第51页 - 亮点给力提优课时作业本九年级物理江苏版

D

C

$6.72×10^{5}$

$0.04$

$6×10^3$

25

$60\%$

能

 水升高的温度

大于

$4:3$

不变

水达到沸点后持续吸热，温度不变

【分析】
这道题的核心是热机效率的比较，解题思路如下：首先回忆热机效率的定义：热机效率等于热机输出的有用机械能与燃料完全燃烧释放总热量的比值。由于图中纵轴是均匀刻度，我们可以先给纵轴的单位长度赋值，快速读出甲、乙、丙三台汽油机对应的燃料完全燃烧释放热量、输出机械能的数值，代入效率公式算出三者的效率，再逐一比对每个选项的描述是否正确，就能得到答案。
【解析】
我们设纵坐标轴每1格代表的能量为1单位，根据柱状图读取数据，结合热机效率公式$\eta=\frac{W_{输出}}{Q_{放}}×100\%$计算三者效率：
1. 甲汽油机：燃料完全燃烧释放热量$Q_甲=8$，输出机械能$W_甲=2$，效率$\eta_甲=\frac{2}{8}×100\%=25\%$
2. 乙汽油机：燃料完全燃烧释放热量$Q_乙=4$，输出机械能$W_乙=2$，效率$\eta_乙=\frac{2}{4}×100\%=50\%$
3. 丙汽油机：燃料完全燃烧释放热量$Q_丙=4$，输出机械能$W_丙=1$，效率$\eta_丙=\frac{1}{4}×100\%=25\%$
逐一判断选项：
选项A：甲输出机械能为2，丙为1，甲输出机械能更多，但甲和丙的效率均为25%，效率相等，A错误。
选项B：输出相同机械能W时，所需燃料完全燃烧释放的总热量$Q_放=\frac{W}{\eta}$，乙的效率远高于丙，因此乙需要的总热量更小，消耗的同种燃料比丙更少，B错误。
选项C：消耗质量相同的同种燃料时，燃料完全燃烧释放的总热量相等，乙的效率是甲的2倍，因此乙输出的机械能是甲的2倍，二者输出机械能不一样多，C错误。
选项D：三者效率分别为25%、50%、25%，可知乙的效率最高，D正确。
【答案】
D
【知识点】
热机效率，能量利用效率
【点评】
本题通过柱状图的形式考查热机效率的概念辨析，避免了直接给出数值的常规出题模式，解题的关键是利用赋值法从图中提取有效数据，再结合效率定义进行推导，能有效纠正学生仅凭柱形高度直接判断效率的常见错误，加深对热机效率物理意义的理解。
【难度系数】
0.6

【分析】
我们可以逐个对选项进行验证判断：1. 首先回忆四冲程柴油机的工作循环顺序，直接判断A选项的正误；2. 热值是燃料本身的特性，只和燃料种类有关，两台柴油机都使用柴油，由此判断B选项；3. 已知两台柴油机完成的有用功相同，结合功率公式P=W/t，对比做功时间就能判断输出功率的大小；4. 再结合燃料放热公式Q放=mq和热机效率公式η=W/Q放，对比消耗柴油的质量，就能判断两台柴油机的热机效率高低，最终选出正确选项。
【解析】
我们逐一分析每个选项：
A选项：四冲程柴油机的工作循环顺序为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，选项中把压缩和做功的顺序写反了，因此A错误。
B选项：热值是燃料的固有特性，仅与燃料的种类有关，甲、乙两台柴油机使用的都是柴油，燃料种类相同，因此二者所用燃料的热值相等，B错误。
C、D选项：已知两台柴油机完成的工作量（即有用功W）完全相同：
① 对比输出功率：根据功率公式$P=\frac{W}{t}$，甲的工作时间为3h，乙的工作时间为2h，W相同时，做功时间越长功率越小，因此甲的输出功率小于乙的输出功率；
② 对比热机效率：两台柴油机燃料热值q相同，甲消耗柴油5kg，乙消耗柴油6kg，根据燃料完全放热公式$Q_{放}=mq$，可得甲消耗的柴油完全燃烧放出的总热量小于乙的总放热；再根据热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}} × 100\%$，有用功W相同，甲的总放热更小，因此甲的热机效率更高。
综上可知甲的输出功率更小，热机效率更高，C正确，D错误。
【答案】C
【知识点】四冲程内燃机工作顺序，热机效率，功率计算
【点评】本题结合表格数据考察热机相关的基础概念辨析，容易出错的点是混淆功率和热机效率的物理意义：功率描述的是做功的快慢，热机效率描述的是燃料能量的利用率，二者没有直接关联，解题时紧扣对应的公式结合已知条件推导即可得到结论。
【难度系数】0.7

