力
F==2000N，
汽车在该平直的公路上匀速行驶时，汽车受到的阻力与牵引力是一对平衡力，大小相等，阻力
f=F=2000N；
(3)汽车的功率
P==Fv，
汽车匀速行驶的速度
v==30m/s。
答：(1)前10s发动机做功6×105J；
(2)汽车受到的阻力是2000N；
(3)汽车匀速行驶的速度30m/s。
4．（1）1000N；（2）2.7×108J；（3）20kg
【详解】解：（1）汽车匀速行驶，汽车受到的阻力与牵引力平衡，二者大小相等，阻力为
（2）汽车通过270km需要时间为
牵引力做的功为
（3）汽油完全燃烧放出的热量为
消耗的汽油质量为
答：（1）汽车受到的阻力为1000N；
（2）汽车牵引力做的功为；
（3）需消耗汽油20kg。
5．（1）4000s；（2）1.2×108J；（3）26.7%
【详解】解：（1）由图可知汽车的速度为，由公式可知，行驶100千米所用的时间为
（2）在一百公里内发动机做的有用功为
（3）9kg汽油完全燃烧放出的热量
发动机的效率为
答：（1）该汽车行驶100km的时间是4000s；
（2）发动机所做的有用功是1.2×108J；
（3）汽车发动机的效率是26.7%。
6．（1）4.6×106J；（2）2.3×104W；（3）0.5kg
【详解】解：（1）雪地摩托车做匀速直线运动，处于平衡状态，所受的牵引力和阻力是平衡力，牵引力为
F=f=100N
在此过程中雪地摩托车牵引力做的功为
W=Fs=1000N×4600m=4.6×106J
（2）牵引力做功的功率为
（3）汽油完全燃烧释放的热量
这段时间内消耗汽油的质量
答：（1）牵引力做的功4.6×106J；
（2）牵引力做功的功率2.3×104W；
（3）需要燃烧0.5kg汽油。
7．（1）1.08×109J；（2）1.08×107W；（3）50kg
【详解】解：（1）发动机做的功
W=Fs=1.2×105N×9×103m=1.08×109J
（2）发动机的功率

（3）燃油完全燃烧放出热量
消耗燃油的质量

答：（1）发动机做功1.08×109J；
（2）发动机的功率是1.08×107W；
（3）若发动机的效率为48%（效率指发动机做的功与消耗燃油完全燃烧放出热量的比值），则消耗燃油的质量是50kg。
8．（1）1.08×107J；（2）0.6kg
【详解】解：（1）由可得汽车行驶的距离为
汽车牵引力所做的功（有用功）为
（2）由 得燃油完全燃烧放出的热量
由得发动机消耗燃油的质量
答：（1）汽车牵引力所做的功是1.08×107J；
（2）发动机消耗燃油是0.6kg。
9．（1）2.52×104J；（2）20%
【详解】解：（1）水的质量
水吸收的热量
（2）酒精完全燃烧产生的热量
酒精灯烧水时的热效率
答：（1）此过程中水吸收的热量是2.52×104J；
（2）酒精灯烧水时的热效率是20%。
10．（1）7.2×107J；（2）800N；（3）25%
【详解】解：（1）由可得，汽车牵引力做的功
W=Pt=20×103W×3600s=7.2×107J
（2）由
可得，汽车的牵引力
因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以该汽车行驶过程中所受到的阻力
f=F=800N
（3）汽车在此过程中消耗汽油完全燃烧释放的热量
Q放=mq汽油=6.4kg×4.5×107J/kg=2.88×108J
则该汽车在此过程中的做功效率
答：（1）汽车牵引力做的功为7.2×107J；
（2）该汽车行驶过程中所受到的阻力为800N；
（3）该汽车在此过程中的做功效率为25%。
11．（1）7.56×105J；（2）3.26×106J；（3）60%
【详解】解：（1）将质量为2kg，温度为10℃的水加热至100℃时
（2）完全燃烧42g酒精放出的热量
（3）酒精炉烧水的效率
答：（1）烧水过程中，水吸收的热量是7.56×105J；
（2）完全燃烧42g酒精放出的热量是1.26×106J；
（3）酒精炉烧水的效率是60%。
12．（1）50kg；（2）8.4×106J；（3）0.4kg
【详解】解：（1）热水器中水的体积
V=50L=50dm3=0.05m3
由密度公式可得热水器中水质量
m=ρV=1.0×103kg/m3×0.05m3=50kg
（2）热水器中水吸收的热量
Q吸=c水m(t﹣t0)=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(55℃﹣15℃)=8.4×106J
（3）由可得，焦炭完全燃烧释放的热量
由Q放=mq可得，需要完全燃烧焦炭的质量
答：（1）热水器中水质量为50kg；
（2）热水器中水吸收的热量为8.4×106J；
（3）若改用焦炭来加热这些水，需要完全燃烧0.4kg的焦炭。
13．（1）3.36×106J；（2）8.4×106J；（3）40%
【详解】解：（1）水吸收的热量
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×10kg×(100℃-20℃)=3.36×106J
（2）天然气完全燃烧放出的热量
Q放=Vq=0.1m3×8.4×107J/m3=8.4×106J
（3）燃气灶烧水时的效率
答：（1）水吸收的热量是3.36×106J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量是8.4×106J；
（3）燃气灶烧水时的效率是40%。
14．（1）；（2）40℃；（3）,50%
【详解】解：（1）1.2kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
（2）水吸收的热量
水升高的温度
（3）公交车做功
公交车的效率
答：（1）1.2kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是；
（2）水升高的温度是40℃；
（3）该氢能源公交车所做的机械功为，机械效率是50%。
15．（1）；（2）；（3）
【详解】解：（1）该车匀速行驶时，根据二力平衡，牵引力等于阻力，即
匀速行驶10min的路程为
燃油车牵引力所做的功
（2）汽油完全燃烧放出的热量
（3）该燃油车的效率
答：（1）该燃油车牵引力所做的功为；
（2）汽油完全燃烧放出的热量为；
（3）该燃油车的效率为。