14.2 热机的效率 讲义-2024-2025学年九年级全一册物理人教版

►第十四章　内能的利用 14.2 热机的效率 内容索引·常考题型 内容 常考题型 重点01 热值的理解及简单计算 选择题、填空题 重点02 热机的效率及其计算 选择题、填空题、计算题 难点 热值、比热容和热机效率的综合计算 选择题、填空题、计算题 易错点 提高热机效率的方法 选择题、填空题 ■重点01 热值的理解及简单计算 攻克重点 1．燃料的热值定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值或者1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫热值。 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。 （1）“1kg”是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值； （2）“某种燃料”是指热值与燃料的种类有关； （3）“完全燃烧”意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 2．热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时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；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3．燃料燃烧放热公式：Q放=qm或Q放=qV（常对气体燃料）。 （1）固体和液体：，其中m为燃料的质量，单位千克（kg）；q为燃料的热值，单位焦/千克（J/kg）。 （2）气体：，其中V为燃料的体积，单位千克（m3）；q为燃料的热值，单位焦/立方米（J/m3）。 【典例1】（2024•连云港）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 【典例2】（2024•金乡县二模）已知天然气的热值为4×107J/m3。完全燃烧0.5m3的天然气放出的热量为 　J，用天然气给水加热至沸腾后继续加热，水的温度将 　。 【典例3】（2024•九龙坡区校级一模）氢燃料汽车是指以氢为主要能源物质的汽车，选用氢为汽车燃料，主要考虑的是氢燃料的 　（填密度“比热容”或“热值”）较大。完全燃烧500g的氢气释放的热量为 　。（氢气的热值为1.4×108J/kg） 方法技巧 1．可以燃烧的物质叫燃料。燃料可以是固体燃料、液体燃料和气体燃料。燃料燃烧时的能量转化为化学能转化为内能。 2．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3．不同燃料的热值不同，这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不同。 4．计算燃料燃烧释放的热量时，注意看清燃料是固体和液体，还是气体。 ■重点02 热机的效率及其计算 攻克重点 1．定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 2．计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 3．物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 4．热机工作时，能量损失不可避免，故热机效率总小于1。 5．常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 【典例1】（2024•云南）2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功，可助力氢能重卡突破1000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108J/kg）。下列说法正确的是（　　） A．氢能不属于清洁能源 B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多 C．完全燃烧100kg的液氢能释放1.4×1010J的热量 D．氢能重卡的热机效率可高达100% 【典例2】一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107J的热量，共计损失了4.8×107J能量，下列说法错误的是（　　） A．该柴油机的效率为40% B．用来做有用功的能量为3.2×107J C．通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D．减少机械间的摩擦可以提高热机效率 【典例3】如图显示的是甲、乙、丙三部汽油机的参数。甲、乙、丙相比，正确的是（　　） A．甲输出的机械能比丙多，效率比丙高 B．在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出机械能与甲一样多 C．在输出的机械能相同时，乙比丙消耗更多的同种燃料 D．三部汽油机中，乙的效率最高 方法技巧 计算热机效率的步骤 （1）明确热机所做的有用功——； （2）明确燃料完全燃烧所释放的热量——或； （3）计算热机的效率——。 （4）利用热机效率的变形式可以求热机做的功—和燃料完全燃烧放出的热量—。 ■难点 热值、比热容和热机效率的综合计算 突破难点 1．热值、比热容和热机效率的计算 分类 公式 燃料放热 Q放=qm（固体和液体燃料）或Q放=qV（常对气体燃料） 物体吸热 吸热公式 热机效率 或η100% 2．热机效率、热量计算思路 （1）明确燃料的热值、质量、是否完全燃烧。如果完全燃烧，直接根据Q放=qm（固体和液体燃料）或Q放=qV（常对气体燃料）计算燃烧释放的热量；如果未完全燃烧，题干会提供一个比率，记得乘以这个比率。 （2）明确吸热物体的比热容、质量和温度变化量，根据公式进行计算。然后根据吸热情况（完全吸热或不完全吸热），进行相关计算。 （3）结合热机的效率（或热效率、能量利用率等），计算待求量。 【典例1】（2024•东平县模拟）某品牌汽车行驶100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧放出的热量最多能使质量为 　kg的水上升30℃。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），汽油的热值为4.5×107J/kg] 【典例2】（2024•五华区校级三模）氢燃料公交车行驶时运行平稳，无振动无噪声，零下40℃也可正常启动运行。与传统公交车相比，最大特点是“零污染、零排放”。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。已知 ，，下列说法正确的是（　　） A．用氢作燃料是因为它含有的热量多 B．质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量的70%被质量为100kg、温度为35℃的水吸收，在一标准大气压下可以让水升高的温度是 70℃ C．氢燃料燃烧过程中热值变小 D．若氢燃料公交车发动机的热效率为60%，氢燃料公交车以42kW的恒定功率匀速行驶，如果完全燃烧0.3kg的氢燃料，这些热量能让该氢燃料公交车匀速行驶10min 【典例3】（2024•广元）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 　 　J，若这些热量完全被水吸收，可使　 　kg水的温度从20℃升高到100℃。 方法技巧 （1）物质吸热时，利用比热容的概念 计算吸收的热量； （2）物质燃烧时，利用热值概念 计算发出的热量； （3）根据热机效率的概念 计算待求物理量。 ■易错点 提高热机效率的方法 直击易错点 1．热机效率低的原因： （1）燃料并未完全燃烧； （2）热机工作的排气冲程要将废气排出，而排出的气体中还具有内能，另外气缸壁等也会传走一部分内能； （3）由于热机的各部分零件之间有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗部分能量； （4）曲轴获得的机械能也未完全用来对外做功，而有一部分传给飞轮以维持其继续转动，这部分虽然是机械能，但不能称之为有用功。 2．提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术； （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【典例1】（2024•陕西）涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是（　　） A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大 C．压气机压缩空气，空气的内能减小 D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能 【典例2】关于热机效率的说法正确的是（　　） A．用热值大的燃料，就能提高热机效率 B．减少各种热损失，可以提高热效率 C．多燃烧燃料，就能提高热机效率 D．采用适当方法，热效率可以等于或大于1 【典例3】如图所示的轮式装载机的机动性好，常用于挖掘、开采、对松散物料铲装及短距离运输等常规的土方工程，该装载机将1t物料从50m远的位置装载到等待处高为2m的运输车上，共消耗燃油0.1kg，这些燃油完全燃烧产生的热量为 　J；请你给出一条提高装载机效率的方法：　 　。（燃油热值为4×107J/kg） 方法技巧 提高热机效率的主要途径：使燃料充分燃烧；尽量减少各种损失；在热机的设计和制造上，采用先进的技术；保证良好的润滑，减小摩擦阻力。 ►第十四章　内能的利用 14.2 热机的效率 一、选择题：共11小题。 1．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 2．（2024•湖南）2024年4月25日，搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭（如图）在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100% C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至﹣253℃，内能为零 D．火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的重力势能越来越大 3．如图所示，是《天工开物》中记录的铸造铜钟的过程，大致分为“制模—熔炼—浇铸一脱模—打磨”五个步骤。下列说法中正确的是（　　） A．加热时推动鼓风机可以提高燃料的热值 B．熔炼过程中，铜的温度和内能都不变 C．浇铸过程中，铜所含热量不断减少 D．打磨过程中，铜的密度不变 4．（2024•沅江市二模） 2023年10月26日，搭载“神舟十七号”载人飞船的“长征二号F遥十七”运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．火箭加速升空过程中载人飞船的机械能守恒 B．火箭加速升空过程中载人飞船的动能保持不变 C．火箭升空过程中与空气摩擦生热，内能不变 D．火箭常利用液氢作燃料，是因为液氢的热值大且不会对环境造成污染 5．（2023•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．如图所示是甲、乙两台汽油机燃烧不同质量的同种燃油的能量流向及比例的饼形图，下列说法正确的是（　　） A．若对外做功的能量相同，甲汽油机更省油 B．若燃烧质量相同的同种燃油，乙汽油机能量损失的总和更多 C．若增加燃烧同种燃油的质量，甲汽油机的机械效率可以更高 D．乙汽油机做有用功的比例比甲汽油机大，乙汽油机的机械效率更大 7．某热机的能量流向图如图所示（箭头粗细不代表能量多少），已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，以下说法中正确的是（　　） A．能量A为电能，能量B为内能 B．能量A为内能，能量B为电能 C．能量A和B均为内能，能量B为500J D．能量A和B均为内能，能量B为100J 8．某型号汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦损耗10%，由于汽油容易挥发等原因其利用率只有90%，则2kg能利用的汽油其完全燃烧（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（　　） A．2.48×107J B．3.02×107J C．0.88×107J D．2.07×107J 9．两台热机，甲的热机效率比乙的高，下列说法正确的是（　　） A．甲热机消耗的燃料多 B．甲热机的功率比乙热机的小 C．甲热机比乙热机做功少 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的少 10．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　） A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大 11．下列说法中正确的是（　　） A．热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量一定越多 B．火箭加速上升的过程中，燃料燃烧产生的内能全部转化为火箭的机械能 C．在四冲程内燃机内减少废气带走的大量热量可以提高热机效率 D．60℃的水比30℃的水所放出的热量多但比热容相同 二、非选择题：共7小题。 12．（2024•宜宾）2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1500公里长距离运输的首次测试。选用氢为燃料是因为氢的 　大。假设汽车在一段平直公路上以恒定功率75kW匀速行驶，速度为108km/h，则汽车所受阻力为 　N。 13．（2023•广元）某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水，盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20℃升高到80℃，水吸收的热量为　 　，该柴火灶的热效率为　 　。[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），这种干木柴的热值是1.0×107J/kg] 14．（2024•贵州模拟）我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度，标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水电站年均发电量可达1.08×1018J，若这些电量改用煤进行火力发电，其效率为40%，煤的热值为3.0×107J/kg，则需要用煤 　kg。 15．（2024•蜀山区一模）密闭的房间里有一台取暖设备，若取暖设备放出的热量全部由3.6×10﹣2m3天然气完全燃烧来提供。房间里空气质量为45kg，空气温度升高4.8℃，则取暖设备加热空气的热效率为 　%。【空气的比热为1×103J/（kg•℃），天然气的热值为4×107J/m3】 16．（2023•扬州）如图所示，在估测薯片热值的实验中，小军设计了两种对水加热的方式。 方式一：薯片在小烧杯中燃烧； 方式二：薯片在燃烧皿中燃烧。 