14.2 热机的效率 新知梳理+典型例题+配套+练习题2024-2025学年人教版九年级

14.2 热机的效率 ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ 一、选择题（共12小题） 1．（2024秋•思明区校级月考）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 2．（2024秋•道里区校级月考）中国的货运飞船天舟一号是从海南文昌航天发射中心，由长征七号遥二运载火箭发射升空的，火箭燃料中有液态氢，液态氢常作为燃料，是因为液态氢有（　　） A．较多的热量 B．较大的密度 C．较大的比热容 D．较大的热值 3．（2024秋•梓潼县月考）甲、乙两台热机，甲的效率比乙高，含义是（　　） A．甲热机做的有用功多，效率高 B．甲热机功率大，效率高 C．甲热机单位时间里耗费的燃料少，效率高 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙少 4．（2024秋•思明区校级月考）小军帮妈妈煲鸡汤时，联想到了许多物理知识。下列说法错误的是（　　） A．鸡汤香气四溢是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动 B．煲汤所用燃料的热值越大，效率越高 C．煲鸡汤过程中，限压阀转动，此过程的能量转化与内燃机的做功冲程相似 D．限压阀口“烟雾缭绕”，这是水蒸气液化形成的小水珠 5．（2024秋•西安月考）如图所示，这是《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、脱模、打磨”五个步骤。下列说法正确的是（　　） A．加热时，推动鼓风机可以提高燃料的热值 B．熔炼过程中，铜的温度不变，但内能增大 C．浇铸过程中，铜所含热量不断减少 D．打磨过程中，铜的内能转化为机械能 6．（2024秋•宿迁月考）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款汽车。该款汽车发动机工作时，效率更高，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法中正确的是（　　） A．该款汽车发动机工作时，效率更高，是因为它使用了热值更大的汽油 B．如图所示为做功冲程，内能转化为机械能，需要靠飞轮的惯性来完成 C．该款汽油机的吸气冲程，只用吸入汽油 D．若该汽油机飞轮的转速为1200/min，则在1s内汽油机对外做了10次功 7．（2024秋•迎泽区校级月考）汽车发动机之一是汽油机，汽油的热值为4.6×107J/kg，王同学阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，下列回答正确的是（　　） A．该内燃机的效率为70% B．1kg的汽油燃烧一定能够释放4.6×107J的能量 C．利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径 D．汽油机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能 8．（2024秋•绥化月考）质量为5kg的汽油用去了三分之一，剩下的汽油（　　） A．比热容为原来的三分之一，热值不变 B．热值为原来的三分之一，比热容不变 C．比热容保持不变，热值也保持不变 D．比热容、热值均变为原来的三分之一 9．（2024秋•龙华区月考）随着科技的发展和人们生活水平的提高，家用小汽车已成为一种重要的交通工具。如图，是汽油机工作过程中某个冲程的示意图。下列说法正确的是（　　） A．这是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能 B．小汽车行驶时，油箱中汽油的热值不断减小 C．使用热值更大的燃料一定可以提高发动机的热机效率 D．随着技术的提高，汽油机的热机效率可以达到100% 10．（2024秋•北川县月考）关于热机的效率不可能达到100%的原因，下列说法错误的是（　　） A．热机排放的尾气会带走部分热量 B．热机的部分热量会散失在空气中 C．活塞与汽缸间存在摩擦 D．研究技术还不够成熟，理论上热机的效率可以达到100% 11．（2024秋•牡丹区校级月考）以下有关于比热容和燃料的热值，说法正确的是（　　） A．由Q＝cm（t2﹣t1）可知Q一定时，c与m成反比 B．质量相同的不同物质，当吸收或放出同样热量时，比热容大的物质温度变化较大 C．汽油的热值大于柴油的热值，所以汽油燃烧放出的热量多 D．燃料的热值与燃料的燃烧情况无关 12．（2024秋•河南月考）如图所示，为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（　　） A． B． C． D． 二、填空题（共7小题） 13．（2024•东港区校级模拟）2023年9月23日晚，杭州第19届亚运会的主火炬被点燃，主火炬使用再生“绿色零碳”甲醇作为燃料，则完全燃烧0.2kg甲醇放出的热量为 　J，若甲醇在燃烧过程中燃烧不充分，则甲醇的热值将 　（选填“变大”“变小”或“不变”）。[] 14．（2024•丰县校级二模）若某汽油机飞轮转速为20r/s的汽车，在水平路面上行驶，则在1s内汽油机对外做功　 　次；若汽车行驶过程中消耗汽油2kg，则这些汽油完全燃烧能放出　 　J的热量。若有2.76×107的热量转化为汽车的机械能，此时的效率为　 　%（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）。 15．