九年級物理上冊 第14單元 內(nèi)能與熱機提高訓練（含解析）（新版）粵教滬版.doc

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內(nèi)能與熱機提高訓練 1．隨著經(jīng)濟的發(fā)展，汽車已成為人們常用的交通工具。一輛使用汽油為燃料的小汽車，在路面水平的高速公路上勻速行駛。如表是當小汽車以100km/h的速度行駛時的部分參數(shù)及相關數(shù)據(jù)。 發(fā)動機功率/W 18750 百公里油耗/L 8 汽油的熱值/（J?L﹣1） 3.375107 ①勻速行駛10km消耗了　0.8　L汽油； ②消耗的燃油完全燃燒放出的熱量為　2.7107　J； ③此時發(fā)動機的效率是　25%　。 2．小明同學學習了燃料的熱值后，自己設計一個實驗來比較煤油和菜籽油的熱值的大小關系。 （1）小明是這樣設想的：從熱值的概念看，燃料熱值=．熱值的大小可由兩個量計算得出，類比物體運動快慢的比較、物體做功快慢的比較，他想比較兩種燃料的熱值大小需要關注兩個量：一個是燃料完全燃燒放出的熱量。熱量在初中物理中沒有辦法直接測量進行比較，可以轉(zhuǎn)化為“比較水吸收的熱量”。第二個，在實驗中還應控制煤油和菜籽油的　質(zhì)量　相同。 根據(jù)上述實驗設計思想，他組裝了如圖所示的裝置進行實驗，這兩套裝置除燈中燃料外其余完全相同。 燃料 加熱前的水溫/℃ 燃料燃盡后水溫/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （2）小明記下溫度計的示數(shù)，點燃燈具開始對水進行加熱，當燈中燃料燃盡時，又記錄了溫度計的示數(shù)。實驗記錄如表所示，分析可得：煤油和菜籽油兩種燃料中，熱值較大的是　煤油　。 （3）小明同學還設想：根據(jù)水的質(zhì)量和變化的溫度計算出水吸收的熱量，它等于燃料燃燒放出的熱量，再除以燃料的質(zhì)量就可以準確地計算出兩種燃料熱值的具體數(shù)值。他這種設想不可行的原因是　燃料燃燒放出的熱量未全部被水吸收　（寫出一種即可）。 3．小王學習燃料的熱值之后，自己設計一個實驗來探究酒精和碎紙片的熱值大小。 （1）實驗裝置如圖甲、乙所示，你認為圖中橫桿、溫度計、鐵圈、燃具四個器件的安裝順序是　由下而上?。ㄓ上露?由上而下）。 （2）為保證實驗結論的可靠，在實驗中應控制的因素有：　酒精和碎紙片的質(zhì)量　，　兩杯水的質(zhì)量　等。 （3）實驗數(shù)據(jù)記錄如表： 燃　料 加熱前水溫℃ 燃料燃盡時水溫℃ 燃料的熱值 J/kg 酒　精 15 35 2.4106 碎紙片 15 25 ？ 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，計算出碎紙片的熱值是　1.2106　J/kg。 （4）通過實驗得到的燃料熱值與實際相比是偏　小?。ㄟx填“大”或“小”），你認為出現(xiàn)這樣情況的主要原因是：　存在熱損失或者燃料沒有完全燃燒　。 （5）另一組同學用同樣的裝置進行實驗，在實驗中兩種燃料完全燃燒完之前都使得水沸騰了，你能否比較出兩種燃料的熱值？　不能?。?不能）理由：　水沸騰后吸熱溫度保持不變，因此無法比較燃料放出熱量的多少　，為避免這種情況的出現(xiàn)，你可以對他們組提什么改進建議？　增加水的質(zhì)量或減少燃料的質(zhì)量　。 4．閱讀短文，回答問題： 噴氣發(fā)動機 隨著航天和航空事業(yè)的發(fā)展，普通的內(nèi)燃機已經(jīng)不能提供足夠的動力，人們迫切需要大功率的發(fā)動機以提高飛行器的飛行速度，因此 噴氣發(fā)動機就應運而生，它主要有渦輪噴氣發(fā)動機 和火箭發(fā)動機。 