两种加热方式中合理的是 　 　。在进行实验时，要让薯片充分燃烧，操作是　 　。 用天平量取100g水，并测出一片薯片的质量，用以上选取的方式燃尽薯片，并用温度计测出水升高的温度，所测出的薯片热值偏 　 　，原因是 　 　。 17．（2024•齐齐哈尔）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达1.2×103kg。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 18．（2024•山西）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。 第2页（共14页） 学科网（北京）股份有限公司 $$ ►第十四章　内能的利用 14.2 热机的效率 内容索引·常考题型 内容 常考题型 重点01 热值的理解及简单计算 选择题、填空题 重点02 热机的效率及其计算 选择题、填空题、计算题 难点 热值、比热容和热机效率的综合计算 选择题、填空题、计算题 易错点 提高热机效率的方法 选择题、填空题 ■重点01 热值的理解及简单计算 攻克重点 1．燃料的热值定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值或者1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫热值。 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。 （1）“1kg”是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值； （2）“某种燃料”是指热值与燃料的种类有关； （3）“完全燃烧”意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 2．热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时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；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3．燃料燃烧放热公式：Q放=qm或Q放=qV（常对气体燃料）。 （1）固体和液体：，其中m为燃料的质量，单位千克（kg）；q为燃料的热值，单位焦/千克（J/kg）。 （2）气体：，其中V为燃料的体积，单位千克（m3）；q为燃料的热值，单位焦/立方米（J/m3）。 【典例1】（2024•连云港）下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 【答案】D 【分析】（1）热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关； （2）根据Q放＝mq分析解答； （3）知道焦炭的热值和质量，根据Q放＝mq求出焦炭放出的热量。 【解答】解：AC、热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故AC错误； B、根据Q放＝mq知在质量相同时，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少，故B错误； D、焦炭放出的热量：Q放＝mq＝1kg×3.0×107J/kg＝3.0×107J，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了学生对热值概念和燃料完全燃烧放出热量的计算的了解与掌握，理解热值是燃料的特性。 【典例2】（2024•金乡县二模）已知天然气的热值为4×107J/m3。完全燃烧0.5m3的天然气放出的热量为 　J，用天然气给水加热至沸腾后继续加热，水的温度将 　。 【答案】2×107；不变。 【分析】知道天然气的热值和体积，根据Q放＝qV求出天然气完全燃烧放出的热量；水沸腾的特点是达到沸点后，继续加热温度不变。 【解答】解：完全燃烧0.5m3的天然气，放出的热量： Q放＝qV＝4×107J/m3×0.5m3＝2×107J； 水沸腾的特点是达到沸点后，继续加热、水的温度不变。 故答案为：2×107；不变。 【点评】此题主要考查的是学生对热值计算公式和液体沸腾特点的理解和掌握，难度不大。 【典例3】（2024•九龙坡区校级一模）氢燃料汽车是指以氢为主要能源物质的汽车，选用氢为汽车燃料，主要考虑的是氢燃料的 　（填密度“比热容”或“热值”）较大。完全燃烧500g的氢气释放的热量为 　。（氢气的热值为1.4×108J/kg） 【答案】热值；7×107J。 【分析】热值是燃料本身的一种特性，相同质量的不同燃料完全燃烧时，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多； 已知氢气的质量，利用Q放＝mq可求得完全燃烧氢气释放的热量。 【解答】解：选用氢为汽车燃料，主要考虑的是氢燃料的热值较大，相同质量的氢和其它燃料相比，完全燃烧放出的热量较多； 完全燃烧500g的氢气释放的热量Q放＝mq＝0.5kg×1.4×108J/kg＝7×107J。 故答案为：热值；7×107J。 【点评】本题考查对热值概念的理解以及燃料完全燃烧放热公式的掌握和运用，是一道基础题。 方法技巧 1．可以燃烧的物质叫燃料。燃料可以是固体燃料、液体燃料和气体燃料。燃料燃烧时的能量转化为化学能转化为内能。 2．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3．不同燃料的热值不同，这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不同。 4．计算燃料燃烧释放的热量时，注意看清燃料是固体和液体，还是气体。 ■重点02 热机的效率及其计算 攻克重点 1．定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 2．计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 3．物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 4．热机工作时，能量损失不可避免，故热机效率总小于1。 5．常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 【典例1】（2024•云南）2024年5月，我国首款百公斤级车载液氢系统“赛道1000”研制成功，可助力氢能重卡突破1000公里续驶里程，这是我国将液氢应用于交通运输领域的重大技术突破（q氢＝1.4×108J/kg）。下列说法正确的是（　　） A．氢能不属于清洁能源 B．用液氢作燃料是因为液氢含有的热量多 C．完全燃烧100kg的液氢能释放1.4×1010J的热量 D．氢能重卡的热机效率可高达100% 【答案】C 【分析】（1）清洁能源是指不排放污染物、能够直接用于生产生活的能源，包括太阳能、风能、水能、生物能等，煤、石油、天然气都属于常规能源，不属于清洁能源； （2）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氢时，可以释放出更多的热量； （3）知道氢气的热值和氢气的质量，利用燃料完全燃烧放热公式Q放＝mq求氢气完全燃烧放出的热量； （4）热机工作过程中总是存在热量的损失，效率永远小于100%。 【解答】解：A、氢能属于清洁能源，故A错误； B、火箭使用液态氢作燃料，是因为它的热值大，热量是个过程量不能含有，故B错误； C、100kg氢气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝100kg×1.4×108J/kg＝1.4×1010J，故C正确； D、氢能重卡工作过程中总是存在热量的损失，发动机的效率永远小于100%，故D错误。 