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2022-2023物理新课标下九年级全册同步课节减负作业（人教版）
第十四章 内能的利用
专题14.2 《热机的效率》课节减负作业
一、选择题
1．小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容
为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（
）
A．水吸收的热量与水的末温成正比 B．水吸收的热量是3.15×105J
C．热水器的能量转化效率是52.5% D．热水器的能量转化效率与环境温度无关
【答案】C
【解析】A．由Q =cm（t﹣t）知，水吸收的热量与水的质量和升高的温度成正比，故A错误；
吸 0
B．将30kg的水从20℃加热到45℃，水吸收的热量：
Q =cm（t﹣t）=4.2×103J/（kg℃）×30kg×（45℃﹣20℃）=3.15×106J，故B错误；
吸 0
C．天然气完全燃烧放出热量：Q =V q=0.15m3×4×107J/m3=6×106J，
放 天然气
热水器的能量转化效率：η= Q / Q ×100%=52.5%，故C正确；
吸 放
D．热水器的能量转化效率与环境温度有关，因为环境温度越低，加热的时间越长，其散失的热量越多，
则热水器的能量转化效率越低，故D错误。
2.“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清
洁能源。其中甲烷的热值为q =4.2×107J／m3，其物理意义是（ ）
甲烷
A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107 m3热量。
B.4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。
C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量。
D.4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。
【答案】C
【解析】对于固体和液体，热值表达式用q=Q/m来呈现。物理意义是单位质量的物质完全燃烧放出的热量。
对于气体，热值表达式用q=Q/v来呈现。物理意义是单位体积的物质完全燃烧放出的热量。甲烷通常以气
态物质形态存在，其热值q =4.2×107J／m3，含义是1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量。
甲烷
二、填空题
1.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫_______。热机的效率是热机性能的一
个重要指标。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料______的重
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要措施。
【答案】热机的效率。利用率。
【解析】用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机
性能的一个重要指标。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利
用率的重要措施。
2.汽车用水作为冷却剂，是因为水的 较大。汽车在行驶过程中消耗了2kg汽油，若汽油完全燃烧则放
出的热量为 J（汽油的热值为4.6×107J/kg）。
【答案】比热容；9.2×l07。
【解析】相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低
相同的温度，水吸收或放出的热量多。知道汽油的质量和热值，利用Q =mq求汽油完全燃烧产生的热量。
放
（1）因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，水能带
走较多的热量，冷却效果好，所以用水做汽车发动机的冷却剂。
（2）2kg汽油完全燃烧产生的热量：
Q =mq=2kg×4.6×l07J/kg=9.2×l07J。
放
3.质量为50kg的水温度从20℃升高到50℃吸收的热量是 J，这些热量如果完全由煤气燃烧来提供，至
少需 kg的煤气。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值4.2×107J/kg）。
【答案】6.3×106；0.15。
【解析】（1）水吸收的热量：
Q =cm（t﹣t）=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（50℃﹣20℃）=6.3×106J；
吸 0
（2）由题意可知，煤气完全燃烧放出的热量：Q =Q =6.3×106J，
放 吸
由Q =mq可得完全燃烧煤气的质量：
放
m′= = =0.15kg。
4．我国在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速 （填物态变
化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量，若这些热量60%
被水吸收，可以将 kg的水从0℃加热到100℃．（C =4.2×103J/（kg•℃））
水
【答案】升华；2.8×1010；4×104．
【解析】物质由固态直接变成气态的过程叫做升华，升华吸热；知道可燃冰的质量和热值，根据Q =mq求
放
出完全燃烧释放热量的计算，根据η= ×100%求出水吸收的热量，再根据Q =cm（t﹣t ）求出加热水
吸 0
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的质量．
（1）可燃冰在常温压下会迅速变为气态，此过程为升华过程；
（2）2m3的可燃冰完全燃烧释放的热量：
Q =Vq=2m3×1.4×1010J/m3=2.8×1010J，
放
由η= ×100%可得，水吸收的热量：
Q =ηQ =60%×2.8×1010J=1.68×1010J，
吸 放
由Q =cm（t﹣t）可得，加热水的质量：
吸 0
m= = =4×104kg．
5．天然气热水器将40kg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
=4.2×103J/（kg•℃），q =4×107J/kg。
天然气
【答案】3.36×106；热传递；0.1。
【解析】（1）水吸收的热量：