渦輪噴氣發(fā)動機使壓縮縮后的混合氣體在燃燒室燃燒（如圖甲），燃燒后劇烈膨脹的氣體從尾部高速噴出，其目大的反沖推力成為飛機的推進力，減小發(fā)動機的體積和質(zhì)量，使用高能燃料，可以獲得更人的推進力。 火箭發(fā)動機和渦輪噴氣發(fā)動機十分相似，主要的差別是：火箭自帶燃料和氧化劑（如圖乙），渦輪噴氣發(fā)動機只帶燃料，利用空氣做氧化劑，同渦輪噴氣發(fā)動機相比較，火箭發(fā)動機的最大特點是：它自身既帶燃料，又帶氧化劑，靠氧化劑來助燃，不需要從周圍大氣層中汲取氧氣所以它不但能在大氣層內(nèi)也可以在大氣層之外的宇宙真空中工作。 火箭發(fā)動機可用于航天器推進，也可用于導彈等在大氣層內(nèi)飛行。迄今為止發(fā)射的人造衛(wèi)星、月球飛船以及各種宇宙飛行器所用的推進裝置，都是火箭發(fā)動機，火箭發(fā)動機基本都是內(nèi)燃機。 （1）噴氣發(fā)動機把燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為　機械能　，從而提供動力。 （2）據(jù)中央電視臺新聞聯(lián)播報道，2017年4月20日19時41分長征七號火箭搭載“快遞小哥”天舟一號（圖丙）貨運飛船成功發(fā)射升空。發(fā)射天舟一號的遙二運載火箭使用的燃料主要是液態(tài)氫，這是因為氫　C　。 A．比熱容大 B．凝固點低 C．熱值大 D．沸點低 （3）噴氣壓縮發(fā)動機使混合氣體在燃燒室燃燒直到膨脹的氣體再從尾部高速噴出過程中，燃氣的溫度是不斷變化的，下列能大致反應燃氣溫度隨時間而變化的是　D　。 A． B． C． D． （4）渦輪噴氣發(fā)動機　不能?。?不能）在大氣層外工作； （5）美F﹣1是有史以來人類制造的推力最大的火箭發(fā)動機，F(xiàn)﹣1設計海平面平均推力約為6.8106牛，這樣大的豎直向上推力能夠在5臺并聯(lián)的時候，將起飛質(zhì)量3000多噸的土星5號火箭在150秒的時間內(nèi)推到約6.4104米的高度，同時最大速度達到2.76千米/秒。美F﹣1I火箭發(fā)動機的設計海平面推力的平均功率約為　2.9109　W。 5．（1）在探究物質(zhì)某些屬性的實驗中，有如圖1所示甲、乙、丙三套完全相同裝置，燃料的質(zhì)量都是10g，燒杯內(nèi)的液體的體積都相同。 比較不同燃料的熱值，應選擇　甲、丙　兩圖進行實驗；比較不同物質(zhì)的比熱容，應選擇　甲、乙　兩圖進行實驗；題中有一處表述錯誤，請你找出上述的錯誤，并改正。 錯誤：　燒杯內(nèi)的液體的體積都相同　；改正：　燒杯內(nèi)的液體的質(zhì)量都相同　。 （2）某實驗小組利用如圖2所示的實驗裝置粗略測量蠟燭的熱值q，圖中A為穿有小木棍的容器（內(nèi)裝有水），B為下部開了許多通氣孔的罩子。 物理量 測量值 容器中水的質(zhì)量m/g 150 容器中水的初溫t1/℃ 25 容器中水的末溫t2/℃ 40 燃燒前蠟燭的質(zhì)量m1/g 20.6 燃燒后蠟燭的質(zhì)量m2/g 20 ①觀察實驗裝置可知，實驗小組同學是通過測量容器中水升高的溫度和水的質(zhì)量間接測量　蠟燭燃燒放出的熱量??； ②某次實驗測得的數(shù)據(jù)如右表，則粗略測得這支蠟燭的熱值q=　1.575107　J/kg。 ③本實驗測出的熱值會比真實值更　小　，造成這一偏差的原因是　蠟燭燃燒放出的熱量沒有被水完全吸收?。