专题13.4 热机效率与环境保护【五大题型】（举一反三）-2024-2025学年九年级物理全一册举一反三系列（沪科版）

专题13.4 热机效率与环境保护【五大题型】 【沪科版】 【题型1 热值】 1 【题型2 热值有关的计算】 2 【题型3 与热值有关的实验】 2 【题型4 热机效率】 5 【题型5 热机效率的计算】 6 知识点1：热值 一、热值： 1.定义：某种燃料完全燃烧放出热量与所用该燃料的质量之比。物理量符号q。 热值是燃料的特性，不同的燃料热值一般不同。热值与燃料是否完全燃烧无关。 2.单位：常用的热值单位，J/kg（固体燃料和液体燃料），或J/m3（气体燃料） 3.公式： (固体）； (气体） 4.热量计算 或。 5.燃料质量 或 【题型1 热值】 【例1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　） A．热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B．10kg木炭比1kg木炭的热值大 C．热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 【变式1-1】我国长征系列火箭常用的燃料为偏二甲肼，选择偏二甲肼做燃料的主要原因是（　　） A．热值大 B．密度大 C．比热容大 D．内能大 【变式1-2】关于热值，下列说法中正确的是（　　） A．燃料燃烧得越充分，其热值越大 B．燃料的热值越大，完全燃烧相同的质量放出的热量越多 C．容易燃烧的燃料热值一定大 D．一杯酒精倒出一半之后，剩余的酒精热值减半 【变式1-3】焦炭的热值是；焦炭燃烧的过程实质是把 能转化为内能；有20kg的木炭，完全燃烧掉一半能放出 J的热量；剩下一半木炭的热值是 。 【变式1-4】小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【题型2 热值有关的计算】 【例2】“长征五号”遥五预计在2023年12月15日，“长五”遥六火箭将从文昌发射场101工位发射升空，火箭用液氢做燃料是因为氢气具有较高的 ，升空时液氢的化学能通过燃烧最终转化为火箭的 能。太阳能是一种清洁能源。若一个太阳能热水器每天能使200kg的水温度由20℃升高到90℃，那么这些水吸收的热量为 J，这些热量相当于完全燃烧 m3的天然气放出的热量。[q天然气＝7×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg·℃）] 【变式2-1】一钢罐内装有质量为20千克的液化石油气，这些液化石油气完全燃烧放出的热量为 J，燃烧过程中液化石油气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。（液化石油气的热值为） 【变式2-2】如图是用天然气烧水的情景，标准大气压下完全就烧42g焦炭所放出的热量的50%被2kg、30℃的水吸收，则水吸收的热量是 ，水温可升高 。（q焦炭=3.0×107J/kg） 【题型3 与热值有关的实验】 【例3】（22-23九年级上·山东菏泽·期中）小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； （2）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应保持 ； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值。J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 J/kg； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 （选填“大”或“小”），这是因为 。 【变式3-1】（23-24九年级上·四川泸州·期中）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同。 (1)实验中应控制燃料燃烧的 （选填“时间”或“质量”）相同，根据 比较燃料燃烧放出热量的多少； (2)小明选用了燃料a和燃料b进行实验。当燃料燃尽后，小明根据各个时刻烧杯中的水温，绘制了如图乙所示的图像，则可初步判断燃料 的热值大； (3)另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示，根据丙图像燃料1和燃料2的热值之比为 。 【变式3-2】（23-24九年级上·辽宁朝阳·期中）物理小组的同学们组装了如图（1）所示的装置，在完全相同的烧杯中分别装有质量相同的A、B两种液体，在完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料。 (1)若要比较液体的吸热本领强弱应选 两图的实验装置进行实验；实验过程中，若浸在液体中的温度计示数都升高了，加热时间较短的液体比热容较 （选填“大”或“小”）； (2)根据实验数据同学们绘制出如图（2）所示的图像。由图像可知：液体 的比热容较大； (3)若要比较两种燃料的热值大小应选择 两图的实验装置进行实验；实验过程中，若质量相等的燃料均已燃尽，且甲烧杯内液体温度升高多，则燃料1的热值 （选填“大”或“小”）； (4)实验小组的同学经过讨论和实验，用图甲所示的实验方法进行数据测量，并求出燃料的热值。求出的热值比真实值偏 （选填“大”或“小”）。 【变式3-3】某组同学利用图甲装置研究某燃料热值。先取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为30g，点燃后对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿总质量为25.8g，并根据实验数据绘制的水温随时间变化的图像如图乙中a线所示。 (1)该实验中水的沸点是 ℃，沸腾时水的温度 ； (2)已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，0~2min内水吸收的热量为 J，则该燃料的热值为 J/kg。（水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），整个过程中忽略水的质量变化） 知识点2：热机效率 1.定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值。通常用百分数表示，符号。 2.表达式： 3.热机能流图（如右图所示） 4. 提高热机效率的方法 ①使燃料尽可能完全燃烧；②减少热量的损失 ③减少机械摩擦（增加润滑）；④废气利用 【题型4 热机效率】 【例4】（2022·广西柳州·中考真题）下列关于热机的说法正确的是（　　） A．热机的效率为100% B．热机只有汽油机和柴油机两种 C．好的热机工作时不排放废气 D．热机工作时都要利用燃料的化学能 【变式4-1】学习小组在讨论内燃机中的能量去哪里活动过程中，则属于有效利用的能量是（　　） A．热传递到空气的能量 B．机械摩擦转化成内能的能量 C．废气带走的能量 D．转化成机械能的能量 【变式4-2】氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示，这是氢发动机汽车，它的四冲程内燃机转速为1200r/min。该车在平直路面上以36km/h的速度匀速行驶，所受的阻力为800N，行驶5min消耗氢气0.15m3。（q氢气=4×107J/m3）下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该汽车氢发动机1s对外做功20次 C．该过程汽车牵引力做功的功率为8000W D．该氢发动机汽车的热机效率为80% 【变式4-3】（23-24九年级上·广东广州·期中）（1）火柴头在火柴盒上轻轻划过就能点燃，其中的能量转化是 ，这是通过 的方式实现的。该过程的能量转化与右图所示的汽油机四个冲程中的 （填编号）冲程相似。图中汽油机的一个工作循环的甲、乙、丙、丁四冲程正确的工作顺序是 ； （2）如图是甲、乙两台汽油机的能量流向及比例，若将甲汽油机更换成乙汽油机，尾气带走的能量比例 ，摩擦损失的能量所占比例 ，机械效率将 。（以上三空均选填“增大”“减小”或“不变”） 【题型5 热机效率的计算】 【例5】用0.1m3的天然气给5kg的水加热。燃料完全燃尽后，水温从20℃升高到80℃，这一过程中水吸收的热量是 J，0.1m3天然气完全燃烧产生热量是 J，这一烧水过程的热效率为 %（水比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4.2×107J/m3）。 【变式5-1】为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市大部分农村地区已经使用煤气来烧水煮饭。小明同学用他家的煤气将2kg、初温为20℃的水烧开（1标压下），水吸收的热量是 J；若此过程的热效率为40%，则烧水时消耗的煤气为 m3。[已知水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.0×107J/m3] 【变式5-2】小华从说明书中了解到他家汽车的发动机为汽油机，发动机的能量流向如图所示。某段时间内，汽车消耗了50g汽油（汽油的热值q=4.6×107J/kg）。