13.4热机效率和环境保护-【暑假自学课】2024年新九年级物理暑假提升精品讲义（沪科版）

第13章第4节 热机效率和环境保护 模块一 思维导图构建知识体系 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题解析 模块四 核心考点精准练（6道题） 模块五 小试牛刀过关测（6道题） 1．知道燃料在燃烧过程中将化学能转化为内能。 2．知道什么是燃料的热值、单位；知道热值的物理意义； 3．会用热值的计算公式进行简单的计算。 4．能说出热机工作时释放热量的主要流向，知道什么是热机的效率。 5．了解热机的效率，培养节约资源的意识，从而激发改进技术提高热机效率，为社会进步做贡献的意识。 ■知识点一：燃料的热值（q） 1. 定义： 某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2.单位：J/kg或J/m3 3.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 4.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 5.火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 6.炉子的效率： （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因：A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （1）热值的物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 （2）酒精的热值是3.0×107J/kg表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 （3）提高炉子效率的方法：A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 ■知识点二：热机效率 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机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做热机的效率。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 各种热机的效率：（1）蒸汽机效率只有 6 %～15 %；（2）汽油机的效率为 20 %～30 %；（3）柴油机的效率为 30 %～40 %；（4）喷气式飞机发动机的效率：50 %～60 %。 ■知识点三：热机与环境保护 1.利用内能带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 教材原题（P53-54） 1．完全燃烧相同质量的甲、乙两种燃料时，若甲放出的热量多，则甲的热值比乙的热值 ________。 【答案】大。 【解析】某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2．在煤炭市场中，少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售，客户为了不上当，最恰当的方法是检测下列物理量中的（ ）。 A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 【答案】A。 【解析】热值的物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 3．现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有（ ）。 A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点 【答案】C。 【解析】火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 4．干木柴的热值是 1.2×107 J/kg, 它的物理意义是 ___________________________。完全燃烧 4 kg 的干木柴，能放出 __________ 热量。 【答案】1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J。；4.8J。 【解析】略。 5．热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，并且会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，同时指出可能造成哪些环境污染。 【答案】（1）废气的内能，散热损失，机械摩擦的损失，其中废气损失能量最大；（2）废气污染、烟尘污染、噪音污染。 【解析】略。 1．（2023 四川自贡）如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是______冲程，与它原理相同的是______图所示的演示实验。 2．（2023 福建）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过 方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg） 3．（2023山东临沂）2023年5月28日12时31分，自上海虹桥国际机场起飞的国产大飞机C919安全抵达北京首都国际机场（如图），圆满完成了首个商业航班飞行。C919大飞机（　　）    A．机身是由密度大、硬度大的材料制成的 B．加速起飞的过程中所受空气浮力大于重力 C．匀速飞行时机翼上方的空气流速比下方的大 D．大功率航空发动机的效率能达到100% 4．（2023湖南株洲）如图，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被冲出。则（　　）    A．管内水蒸气的内能不变 B．管内水蒸气对橡胶塞做了功 C．水所含的热量增加 D．灯中剩余酒精的热值变小 5．（2023湖北随州）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值 6．（2023·湖南益阳）如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。    1．（2023·黑龙江龙东）某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是 J。（汽油的热值是4.6107J/kg） 2．（2023 陕西）在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容，煤气的热值］ 3．（2023四川眉山）2023年5月30日9时31分，我国在酒泉卫星发射中心，利用长征二号F火箭成功发射神州十六号载人飞船，16时26分飞船与空间站顺利对接，标志中国空间站进入了应用和发展阶段。下列说法中正确的是（　　） A．火箭升空时机械能守恒 B．空间站由于惯性绕地球运动 C．火箭利用液态氢做燃料，是因为液态氢的密度小 D．火箭向下喷火使其升空，是由于力的作用是相互的 4．（2023湖北宜昌）2023年5月30日9时31分，随着一声“点火”令下，我国的长征二号F遥十六运载火箭向下喷出高温燃气，顺利发射升空，将神舟十六号载人飞船送到太空预定轨道。关于火箭，下列说法错误的是（　　）    A．燃气对火箭的推力改变了火箭的运动状态 B．升空时，燃气对火箭向上的推力大于火箭对燃气向下的推力 C．火箭燃料燃烧时，化学能转化为内能 D．火箭发动机是利用内能做功的机械 5．