▽懸粭l即可）。 6．小明將裝有熱奶的奶瓶放入室溫的水中，容器中的水的初溫約為20℃，熱奶的溫度約為90℃，同時，他還利用溫度計和秒表測出溫度隨時間的變化情況，并作出了水和熱奶的溫度隨時間變化的關系曲線，如圖2所示。其中?、凇∏€是表示熱奶的溫度隨時間的變化情況，大約經(jīng)過　14　min 時間熱奶和水溫剛好達到一致。從圖象分析可以看出：熱奶溫度隨時間的變化特點是：　隨時間的變化熱奶溫度是先快后慢的降低　 思考： （1）參考這位同學實驗的圖象，你認為沸水放在房間里，溫度自然降低的規(guī)律是　A　。 A．先快后慢 B．先慢后快 C．均勻降低 （2）參考這位同學記錄的數(shù)據(jù)，如果你要喝一杯奶咖，可以有兩種方式供你選擇： ①先將燒開的熱咖啡倒入杯中，冷卻5min，然后加一匙冷牛奶； ②先將燒開的熱咖啡倒入杯中，立即將一匙冷牛奶加進杯中，然后冷卻5min．你認為方式?、佟〉睦鋮s效果較好。 　 7．某型號汽車在車型測試中，在一段平直的公路上以90km/h的速度勻速行駛了9km，消耗汽油2kg．已知汽油的熱值q汽油=4.5107 J/kg．假設汽油完全燃燒，汽油機的效率為40%，則： （1）汽油完全燃燒放出的熱量是多少？ （2）該型號汽車在以此速度行駛的過程中，受到的阻力是多大？ （3）結合汽車內(nèi)燃機的能量流向圖，你認為目前汽車生產(chǎn)廠家及用戶們是如何提高該車汽油機的效率？（答出兩點即可） 8．如圖所示，甲、乙、丙三圖中裝置完全相同。燃料的質(zhì)量都是10g，燒杯內(nèi)的液體初溫相同。 （1）比較不同燃料的熱值，應選擇　甲乙　兩圖進行實驗；比較不同物質(zhì)的比熱容，應選擇　甲丙　兩圖進行實驗； （2）若在研究不同燃料熱值實驗時，記錄數(shù)據(jù)如下表： 燃料 加熱前液體溫度/℃ 燃料燃盡時液體溫度/℃ 燃料的熱值/（J/kg） 1 15 35 2.4106 2 15 25 ？ （2）根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算：完全燃燒10g燃料1放出的熱量為　2.4104　J；燃料2的熱值是　1.2106　J/kg。 （3）通過實驗得到的燃料熱值與實際相比是偏小，你認為出現(xiàn)這種情況的主要原因是什么。　燃料燃燒釋放的熱量不能全部被液體吸收　。 　 9．某物理興趣小組的同學，用煤爐給10dm3的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線。若在6min內(nèi)完全燃燒了2kg的煤，水的比熱容為4.2103J/（kg?℃），煤的熱值約為3107J/kg。求： （1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量； （2）經(jīng)過6min時間加熱，水所吸收的熱量； （3）煤爐燒水時的熱效率。 【解答】解： （1）2kg煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q放=mq=2kg3107J/kg=6107J； （2）10dm3水的質(zhì)量m=ρV=1kg/dm310dm3=10kg； 水所吸收的熱量Q吸=cm（t﹣t0）=4.2103J/（kg?℃）10kg（80℃﹣20℃）=2.52106J； （3）煤爐燒水時的熱效率η==100%=4.2%。 答： （1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量為6107J； （2）經(jīng)過6min時間加熱，水所吸收的熱量為2.52106J；（3）煤爐燒水時的熱效率為4.2%。 