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[试卷练习] 14.2 热机的效率(解析版)-2022-2023学年九年级物理全一册学优生必刷同步易错题集(.docx

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发表于 2022-11-19 14:58:41 | 显示全部楼层 |阅读模式
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14.2 热机的效率(解析版)-2022-2023学年九年级物理全一册学优生必刷同步易错题集(.docx内容摘要:14.2 热机的效率 同步易错题集【高频考点梳理】一、热值1、定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与的其质量之比,叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示。Q2、定义式:q = ,燃料完全燃烧放出的热量 Q放 = qm(此时热值 q单位:J / kg),气体燃料燃烧常用 Q放 = qVm(此时热值 q单位:J / m 3)3、热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等均无关。4、燃料燃烧过程:化学能转化为内能。二、热机效率1、定义:热机用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。W有2、公式: h =´ 100% ,因为热机在工作过程中总是有能量损失,所以h < 1 。Q总3、热机的能量流图4、提高热机效率的主要途径(1)使燃料尽可能完全燃烧,提高燃料的燃烧效率。(2)尽量减小各种热散失。(3)减小各部件间的摩擦,保持良好润滑,以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。(4)充分利用废气带走的能量,从而提高燃料的利用率。【必刷易错题集】一、选择题1. (2022•郑州模拟)关于热机,下列说法错误的是() A.热机性能好坏的重要标志之一是热机效率 B.在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能 C.柴油机的效率比汽油机的高,这是因为柴油的热值比汽油的大 D.在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率 解:A、热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值,是反映热机性能好坏的重要标志之一, 故 A 正确; B、内燃机在压缩冲程中将机械能转化为内能,故 B 正确; C、柴油机对燃料的压缩比高于汽油机,因此柴油机的效率比汽油机的高,与热值无关,故 C 错误; D、废气的温度很高,带走的热量最多,因此在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率, 故 D 正确。 答案:C。2. (2022•咸阳模拟)2022 年 1 月 26 日,我国在酒泉卫星发射中心采用长征四号丙运载火箭,成功发射陆地探测号 01 组 A 星。火箭用液态氢作为燃料,主要是因为液态氢的() A.温度高 B.热值大 C.比热容大 D.热量多 解:运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢的热值大,与其它燃料相比,质量相同时,液态氢完全 燃烧时,可以释放出更多的热量,故 B 正确。 答案:B。3. (2022•盐城模拟)在“比较燃料热值大小”的实验中,不需要控制相同或相等的因素是() A.两种燃料的质量 B.两只装水的烧杯 C.烧杯中水的质量 D.各自加热的时间 解:为了比较热值大小要用相同质量的不同燃料,加热同一种液体(水),让液体(水)的质量相同,通过温度 计的示数高低得出吸热多少,进而判断热值大小,所以不需要控制的是加热时间,故 D 符合题意。 答案:D。4. (2021•潍坊期末)下列措施可以提高热机效率的是() A.燃烧更多的燃料 B.使用热值更大的燃料 C.使燃料燃烧更充分D.