故选：C。 【点评】本题主要考查学生对清洁能源、热值、燃料完全燃烧放出的热量的计算和热机效率概念的了解和掌握，是基础性的题目。 【典例2】一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107J的热量，共计损失了4.8×107J能量，下列说法错误的是（　　） A．该柴油机的效率为40% B．用来做有用功的能量为3.2×107J C．通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D．减少机械间的摩擦可以提高热机效率 【答案】C 【分析】（1）热机效率是热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，据此计算； （2）根据放出的总能量和损失的能量求出用来做有用功的能量； （3）能量转化过程中能量损失不可避免； （4）根据提高热机效率的方法解答。 【解答】解：AB、有效利用的能量： W有用＝8×107J﹣4.8×107J＝3.2×107J， 柴油机的效率为： η100%100%＝40%，故AB正确； C、能量转化过程中能量损失不可避免，故C错误； D、减少机械间的摩擦可以提高热机效率，故D正确。 故选：C。 【点评】本题主要考查了热机效率的计算，由于没有直接给出有效利用的能量，较好地考查了学生对机械效率概念的理解。 【典例3】如图显示的是甲、乙、丙三部汽油机的参数。甲、乙、丙相比，正确的是（　　） A．甲输出的机械能比丙多，效率比丙高 B．在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出机械能与甲一样多 C．在输出的机械能相同时，乙比丙消耗更多的同种燃料 D．三部汽油机中，乙的效率最高 【答案】D 【分析】热机工作时，将内能转化为机械能，其效率大小等于热机输出的机械能与燃料完全燃烧释放的内能之比，表达式为：η100%。 【解答】解：如图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1， AD、由机械效率公式可得，甲、乙、丙的效率分别为： η甲100%100%＝25%；η乙100%100%＝50%；η丙100%100%＝25%，可见，三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故A错误，D正确； BC、由图可知，在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出的机械能最多，在输出的机械能相同时，乙消耗的同种燃料最少，故BC错误。 故选：D。 【点评】本题考查对热机效率定义的理解，关键是能从图示中获取知识解决问题，难度不大。 方法技巧 计算热机效率的步骤 （1）明确热机所做的有用功——； （2）明确燃料完全燃烧所释放的热量——或； （3）计算热机的效率——。 （4）利用热机效率的变形式可以求热机做的功—和燃料完全燃烧放出的热量—。 ■难点 热值、比热容和热机效率的综合计算 突破难点 1．热值、比热容和热机效率的计算 分类 公式 燃料放热 Q放=qm（固体和液体燃料）或Q放=qV（常对气体燃料） 物体吸热 吸热公式 热机效率 或η100% 2．热机效率、热量计算思路 （1）明确燃料的热值、质量、是否完全燃烧。如果完全燃烧，直接根据Q放=qm（固体和液体燃料）或Q放=qV（常对气体燃料）计算燃烧释放的热量；如果未完全燃烧，题干会提供一个比率，记得乘以这个比率。 （2）明确吸热物体的比热容、质量和温度变化量，根据公式进行计算。然后根据吸热情况（完全吸热或不完全吸热），进行相关计算。 （3）结合热机的效率（或热效率、能量利用率等），计算待求量。 【典例1】（2024•东平县模拟）某品牌汽车行驶100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧放出的热量最多能使质量为 　kg的水上升30℃。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），汽油的热值为4.5×107J/kg] 【答案】2.5×103。 【分析】燃料完全燃烧放出的热量用公式Q放＝qm计算，其中q为燃料的热值；由题知，Q吸＝Q放，根据Q吸＝cmΔt即可求出水的质量。 【解答】解：7kg汽油完全燃烧要放出的热量：Q放＝mq＝4.5×107J/kg×7kg＝3.15×108J； 由题知，Q吸＝Q放，由Q吸＝cmΔt可得，m′2.5×103kg。 故答案为：2.5×103。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的应用，属于基础题目。 【典例2】（2024•五华区校级三模）氢燃料公交车行驶时运行平稳，无振动无噪声，零下40℃也可正常启动运行。与传统公交车相比，最大特点是“零污染、零排放”。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。已知 ，，下列说法正确的是（　　） A．用氢作燃料是因为它含有的热量多 B．质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量的70%被质量为100kg、温度为35℃的水吸收，在一标准大气压下可以让水升高的温度是 70℃ C．氢燃料燃烧过程中热值变小 D．若氢燃料公交车发动机的热效率为60%，氢燃料公交车以42kW的恒定功率匀速行驶，如果完全燃烧0.3kg的氢燃料，这些热量能让该氢燃料公交车匀速行驶10min 【答案】D 【分析】（1）公交车采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量； （2）知道氢燃料的质量和热值，利用Q放＝mq计算出氢燃料完全燃烧放出的热量；燃料完全燃烧放出的热量70%被水吸收，即Q吸＝Q放×70%，利用Q吸＝cmΔt计算出水升高的温度； （3）热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，而与质量大小、燃烧程度无关； （4）由题知，公交车所做的功W＝60%×Q放，已知公交车的功率，利用t计算行驶时间。 【解答】解：A、公交车使用液态氢作燃料，是因为它的热值大，热量是个过程量不能含有，故A错误； B、质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：Q放＝m氢q氢＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J，由题意可知，水吸收的热量：Q吸＝Q放×70%＝4.2×107J×70%＝2.94×107J； 由Q吸＝cmΔt可知，水升高的温度：Δt70℃，此时水的末态温度为：35℃+70℃＝105℃＞100℃，不符合实际，因为在1标准大气压下水的沸点是100℃，故水只能再升温65℃，故B错误； C、热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，所以，燃料在燃烧过程中，其热值不变，故C错误； D、公交车的功率为P＝42kW＝4.2×104W，公交车所做的功：W＝60%×Q放＝60%×4.2×107J＝2.52×107J， 由P得公交车行驶时间：t600s＝10min，故D正确。 故选：D。 【点评】本题综合考查了热值、燃料完全燃烧放热公式、吸热公式、功率公式的应用，能熟记公式并灵活运用是解题的关键。 【典例3】（2024•广元）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 　 　J，若这些热量完全被水吸收，可使　 　kg水的温度从20℃升高到100℃。 