10．我國首個大型頁巖氣田﹣﹣涪陵頁巖氣田已如期建成年產(chǎn)能100億立方米，相當于建成一個千萬噸級的大油田。頁巖氣是一種清潔新能源，對加快節(jié)能減排和大氣污染防治具有重要意義。頁巖氣的熱值約為3.0107J/m3．問完全燃燒1m3的頁巖氣，能使質(zhì)量100kg的常壓下30℃的水溫度升高到多少℃？（水的比熱容為4.2103J/（kg℃） 【解答】解： 1m3的頁巖氣完全燃燒后放出的熱量： Q放=Vq=1m33.0107J/m3=3.0107J； 由Q吸=cm△t=Q放得，水的溫度變化量： △t==≈71.4℃， 理論上水的末溫t=t0+△t=30℃+71.4℃=101.4℃， 在一個標準大氣壓下，水在100℃沸騰，且沸騰后吸熱溫度不變，所以最后水溫為100℃。 答：吸熱后，水溫度可升高到100℃。 　 11．常熟冬天的平均氣溫逐年走低，越來越多的家庭采用“水地暖”進行供暖。其原理是：在房間地面裝飾層下鋪設散熱管道，通過管道內(nèi)的熱水散熱提高室溫。當供水溫度為50℃時，單位面積的散熱功率與地面裝飾層材料、散熱管材料的對應關系見下表： 散熱管\地面裝飾層材料 陶瓷 塑料 木地板 聚乙烯（PE﹣RT） 136.6W/m2 103.5W/m2 93.5W/m2 聚丁烯（PB） 125.7W/m2 96.9W/m2 90.0W/m2 （1）若該地暖系統(tǒng)的總水量為2.0103kg，將全部的水從10℃加熱至50℃，水至少需要吸收多少熱量？【c水=4.2103J/（kg?℃）】 （2）某家庭木地板的面積為100m2，散熱管材料為聚丁烯（PB），供水溫度為50℃，則該地暖系統(tǒng)每1分鐘的散熱量為多少焦耳？ （3）若該地暖系統(tǒng)中水加熱吸收的熱量約有50%能有效供暖，則地暖系統(tǒng)中的水用（1）中方式加熱一次可以給上述家庭供暖多少分鐘？ 【解答】解： （1）水吸收的熱量： Q吸=cm（t﹣t0）=4.2103J/（kg?℃）2103kg（50℃﹣10℃）=3.36108J； （2）由題知，散熱管材料為聚丁烯、裝飾層材料用木地板時，該家庭地面單位面積上的散熱功率P=90.0W/m2，且該家庭木地板的面積為100m2， 該供暖系統(tǒng)1min的散熱量： Q散=90.0W/m2100m260s=5.4105J； （3）有效供暖的熱量： Q有效=50%Q吸=50%3.36108J=1.68108J， 可供暖時間： t==≈311min。 答：（1）水至少需要吸收3.36108J的熱量； （2）該地暖系統(tǒng)每1分鐘的散熱量為5.4105J； （3）若該地暖系統(tǒng)中水加熱吸收的熱量約有50%能有效供暖，則地暖系統(tǒng)中的水用（1）中方式加熱一次可以給上述家庭供暖311分鐘。 　 12．液化氣爐是人們目前比較普遍的爐具，而電磁爐則是新一代的智能爐具。為了比較它們的耗能費用，小明同學進行了調(diào)查，得出如下兩組數(shù)據(jù)： 液化氣爐（用氣） 電磁爐（用電） 熱效率 50% 熱效率 90% 液化氣每瓶凈重 15Kg 額定電壓 220V 液化氣熱值 3.54107J/kg 額定功率 1000W 當?shù)匾夯瘹鈨r格 100元/瓶 當?shù)厥须妰r格 0.5元/kW?h 請問： （1）若小明家每天所需熱量相當于把50kg的水從40℃加熱到100℃，則他家一天消耗多少熱量？【C=4.2103J/（kg?℃）】 （2）上述熱量若靠電磁爐提供，需耗電多少度？若靠液化氣提供，需燃燒多少千克的液化氣？ （3）通過計算，你認為使用哪種爐具較經(jīng)濟？ 【解答】解：（1）他家一天需消耗的熱量： Q=mc△t=50kg4.2103J/（kg?℃）（100℃﹣40℃）=1.26107J； （2）上述熱量若靠電磁爐提供，需要消耗的電能： W電===1.4107J≈3.9kW?h， 若用液化氣燃燒放熱提供， Q放===2.52107J， 所需液化氣的質(zhì)量： m==≈0.71kg， （3）使用電磁爐的費用：3.9kW?h0.5元/kW?h=1.95元； 使用液化氣灶的費用：100元/15kg0.71kg≈4.7元， ∵1.95元＜4.7元， ∴使用電磁爐更經(jīng)濟。 答：（1）他家一天消耗1.26107J的熱量； （2）上述熱量若靠電磁爐提供，需耗電3.9度；若靠液化氣提供，需燃燒0.71kg的液化氣； （3）通過計算，使用電磁爐更經(jīng)濟。 13．為了比較水和煤油的吸熱能力，小明設計了如下實驗步驟： A．在兩個同樣的燒杯中，分別裝入等體積的水和煤油； B．用兩支溫度計分別測出水和煤油的初溫； C．在燒杯中，分別放入功率相同的電熱器，加熱時間相同； D．用溫度計分別測出水和煤油的末溫。 小聰認為： （1）步驟A存在的錯誤是：　裝入等體積的水和煤油　，應改為　裝入等質(zhì)量的水和煤油　； （2）步驟C，加熱時間相同是為了使水和煤油　吸收的熱量相同　。 （3）步驟B和D是為了得出水和煤油的　升高的溫度　。 　 14．現(xiàn)代家庭裝修中有些浴室使用燃氣熱水器提供熱水，小芳家安裝了燃氣熱水器。已知水進入熱水器前的溫度是10℃，洗澡時熱水器輸出熱水的溫度設定為40℃；如果小芳洗一次澡用熱水0.05m3，水的比熱容是4.2103J/kg?℃．求： （1）所用熱水的質(zhì)量為多少？ （2）水從熱水器中吸收多少熱量？ （3）若天然氣完全燃燒釋放熱量的70%被水吸收，需要消耗多少m3的天然氣？（天然氣的熱值q=4107J/m3） 【解答】解： （1）∵ρ=， ∴熱水的質(zhì)量：m=ρV=1.0103kg/m30.05m3=50kg； （2）熱水吸收的熱量： Q吸=cm（t﹣t0）=4.2103J/（kg?℃）50kg（40℃﹣10℃）=6.3106J； （3）天然氣完全燃燒釋放熱量： Q放===9106J， ∵Q放=Vq， ∴需要天然氣的體積： V===0.225m3。 答：（1）所用熱水的質(zhì)量為50kg；（2）水從熱水器中吸收6.3106J的熱量； （3）若天然氣完全燃燒釋放熱量的70%被水吸收，需要消耗0.225m3的天然氣。 15．空氣能熱水器是通過吸收空氣中的熱量來制造熱水的“熱量搬運”裝置。其工作原理是：空氣能熱水器在工作時，吸收空氣中的能量Q，消耗的電能為W，通過熱交換使水吸收的熱量為Q吸，即Q吸=Q+W，所以它的熱效率（的值）可以達到300%～500%．已知某型號空氣能熱水器的熱效率為400%，電功率為1400W，當用此熱水器將100kg的水從15℃加熱到55℃時[水的比熱容為4.2103J/（kg?℃），干木柴的熱值為1.2107J/kg]．求： （1）水吸收的熱量； （2）水吸收的熱量相當于完全燃燒多少千克的干木柴所釋放的熱量； （3）空氣能熱水器完成上述加熱過程所用的時間。 【解答】解： （1）水吸收的熱量： Q吸=cm（t﹣t0）=4.2103J/（kg?℃）100kg（55℃﹣15℃）=1.68107J； 答：水吸收的熱量為1.68107J； （2）由題知，Q吸=Q放， 需要的干木柴質(zhì)量： m===1.4kg； 答：需要完全燃燒1.4kg干木柴； （3）由題意的η===400%， 即=400% 解得t=3103s， 答：空氣能熱水器用時3103s。 