13.4 热机效率和环境保护（分层作业）-【上好课】九年级物理全一册同步高效课堂（沪科版）

第四节 热机效率和环境保护 一、燃料的热值 1. 把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的 。火箭发射时要选用热值 （填“大”或“小”）的固体燃料，燃料的质量减少，热值 。 2. 灶台下干木柴燃烧的过程中，剩余干木柴的热值将 （选填“变大”、“变小”或“不变”），完全燃烧20kg的干木柴释放出 J的热量。（q干木柴=1.2×107J/kg） 3．焦炭的热值为3.0×107J/kg，它的物理意义是 。完全燃烧 kg的焦炭放出1.5×107J的热量。 4. 2023年杭州举办第 19 届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇的热值为，则完全燃烧2kg甲醇释放的热量是 J，该热量的84%被水吸收，可以使质量为 1t、温度为25 ℃的水升高 ℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。  在燃烧过程中，若甲醇燃烧不充分，则甲醇的热值将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 5. 用如图所示的装置比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。甲、乙中的烧杯、铁架台、温度计完全相同，在燃烧皿中放入质量相等的不同种燃料，同时点燃 ，给 相等的水加热，等待 （“燃烧相同时间”或“燃料燃尽”），通过观察 来比较两种燃料热值的大小。 二、热机效率 6. 热机的效率：热机工作时，用来做 的那部分能量与燃料 放出的热量之比，叫做热机的效率。某汽油机的各项能量损失所占的百分率分别是：废气内能35%，散热损失30%，机械失10%，则该汽油机的热机效率是 。 7. 小明的爸爸开车送小明去学校，到达学校时消耗汽油4kg，汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 ，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车输出的有用功为 J。（已知）    8. 为了缓解能源紧缺问题，提高热机的效率变得越来越重要。下列有关热机效率的说法正确的是（　　） A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率 B．使用的燃料热值越高，热机的效率越高 C．目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，它们的热机效率可达到100% D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 9. 用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）2kg煤气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 三、环境保护 10．热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染，热机的污染常说有两种：一是 污染，二是 污染． 11. 关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机消耗的燃料越多，效率就越高 B．热机做的有用功越多，效率就一定越高 C．热机的功率越大，做功就越快，但效率却不一定高 D．改进技术，保证良好的润滑，热机效率可以达到100% 12．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    13. 一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则它的飞轮转速为 r/min；某品牌汽车在某路段以1500N的恒定牵引力匀速行驶80km，牵引力做的功是 J；如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%，汽车汽油机的能量流程图如图所示，则此次运行过程中需要完全燃烧 kg的汽油（汽油的热值为）。 14. 一辆汽车在平直的公路上匀速直线行驶，已知该车每消耗1kg柴油，就可以输出1.68×107J的机械功。【柴油热值为q＝4.2×107J/kg，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）】。请计算： （1）该汽车的热机效率； （2）若该汽车每消耗1kg柴油所损失的能量用来加热水，可以将多少千克水从20℃加热到70℃？ 15．如图是内燃机中工作过程中的能流图。 （1）图中“1”处的能量形式为___________； （2）若图中“2”和“3”处的能量分别占总能量的16%和52%，则该内燃机的效率为_____； （3）若该内燃机一年消耗燃油的质量为1400kg，内燃机工作时效率在（2）问基础上提高3%，则效率提高后，该内燃机一年可节约燃油的质量为 ___________。 16．（2023·湖南邵阳·中考真题）2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　） A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积    17．（2023·江苏盐城·中考真题）氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。氢能源完全燃烧放出的热量为 J。若有的热量被水吸收，可以使 kg的水从升高到。