九年级物理全一册举一反三系列专题14.2热机的效率【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)

这是一份九年级物理全一册举一反三系列专题14.2热机的效率【四大题型】(人教版)(原卷版+解析)，共15页。

TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 热机效率的定义】
\l "_Tc25206" 【题型2 热机燃烧燃料走向示意图】
\l "_Tc9103" 【题型3 热机效率的计算与估算】
【题型4 提高热机效率的方法】
【知识点1 热机效率的定义】
热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。
【题型1 热机效率的定义】
【例1】（2022·黑龙江牡丹江·中考真题）关于热现象，下列说法正确的是（ ）
A．晶体在熔化过程中，随着持续吸收热量，温度不断升高
B．热机的效率无法达到100%
C．热传递的实质是热量从内能大的物体传递到内能小的物体
D．冬天在家洗澡时，会发现浴室内出现“白气”，这些“白气”是水蒸气
【变式1-1】（2022·湖南衡阳·中考真题）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ）
A．热机排出的尾气没有内能B．热机的效率能达到100%
C．热机的大量使用会造成环境污染D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能
【变式1-2】（2022·北京东城·二模）汽车是人们常用的交通工具，下列与汽车有关的说法正确的是（ ）
A．汽车轮胎上制有花纹，是为了减小汽车对地面的压强
B．汽车行车记录仪的摄像头相当于凸透镜，可以成倒立的实像
C．载重汽车的车轮做得比较宽，是为了增大载重汽车对路面的压强
D．给汽车提供动力的汽油机，其机械效率可以达到100%
【变式1-3】（2022·全国·九年级）下列关于热机效率的说法中正确的是（ ）
A．蒸汽机的效率比内燃机高
B．热机的功率越大，它的效率也一定越高
C．用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧放出的能量之比叫热机效率
D．用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫热机效率
【知识点2 热机燃烧燃料走向示意图】
热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量散失了。
【题型2 热机燃烧燃料走向示意图】
【例2】（2022·吉林长春·中考真题）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（ ）
A．7%B．28%C．31%D．34%
【变式2-1】（2022·广东广州·中考真题）下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（ ）
A．B．
C．D．
【变式2-2】（2022·广东广州·一模）热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是热机的能量流向图，则热机的效率等于（ ）
A．×100%B．×100%
C．×100%D．×100%
【变式2-3】（2022·湖南娄底·九年级期末）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．B．C．D．
【题型3 热机效率的计算与估算】
【例3】（2022·湖北十堰·中考真题）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（ ）
A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全
B．该冲程为做功冲程，内能转化为机械能
C．汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%
D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
【变式3-1】（2022·广东·广州市天河中学三模）做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
A．甲的功率小；热机效率低B．甲的有用功大；做功快
C．乙的总功大；热机效率低D．消耗相同量的柴油；乙的有用功低
【变式3-2】（2022·广东广州·二模）做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
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
【变式3-3】（2022·江苏无锡·二模）小明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，该燃料的热值为2×106J/kg，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．通过计算得出燃料燃烧放出热量有40%被水吸收
C．水吸收的热量和燃料燃烧放出的热量都与加热时间成正比
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，则这杯水的质量大于上一杯水的质量
【题型4 提高热机效率的方法】
【例4】（2022·河北·青县教育局教研室九年级期末）为了节约能源，需要提高热机的效率。下列措施中不能提高效率的是（ ）
A．尽量减少热机的工作时间B．尽量使燃料充分燃烧
C．尽量减少废气带走的热量D．尽量减少热机部件的摩擦
【变式4-1】（2022·四川宜宾·九年级期末）关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高，说明做功越快
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多
C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【变式4-2】（2022·上海·八年级课时练习）提高热机效率的有效途径是（ ）
A．采用优质的燃料B．减少热机的各种热损失，保证良好的润滑
C．使热机具有良好的散热D．避免使用热机
【变式4-3】（2022·河南平顶山·九年级期末）为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（ ）
A．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
B．尽量减少热机内部各部件间的摩擦
C．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
D．尽量增加热机的工作时间
柴油机
完成工作量
时间