该汽车发动机的工作效率为 ；这段时间内汽车输出有用功是 。 【变式5-3】（23-24九年级上·广东东莞·期中）冬天，小明家使用某款天然气热水器加热20kg、初温为5℃的水，他通过观察燃气表得知用掉了0.2m3的天然气，同时他测量出水口温度达到了55℃，已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=3.5×107J/m3，求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)该款热水器的热效率？ 【变式5-4】一壶中水的质量为2.5kg，在液化石油气炉上从20℃煮至沸腾。在这过程中，共燃烧了液化石油气50g。（壶吸热忽略不计）在这过程中，[液化石油气热值为4.2×107J/kg]求： (1)水共吸收了多少热量？（1标准大气压） (2)这些液化石油气完全燃烧共放出多少热量？ (3)炉子的效率。 【变式5-5】学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。无烟煤的热值是3.4×107J/kg。c水＝4.2×103J/（kg•℃）求： (1)锅炉内的水吸收的热量是多少？ (2)无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)此锅炉的效率是多少。 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 $$ 专题13.4 热机效率与环境保护【五大题型】 【沪科版】 【题型1 热值】 1 【题型2 热值有关的计算】 3 【题型3 与热值有关的实验】 4 【题型4 热机效率】 9 【题型5 热机效率的计算】 12 知识点1：热值 一、热值： 1.定义：某种燃料完全燃烧放出热量与所用该燃料的质量之比。物理量符号q。 热值是燃料的特性，不同的燃料热值一般不同。热值与燃料是否完全燃烧无关。 2.单位：常用的热值单位，J/kg（固体燃料和液体燃料），或J/m3（气体燃料） 3.公式： (固体）； (气体） 4.热量计算 或。 5.燃料质量 或 【题型1 热值】 【例1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（　　） A．热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B．10kg木炭比1kg木炭的热值大 C．热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 【答案】D 【解析】A．燃料热值的物理意义表示单位质量的燃料完全燃烧时所释放出的热量，故A错误； BD．热值是燃料的一种特性，它代表燃料性能的优劣，热值的大小与燃料的种类有关，与燃烧程度、质量的多少以及是否燃烧等均无关，故B错误，D正确； C．由可知，燃料燃烧释放的热量与燃料的质量和热值大小都有关，质量不确定时，热值大的燃料不一定比热值小的燃料燃烧时放出的热量多，故C错误。 故D正确。 【变式1-1】我国长征系列火箭常用的燃料为偏二甲肼，选择偏二甲肼做燃料的主要原因是（　　） A．热值大 B．密度大 C．比热容大 D．内能大 【答案】A 【解析】采用偏二甲肼作为火箭的燃料，原因是偏二甲肼具有较大的热值，由Q放=mq可知，完全燃烧相同质量的偏二甲肼时，可以放出更多的热量。 故选A。 【变式1-2】关于热值，下列说法中正确的是（　　） A．燃料燃烧得越充分，其热值越大 B．燃料的热值越大，完全燃烧相同的质量放出的热量越多 C．容易燃烧的燃料热值一定大 D．一杯酒精倒出一半之后，剩余的酒精热值减半 【答案】B 【解析】A．热值是燃料的一种特性，与其是否燃烧的充分无关，故A错误； B．根据Q=mq可知，燃料的热值越大，完全燃烧相同的质量放出的热量越多，故B正确； C．热值是燃料的一种特性，与其是否容易燃烧无关，故C错误； D．热值是燃料的一种特性，与其质量无关，因此一杯酒精倒出一半之后，剩余的酒精热值不变，故D错误。 故选B。 【变式1-3】焦炭的热值是；焦炭燃烧的过程实质是把 能转化为内能；有20kg的木炭，完全燃烧掉一半能放出 J的热量；剩下一半木炭的热值是 。 【答案】 化学 【解析】[1]焦炭燃烧的过程消耗化学能，得到内能，其实质是把化学能转化为内能的过程。 [2]木炭完全燃烧掉一半的质量 放出的热量 [3]热值是燃料的特性，不随质量改变而改变，因此用掉一半，剩下木炭的热值仍然是。 【变式1-4】小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 1.2×107 不变 【解析】[1][2]干木柴的热值为 热值是燃料的特性，其大小只与燃料的种类有关，而与燃料的质量无关，用掉一半后，干木柴的热值仍为1.2×107J/kg。 