《2025年思路教练同步课时作业九年级物理上册人教版》

10. 如图所示为甲、乙两汽油机的数据。两者相比,下列说法正确的是 (D)

A.甲汽油机效率较大
B.乙汽油机效率较小
C.乙汽油机的燃料燃烧放出的能量多
D.两汽油机产生的有用机械能一样多

答案： D ［阴影部分为有用的机械能,空白部分为损耗的能量。甲的效率为25%,乙的效率为30%,因此乙的效率较大,故A、B错误;甲损耗的能量为1800 J,占75%,则甲汽油机的燃料燃烧放出的总能量为$W_{甲总}=\frac{1800\ J}{75\%}=2400\ J$,产生的有用机械能为$W_{甲有用}=2400\ J-1800\ J=600\ J$,同理,乙汽油机的燃料燃烧放出的总能量为$W_{乙总}=\frac{1400\ J}{70\%}=2000\ J$,产生的有用机械能为$W_{乙有用}=2000\ J-1400\ J=600\ J$,因此甲汽油机的燃料燃烧放出的能量多,两汽油机产生的有用机械能一样多,故C错误,D正确。］

11. “氢能源”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力。1 kg“氢能源”完全燃烧放出的热量有 21%被水吸收,可以使143kg 的水从 20℃升高到 70℃。“氢能源"的优势:不污染环境(写出一个即可)。【水的比热容为$ 4.2×10^3 J/(kg·℃),$氢的热值是$1.43×10^8 J/kg】$

答案： 143 不污染环境 ［1 kg“氢能源”完全燃烧放出的热量：$Q_{放}=mq=1\ kg× 1.43× 10^{8}\ J/kg=1.43× 10^{8}\ J$,水吸收的热量:$Q_{吸}=Q_{放}×\eta=1.43× 10^{8}\ J× 21\%=3.003× 10^{7}\ J$,水从$20\ ^{\circ}C$升高到$70\ ^{\circ}C$,则水的质量:$m=\frac{Q_{吸}}{c\Delta t}=\frac{3.003× 10^{7}\ J}{4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)×(70\ ^{\circ}C-20\ ^{\circ}C)}=143\ kg$;“氢能源”燃烧过程中释放出的尾气不会污染环境,有利于环保。］

12. (河北保定期中)保定市部分公交车用天然液化气为燃料,其主要成分就是甲烷,热值为 4.8×10^7 J/m^3。如果一辆公交车满载乘客时总质量是 8×10^3 kg,那么 14 m^3 甲烷气体完全燃烧产生的能量可供公交车满载时以 36 km/h 的速度匀速行驶 140 min。匀速行驶中公交车受到的平均阻力为车重的$\frac{1}{20}$,求:(g 取 10 N/kg)
(1)这段时间内公交车牵引力所做功的功率多大?
(2)若 14 m^3 的甲烷气体完全燃烧所产生的能量被水完全吸收,则能将多少千克的水从 0℃加热到刚沸腾? [c_水 = 4.2×10^3 J/(kg·℃)]
(3)这段时间内公交车发动机的效率是多大?