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有 （写出一个即可）。， 18．（2023·四川巴中·中考真题）小汽车是主要的交通工具，某品牌小汽车四冲程汽油机的转速为2400r/min，则1s内汽油机对外做功 次，当汽车在加油站加油时，司机能闻到很浓的汽油味，是 现象。如果汽车在某段时间内消耗了210g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量 J，这些热量能让100kg的水温度升高 。（，不计热量损失） 19．（2023·江苏南京·中考真题）课本中做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验的装置如图所示： （1）甲、乙实验中以下四个方面：①烧杯内液体种类：②烧杯内液体质量；③加热时间；④烧杯内液体温度的变化量。其中要求相等的有 （填序号）； （2）燃料燃烧过程中，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 20．（2023·内蒙古兴安盟·中考真题）民谚“五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的水蒸气进行加热。用2.5kg的水蒸粽子，当水沸腾时，水温升高了80℃。，q煤＝3×107J/kg。求： （1）从加热至沸腾，水吸收的热量； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节 热机效率和环境保护 一、燃料的热值 1. 把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的 。火箭发射时要选用热值 （填“大”或“小”）的固体燃料，燃料的质量减少，热值 。 【答案】 热值 大 不变 【详解】把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的热值，是反映燃料燃烧时放热能力的物理量。 火箭发射时要选用热值大的固体燃料，因为它和相同质量的其它燃料相比，完全燃烧时可以放出更多热量。 燃料的热值只和燃料的种类有关，与质量无关，燃料的质量减少，热值不变。 2. 灶台下干木柴燃烧的过程中，剩余干木柴的热值将 （选填“变大”、“变小”或“不变”），完全燃烧20kg的干木柴释放出 J的热量。（q干木柴=1.2×107J/kg） 【答案】 不变 1.2×108 【详解】热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃烧充分与否无关，如果将这些干木柴用掉一部分，它的热值将不变。 燃烧20kg的干木柴释放出的热量 3．焦炭的热值为3.0×107J/kg，它的物理意义是 。完全燃烧 kg的焦炭放出1.5×107J的热量。 【答案】 见详解 0.5 【详解】根据热值的定义，热值是1kg燃料完全燃烧放出的热量与质量的比，焦炭的热值为3.0×107J/kg，它的物理意义是1kg焦炭完全燃烧放出的热量为3.0×107J。 放出1.5×107J的热量完全燃烧焦炭的质量为 4. 2023年杭州举办第 19 届亚运会，首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放，助力打造首届碳中和亚运会。若甲醇的热值为，则完全燃烧2kg甲醇释放的热量是 J，该热量的84%被水吸收，可以使质量为 1t、温度为25 ℃的水升高 ℃[c水=4.2×103J/（kg·℃）]。  在燃烧过程中，若甲醇燃烧不充分，则甲醇的热值将 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 4.6×107 9.2 不变 【详解】完全燃烧2kg甲醇释放的热量为 该热量的84%被水吸收，水吸收的热量为 这些热量可以使1t温度25°C的水升高的温度为 热值与燃料种类有关，与燃料的质量和是否完全燃烧无关，如果在燃烧的过程中甲醇燃烧不完全，甲醇的热值不变。 5. 用如图所示的装置比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。甲、乙中的烧杯、铁架台、温度计完全相同，在燃烧皿中放入质量相等的不同种燃料，同时点燃 ，给 相等的水加热，等待 （“燃烧相同时间”或“燃料燃尽”），通过观察 来比较两种燃料热值的大小。 【答案】 质量 燃料燃尽 温度计示数的变化 【详解】比较不同燃料的热值实验中，应控制被加热液体的种类相同而燃料不同，即质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收；然后根据通过液体温度计示数变化来反映放出热量多少。所以，实验时需要分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的水，需等燃料全部燃尽，通过观察温度计示数的上升情况来比较两种燃料热值的大小。 二、热机效率 6. 热机的效率：热机工作时，用来做 的那部分能量与燃料 放出的热量之比，叫做热机的效率。某汽油机的各项能量损失所占的百分率分别是：废气内能35%，散热损失30%，机械失10%，则该汽油机的热机效率是 。 【答案】 有用功 完全燃烧 25% 【详解】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。 各种能量损耗的总和占汽油完全燃烧释放的热量之比是35%+30%+10%=75% 所以它的机械效率为η=100%-75%=25% 7. 小明的爸爸开车送小明去学校，到达学校时消耗汽油4kg，汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 ，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车输出的有用功为 J。