【答案】4.2×109；1.25×104。 【分析】（1）根据公式Q放＝mq进行计算； （2）氢燃料完全燃烧释放出热量完全被初始温度为20℃的水吸收，可知水吸收的热量，根据公式Q吸＝cmΔt可计算水的质量。 【解答】解：（1）氢燃料的质量为m＝30kg， 氢燃料完全燃烧释放的热量为：Q放＝mq＝30kg×1.4×108J/kg＝4.2×109J； （2）氢燃料完全燃烧释放出热量全部初始温度为20℃的水吸收， 则水吸收的热量为：Q吸＝Q放＝4.2×109J； 由公式Q吸＝cm水Δt得： 4.2×109J＝4.2×103J/（kg•℃）×m水×（100℃﹣20℃）；解得：m水＝1.25×104kg； 故答案为：4.2×109；1.25×104。 【点评】本题考查燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的应用，属于中档题。 方法技巧 （1）物质吸热时，利用比热容的概念 计算吸收的热量； （2）物质燃烧时，利用热值概念 计算发出的热量； （3）根据热机效率的概念 计算待求物理量。 ■易错点 提高热机效率的方法 直击易错点 1．热机效率低的原因： （1）燃料并未完全燃烧； （2）热机工作的排气冲程要将废气排出，而排出的气体中还具有内能，另外气缸壁等也会传走一部分内能； （3）由于热机的各部分零件之间有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗部分能量； （4）曲轴获得的机械能也未完全用来对外做功，而有一部分传给飞轮以维持其继续转动，这部分虽然是机械能，但不能称之为有用功。 2．提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）； （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）； （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术； （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【典例1】（2024•陕西）涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是（　　） A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大 C．压气机压缩空气，空气的内能减小 D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能 【答案】A 【分析】（1）在工作过程中，燃料燃烧越充分，损失的能量越少，热机的效率越高； （2）燃料的热值是物质本身固有的一种性质，只与燃料的种类有关； （3）压缩空气做功，机械能转化为内能； （4）高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能。 【解答】解：A、使燃料燃烧越充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故A正确； B、热值只跟燃料的种类有关，燃料和压缩空气混合后，燃料的种类不变，燃料的热值不变，故B错误； C、压气机压缩空气，对空气做功时，机械能转化为内能，空气的内能增加，故C错误； D、高温高压气体推动涡轮转动时，将内能转化为机械能，故D错误。 故选：A。 【点评】本题考查的知识点有提高热机效率的方法、改变内能的方式以及对热值概念的正确理解，要注意平时知识的积累。 【典例2】关于热机效率的说法正确的是（　　） A．用热值大的燃料，就能提高热机效率 B．减少各种热损失，可以提高热效率 C．多燃烧燃料，就能提高热机效率 D．采用适当方法，热效率可以等于或大于1 【答案】B 【分析】（1）热机的效率是热机性能的指标之一，与燃料的热值是无关的。 （2）减少热量的散失，使得燃料充分燃烧都能提高热机的效率。 （3）由于使用任何机械，都有摩擦力，即一定有额外功，所以有用功一定小于总功，故热机效率不可能等于或大于1。 【解答】解：A．用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定得到提高，故A错误； B．减少燃烧燃料热量的损失，可以提高热机效率，故B正确； C．多燃烧燃料，可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定得到提高，故C错误； D．热机工作时，总要克服摩擦做功、总有部分能量散失到空中，用来做有用功的能量一定小于燃料完全燃烧产生的能量，所以热机效率一定小于1，故D错误。 故选：B。 【点评】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；减少热的损失，可以提高效率。 【典例3】如图所示的轮式装载机的机动性好，常用于挖掘、开采、对松散物料铲装及短距离运输等常规的土方工程，该装载机将1t物料从50m远的位置装载到等待处高为2m的运输车上，共消耗燃油0.1kg，这些燃油完全燃烧产生的热量为 　J；请你给出一条提高装载机效率的方法：　 　。（燃油热值为4×107J/kg） 【答案】4×106；装载机机械部分保持良好的润滑，通过减小额外功提高热机效率。 【分析】（1）知道燃料的热值和质量，根据Q放＝mq求出燃油完全燃烧释放的热量； （2）通过增大有用功或通过减小摩擦等额外功提高工作效率。 【解答】解：（1）燃油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J； （2）装载机机械部分保持良好的润滑，通过减小额外功提高热机效率。 故答案为：4×106；装载机机械部分保持良好的润滑，通过减小额外功提高热机效率。 【点评】本题综合考查了热量的计算以及热机的效率，也是一道生活中的物理题，有其实用价值，对公式的把握和运用是基础。 方法技巧 提高热机效率的主要途径：使燃料充分燃烧；尽量减少各种损失；在热机的设计和制造上，采用先进的技术；保证良好的润滑，减小摩擦阻力。 ►第十四章　内能的利用 14.2 热机的效率 一、选择题：共11小题。 1．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 2．（2024•湖南）2024年4月25日，搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭（如图）在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是（　　） A．火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 B．火箭发动机工作过程中的热机效率是100% C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至﹣253℃，内能为零 D．火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的重力势能越来越大 3．如图所示，是《天工开物》中记录的铸造铜钟的过程，大致分为“制模—熔炼—浇铸一脱模—打磨”五个步骤。下列说法中正确的是（　　） A．加热时推动鼓风机可以提高燃料的热值 B．熔炼过程中，铜的温度和内能都不变 C．浇铸过程中，铜所含热量不断减少 D．打磨过程中，铜的密度不变 4．（2024•沅江市二模） 2023年10月26日，搭载“神舟十七号”载人飞船的“长征二号F遥十七”运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，如图所示。下列说法正确的是（　　） A．火箭加速升空过程中载人飞船的机械能守恒 B．火箭加速升空过程中载人飞船的动能保持不变 C．