【题型2 热值有关的计算】 【例2】“长征五号”遥五预计在2023年12月15日，“长五”遥六火箭将从文昌发射场101工位发射升空，火箭用液氢做燃料是因为氢气具有较高的 ，升空时液氢的化学能通过燃烧最终转化为火箭的 能。太阳能是一种清洁能源。若一个太阳能热水器每天能使200kg的水温度由20℃升高到90℃，那么这些水吸收的热量为 J，这些热量相当于完全燃烧 m3的天然气放出的热量。[q天然气＝7×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】 热值 机械 5.88×107 0.84 【解析】[1]运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，是因为液态氢具有较高的热值，相同质量的燃料可以放出更多的热量。 [2]火箭发射时燃料通过燃烧把化学能先转化为内能，最终转化为火箭的机械能。 [3]水吸收的热量 Q吸＝c水m∆t＝4.2×103J/(kg·℃)×200kg×(90℃﹣20℃)＝5.88×107J [4]天然气放出的热量 需要天然气的体积 【变式2-1】一钢罐内装有质量为20千克的液化石油气，这些液化石油气完全燃烧放出的热量为 J，燃烧过程中液化石油气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。（液化石油气的热值为） 【答案】 不变 【解析】[1]液化石油气完全燃烧放出的热量为 [2]热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与其是否燃烧和燃烧是否充分无关，所以在燃烧的过程中，液化石油气的热值将不变。 【变式2-2】如图是用天然气烧水的情景，标准大气压下完全就烧42g焦炭所放出的热量的50%被2kg、30℃的水吸收，则水吸收的热量是 ，水温可升高 。（q焦炭=3.0×107J/kg） 【答案】 6.3×105J 70℃ 【解析】[1]水吸收的热量为 [2]水升高的温度为 水的末温为 75℃+30℃=105℃ 在标准大气压下水的沸点为100℃，所以水温可升高 100℃-30℃=70℃ 【题型3 与热值有关的实验】 【例3】（22-23九年级上·山东菏泽·期中）小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 （1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是 （选填“由下而上”或“由上而下”）； （2）为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应保持 ； （3）实验数据记录如下表： 燃料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值。J·kg-1 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是 J/kg； （4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏 （选填“大”或“小”），这是因为 。 【答案】 由下而上 相同 小 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 【解析】（1）[1]在安装实验装置的时候，为了便于调节，应该由下往上安装。 （2）[2]为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同。 （3）[3]相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高 35℃-15℃=20℃ 碎纸片燃烧放出的热量可以使相同质量的水的温度升高 25℃-15℃=10℃ 水吸收热量分别是酒精和纸片燃烧释放的，由可知燃烧相同质量的酒精和纸片，酒精放出的热量是纸片的两倍，再由可知酒精的热值是碎纸片的2倍，所以碎纸片的热值为1.2×106J/kg。 （4）[4][5]因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，导致水吸收的热量比燃烧完全燃烧释放的能量少，即测得的Q放偏小，根据所以测得的热值会偏小。 【变式3-1】（23-24九年级上·四川泸州·期中）为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，烧杯内水的初温和质量相同。 (1)实验中应控制燃料燃烧的 （选填“时间”或“质量”）相同，根据 比较燃料燃烧放出热量的多少； (2)小明选用了燃料a和燃料b进行实验。当燃料燃尽后，小明根据各个时刻烧杯中的水温，绘制了如图乙所示的图像，则可初步判断燃料 的热值大； (3)另一组的小华也用图甲的两套完全相同的装置进行实验，并重新在烧杯内加入初温和质量相同的水，在燃料烧完后也画出了水的温度随时间变化的图像如图丙所示，根据丙图像燃料1和燃料2的热值之比为 。 【答案】(1) 质量 温度计上升的示数 (2)b (3)8∶3 【解析】（1）[1][2]根据控制变量法，实验中应控制燃料燃烧的质量相同，通过比较温度计上升的示数来比较燃料燃烧放出热量的多少，温度计升高的温度越高，说明燃料放出的热量越大。 （2）由图乙知，当燃料燃尽时，图线b的温度变化大，说明相同质量的a、b燃料完全燃烧时b放出的热量多，则b的热值大。 （3）对于燃料来说，在相同的时间内放出的热量是相同的，根据图可知，燃料1用5min让水从20℃升高到100℃，5min到10min吸收相同的热量，根据公式Q放=mq、Q吸=cmΔt可知 2c水m水Δt1=mq1 对于燃料2来说，燃料2用15min让水从20℃升高到80℃，根据公式Q放=mq、Q吸=cmΔt可知 c水m水Δt2=mq2 解得两种燃料热值之比为 q1∶q2=2Δt1∶Δt2=160℃∶60℃=8∶3 【变式3-2】（23-24九年级上·辽宁朝阳·期中）物理小组的同学们组装了如图（1）所示的装置，在完全相同的烧杯中分别装有质量相同的A、B两种液体，在完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料。 (1)若要比较液体的吸热本领强弱应选 两图的实验装置进行实验；实验过程中，若浸在液体中的温度计示数都升高了，加热时间较短的液体比热容较 （选填“大”或“小”）； (2)根据实验数据同学们绘制出如图（2）所示的图像。由图像可知：液体 的比热容较大； (3)若要比较两种燃料的热值大小应选择 两图的实验装置进行实验；实验过程中，若质量相等的燃料均已燃尽，且甲烧杯内液体温度升高多，则燃料1的热值 （选填“大”或“小”）； (4)实验小组的同学经过讨论和实验，用图甲所示的实验方法进行数据测量，并求出燃料的热值。求出的热值比真实值偏 （选填“大”或“小”）。 【答案】(1) 甲、丙 小 (2)B (3) 甲、乙 大 (4)小 【解析】（1）[1]要比较不同物质的吸热本领，必须保证不同物质的质量相等，燃料种类要相同，相同时间吸收的热量相同，所以选择甲、丙。 [2]实验过程中，若浸在液体中的温度计示数都升高了50℃，加热时间较短的液体吸收的热量较少，所以吸热能力较差，故比热容较小。 （2）质量和初始温度均相同的A、B两种液体，吸热后它们的温度随时间变化的图像如图2所示，由图可以看出，B液体的温度升高得较慢，B液体的比热容较大。 （3）[1]比较不同燃料的热值，应选择不同的燃料加热相同的物质，即用甲、乙两图进行实验。 [2]若质量相等的燃料均已燃尽，且甲烧杯内液体温度升高多，说明甲烧杯内液体吸收的热量较多，即燃料1完全燃烧放出的热量较多，由于两种燃料的质量相同，则燃料1的热值大。 （4）因为在加热过程中存在热量损失，并且燃料不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小。 【变式3-3】某组同学利用图甲装置研究某燃料热值。先取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为30g，点燃后对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿总质量为25.8g，并根据实验数据绘制的水温随时间变化的图像如图乙中a线所示。 (1)该实验中水的沸点是 ℃，沸腾时水的温度 ； (2)已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，0~2min内水吸收的热量为 J，则该燃料的热值为 J/kg。（水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），整个过程中忽略水的质量变化） 【答案】(1) 99 不变 (2) 2520 【解析】（1）[1][2]水沸腾时不断吸热但温度不变，不变的温度即为水的沸点，由图像可知，水沸腾时的温度为99℃，即该实验中水的沸点是99℃。 （2）[1]0~2min内水吸收的热量为 [2]燃烧的燃料的质量为 m′=30g-25.8g=4.2g 4min内水吸收的热量等于2min内水吸热的2倍，即 已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，所以燃料燃烧放出的热量为 则该燃料的热值为 知识点2：热机效率 1.