提高热机的功率 解:热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值,提高燃料利用率和减少热量损失均可以提 高热机效率;使燃料燃烧更充分可以提高燃料的利用率,因此可以提高热机效率;但热机效率与燃烧燃料的质量、 燃料的热值和热机的功率等因素无关,故 A、B、D 错误,C 正确。 答案:C。5. (2022•西安模拟)某学校每天向学生提供 100kg 开水,下表所列为几种常见燃料的热值。现将质量为 100kg,初 温为 20℃的水烧开,所需燃料质量最少的是(燃料完全燃烧)( )几种常见燃料的热值/(J•kg 1) ﹣燃料油 酒精无烟煤烟煤4.2×1073.0×107 约 3.4×107 约 2.9×107 A.燃料油B.酒精 C.无烟煤 D.烟煤 解:由表中数据可知,几种燃料的热值大小关系为:q 燃料油>q 无烟煤>q 酒精>q 烟煤, 将质量为 100kg,初温为 20℃的水烧开需要吸收的热量一定,假如燃料完全燃烧释放的热量全部被水吸收,燃料 油的热值最大,所需燃料的质量最少。 答案:A。6. (2021•娄底期末)如图是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的热机效率是( ) A.25%B.15% C.60%D.35% 解:因热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比, 所以,由内燃机的能量流向图可得,内燃机的热机效率: η=1﹣25%﹣40%=35%,故 D 正确,ABC 错误。 答案:D。7. (2022•十堰模拟)汽油机工作时的热损失情况是:汽缸散热损失 30%,废气带走 35%。机械摩擦损耗 10%,则 完全燃烧 2g 汽油(热值为 4.6×107J/kg)获得的机械能是( ) A.2.76×104JB.3.22×104J C.2.3×104J D.0.92×104J 解:汽油机的效率为:η=100%﹣30%﹣35%﹣10%=25%, 2g 汽油完全燃烧产生的热量为: Q 放=mq=2×10 3kg×4.6×107J/kg=9.2×104J, ﹣ (3)根据η=×100%可知,获得的机械能为: W 有用=ηQ 放=25%×9.2×104J=2.3×104J。 答案:C。8. (2022•广州模拟)做同样的有用功,甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下,下列说法中正确的是( ) 柴油机 完成工作量时间消耗柴油 甲3h5kg 相同 乙2h6kg A.甲的功率较大,热机效率较低 B.甲的功率较大,热机效率较高 C.乙的功率较大,热机效率较高 D.乙的功率较大,热机效率较低 解:由表格数据可知,完成工作量相同,甲所用时间大于乙所用时间,功率是指单位时间内完成的功;则甲的功 率较小; 由表格数据可知,完成工作量相同,甲消耗柴油多,乙消耗柴油多,则乙做的额外功多,由η=可知,乙 的热机效率较低,故 ABC 错误,D 正确。 答案:D。9. (2021•成都期末)有甲、乙两台柴油机,在相同的时间内,它们所做的有用功之比是 5:4,消耗柴油的质量之 比是 3:2,那么它们的效率之比是( ) A.15:8 B.5:6 C.6:5D.1:1 解:它们的效率之比:= = = = =。 答案:B。10.(2021•广州期末)图甲是热机的能量流向图。图乙显示的是甲、乙两热机的参数。甲、乙相比,甲的( ) A.有用机械能较大B.损失能量较小 C.燃料的化学能较大D.热机效率较低 解:A、由图乙可知甲热机的有用机械能是 2000J,乙热机的有用机械能是 4000J,即甲的有用机械能较小,故 A 错误; B、由图乙可知甲损失能量 500J,乙损失能量为 5000J,则甲损失能量较小,故 B 正确; C、燃料的化学能等于有用机械能、损失能量和废气内能之和,由图乙可知,甲的燃料化学能为:500J+2000J+1500J =4000J,乙的燃料化学能为:3000J+4000J+5000J=12000J,则甲的燃料化学能较少,故 C 错误; D、已知甲燃料完全燃烧放出的热量等于其燃料化学能,即 Q 甲=4000J; 乙燃料完全燃烧放出的热量等于其燃料化学能,即 Q 乙=12000J; 则甲的热机效率为:η甲== =50%; 乙的热机效率为:η乙= = ≈33.3%; 由上述可知甲的热机效率较高,故 D 错误。 