火箭升空过程中与空气摩擦生热，内能不变 D．火箭常利用液氢作燃料，是因为液氢的热值大且不会对环境造成污染 5．（2023•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．如图所示是甲、乙两台汽油机燃烧不同质量的同种燃油的能量流向及比例的饼形图，下列说法正确的是（　　） A．若对外做功的能量相同，甲汽油机更省油 B．若燃烧质量相同的同种燃油，乙汽油机能量损失的总和更多 C．若增加燃烧同种燃油的质量，甲汽油机的机械效率可以更高 D．乙汽油机做有用功的比例比甲汽油机大，乙汽油机的机械效率更大 7．某热机的能量流向图如图所示（箭头粗细不代表能量多少），已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，以下说法中正确的是（　　） A．能量A为电能，能量B为内能 B．能量A为内能，能量B为电能 C．能量A和B均为内能，能量B为500J D．能量A和B均为内能，能量B为100J 8．某型号汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦损耗10%，由于汽油容易挥发等原因其利用率只有90%，则2kg能利用的汽油其完全燃烧（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（　　） A．2.48×107J B．3.02×107J C．0.88×107J D．2.07×107J 9．两台热机，甲的热机效率比乙的高，下列说法正确的是（　　） A．甲热机消耗的燃料多 B．甲热机的功率比乙热机的小 C．甲热机比乙热机做功少 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的少 10．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　） A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大 11．下列说法中正确的是（　　） A．热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量一定越多 B．火箭加速上升的过程中，燃料燃烧产生的内能全部转化为火箭的机械能 C．在四冲程内燃机内减少废气带走的大量热量可以提高热机效率 D．60℃的水比30℃的水所放出的热量多但比热容相同 二、非选择题：共7小题。 12．（2024•宜宾）2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1500公里长距离运输的首次测试。选用氢为燃料是因为氢的 　大。假设汽车在一段平直公路上以恒定功率75kW匀速行驶，速度为108km/h，则汽车所受阻力为 　N。 13．（2023•广元）某研学活动小组在实践活动期间，粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5kg水，盖上锅盖，完全燃烧了1kg干木柴使水温从20℃升高到80℃，水吸收的热量为　 　，该柴火灶的热效率为　 　。[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），这种干木柴的热值是1.0×107J/kg] 14．（2024•贵州模拟）我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度，标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水电站年均发电量可达1.08×1018J，若这些电量改用煤进行火力发电，其效率为40%，煤的热值为3.0×107J/kg，则需要用煤 　kg。 15．（2024•蜀山区一模）密闭的房间里有一台取暖设备，若取暖设备放出的热量全部由3.6×10﹣2m3天然气完全燃烧来提供。房间里空气质量为45kg，空气温度升高4.8℃，则取暖设备加热空气的热效率为 　%。【空气的比热为1×103J/（kg•℃），天然气的热值为4×107J/m3】 16．（2023•扬州）如图所示，在估测薯片热值的实验中，小军设计了两种对水加热的方式。 方式一：薯片在小烧杯中燃烧； 方式二：薯片在燃烧皿中燃烧。 两种加热方式中合理的是 　 　。在进行实验时，要让薯片充分燃烧，操作是　 　。 用天平量取100g水，并测出一片薯片的质量，用以上选取的方式燃尽薯片，并用温度计测出水升高的温度，所测出的薯片热值偏 　 　，原因是 　 　。 17．（2024•齐齐哈尔）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达1.2×103kg。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为0.2m2；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为2×103N。已知氢的热值为1.4×108J/kg。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 18．（2024•山西）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。 参考答案 1．【答案】C 【分析】（1）某种燃料完全燃烧放出的热量和质量的比值叫热值；热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关；（2）根据Q放＝mq分析燃料燃烧放出热量多少的影响因素。 【解答】解：热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，与燃料是否完全燃烧无关，与产生的热量无关，故AB错误、C正确；由Q放＝mq可知，燃料燃烧放出的热量，与燃料的质量、热值和是否完全燃烧有关，与燃烧的温度无关，故D错误。 2．【答案】D 【分析】（1）1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值，热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况无关； （2）任何能量转化过程都伴随能量的损失，所以转化效率不可能达到100%； （3）一切物体在任何情况下都有内能； （4）重力势能的影响因素：质量、被举得高度。 【解答】解：A、热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料否充分燃烧无关，故A错误； B、火箭发动机工作过程中，会有热量的损失、克服机械摩擦消耗部分能量，燃料不可能完全燃烧等因素的存在，所以热机效率不会达到100%，故B错误； C、一切物体在任何情况下都有内能，所以液氢燃料温度低至﹣253℃时也有内能，故D错误； D、火箭搭载着飞船升空的过程中，飞船的质量不变，高度增大，所以重力势能越来越大，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了重力势能的因素、内能、热值以及热机效率认识和理解，考查知识点多，综合性强，但难度不大。 3．【答案】D 【分析】（1）热值与燃料种类有关，与是否完全燃烧无关； （2）改变内能的方式有做功和热传递，晶体熔化吸收热量，温度不变，内能增加； （3）热量是过程量； （4）打磨过程机械能转化为内能。 【解答】解：A．加热时推动鼓风机可以提高燃料的利用率，但热值与燃料种类有关，热值不变，故A错误； B．熔炼过程中需要吸热，铜熔化时温度保持不变，但吸热内能增大，故B错误； C．热量是过程量，不能用含有来描述，故C错误； D．