定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值。通常用百分数表示，符号。 2.表达式： 3.热机能流图（如右图所示） 4. 提高热机效率的方法 ①使燃料尽可能完全燃烧；②减少热量的损失 ③减少机械摩擦（增加润滑）；④废气利用 【题型4 热机效率】 【例4】（2022·广西柳州·中考真题）下列关于热机的说法正确的是（　　） A．热机的效率为100% B．热机只有汽油机和柴油机两种 C．好的热机工作时不排放废气 D．热机工作时都要利用燃料的化学能 【答案】D 【解析】A．热机工作过程中不可避免地要克服机件间的摩擦而做额外功，无法使热机的效率达到100%，故A错误； B．蒸汽机、火箭、柴油机、汽油机等都属于热机，故B错误； C．热机排气冲程中排出废气，故C错误； D．热机工作时时，热机先将燃料的化学能转化为内能，后把内能转化为机械能，故D正确。 故选D。 【变式4-1】学习小组在讨论内燃机中的能量去哪里活动过程中，则属于有效利用的能量是（　　） A．热传递到空气的能量 B．机械摩擦转化成内能的能量 C．废气带走的能量 D．转化成机械能的能量 【答案】D 【解析】内燃机在工作过程中，能量会以多种形式损失，包括汽缸散热损失、废气带走的能量、摩擦机械损耗等，有效利用的能量是指用来做有用功的那部分能量，即转化为有用的机械能的能量。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 【变式4-2】氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示，这是氢发动机汽车，它的四冲程内燃机转速为1200r/min。该车在平直路面上以36km/h的速度匀速行驶，所受的阻力为800N，行驶5min消耗氢气0.15m3。（q氢气=4×107J/m3）下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该汽车氢发动机1s对外做功20次 C．该过程汽车牵引力做功的功率为8000W D．该氢发动机汽车的热机效率为80% 【答案】C 【解析】A．由于存在能量的损失，所有的机器效率都会小于100%，所以氢发动机的效率不可能达到100%，故A错误； B．四冲程内燃机转速为1200r/min，合20r/s，即内燃机飞轮每秒转20圈，由于发动机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽车氢发动机1s对外做功10次，故B错误； C．汽车匀速行驶时，汽车的牵引力与受到的阻力是一对平衡力，根据二力平衡条件可知，汽车的牵引力 F=f=800N 汽车的速度 v=36km/h=10m/s 则该过程汽车牵引力做功的功率 故C正确； D．消耗的氢气完全燃烧放出的热量 Q放=Vq氢气=0.15m3×4×107J/m3=6×106J 汽车所做的有用功 W=Pt=8000W×5×60s=2.4×106J 发动机的热机效率 故D错误。 故选C。 【变式4-3】（23-24九年级上·广东广州·期中）（1）火柴头在火柴盒上轻轻划过就能点燃，其中的能量转化是 ，这是通过 的方式实现的。该过程的能量转化与右图所示的汽油机四个冲程中的 （填编号）冲程相似。图中汽油机的一个工作循环的甲、乙、丙、丁四冲程正确的工作顺序是 ； （2）如图是甲、乙两台汽油机的能量流向及比例，若将甲汽油机更换成乙汽油机，尾气带走的能量比例 ，摩擦损失的能量所占比例 ，机械效率将 。（以上三空均选填“增大”“减小”或“不变”） 【答案】 机械能转化为内能 做功 甲 丁、甲、丙、乙 减小 不变 增大 【解析】（1）[1][2]将火柴头在火柴盒上轻轻划过就能擦燃，从能量转化的角度讲，是将机械能转化为内能，克服摩擦做功，内能增大，这是通过做功的方式实现的。 [3][4]甲图中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，属于压缩冲程，机械能转化成内能；乙图中，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，属于排气冲程；丙图中，进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，属于做功冲程，内能转化成机械能；丁图中，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，属于吸气冲程；因此擦燃火柴的能量转化与甲图相似；图中汽油机的一个工作循环的甲、乙、丙、丁四冲程正确的工作顺序是：丁、甲、丙、乙。 （2）[5][6][7]由图可知，甲汽油机尾气带走的能量为37%，乙汽油机尾气带走的能量为29%，所以甲汽油机换成乙汽油机尾气带走的能量比例减小；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，所以汽油机对外做功的能量比即为汽油机的机械效率，由甲图知，甲汽油机的机械效率为30%，乙汽油机的机械效率为43%，若将甲汽油机换成乙汽油机，机械效率将增大；由图可知，甲、乙汽油机摩擦损失的能量所占比例都为4%，则摩擦损失的能量所占比例将不变。 【题型5 热机效率的计算】 【例5】用0.1m3的天然气给5kg的水加热。燃料完全燃尽后，水温从20℃升高到80℃，这一过程中水吸收的热量是 J，0.1m3天然气完全燃烧产生热量是 J，这一烧水过程的热效率为 %（水比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为4.2×107J/m3）。 【答案】 1.26×106 4.2×106 30 【解析】[1]这一过程中水吸收的热量是 [2]0.1m3天然气完全燃烧产生热量是 [3]这一烧水过程的热效率为 【变式5-1】为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市大部分农村地区已经使用煤气来烧水煮饭。小明同学用他家的煤气将2kg、初温为20℃的水烧开（1标压下），水吸收的热量是 J；若此过程的热效率为40%，则烧水时消耗的煤气为 m3。[已知水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值为4.0×107J/m3] 【答案】 【解析】[1]水吸收的热量是 [2]煤气完全燃烧放出的热量为 烧水时消耗的煤气体积为 【变式5-2】小华从说明书中了解到他家汽车的发动机为汽油机，发动机的能量流向如图所示。某段时间内，汽车消耗了50g汽油（汽油的热值q=4.6×107J/kg）。该汽车发动机的工作效率为 ；这段时间内汽车输出有用功是 。 【答案】 30% 6.9×105 【解析】[1]该汽车发动机的工作效率为 [2]汽油完全燃烧放出的热量为 这段时间内汽车输出有用功是 【变式5-3】（23-24九年级上·广东东莞·期中）冬天，小明家使用某款天然气热水器加热20kg、初温为5℃的水，他通过观察燃气表得知用掉了0.2m3的天然气，同时他测量出水口温度达到了55℃，已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=3.5×107J/m3，求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)该款热水器的热效率？ 【答案】(1)4.2×106J (2)60% 【解析】（1）水吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(55℃-5℃)=4.2×106J （2）天然气完全燃烧放出的热量 Q放=mq=0.2kg×3.5×107J/m3=7×106J 则该款热水器的热效率 【变式5-4】一壶中水的质量为2.5kg，在液化石油气炉上从20℃煮至沸腾。在这过程中，共燃烧了液化石油气50g。（壶吸热忽略不计）在这过程中，[液化石油气热值为4.2×107J/kg]求： (1)水共吸收了多少热量？（1标准大气压） (2)这些液化石油气完全燃烧共放出多少热量？ (3)炉子的效率。 【答案】(1)8.4×105J (2)2.1×106J (3)40% 【解析】（1）水吸收的热量为 （2）液化石油气完全燃烧放出的热量为 （3）炉子的效率为 【变式5-5】学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。无烟煤的热值是3.4×107J/kg。c水＝4.2×103J/（kg•℃）求： (1)锅炉内的水吸收的热量是多少？ (2)无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)此锅炉的效率是多少。 【答案】(1)6.3×107J (2)2.04×108J (3)30.9% 【解析】（1）锅炉内的水吸收的热量是 Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/（kg·℃）×200kg×（100℃﹣25℃）＝6.3×107J （2）无烟煤完全燃烧放出的热量是 Q放＝m煤q煤＝3.4×107J/kg×6kg＝2.04×108J （3）锅炉的效率是 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 $$