16．衛(wèi)星在太空中飛行時，向陽面與背陰面之間的溫度相差250℃．為了保證衛(wèi)星上的設備正常工作，在衛(wèi)星上安裝了熱管。熱管的傳熱本領是一般金屬的上萬倍，通熱管可以把向陽面的熱量迅速的傳遞到背陰面，使衛(wèi)星個部分均勻受熱。如圖所示，熱管是一根密閉的金屬真空管，管內(nèi)襯有一層叫吸液芯的多孔材料，里面裝有酒精或其他液體，熱管就是利用里面所裝物質(zhì)的汽化和液化過程來完成傳熱。請根據(jù)所學的知識說明熱管的工作過程。 【解答】解：在熱管被稱作蒸發(fā)段的一端，工作液體從外界熱源受熱而汽化，流向稱作冷凝段的另一端，將熱量傳給外界受熱體而冷凝；冷凝液沿吸液芯流回蒸發(fā)段，如此不斷循環(huán)，實現(xiàn)熱量在兩個外部物體間的連續(xù)傳遞。 　 17．一種太陽能熱水器，裝有160L的水。 （1）在太陽輻射下，水溫由15℃升高到65℃．水箱中的水吸收的熱量為多少？（不計熱量損失） （2）如果水吸收的熱量由效率為40%的煤氣灶提供，則需燃燒多少煤氣。ρ水=1.0103 J/（kg?℃），煤氣的熱值約為 q=4.0107J/kg}。 【解答】解：（1）水的質(zhì)量是，m=ρV=1.0103kg/m316010﹣3m3=160kg。 水吸收的熱量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2103 J/（kg?℃）160kg（65℃﹣15℃）=3.36107J。 （2）由題可知，40%Q放=Q吸．==8.4107J。 由Q放=mq變形得，m氣===2.1kg。 答：水箱中的水吸收的熱量為3.36107J．需燃燒2.1kg煤氣。 18．某汽車在平直路面上以 75km/h 的速度勻速行駛 1h 的過程中，消耗了 5kg 汽油，汽油燃燒釋放能量的 40%隨廢氣通過熱電轉(zhuǎn)換裝置，如圖所示，汽油熱值近似取 q=5107J/kg，設汽油在氣缸內(nèi)完全燃燒。 （1）如圖所示時刻，四沖程汽油機處于　壓縮　沖程；若該汽油機每分鐘完成 7200 個沖程，則它每秒鐘完成　30　 個工作循環(huán)。 （2）若上述過程中汽油燃燒釋放能量的 30%用來驅(qū)動汽車行駛，求汽車所受的阻力f。 （3）研究表明新材料的出現(xiàn)可將熱電轉(zhuǎn)換裝置的效率大幅提高到 15%，據(jù)此計算，上述過程中，隨廢氣排出的能量通過熱電轉(zhuǎn)換裝置后可獲得多少電能？這些電能可供車內(nèi)總功率為 1000W 的用電器持續(xù)工作多長時間？ （4）汽車在水平路面上加速行駛時，對路面的壓力的變化情況為　變小　。 19．小婷家購買了一輛轎車，如圖所示，汽車應用了許多物理知識。請你運用所學的物理知識解答下列問題： （1）汽油機是汽車的“心臟”，汽油機的做功沖程是將　內(nèi)　能轉(zhuǎn)化為　機械　能。 （2）小轎車前方的擋風玻璃是傾斜的，目的是使車內(nèi)物體所成的　虛　像（填“實”或“虛”）位于玻璃的上方，不妨礙司機視線。 （3）汽車發(fā)動機是用水作冷卻劑的，這是利用了水的　比熱容　較大的性質(zhì)；冬天，小婷的父親開車行駛在路上，不一會兒汽車擋風玻璃的內(nèi)側出現(xiàn)了一層“白霧”，為了盡快消除“白霧”，你認為應該開啟空調(diào)的　熱?。ㄌ睢袄洹被颉盁帷保╋L，從而加快“白霧”的消失。 （4）開車上坡前，往往加大油門，以提高汽車的速度，這是為了增大汽車的　動能?。ㄌ睢皯T性”和“動能”）。