答案:B。11.(2021•北京期末)2022 年北京冬奥会和冬残奥会即将开幕,在比赛期间所有冬奥场馆将全部使用“绿电” ,(“绿 电”是指在发电过程中,二氧化碳排放量为零或趋近于零,比火力发电等其他方式对环境的影响大幅度减小)。 这将是奥运史上首次实现全部场馆 100%绿色电能供应,预计消耗“绿电”约 4×108kW•h,可以节约 1.28×108kg 标准煤,减排二氧化碳 3.2×108kg。若所节约的标准煤完全燃烧,则放出的热量约为(q 标准煤约为 2.9×107J/kg) () A.3.7×1015J B.9.3×1015J C.3.7×1016J D.9.3×1016J 解:节约的标准煤的质量 m=1.28×108kg,标准煤的热值 q 标准煤=2.9×107J/kg; 标准煤完全燃烧放出的热量:Q 放=mq 标准煤=1.28×108kg×2.9×107J/kg≈3.7×1015J。 答案:A。12.(2021•成都期末)小明利用图甲装置研究某燃料热值,他取少量燃料置于燃烧皿中,点燃后对 100g 的热水加 热 4min,然后立即将其熄灭,测得消耗燃料 4.2g,并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图乙中 a 线 所示。已知此过程中燃料均匀燃烧放热,所放出热量只有 60%被水吸收。水的比热容为 4.2×103J/(kg•℃),整 个过程中忽略水的质量变化。下列说法中正确的是() A.通过图像计算得知 4min 水吸收到的热量为 2520J B.通过计算得出该燃料的热值为 2×106J/kg C.这种方法计算出的热值比实际的热值偏大 D.若实验装置和热损失比例均不变,利用该燃料加热另一杯水绘出了如图乙中 b 线所示图像,则这杯水的质量小于上一杯水的质量 解:A、加热 2min,水吸收到的热量是: Q 水=m 水 c 水Δt=0.1kg×4.2×103J/(kg•℃)×(99℃﹣93℃)=2520J,故 A 错误; (2)加热 4min,水吸收到的热量是:Q 吸′=2Q 吸=5040J, 根据 Q 吸′=ηQ 放,可得消耗燃料 4.2g 放出的热量: Q 放= = =8400J, 由 Q 放=mq 可得该燃料的热值:q== =2×106J/kg,故 B 正确; C、因为燃料燃烧时,有热损失,水吸收的热量小于燃料燃烧放出的热量;所以计算出的燃料的热值比实际的热 值偏小,故 C 错误; D、由图可知,相同时间,两杯水吸收的热量相同,温度变化相同,根据 Q=cmΔt 可知两杯水的质量相等,故 D 错误。 答案:B。二、填空题13.(2022•无锡模拟)现探明中国南海海底有大量的可燃冰,已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多,则完全燃烧 相同质量的可燃冰和煤气,燃烧 可燃冰放出的热量多,1kg 的可燃冰,燃烧一半后,剩余可燃冰的热值 不 变 。 (选填“变大”、“变小”或“不变”) 解:已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多,则完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气,燃烧可燃冰放出的热量多; 因为热值是燃料的一种性质,1kg 的可燃冰,燃烧一半后,剩余可燃冰的种类没变,状态没变,故其热值不变。 答案:可燃冰;不变。14.(2022•昆明模拟)如图所示,2022 冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火,传递低碳、环保的绿色奥运 “微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为 1.2 立方米/小 理念,实现了奥运历史上的一次点火创新。 时。与以往熊熊燃烧的火炬相比,大约能够节省 9.9%的能量,充分体现了环保理念。氢气的热值为 1.4×108J/kg 表示的物理意义是1kg 氢完全燃烧放出的热量是 1.4×108J。若氢气的密度为 0.09kg/m3,每小时流过的氢气 完全燃烧放出 1.512×107 J 的热量。 