消耗柴油
甲
相同
3h
5kg
乙
2h
6kg
柴油机
完成工作量
时间
消耗柴油
甲
相同
3h
5kg
乙
2h
6kg
专题14.2 热机的效率【四大题型】
【人教版】
TOC \ "1-3" \t "正文,1" \h
\l "_Tc1161" 【题型1 热机效率的定义】
\l "_Tc25206" 【题型2 热机燃烧燃料走向示意图】
\l "_Tc9103" 【题型3 热机效率的计算与估算】
【题型4 提高热机效率的方法】
【知识点1 热机效率的定义】
热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。
【题型1 热机效率的定义】
【例1】（2022·黑龙江牡丹江·中考真题）关于热现象，下列说法正确的是（ ）
A．晶体在熔化过程中，随着持续吸收热量，温度不断升高
B．热机的效率无法达到100%
C．热传递的实质是热量从内能大的物体传递到内能小的物体
D．冬天在家洗澡时，会发现浴室内出现“白气”，这些“白气”是水蒸气
【答案】B
【解析】
A．晶体在熔化的过程中要持续吸热，但温度保持不变，故A错误；
B．因为总存在各种形式的能量损失，所以热机的效率是无法达到100%，故B正确；
C．热传递的过程中热量是从温度高的物体传向温度低的物体，故C错误；
D．浴室中的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故D错误。
故选B。
【变式1-1】（2022·湖南衡阳·中考真题）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ）
A．热机排出的尾气没有内能B．热机的效率能达到100%
C．热机的大量使用会造成环境污染D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能
【答案】C
【解析】
A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误；
B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误；
C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确；
D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。
故选C。
【变式1-2】（2022·北京东城·二模）汽车是人们常用的交通工具，下列与汽车有关的说法正确的是（ ）
A．汽车轮胎上制有花纹，是为了减小汽车对地面的压强
B．汽车行车记录仪的摄像头相当于凸透镜，可以成倒立的实像
C．载重汽车的车轮做得比较宽，是为了增大载重汽车对路面的压强
D．给汽车提供动力的汽油机，其机械效率可以达到100%
【答案】B
【解析】
A．汽车轮胎上制有花纹，是为了增大接触面的粗糙程度增大汽车对地面的摩擦，故A错误；
B．汽车行车记录仪的摄像头相当于凸透镜，可以成倒立的缩小实像，故B正确；
C．载重汽车的车轮做得比较宽，是为了增大受力面积，减小载重汽车对路面的压强，故C错误；
D．使用任何机械都不可避免要做额外功，所以机械效率不可以达到100%，故D错误。
故选B。
【变式1-3】（2022·全国·九年级）下列关于热机效率的说法中正确的是（ ）
A．蒸汽机的效率比内燃机高
B．热机的功率越大，它的效率也一定越高
C．用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧放出的能量之比叫热机效率
D．用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫热机效率
【答案】D
【解析】
A．在热机中，蒸汽机的效率最低，故A错误；
B．热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故B错误；
CD．根据热机效率的定义，热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率，故C错误，D正确。
故选D。
【知识点2 热机燃烧燃料走向示意图】
热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量散失了。
【题型2 热机燃烧燃料走向示意图】
【例2】（2022·吉林长春·中考真题）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（ ）
A．7%B．28%C．31%D．34%
【答案】D
【解析】
内燃机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。
故选D。
【变式2-1】（2022·广东广州·中考真题）下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是（ ）
A．B．
C．D．
【答案】D
【解析】
热机燃烧燃料放出的能量，有部分转化为提供热机动力的机械能，还有相当部分能量散失了。而汽油机的效率一般为20%~30%，则机械能约为
W机械能=ηW=30%×1000J=300J
散失的内能
W内能=W-W机械能=1000J-300J=700J
故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D
【变式2-2】（2022·广东广州·一模）热机的效率是热机性能的重要指标，如图所示是热机的能量流向图，则热机的效率等于（ ）
A．×100%B．×100%
C．×100%D．×100%
【答案】B
【解析】
E1是总热量，E2、E3、E5属于损失的热量，E4为有用功，故热机的效率为
或者为
故B符合题意，ACD不符合题意。
故选B
【变式2-3】（2022·湖南娄底·九年级期末）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．B．C．D．
【答案】D
【解析】
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
故D符合题意，ABC不符合题意。
故选D。
【题型3 热机效率的计算与估算】
【例3】（2022·湖北十堰·中考真题）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是（ ）
A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全
B．该冲程为做功冲程，内能转化为机械能
C．汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%
D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
【答案】C
【解析】
A．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧较完全，故A正确，不符合题意；