答案： 解:
(1)公交车满载时所受的重力$G_{总}=m_{总}g=8× 10^{3}\ kg× 10\ N/kg=8× 10^{4}\ N$因公交车匀速行驶时处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,所以,公交车受到的牵引力$F=F_{f}=\frac{1}{20}G=0.05× 8× 10^{4}\ N=4000\ N$,公交车匀速行驶的速度$v=36\ km/h=10\ m/s$,这段时间内公交车牵引力做功的功率$P=\frac{W}{t}=\frac{Fs}{t}=Fv=4000\ N× 10\ m/s=4× 10^{4}\ W$;
(2)14 m³的甲烷气体完全燃烧所产生的热量$Q_{放}=Vq=14\ m^{3}× 4.8× 10^{7}\ J/m^{3}=6.72× 10^{9}\ J$由题知,水吸收的热量$Q_{吸}=Q_{放}=6.72× 10^{9}\ J$标准大气压下水的沸点为$100\ ^{\circ}C$,由$Q_{吸}=cm(t-t_{0})$可知,加热水的质量$m=\frac{Q_{吸}}{c(t-t_{0})}=\frac{6.72× 10^{9}\ J}{4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)× 100\ ^{\circ}C}=1600\ kg$。
(3)由$P=\frac{W}{t}$可知,这段时间内公交车牵引力所做的功$W=Pt=4× 10^{4}\ W× 140× 60\ s=3.36× 10^{8}\ J$这段时间内公交车发动机的效率$\eta=\frac{W}{Q_{放}}× 100\%=\frac{3.36× 10^{8}\ J}{6.72× 10^{8}\ J}× 100\%=50\%$答:
(1)这段时间内公交车牵引力所做功的功率为$4× 10^{4}\ W$;
(2)若14 m³的甲烷气体完全燃烧所产生的能量被水完全吸收,则能将1600 kg的水从$0\ ^{\circ}C$加热到刚沸腾;
(3)这段时间内公交车发动机的效率是50%。

13. (科学思维)(云南中考)中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射,是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景,目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表 1 所示,表 2 是一些燃料的热值。

表 1

表 2

(1)使用氢作为燃料的主要优点是热值大和无污染。
(2)某火箭发射时携带了$ 3×10^4 kg $液态氢燃料,这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为 20℃的水加热至沸腾? [c_水$ = 4.2×10^3 J/(kg·℃),$当地大气压为标准大气压]
解:$3× 10^{4}\ kg$液态氢完全燃烧释放的热量$Q=mq=3× 10^{4}\ kg× 1.4× 10^{8}\ J/kg=4.2× 10^{12}\ J$,标准大气压下水的沸点为$100\ ^{\circ}C$,水的质量$m'=\frac{Q}{c_{水}\Delta t}=\frac{4.2× 10^{12}\ J}{4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)×(100\ ^{\circ}C-20\ ^{\circ}C)}=1.25× 10^{7}\ kg$
(3)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中,一辆氢能源车以 70 kW 的功率匀速行驶 0.5 h,消耗了 2 kg 燃料,求该发动机的效率。
解:氢能源车所做的功$W=Pt=70000\ W× 0.5× 3600\ s=1.26× 10^{8}\ J$,2 kg 燃料完全燃烧释放的热量$Q'=m''q=2\ kg× 1.4× 10^{8}\ J/kg=2.8× 10^{8}\ J$,该发动机的效率$\eta=\frac{W}{Q'}× 100\%=\frac{1.26× 10^{8}\ J}{2.8× 10^{8}\ J}× 100\%=45\%$

答案：
(1)热值大 无污染 ［运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的燃料时,氢可以释放出更多的热量,另外氢气燃烧的生成物是水,不会造成污染。］
(2)解:$3× 10^{4}\ kg$液态氢完全燃烧释放的热量$Q=mq=3× 10^{4}\ kg× 1.4× 10^{8}\ J/kg=4.2× 10^{12}\ J$,标准大气压下水的沸点为$100\ ^{\circ}C$,水的质量$m'=\frac{Q}{c_{水}\Delta t}=\frac{4.2× 10^{12}\ J}{4.2× 10^{3}\ J/(kg\cdot^{\circ}C)×(100\ ^{\circ}C-20\ ^{\circ}C)}=1.25× 10^{7}\ kg$;
(3)解:氢能源车所做的功$W=Pt=70000\ W× 0.5× 3600\ s=1.26× 10^{8}\ J$,2 kg 燃料完全燃烧释放的热量$Q'=m''q=2\ kg× 1.4× 10^{8}\ J/kg=2.8× 10^{8}\ J$,该发动机的效率$\eta=\frac{W}{Q'}× 100\%=\frac{1.26× 10^{8}\ J}{2.8× 10^{8}\ J}× 100\%=45\%$。