打磨过程中，铜这种材料不变，铜的密度不变，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查热值、改变内能的方式以及热机的有关知识，难度不大。 4．【答案】D 【分析】（1）动能与物体的质量和速度有关，重力势能与高度和质量有关，机械能是动能与势能的总和； （2）动能大小的影响因素：质量、速度，质量越大，速度越大，动能越大； （3）与空气摩擦，将机械能转化为内能； （4）燃料的热值是燃料的一种性质，只与燃料的种类和状态有关。 【解答】解：A、加速上升过程中，载人飞船的质量不变，速度变大，动能变大，高度增大，重力势能变大，因此机械能变大，故A错误； B、火箭在加速升空过程中，载人飞船的质量不变，速度变大，动能增大，故B错误； C、火箭在向上推进过程中与空气摩擦生热，机械能转换为内能，内能增大，故C错误； D、火箭采用液态氢做为燃料是因为它的热值大且不会对环境造成污染，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了热值、动能的大小变化、改变内能的方式及能量转化等知识，综合性较强，但难度不大。 5．【答案】A 【分析】（1）内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能； （2）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，结合图中数据分析； （3）热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。 【解答】解：A、根据图甲可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，机械能转化为内能，气体的温度升高，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，由图可知，输出有用功所占比例为：100%﹣36%﹣30%﹣6%＝28%，即该汽油机的效率为28%，故B错误； CD、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故CD错误。故选：A。 【点评】本题考查了内燃机的工作过程、内燃机的效率、热值的大小，属于基础题。 6．【答案】D 【分析】（1）汽油机对外做功的能量是汽油机做的有用功，由图可得，甲、乙汽油机做有用功所占的比例，据此得出甲、乙机械效率的大小关系；若对外做功的能量相同，有用功相同，机械效率越大，燃料完全燃烧放出的热量越小，燃烧的汽油质量越小，更省油； （2）机械效率越大，若燃烧质量相同的同种燃油，燃料完全燃烧放出的热量相同，对外做的功越多，汽油机各种能量损失的总和越少； （3）机械效率是指有用功与总功的比值，若增加燃烧同种燃油的质量，机械效率不变。 【解答】解：AD、汽油机对外做功的能量是汽油机做的有用功，由图可知，乙汽油机做有用功所占的比例比甲汽油机大，乙的机械效率更大；若对外做功的能量相同，即有用功相同，乙的机械效率大，燃料完全燃烧放出的热量少，燃烧的汽油质量小，更省油，故A错误、D正确； B、因为乙的机械效率更大，故若燃烧质量相同的同种燃油，乙汽油机各种能量损失的总和更少，故B错误； C、机械效率是指有用功与总功的比值，若增加燃烧同种燃油的质量，甲的机械效率不变，故C错误。 故选：D。 【点评】本题考查了对热机效率、有用功、总功的理解，观察汽油机能量流向及比例的饼形图、从中得出相关信息是关键。 7．【答案】D 【分析】热机是将内能转化为机械能的装置； 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。 【解答】解：热机是将内能转化为机械能的装置，因此能量A和B均为内能； 已知其工作效率为80%，输出机械能为400J，根据η可知，能量A为： Q放500J，由能量流向图可知，能量B为QB＝Q放﹣W＝500J﹣400J＝100J，故ABC错误，D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了学生对热机和热机效率的理解，比较简单。 8．【答案】D 【分析】已知汽油的利用率，可求出2kg汽油能利用上的质量，利用Q放＝qm可求出汽油完全燃烧放出的热量； 汽油机的效率等于有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，据此可得出汽油机的效率，再根据η可求出汽车获得的机械能。 【解答】解：由于汽油容易挥发等原因其利用率只有90%， 则2kg汽油能利用上的质量为：m＝2kg×90%＝1.8kg， 汽油完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×1.8kg＝8.28×107J， 由题可知汽油机的效率为：η＝100%﹣30%﹣35%﹣10%＝25%， 则获得的机械能为：W＝Q放η＝8.28×107J×25%＝2.07×107J，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了学生对放热和效率的计算公式的应用，解题关键是通过汽油的利用率准确求出能利用的汽油的质量。 9．【答案】D 【分析】热机的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，效率高则比值大。功率是表示物体做功快慢的物理量，与效率没有关系。 【解答】解：热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 A、甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明做相同的有用功，甲消耗的汽油少，但不知有用功的多少，故A错误； B、热机的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，而功率是表示物体做功快慢的物理量，与效率没有关系，故B错误； C、甲的热机效率比乙高，由机械效率的公式η分析知，无法确定甲、乙做功的多少，故C错误； D、甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明做相同的有用功，甲消耗的汽油少，即甲损失的能量比乙损失的少，故D正确。 故选：D。 【点评】此题主要考查了对热机效率的理解，并且考查了热机效率与功率的区别。热机效率是表示热机性能好坏的，功率是表示热机做功快慢的，不要把二者混淆在一起。 10．【答案】D 【分析】燃料的热值大小不能直接测量，需要通过液体吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而液体吸收热量的多少跟液体的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸＝Q放，而Q吸＝c液m液Δt，Q放＝mq，即c液m液Δt＝mq进而判断热值大小。 【解答】解：燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸＝Q放，而Q吸＝c水m水Δt，Q放＝mq，即c水m水Δt＝mq，解得：q； A、若m相同，Δt越小，由q可知，燃料的热值越小，故A错误； B、若Δt相同，m越大，由q可知，燃料的热值越小，故B错误； C、若的值越大，即的值越小，由q可知，燃料的热值越小，故C错误； D、若的值越大，由q可知，燃料的热值越大，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了学生对燃料的热值、燃料完全燃烧放热公式、吸热公式的掌握和运用，因条件已给出，难度不大。 11．【答案】C 【分析】（1）根据Q放＝mq分析放出热量的决定因素； （2）火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，该过程会有能量损失； （3）充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率； （4）根据公式Q放＝cmΔt可求物体放出热量的多少。 