（已知）    【答案】 30% 【详解】汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 汽油完全燃烧放出的热量为 汽车输出的有用功为 8. 为了缓解能源紧缺问题，提高热机的效率变得越来越重要。下列有关热机效率的说法正确的是（　　） A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率 B．使用的燃料热值越高，热机的效率越高 C．目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，它们的热机效率可达到100% D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 【答案】A 【解析】A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦，可以减少能量损失，所以可以提高热机效率，故A正确； B．热机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，比值越大，效率越高，与燃料的热值无关，故B错误； C．目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，但是热机工作过程中不可避免地由于机件间的摩擦而产生额外功，因此热机效率不能达到100%，故C错误； D．一般柴油机的压缩比比汽油机大得多，且气缸内柴油燃烧要比汽油燃烧更充分，所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率，故D错误。 故选A。 9. 用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）2kg煤气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 【答案】（1）8.4×107J；（2）4.2×107J；（3）50%。 【解析】（1）2kg煤气完全燃烧放出的热量 Q放=mq=2kg×4.2×107J/kg=8.4×107J （2）水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×200kg×（70℃-20℃）=4.2×107J （3）燃气灶烧水的效率 η＝= =50% 三、环境保护 10．热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染，热机的污染常说有两种：一是 污染，二是 污染． 【答案】噪声 大气 【分析】热机的对环境的影响包括两个方面：热机工作时会产生噪声污染；废气中主要包含二氧化碳、二氧化硫，会造成温室效应和酸雨． 【详解】在生活中，热机主要是汽油机和柴油机，汽油和柴油的燃烧会产生大量的烟尘和废气，所以会造成大气污染，同时，由于热机各部位的振动会产生高分贝的噪声，造成噪声污染． 11. 关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机消耗的燃料越多，效率就越高 B．热机做的有用功越多，效率就一定越高 C．热机的功率越大，做功就越快，但效率却不一定高 D．改进技术，保证良好的润滑，热机效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．热机消耗的燃料多，做的有用功不一定多，根据可知，效率不一定高，故A错误； B．热机做的有用功多，燃料放出热量的多少未知，根据可知，无法判断效率的高低，故B错误； C．功率是描述做功快慢的物理量，功率越大，做功就越快，功率和效率无关，所以功率高，效率却不一定高，故C正确； D．热机在工作时，废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等，所以即使改进技术，保证良好的润滑，热机的效率也不可能达到100%，故D错误。 故选C。 12．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 【详解】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。 13. 一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则它的飞轮转速为 r/min；某品牌汽车在某路段以1500N的恒定牵引力匀速行驶80km，牵引力做的功是 J；如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%，汽车汽油机的能量流程图如图所示，则此次运行过程中需要完全燃烧 kg的汽油（汽油的热值为）。 【答案】 2400 1.2×108 10 【详解】汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。在一个工作循环中飞轮转2周，做功一次。一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则每秒飞轮转40周，所以飞轮转速为2400 r/min。 牵引力做的功为 由图可知机械能的百分比为 汽油完全燃烧放出的热量为 则需要完全燃烧汽油的质量为 14. 一辆汽车在平直的公路上匀速直线行驶，已知该车每消耗1kg柴油，就可以输出1.68×107J的机械功。【柴油热值为q＝4.2×107J/kg，水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃）】。