Q =cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（42℃-22℃）=3.36×106J；
吸
（2）水从火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变水的内能；
（3）由η= 得，天然气完全燃烧放出的热量：
，
由Q =mq得，需要天然气的质量：
放
。
6.汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/
kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，
_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。
【答案】比热容 4.6×107 废气
【解析】汽车的发动机常用水作为降温的物质，是因为水的比热容较大的缘故；1kg汽油完全燃烧放出的
热量是Q=qm=4.6×107J/kg×1kg=4.6×107J；热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
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三、计算题
1. 汽油的热值为4.6×10 7J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：
一个60 kg的人，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3 m，他克服重力做了多
少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于
生活中什么物体的质量？
【答案】见解析。
【解析】人克服重力做功约为
需要汽油的质量
大约相当于1～2粒药片的质量。
2．若家用天然气的热值为4.2×107J/kg 水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。
（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量是多少？
（2）若某新型天然气灶烧水的效率为40%，完全燃烧0.04m3天然气可使室温下5kg的水温度升高多少？
【答案】（1）完全燃烧0.04m3天然气放出1.68×106J的热量；
（2）完全燃烧0.04m3天然气可使常温下5kg的水温度升高32℃。
【解析】（1）完全燃烧0.04m3天然气放出的热量：
Q =Vq=0.04m3×4.2×107J/m3=1.68×106J；
放
（2）由题知，水吸收的热量：
Q =Q ×40%=1.68×106J×50%=6.72×105J，
吸 放
由Q =cm△t可得水升高的温度：
吸
△t= = =32℃。
3．某汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，消耗了5kg汽油，汽油燃烧释放能量的
40%随废气通过热电转换装置，如图所示，汽油热值近似取q=5×107J/kg，设汽油在气缸内完全燃烧．
（1）图示时刻，四冲程汽油机处于 冲程；若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成
个工作循环
（2）若上述过程中汽油燃烧释放能量的30%用来驱动汽车行驶，求汽车所受的阻力f；
（3）研究表明新材料的出现可将热电转换装置的效率大幅提高到15%，据此计算，上述过程中随废气排放
的能量通过转换装置后可获得多少电能？这些电能可供车内总功率为1000W的用电器持续工作多长时间？
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【答案】（1）压缩；30；（2）汽车所受的阻力f是103N；（3）随废气排放的能量通过转换装置后可获得
1.5×107J的电能；这些电能可供车内总功率为1000W的用电器持续工作 1.5×104s．
【解析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；热机完成一个
工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，根据这个比例关系可以
求出答案；根据W=Q =mq求得总功，已知燃烧效率为30%，可求得有用功；根据求得的汽车在这段时间内
放
所做的有用功，利用W=Fs可求得汽车匀速行驶过程中的牵引力，再利用二力平衡条件可知其所受的阻力；
汽油燃烧释放能量的40%随废气通过热电转换装置，可求转化的能量，由提高到15%可求转换的电能，由
W=Pt可求时间．
（1）由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，可以判断是压缩冲程；
该汽油机每分钟完成7200个冲程，故每秒完成120个冲程，热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃
气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成120个冲程，则每秒它对外做功30
次，完成30个工作循环，飞轮转动20周；
（2）汽油完全燃烧释放的热量：
Q =mq =5kg×5×107J/kg=2.5×108J；
放 汽油
根据η= 可得有用功：
W =ηW =30%×2.5×108J=7.5×107J；
有 总
由v= 可得，汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，
通过的路程：s=vt=75km/h×1h=75km=75000m，
由W=Fs可得，汽车匀速直线行驶，F=f，
f=F= = =103N；
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（3）汽油燃烧释放能量的40%，由公式Q′=Qη=2.5×108J×40%=1×108J，
1
转换的电能：W′=Q′η=1×108J×15%=1.5×107J；
2
由P= 可得，这些电能可供车内总功率为1000W的用电器持续工作的时间：
t= = =1.5×104s．
四、简答与阅读理解题
1.提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，不必展开陈述。
【答案】见解析。
【解析】可以降低油耗，提高经济效益，同时节约能源，利于可持续发展等。
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