【解答】解：A、由Q放＝mq可知，放出的热量由燃料的质量和热值共同决定，热值大的燃料，完全燃烧时放出的热量不一定越多，故A错误； B、火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，由于会有能量损失，有一部分内能再转化为火箭的机械能，故B错误； C、减少废气带走的大量热量，可以提高用来做有用功的能量占燃料燃烧放出总能量的百分比，从而大大提高热机效率，故C正确； D、60℃的水和30℃的水比热容是相同的，但不知道水的质量和末温，所以无法比较放出热量的多少，故D错误。 故选：C。 【点评】本题综合考查了提高热机效率的方法、能量的转化、对燃料热值概念的理解、放热公式的应用等知识的应用，体现了从物理走向生活的教学思想。 12．【答案】热值；2500。 【分析】由于所有的燃料中，氢的热值较大，质量相同的氢与其它燃料相比，完全燃烧时可以放出更多的热量，所以汽车选用氢做燃料； 利用PFv求出汽车的牵引力，知道汽车做匀速直线运动，受到的牵引力等于阻力，据此求出阻力。 【解答】解：由于所有的燃料中，氢的热值较大，质量相同的氢与其它燃料相比，完全燃烧时可以放出更多的热量，所以汽车选用氢做燃料； 汽车的速度v＝108km/h＝30m/s， 由PFv得，汽车发动机的牵引力： F2500N， 因为汽车在平直公路上匀速行驶， 所以汽车受到的阻力：f＝F＝2500N。 故答案为：热值；2500。 【点评】本题主要考查对热值特性的理解、功率的计算，属于基础题。 13．【答案】1.26×106J；12.6%。 【分析】利用Q放＝mq求1kg的干木柴完全燃烧放出的热量；根据Q吸＝c水m（t﹣t0）求水吸收的热量；根据η100%求该柴火灶的效率。 【解答】解：（1）1kg的干木柴完全燃烧放出的热量：Q放＝m干木柴q干木柴＝1kg×1.0×107 J/kg＝1×107J； （2）水吸收的热量是：Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（80℃﹣20℃）＝1.26×106J； （3）该柴火灶的效率：η100%100%＝12.6%。 【点评】该题考查了吸热公式、燃料完全燃烧放热公式和效率公式的应用，是一道基础题。 14．【答案】9×1010 【分析】根据η100%求出煤完全燃烧释放的热量，根据Q放＝mq求出需要煤的质量。 【解答】解：由η100%可得，煤完全燃烧释放的热量： Q放2.7×1018J， 由Q放＝mq可得，需要煤的质量：m9×1010kg。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式的应用、效率公式的应用等，难度不大。 15．【答案】15 【分析】知道天然气的体积和热值，利用Q放＝Vq求出天然气完全燃烧产生的热量，再根据Q吸＝cmΔt求出空气吸收的热量，然后利用η100%求出取暖设备加热空气的热效率。 【解答】解：天然气完全燃烧产生的热量：Q放＝Vq天然气＝3.6×10﹣2m3×4×107J/m3＝1.44×106J；空气所吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝1×103J/（kg•℃）×45kg×4.8℃＝2.16×105J； 取暖设备加热空气的热效率：η100%100%＝15%。 【点评】本题考查吸热公式、燃料完全燃烧放热公式以及效率公式的应用，能熟练运用公式是解题的关键。 16．【答案】方式二；用吹风机加快薯片周围的空气流动速度；小；薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收。 【分析】薯片在燃烧皿中燃烧符合实验操作要求； 加快燃料周围的空气流动速度，使燃料与氧气充分接触，可使燃料燃烧更充分； 热传递过程存在热损耗，薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收，据此分析所测出的薯片热值变化。 【解答】解：若采用方式一对水加热，通过热传递能使烧杯上部水的温度升高，而温度较高的水，其密度较小，不能实现水的对流，则烧杯下部水的温度几乎不变，所以温度计测得的示数不准确，故两种加热方式中合理的是薯片在燃烧皿中燃烧（即方式二），能保证烧杯中水的温度逐渐升高，温度计的示数能准确反映水的温度变化； 在进行实验时，要让薯片充分燃烧，操作是用吹风机加快薯片周围的空气流动速度； 所测出的薯片热值偏小，热传递过程存在热损耗，薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收。 故答案为：方式二；用吹风机加快薯片周围的空气流动速度；小；薯片燃烧放出的热量不能完全被水吸收。 【点评】本题估测薯片的热值实验，考查操作过程和对实验结论的分析。 17．【答案】（1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为6×104Pa； （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为5.6×108J。 （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为1.8×108J。 【分析】（1）求出飞机对水平地面的压力，然后由压强公式求出对地面的压强。 （2）已知氢气的质量和热值，根据Q放＝mq计算4.5kg氢气完全燃烧放出的热量； （3）根据v求得飞机航行0.5h的距离，根据W＝Fs求得牵引力做的功。 【解答】解：（1）飞机对水平地面的压力： F＝G＝mg＝1.2×103kg×10N/kg＝1.2×104N。 飞机对水平地面的压强： p6×104Pa； （2）氢气完全燃烧放出的热量为： Q放＝m氢气q氢气＝4kg×1.4×108J/kg＝5.6×108J； （3）由v可得，飞机航行0.5h的距离为： s＝vt＝180km/h×0.5h＝90km＝9×104m， 牵引力做的功为：W＝Fs＝2×103N×9×104m＝1.8×108J。 答：（1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为6×104Pa； （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为5.6×108J。 （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为1.8×108J。 【点评】本题是一道力学综合题，考查了学生对速度公式、重力公式、压强公式、热量的计算、及功的公式的掌握和应用，关键是相关知识的灵活运用，是一道难度适中的计算题。 18．【答案】（1）汽车的平均速度为90km/h；（2）汽油完全燃烧放出的热量Q为9×108J；（3）汽车发动机的效率为40%。 【分析】（1）根据路程和时间直接计算；（2）题中给的热值是单位质量的产热，所以要先根据体积算质量，再算放出的热量；（3）根据W＝Pt算出机械功，再结合热机的效率进行计算。 【解答】解：（1）汽车平均速度为：。 （2）消耗汽油的质量为：m＝ρV＝25L×0.8×103kg/m3＝20kg； 燃烧释放的热量为：Q＝qm＝4.5×107J/kg×20kg＝9×108J。 （3）汽车发动机做的机械功为：W＝Pt＝25kW×4h＝3.6×108J； 发动机的机械效率为：。 答：（1）汽车的平均速度为90km/h；（2）汽油完全燃烧放出的热量Q为9×108kg；（3）汽车发动机的效率为40%。 【点评】本题考查了速度的计算、质量密度的计算、热量与热值的计算、热机的效率，是一道综合题，但没有很难的问题，整体较为简单。 第2页（共14页） 学科网（北京）股份有限公司 $$