【分析】
我们可以分两步梳理解题思路：第一步先求水吸收的热量，回忆物体吸热的计算公式$Q_{\mathrm{吸}}=cm\Delta t$，先从题目中提取已知的水的质量、比热容、初温和末温，算出水升高的温度$\Delta t$，代入公式就能直接得到水吸收的热量。第二步结合已知的热效率，热效率指水吸收的有效热量占天然气完全燃烧释放总热量的比例，由此反推出天然气燃烧总共需要放出的热量，再利用燃料完全燃烧放热公式$Q_{\mathrm{放}}=Vq$，代入天然气的热值，就能算出消耗的天然气体积。
【解析】
1. 计算水吸收的热量：
水升高的温度$\Delta t = t - t_0 = 95\ °\mathrm{C} - 15\ °\mathrm{C} = 80\ °\mathrm{C}$
根据吸热公式$Q_{\mathrm{吸}} = c_{\mathrm{水}}m\Delta t$，代入已知数值：
$Q_{\mathrm{吸}} = 4.2×10^{3}\ \mathrm{J}/(\mathrm{kg}·°\mathrm{C}) × 2\ \mathrm{kg} × 80\ °\mathrm{C} = 6.72×10^5\ \mathrm{J}$
2. 计算消耗的天然气体积：
已知热效率$\eta=40\%$，由$\eta = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{Q_{\mathrm{放}}}$可得，天然气完全燃烧放出的总热量：
$Q_{\mathrm{放}} = \frac{Q_{\mathrm{吸}}}{\eta} = \frac{6.72×10^5\ \mathrm{J}}{40\%} = 1.68×10^6\ \mathrm{J}$
根据燃料完全燃烧放热公式$Q_{\mathrm{放}} = Vq$，可得消耗天然气的体积：
$V = \frac{Q_{\mathrm{放}}}{q} = \frac{1.68×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^7\ \mathrm{J/m^3}} = 0.04\ \mathrm{m^3}$
【答案】
$6.72×10^5$ $0.04$
【知识点】
物体吸热计算；燃料热值计算；热效率计算
【点评】
本题结合碳中和的真实情境考察热学基础计算，属于常规基础题型，只需要牢记吸热、放热、热效率的相关公式，理清各个物理量的逻辑关联，代入对应数值即可求解，是热学部分必须掌握的核心基础考点。
【难度系数】
0.8

【分析】
我们分三步逐个求解三个空：
1. 求发动机做一次功燃料燃烧的产热：发动机排量就是一个工作循环吸入混合气的体积，先把体积单位从升换算为立方米，利用密度公式算出混合气的总质量；已知空燃比是空气质量比燃油质量为22:1，因此燃油质量占混合气总质量的1/(22+1)，算出单次做功消耗的汽油质量后，代入热值公式Q=mq就能得到单次燃烧的放热量。
2. 求每秒做功次数：四冲程汽油发动机的工作规律是曲轴每转2圈，完成一个工作循环，对外做功1次。先把曲轴转速从r/min换算为r/s，再除以2就能得到每秒对外做功的次数。
3. 求发动机的效率：先算出1秒内燃料燃烧总共释放的热量，再根据功率公式W=Pt算出1秒内发动机输出的有用机械功，有用功除以总放热就是热机的效率。
【解析】
解：
① 计算发动机做一次功燃料燃烧产生的热量：
发动机排量即单次工作循环吸入混合气的体积：$V=2.0\ \mathrm{L}=2.0×10^{-3}\ \mathrm{m}^3$
由$\rho=\frac{m}{V}$得混合气总质量：$m_{混}=\rho_{混}V=1.5\ \mathrm{kg/m}^3 × 2×10^{-3}\ \mathrm{m}^3=3×10^{-3}\ \mathrm{kg}$
已知空燃比为22:1，即空气质量:燃油质量=22:1，因此单次做功消耗的汽油质量：
$m_{油}=\frac{1}{22+1}m_{混}=\frac{1}{23}×3×10^{-3}\ \mathrm{kg}$
由$Q_{放}=mq$得单次燃料燃烧释放的热量：
$Q_{放}=m_{油}q=\frac{3×10^{-3}}{23}\ \mathrm{kg} × 4.6×10^7\ \mathrm{J/kg}=6×10^3\ \mathrm{J}$
② 计算发动机每秒钟做功次数：
曲轴转速$n=3000\ \mathrm{r/min}=\frac{3000}{60}\ \mathrm{r/s}=50\ \mathrm{r/s}$，即每秒曲轴转50周。
四冲程热机每完成1个工作循环，曲轴转2周，对外做功1次，因此每秒对外做功次数：$N=\frac{50}{2}=25$次。
③ 计算发动机的效率：
1秒内汽油燃烧总放热量：$Q_{总}=NQ_{放}=25×6×10^3\ \mathrm{J}=1.5×10^5\ \mathrm{J}$
由$P=\frac{W}{t}$得1秒内发动机输出的有用机械功：$W=Pt=90×10^3\ \mathrm{W} × 1\ \mathrm{s}=9×10^4\ \mathrm{J}$
发动机效率：$\eta=\frac{W}{Q_{总}}×100\%=\frac{9×10^4\ \mathrm{J}}{1.5×10^5\ \mathrm{J}}×100\%=60\%$
【答案】
$6×10^3$；25；$60\%$
【知识点】
热值计算
四冲程热机工作规律
热机效率计算
【点评】
本题是热机相关的综合计算填空题，融合了密度、热值、功率、效率多个考点，易错点集中在两个地方：一是容易搞错空燃比对应的燃油质量占比，二是混淆四冲程热机曲轴转数和对外做功次数的对应关系，解题时注意做好单位换算，理清各个物理量的对应关系即可顺利求解。
【难度系数】
0.4