（2023四川成都）小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是（　　） A．整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多 B．前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为 C．消耗的煤油完全燃烧放出的热量为 D．酒精灯加热的效率为28% 6．（2023甘肃金昌）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率将的水倒入烧水壶中，并测出水温为。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。 求：(1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第13章第4节 热机效率和环境保护 模块一 思维导图构建知识体系 模块二 基础知识全梳理（吃透教材） 模块三 教材习题解析 模块四 核心考点精准练（6道题） 模块五 小试牛刀过关测（6道题） 1．知道燃料在燃烧过程中将化学能转化为内能。 2．知道什么是燃料的热值、单位；知道热值的物理意义； 3．会用热值的计算公式进行简单的计算。 4．能说出热机工作时释放热量的主要流向，知道什么是热机的效率。 5．了解热机的效率，培养节约资源的意识，从而激发改进技术提高热机效率，为社会进步做贡献的意识。 ■知识点一：燃料的热值（q） 1. 定义： 某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2.单位：J/kg或J/m3 3.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 4.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 5.火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 6.炉子的效率： （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因：A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （1）热值的物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 （2）酒精的热值是3.0×107J/kg表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 （3）提高炉子效率的方法：A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 ■知识点二：热机效率 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机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做热机的效率。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 各种热机的效率：（1）蒸汽机效率只有 6 %～15 %；（2）汽油机的效率为 20 %～30 %；（3）柴油机的效率为 30 %～40 %；（4）喷气式飞机发动机的效率：50 %～60 %。 ■知识点三：热机与环境保护 1.利用内能带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 教材原题（P53-54） 1．完全燃烧相同质量的甲、乙两种燃料时，若甲放出的热量多，则甲的热值比乙的热值 ________。 【答案】大。 【解析】某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2．在煤炭市场中，少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售，客户为了不上当，最恰当的方法是检测下列物理量中的（ ）。 A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 【答案】A。 【解析】热值的物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 3．现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有（ ）。 A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点 【答案】C。 【解析】火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 4．干木柴的热值是 1.2×107 J/kg, 它的物理意义是 ___________________________。完全燃烧 4 kg 的干木柴，能放出 __________ 热量。 【答案】1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J。；4.8J。 【解析】略。 5．热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，并且会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，同时指出可能造成哪些环境污染。 【答案】（1）废气的内能，散热损失，机械摩擦的损失，其中废气损失能量最大；（2）废气污染、烟尘污染、噪音污染。 【解析】略。 1．（2023四川自贡）如图所示，图A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图，图E、F是演示实验的示意图，B图是______冲程，与它原理相同的是______图所示的演示实验。 【答案】压缩 E 【解析】B图汽油机两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，机械能转化为内能。 图E中活塞向下运动，压缩玻璃筒内的气体，机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程原理相同。 2．（2023福建）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过 方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出 J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg） 【答案】 热传递 1.2×108 【解析】[1]蒸米时，米吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式增加内能的。 [2]由Q=mq可得，完全燃烧10kg的干木柴释放的热量为Q=mq=10kg×1.2×107J/kg=1.2×108J 3．（2023山东临沂）2023年5月28日12时31分，自上海虹桥国际机场起飞的国产大飞机C919安全抵达北京首都国际机场（如图），圆满完成了首个商业航班飞行。C919大飞机（　　）    A．机身是由密度大、硬度大的材料制成的 B．加速起飞的过程中所受空气浮力大于重力 C．匀速飞行时机翼上方的空气流速比下方的大 D．大功率航空发动机的效率能达到100% 【答案】C 【解析】A．飞机的机身要轻、强度大，所以机身应用密度小、硬度大的材料制成，故A不符合题意； B．飞机起飞是因为机翼上下表面的压力差提供的升力，不是因为浮力；加速起飞的过程中，受力不平衡，升力大于重力，故B不符合题意； C．气流经过机翼上、下表面的时间相同，机翼上表面凸起、下表面平整，则气流经过机翼上方的空气流速比下方的空气流速大，故C符合题意； D．