请计算： （1）该汽车的热机效率； （2）若该汽车每消耗1kg柴油所损失的能量用来加热水，可以将多少千克水从20℃加热到70℃？ 【答案】（1）40%；（2）120kg 【详解】（1）由Q=mq可得，柴油完全燃烧放出的热量为 由η＝可得，汽车的热机效率为 （2）由题知，该汽车每消耗1kg柴油所损失的能量用来加热水，即 由Q吸=cmΔt得，水的质量为 答：（1）该汽车的热机效率为40%； （2）若该汽车每消耗1kg柴油所损失的能量用来加热水，可以将120kg水从20℃加热到70℃。 15．如图是内燃机中工作过程中的能流图。 （1）图中“1”处的能量形式为___________； （2）若图中“2”和“3”处的能量分别占总能量的16%和52%，则该内燃机的效率为_____； （3）若该内燃机一年消耗燃油的质量为1400kg，内燃机工作时效率在（2）问基础上提高3%，则效率提高后，该内燃机一年可节约燃油的质量为 ___________。 【答案】（1）燃料的化学能； （2）32%；（3）120kg. 【解析】（1）内燃机是将燃料的化学能转化为内能的装置，图中“1”处的能量形式为燃料的化学能。 （2）热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，由题意知，内燃机的热机效率η＝100%﹣16%﹣52%＝32% （3）内燃机效率提高3%，即η＝32%+3%＝35% 因为η＝＝ 所以W有用＝ηqm 内燃机效率提高后有用功是相同的，即 η1qm1=η2qm2 内燃机需要的燃油质量为 m2=＝=1280kg 该内燃机一年可节约燃油的质量∆m= m1-m2=120kg 16．（2023·湖南邵阳·中考真题）2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　） A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积    【答案】A 【详解】火箭升空过程中，是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能；在运载能力有限的情况下，要求燃料的热值越大越好，这样它在燃烧时就会给火箭提供更多的能量，故BCD不符合题意，A符合题意。故选A。 17．（2023·江苏盐城·中考真题）氢能源作为新型能源，其热值大，有着巨大的开发使用潜力。氢能源完全燃烧放出的热量为 J。若有的热量被水吸收，可以使 kg的水从升高到。与化石能源相比，“氢能源”的优势还有 （写出一个即可）。， 【答案】 143 清洁无污染 【详解】完全燃烧1kg氢放出的热量 完全燃烧1kg氢放出的热量为。 由题知，水吸收的热量 由Q=cmΔt可得，水的质量 通常情况下，氢气与氧气燃烧后只生成水，对环境非常友好，清洁无污染。 18．（2023·四川巴中·中考真题）小汽车是主要的交通工具，某品牌小汽车四冲程汽油机的转速为2400r/min，则1s内汽油机对外做功 次，当汽车在加油站加油时，司机能闻到很浓的汽油味，是 现象。如果汽车在某段时间内消耗了210g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量 J，这些热量能让100kg的水温度升高 。（，不计热量损失） 【答案】 20 扩散 23 【详解】汽油机一个工作循环有4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次，转速为2400r/min，则1s内完成了80个冲程，汽油机对外做功20次。 司机能闻到很浓的汽油味，说明汽油分子运动到了司机的鼻孔了，是分子无规则运动造成的，属于扩散现象。 如果汽车在某段时间内消耗了210g汽油，则汽油完全燃烧可放出热量 这些热量能让100kg的水升高的温度 19．（2023·江苏南京·中考真题）课本中做“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”实验的装置如图所示： （1）甲、乙实验中以下四个方面：①烧杯内液体种类：②烧杯内液体质量；③加热时间；④烧杯内液体温度的变化量。其中要求相等的有 （填序号）； （2）燃料燃烧过程中，其热值 （选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 ①② 不变 【详解】（1）在比较不同燃料热值的实验中，应控制燃料燃烧的质量相同，因为燃料的热值指的是单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量；通过升高温度显示热量，必须控制烧杯内液体种类和烧杯内液体质量相同，故选①②。 （2）热值是燃料的一种特性，与燃料质量无关，因此燃烧时质量减小，热值不变。 20．（2023·内蒙古兴安盟·中考真题）民谚“五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的水蒸气进行加热。用2.5kg的水蒸粽子，当水沸腾时，水温升高了80℃。，q煤＝3×107J/kg。求： （1）从加热至沸腾，水吸收的热量； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量。 【答案】（1）8.4×105J；（2）0.28kg 【详解】（1）由题意可知，水吸收的热量为 （2）由η＝得，煤炉放出的热量为 由得，需要完全燃烧煤的质量为 答：（1）从加热至沸腾，水吸收的热量为8.4×105J； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 21 / 27 学科网（北京）股份有限公司zxxk.com 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$