【分析】
这是一道燃料热值比较的实验题，我们可以顺着实验逻辑逐步思考：
1. 第一问：比较热值的核心是，取相同质量的两种燃料完全燃烧，给等质量的水加热，通过水的温度变化量判断水吸热多少，进而对比燃料放热能力，实验只需要记录初温、末温算出温度差即可，不需要水的初温完全一致，因此初温不同也能完成实验。
2. 第二问：水吸收的热量无法直接测量，根据公式Q吸=cmΔt，水的质量、比热容固定时，吸热多少和升高的温度成正比，因此用转换法，通过水升高的温度反映吸热多少；对比图像可知，燃料1燃烧5min让水升高的温度比燃料2燃烧15min让水升高的温度更高，忽略散热的前提下，说明燃料15min放出的热量更大。
3. 第三问：忽略热量散失，燃料完全燃烧时，等质量的两种燃料完全燃烧放出的热量之比等于对应水升温的温度差之比，结合Q=mq，质量相同时热值和总放热量成正比，即可算出热值比。
4. 第四问：标准大气压下水的沸点是固定的，水沸腾的特点是持续吸热但温度不变，因此水达到沸点后继续加热温度也不会变化。
【解析】
(1) 实验中只需控制被加热水的质量相同，通过水的初温和末温计算温度变化量，即可对比水吸收的热量，不需要水的初温一致，因此实验能完成。
(2) 水的质量和比热容固定，由Q吸=cmΔt可知，水吸收热量的多少和升高的温度成正比，因此可以通过水升高的温度反映水吸收热量的多少；由图丙可知，燃料1燃烧5min时水的升温幅度大于燃料2燃烧15min时水的升温幅度，忽略热量散失，说明燃料1燃烧5min放出的热量大于燃料2燃烧15min放出的热量。
(3) 设水的质量为m水，比热容为c，两种燃料的质量均为m，忽略散热，燃料完全燃烧时：
燃料1完全燃烧（用时5min）放出的热量Q1=cm水Δt1，燃料2完全燃烧（用时15min）放出的热量Q2=cm水Δt2，
由Q=mq得q=Q/m，因此热值之比q1:q2 = Q1:Q2 = Δt1:Δt2 = 80℃:60℃ = 4:3。
(4) 标准大气压下水的沸点为100℃，水沸腾的特点是持续吸热、温度保持不变，因此加热到第6min时，水已经达到沸点，继续吸热温度不会发生变化。
【答案】
(1) 能 (2) 水升高的温度大于 (3) $4:3$ (4) 不变水达到沸点后持续吸热,温度不变
【知识点】
热值的测量；转换法；水的沸腾特点
【点评】
本题围绕热值探究实验展开，综合考察了实验设计逻辑、转换法的应用、热值的比例推导以及沸腾的特点，易错点是容易误认为水初温不同就无法完成实验，忽略了实验对比的是温度变化量而非末温，整体贴合课本基础实验的变形考点。
【难度系数】
0.6