航空发动机工作时，燃料燃烧释放的能量不可能全部用来做有用功，效率不可能达到100%，故D不符合题意。 故选C。 4．（2023湖南株洲）如图，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后，橡胶塞被冲出。则（　　）    A．管内水蒸气的内能不变 B．管内水蒸气对橡胶塞做了功 C．水所含的热量增加 D．灯中剩余酒精的热值变小 【答案】B 【解析】A．用橡胶塞塞住管口，随着酒精灯给试管不断加热，试管内的水和水蒸气吸收热量，内能都在不断增大，故A不符合题意； B．将水加热一段时间后，橡胶塞被冲出，这是管内水蒸气对橡胶塞做了功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，故B符合题意； C．热量是在热传递过程中传递内能的多少，是一个过程量，不能说所含有热量，故C不符合题意； D．热值是燃料的固有属性，热值的大小和物质种类有关，和质量、体积、是否完全充分燃烧都没有关系，所以灯中剩余酒精的热值不变，故D不符合题意。 故选B。 5．（2023湖北随州）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是30% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的热值 【答案】A 【解析】A．如图甲所示，进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，气体温度升高，这是汽油机的压缩冲程，故A正确； B．由乙图可知该汽油机的效率为η=100%-6%-30%-36%=28%，故B错误； CD．热值是燃料完全燃烧时的放出的热量和质量之比，燃料的热值只与燃料的种类和状态有关，与燃料是否完全燃烧无关，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的利用率，不会降低燃料的热值；为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措大大提高了燃料的利用率，不能提高燃料的热值，故CD错误。 故选A。 6．（2023·湖南益阳）如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。    【答案】（1）6×105J；（2）2.1×105J；（3）35%；（4）见解析 【解析】（1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是 （2）水吸收的热量为 （3）小明测得固体酒精炉的热效率为 （4）燃烧不完全；部分热量散发到空气中；锅吸收一部分热量。 1．（2023·黑龙江龙东）某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功 次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是 J。（汽油的热值是4.6107J/kg） 【答案】 1500 2.3107 【解析】[1]四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮中曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功1500次。 [2]完全燃烧500g汽油放出的热量为 2．（2023陕西）在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）［水的比热容，煤气的热值］ 【答案】 热传递 不变 【解析】[1]由题意知，根据得，将2kg水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为 [2]由题意可知，若不计热量损失，则 由可得，需要完全燃烧的煤气质量为 [3]水变热，水吸收热量、内能增大，是通过热传递改变物体的内能。 [4]燃料的热值是燃料自身的一种性质，与它是否完全燃烧没有关系，若煤气燃烧不充分，其热值不变。 3．（2023四川眉山）2023年5月30日9时31分，我国在酒泉卫星发射中心，利用长征二号F火箭成功发射神州十六号载人飞船，16时26分飞船与空间站顺利对接，标志中国空间站进入了应用和发展阶段。下列说法中正确的是（　　） A．火箭升空时机械能守恒 B．空间站由于惯性绕地球运动 C．火箭利用液态氢做燃料，是因为液态氢的密度小 D．火箭向下喷火使其升空，是由于力的作用是相互的 【答案】D 【解析】A．火箭加速升空过程中，动能和重力势能都逐渐增大，火箭的机械能逐渐增大，即机械能不守恒，故A错误； B．空间站之所以会绕地球运动，是因为受到了地球对它引力的作用，故B错误； C．火箭利用液态氢做燃料，是因为液体氢的热值大，完全燃烧相同质量的液体氢和其他燃料，液态氢放出的热量更多，故C错误； D．火箭向下喷气，由于物体间力的作用是相互的，喷出的气体会给火箭向上的反作用力，使火箭上升，故D正确。 故选D。 4．（2023湖北宜昌）2023年5月30日9时31分，随着一声“点火”令下，我国的长征二号F遥十六运载火箭向下喷出高温燃气，顺利发射升空，将神舟十六号载人飞船送到太空预定轨道。关于火箭，下列说法错误的是（　　）    A．燃气对火箭的推力改变了火箭的运动状态 B．升空时，燃气对火箭向上的推力大于火箭对燃气向下的推力 C．火箭燃料燃烧时，化学能转化为内能 D．火箭发动机是利用内能做功的机械 【答案】B 【解析】A．发射升空过程中运动状态发生改变，是燃气对火箭的推力改变了火箭的运动状态，故A正确，不符合题意； B．升空时，燃气对火箭向上的推力和火箭对燃气向下的推力是相互作用力，大小相等，故B错误，符合题意； C．火箭燃料燃烧时，消耗化学能，产生内能，将化学能转化为内能，故C正确，不符合题意； D．火箭发动机是利用内能做功的机械，工作时将内能转化成机械能，故D正确，不符合题意。 故选B。 5．（2023四川成都）小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，，，，则下列说法正确的是（　　） A．整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多 B．前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为 C．消耗的煤油完全燃烧放出的热量为 D．酒精灯加热的效率为28% 【答案】B 【解析】A．由题意，由于甲、乙两烧杯各装水的质量相等，水的初始温度相同，根据可知水沸腾前，两杯水吸收的热量相等，为，且同一杯水沸腾前后单位时间内吸收的热量相等，则整个过程甲、乙两杯水所吸收的热量分别为，，所以整个过程，乙杯中的水吸收的热量更多，故A错误； B．由图可得，3分钟时乙杯中的水恰好沸腾，则吸收的热量为，故B正确； C．整个过程消耗的煤油完全燃烧放出的热量为，故C错误； D．在整个过程中，燃烧4g酒精所释放的热量为，可得酒精灯加热的效率为，故D错误。 故选B。 6．（2023甘肃金昌）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率将的水倒入烧水壶中，并测出水温为。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。 求：(1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 【答案】(1)；(2)；(3)35% 【解析】(1)将这些水烧开需吸收的热量 (2)燃烧的天然气，放出的热量为 (3)他家天然气灶的效率是 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$