解:氢的热值是 1.4×108J/kg,表示的物理意义是:1kg 氢完全燃烧放出的热量是 1.4×108J; 由ρ= 可知,每小时流过的氢气的质量:m=ρV=0.09kg/m3×1.2m3=0.108kg; 氢完全燃烧释放的热量:Q 放=mq=0.108kg×1.4×108J/kg=1.512×107J。 答案:1kg 氢完全燃烧放出的热量是 1.4×108J;1.512×107。15.(2021•保定期末)在热机的各种损失中废气 带走的能量最多,设法利用这些能量,是提高燃料利用率的 重要措施; “涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能、提高热机功率的技术。它是利用热机 排出的废气带动涡轮旋转,将新鲜空气压缩后送入内燃机的进气口,这样做的好处是 减小 (选填“增大” 或“减小” )排出废气所带走的能量,提高 (选填“提高”或“降低”)内燃机的效率。 解:(1)从内燃机的能流图中获知燃气内能的流向,能量损失最多的是废气内能; (2)在热机的能量损失中,废气带走了大部分的热量,所以“涡轮增压”利用热机排出的废气带动涡轮旋转, 充分利用了废气带走的热量,提高了热机的效率。 答案:废气;减小;提高。16.(2022•徐州模拟)小明想测量薯片的热值,他将薯片放入燃烧皿,燃烧后对水加热,如图所示。小明燃烧 100g 的薯片,使水的内能增加 6.8×104J,则薯片的热值为 6.8×105 J/kg,加热过程中是通过 热传递 的方式 改变水的内能的;小明发现自己测出的结果比包装盒上标准的热量值小很多,请你帮他分析可能的原因是 薯 片燃烧放出的热量不能完全被水吸收 。(写出一条即可) 解:(1)薯片放出的热量等于水的内能增加,即 Q 放=6.8×104J, 薯片的热值:q== =6.8×105 J/kg; (2)加热过程中是通过热传递的方式改变水的内能的; (3)小明测得薯片热值比包装盒上的数据小很多,可能原因是薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收(或薯片 燃烧不充分等) 。 答案:6.8×105;热传递;薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收(或薯片燃烧不充分)。17.(2022•怀化模拟)某种国产汽车,当它在某平直公路上以 20m/s 速度匀速行驶时,每百公里的油耗为 6L.当汽 车行驶 500s,则汽车消耗的汽油是 0.6 L.假设汽车在运动过程中受到的平均阻力是 495N.则汽油机的效率 是25 %(已知汽油的热值是 3.3×107J/L)。 解: (1)由 v=得汽车行驶距离: s=vt=20m/s×500s=10000m=10km, 因为每百公里的油耗为 6L, 所以行驶 10km(公里)消耗汽油: V=×6L=0.6L; (2)汽油完全燃烧放出的热量: Q 放=Vq=0.6L×3.3×107J/L=1.98×107J, 因为汽车匀速行驶, 所以汽车牵引力: F=f=495N, 牵引力做功: W=Fs=495N×10000m=4.95×106J, 汽油机的效率: η==×100%=25%。 答案:0.6;25。18.(2021•鄂州中考)合理分类和利用垃圾可以变废为宝,在一定条件下,1kg 垃圾能“榨”出 0.17kg 燃料油,若 燃料油的热值为 4.0×107J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为6.8×106 J,燃烧时燃料油的化学能 转化为内能;如果这些热量的 42%被水吸收,则可以使 8.5 kg 的水温度从 20℃升高到 100℃,这是通 过热传递的方式改变水的内能。(1)燃料油完全燃烧释放出的热量:Q 放=mq=0.17kg×4.0×107J/kg=6.8×106J;燃料油燃烧过程中,将燃 解: 料油的化学能转化为内能; (2)水吸收的热量:Q 吸=Q 放×42%=6.8×106J×42%=2.856×106J; 因为 Q 吸=cm 水△t, 所以水的质量质量为:m 水===8.5kg; 水吸收热量,是通过热传递的方式改变水的内能的。 答案:6.8×106;内;8.5;热传递。三、实验探究题19.