B．如图所示，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程燃气的内能转化为活塞的机械能，故B正确，不符合题意；
C．汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故C错误，符合题意；
D．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确，不符合题意。
故选C。
【变式3-1】（2022·广东·广州市天河中学三模）做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
A．甲的功率小；热机效率低B．甲的有用功大；做功快
C．乙的总功大；热机效率低D．消耗相同量的柴油；乙的有用功低
【答案】C
【解析】
由可得，甲、乙两台柴油机完成工作量相同，甲所用的时间大于乙所用的时间，所以
甲、乙两台热机消耗的总能量分别为
由于
所以消耗总能量
利用能量的利用效率的计算公式可知，在有用功相同的情况下，消耗的总能量越少，效率就越高，所以乙柴油机的效率低，故ABD错误；故C正确。
故选C。
【变式3-2】（2022·广东广州·二模）做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是（ ）
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
【答案】D
【解析】
由可得，甲、乙两台柴油机完成工作量相同，甲所用的时间大于乙所用的时间，所以P甲＜P乙。
甲、乙两台热机消耗的总能量分别为
由于m甲＜m乙，所以W甲＜W乙；利用能量的利用效率的计算公式可知，在有用功相同的情况下，消耗的总能量越少，效率就越高，所以乙柴油机的效率低。故D正确。
故选D。
【变式3-3】（2022·江苏无锡·二模）小明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，该燃料的热值为2×106J/kg，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．通过计算得出燃料燃烧放出热量有40%被水吸收
C．水吸收的热量和燃料燃烧放出的热量都与加热时间成正比
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，则这杯水的质量大于上一杯水的质量
【答案】C
【解析】
A．对100g的热水加热2min，水的温度从93℃上升到99℃，则水吸收到的热量是
Q水=m水c水Δt=100×10-3kg×4.2×103J/(kg•℃)×(99℃-93℃)=2520J
4min水吸收到的热量为2min吸收热量的2倍，故A错误；
B．消耗燃料4.2g，则燃料放出的热量是
Q放=4.2×10-3kg×2×106J/kg=8.4×103J
燃料燃烧放出热量的40%为
Q'=Q放×40%=3.36×103J
水吸收的热量是2520J，故B错误；
C．由题意可知，燃料均匀燃烧放热，所以燃料燃烧的热量与加热时间成正比，由图乙可知，水的温度与时间成正比，根据Q=cmΔt可知，吸收的热量与时间成正比，故C正确；
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。
故选C。
【题型4 提高热机效率的方法】
【例4】（2022·河北·青县教育局教研室九年级期末）为了节约能源，需要提高热机的效率。下列措施中不能提高效率的是（ ）
A．尽量减少热机的工作时间B．尽量使燃料充分燃烧
C．尽量减少废气带走的热量D．尽量减少热机部件的摩擦
【答案】A
【解析】
BCD．热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机的效率，使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故BCD正确，不符合题意；
A．减少热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故A错误，符合题意。
故选A。
【变式4-1】（2022·四川宜宾·九年级期末）关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高，说明做功越快
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多
C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【答案】C
【解析】
A．热机的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，与做功快慢无关，故A错误；
B．由热机效率的概念可知，在做功同样多的情况下，消耗的燃料越少，则有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即热机的效率越高，故B错误；
C．使燃料燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，即可以提高热机效率，故C正确；
D．热机损失的能量中，废气温度最高，带走热量最多，故D错误。
故选C。
【变式4-2】（2022·上海·八年级课时练习）提高热机效率的有效途径是（ ）
A．采用优质的燃料B．减少热机的各种热损失，保证良好的润滑
C．使热机具有良好的散热D．避免使用热机
【答案】B
【解析】
BC．热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以，减少热量的损失可以提高热机的效率；使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故B符合题意，C不符合题意；
AD．采用优质燃料、使热机具有良好的散热不能提高热机效率，不使用热机更不现实，故AD不符合题意。
故选B
【变式4-3】（2022·河南平顶山·九年级期末）为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（ ）
A．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
B．尽量减少热机内部各部件间的摩擦
C．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
D．尽量增加热机的工作时间
【答案】D
【解析】
热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机效率，使燃料充分燃烧、减少热机部件间的摩擦，不断改进与创新热机的设计与制造，都可以提高效率，故ABC不符合题意，D符合题意。
故选D。
柴油机
完成工作量
时间
消耗柴油
甲
相同
3h
5kg
乙
2h
6kg
柴油机
完成工作量
时间
消耗柴油
甲
相同
3h
5kg
乙
2h
6kg