(2022•扬州模拟)为了比较两种燃料的热值,小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验,烧杯内水 的初温和质量相同,实验中忽略热量的损失。 (1)实验前调整铁夹 A 的位置,其目的是使 石棉网 (石棉网/温度计)处于适当的高度。 (2)实验中应控制燃料燃烧的质量 (时间/质量)相同,根据 温度计上升的示数比较燃料燃烧放出热 量的多少。 (3)小明选用了燃料 a 和燃料 b 进行实验。当燃料燃尽时,小明记下了各个时刻烧杯中水温,绘制了图乙的图 象,则可初步判断燃料b 的热值大。 (4)另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验,比较燃料 c 和燃料 d 的热值,并重新在烧杯内加 入初温和质量相同的水,在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图象如图丙所示。燃料 c 在 6min 时水就 沸腾了,造成水过早沸腾的原因可能是 燃料 c 的燃烧过程比较快 。分析图象可知燃料 c 燃烧 10min 放出的 热量 大于 (大于/等于/小于)燃料 d 燃烧 15min 放出的热量。 (5)你认为根据丙图象 能 (能/不能)比较两种燃料热值的大小。 解:(1)实验时要用火焰的外焰加热;调整铁夹 A 的位置,其目的是使石棉网处于适当的高度,方便用外焰加 热; (2)实验中应控制燃料燃烧的质量相同,通过比较温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少; (3)由图乙知,当燃料燃尽时,图线 b 的温度变化大,说明相同质量的 a、b 燃料完全燃烧时 b 放出的热量多, 则 b 的热值大; (4)燃料 c 在 6min 时水就沸腾了,说明水吸收的热量多,造成水过早沸腾的原因可能是燃料 c 的燃烧过程比较 快;由图丙可知,燃料 c 燃烧 10min 放出的热量已经使水沸腾,燃料 d 燃烧 15min 放出的热量没有使水沸腾, 表明 c 放出的热量多; (5)由图丙可知,两种燃料全部燃尽时,c 燃料使水升高的温度更大,则 c 的热值大,故能比较热值的大小。 答案: (1)石棉网; (3)b;(4)燃料 c 的燃烧过程比较快;大于;(5)能。 (2)质量;温度计上升的示数;20.(2022•郑州模拟)小明同学学习了燃料的热值后,考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收,而水的比热容已知。他自己设计了一个实验来比较煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验,记录结果如表。燃料加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃煤油 2039菜籽油2029(1)为了保证实验结论的可靠,小明同学选择了两套完全相同的装置。在实验中除了控制水的初温相等外,还应控制水的质量 相等。(2)安装实验器材时,应按照自下而上 (选填“自下而上”或“自上而下”)的顺序安装,实验中燃料燃烧放出的热量,通过 热传递方式使水的内能增大,温度升高;本实验是用 水温升高的多少 选填(选填“水温升高的多少”或“加热时间的长短”)来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。(3)根据记录结果分析得出:煤油和菜籽油两种燃料中,热值较大的是 煤油 。(4)小明同学根据 Q 吸=cmΔt 计算出水吸收的热量,再根据 Q=mq 计算出煤油的热值,发现结果与资料中给出的煤油热值相比偏小(选填“偏大”或“偏小”),写出一个可能的原因是: 燃料燃烧放出的热量未被水完全吸收。(5)小红用同样的装置进行实验,得到的实验结论与小明的正好相反,你认为小红在实验中最有可能遗漏的操作是: 用天平测量燃料的质量,使燃料的质量相等(写出一个)。(6)小亮小组实验时发现两杯水都沸腾了,无法比较煤油和菜籽油两种燃料热值的大小,写出一个可能的原因:水的质量较少 。解:(1)为比较煤油和菜籽油热值的大小,实验过程中应采用控制变量法,需要控制煤油和菜籽油的质量相同。(2)为保证用火焰的外焰加热,且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁,所以先安装下面器材,再安装上 面器材,便于调节器材间的距离。 燃料燃烧放出的热量,水吸收热量,通过热传递方式使水的内能增大,温度升高。 质量相同的水,温度变化越大,说明吸收热量越多,所以实验中通过水温升高的多少来表示煤油和菜籽油放出热 量的多少。 (3)用相同质量的煤油和菜籽油燃烧后加热相同的水,由表中数据可知,用煤油加热的水温度升的高,则说明 煤油燃烧放出的热量多,煤油的热值大; (4)由于热量的直接散失、烧杯未加盖等,所以煤油燃烧放出的热量部分未被水吸收或煤油燃烧不充分等,则 由 Q=cm△t 知道,计算出水吸收的热量偏小,由 Q 放=mq 知道,计算出的煤油的热值偏小。 (5)根据 m 燃料 q=c 水 m 水Δt,实验过程中要用天平测量酒精和菜籽油的质量相等,测量水的质量相等,用温度 计测量水的初温和末温,其中用天平测量酒精和碎纸片的质量相等,测量水的质量相等,实验过程中容易遗漏。 (6)两杯水都沸腾了,水的温度升高较快,根据 Q=cmΔt 可知,吸收的热量不变,可能的原因是水的质量较 少或水的初温较高。 答案: (1)质量; (2)自下而上;热传递;水温升高的多少; (3)煤油;(4)偏小;燃料燃烧放出的热量未被 水完全吸收;(5)用天平测量燃料的质量,使燃料的质量相等;(6)水的质量较少。四、计算题21.(2021•宜昌中考)小明学习了燃料的热值后,很想知道家中使用的天然气的热值是多少?但在教材的燃料热值 表中没有查阅到。于是,他在家里将装有 2kg 水的水壶放到天然气灶上去烧,用温度计测量水从 20℃加热至 80℃ 的过程中,观察到天然气表的数字变化了 0.035m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为 36%,已知水的比 热容 c 水=4.2×103J/(kg•℃)。求: (1)在这个过程中水吸收了多少热量? (2)请你帮小明算出天然气的热值。(1)在这个过程中水吸收的热量 Q 吸=c 水 m 水(t﹣t0)=4.2×103J/(kg•℃)×2kg×(80℃﹣20℃)=5.04 解: ×105J; (2)天然气完全燃烧放出的热量 Q 放= = =1.4×106J, 天然气的热值 q 天然气===4×107J/m3 答:(1)在这个过程中水吸收了 5.04×105J 的热量; (2)天然气的热值为 4×107J/m3。22.(2022•昆明模拟)随着国民经济的发展,汽车已走进家庭。一辆小轿车以某一速度在平直路面上匀速行驶 100km, 消耗汽油 10L.若这些汽油完全燃烧放出的热量有 30%用来驱动汽车做有用功,所用汽油的热值为 4.6×107J/kg, 密度为 0.7×103kg/m3,求: (1)这些汽油完全燃烧放出的热量; (2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力。 (3)汽车有很多用途,但也带来很多不利影响,请列举一例,并就如何减小该不利影响提出一条合理化建议。 解: (1)汽油的体积 V=10L=10×10 3m3, ﹣ 由ρ= 得, 汽油的质量:m=ρV=0.7×103kg/m3×10×10 3m3=7kg, ﹣ 汽油完全燃烧放出的热量:Q 放=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J; (2)由题知,用来驱动汽车做的有用功: W 有=Q 放×30%=3.22×108J×30%=9.66×107J, 由 W 有=Fs 得轿车牵引力: F===966N; 又因为轿车匀速行驶,所以轿车受到的阻力:f=F=966N;(3)使用汽车时会有用发动机工作造成噪声污染,建议:城区内禁止汽车鸣笛;不可避免的发生交通事故,建议:驾驶员和行人遵守交通规则;大气污染,建议:提高汽车的制造工艺,减少有害气体的排放或者使用新型环保汽车答:(1)这些汽油完全燃烧放出的热量为 3.22×108J;(2)这辆轿车以该速度匀速行驶时受到的阻力为 966N;(3)使用汽车会造成噪声污染;可在城区内禁止汽车鸣笛。
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