（2024秋•思明区校级月考）如图所示是液体火箭喷气发动机的工作原理示意图，燃料和氧化剂分别装在两个箱子里，由输送系统按时按量地把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，燃烧产生的气体以很高的速度从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力使它前进。火箭喷气发动机工作过程中： （1）先将燃料的化学能转化为　 　能，然后再将其转化为火箭的　 　能。 （2）火箭喷气发动机　 　（选填“能”或“不能”）在大气层外工作。 （3）我国研制的长征九号重型运载火箭的平均推力达到了约6×107N，堪称全球最大的重型火箭，假设将一重型火箭在100s的时间内推到约6×104m的高度。则火箭发动机推力的平均功率约为　 　W。 16．（2024秋•岳西县月考）甲、乙两种燃料，甲的热值是乙的2倍，乙的质量是甲的4倍，若它们完全燃烧，则甲、乙完全燃烧放出的热量之比为 　。 17．（2024•虎林市校级模拟）日常生活中，用水作为汽车发动机的冷却液，是因为水的 　大。煤油的热值为4.6×107J/kg、酒精的热值为3.0×107J/kg，当它们放出相同的热量，燃烧 　 的质量更多。 18．（2024秋•梓潼县月考）某单缸四冲程汽油机在1s内完成了10个工作循环，则该汽油机工作时，飞轮的转速为　 　r/min。若此汽油机在一个工作循环中消耗了6g汽油（汽油的热值为4.6×107J/kg），已知这台汽油机的效率为30%，则该汽油机的输出功率为 　W。 19．（2024秋•道里区校级月考）汽车发动机一般是汽油机或柴油机。小明阅读了某牌号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表。根据图表给出的信息，该发动机的效率是 　。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将　 　（填“升高”、“不变”或“降低”）。 三、实验探究题（共1小题） 20．（2024秋•城西区校级月考）小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果见表： 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 （1）取质量　 　（选填“相等”或“不相等”）的煤油和菜籽油做燃料，制成煤油灯和菜籽油灯； （2）安装实验器材时，应按照 　（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装。为了保证实验结论的可靠，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制水的质量和 　相同； （3）分析得出，煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是　 　； （4）实验中燃料燃烧放出的热量，通过 　（选填“做功”或“热传递”）的方式使水的内能增大； （5）小明同学还想利用这种实验方案计算出煤油和菜籽油的热值，利用此实验方法计算出的热值将比真实值 　（选填“偏大”或“偏小”）。 四、计算题（共1小题） 21．（2024秋•迎泽区校级月考）如图所示是我国自行设计研制的AG600水陆大型两栖灭火飞机。据悉，AG600可在水源与火场之间多次往返投水灭火，一次最多可汲水12t，其巡航速度可达每小时460km。在某次救援任务中，若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min。消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率为2.25×104kW，求：（已知ρ水＝1.0×103kg/m3，q航空燃油＝4×107J/kg）。 （1）这次任务中消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； （2）发动机的热效率。 一、选择题（共12小题） 1．【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＝mq可知，放出的热量与热值、质量有关，故B错误； D、焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭放出的热量为：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的了解与掌握，理解热值是燃料的特性。 2．【答案】D 【分析】热值是燃料的一种特性，热值越大，完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多。 【解答】解：运载火箭采用液态氢作为燃料，是因为液态氢不仅密度小，而且具有较大的热值。 故选：D。 【点评】本题考查了利用热值解释生活中的现象，属于识记性内容，比较简单。 3．【答案】D 【分析】热机效率指热机所做有用功与总功之比。 【解答】解：A、效率是指有用的能量占总能量的百分比，甲热机做的有用功多，但不确定总能量的关系，因此不确定效率的大小，故A错误； B、功率是指做功的快慢，与效率无关，故B错误； C、甲热机单位时间里耗费的燃料少，不确定有用的能量多少，因此不确定效率的大小，故C错误； D、做相同的有用功，甲损失的能量比乙少，即甲的总能量小，由可知，甲的效率大，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了热机效率，属于基础题。 4．【答案】B 【分析】（1）扩散现象说明一切物质的分子都在不停地做无规则运动； （2）有用能量和总能量的比例为能量效率； （3）对物体做功（克服摩擦做功、压缩空气做功），物体的内能增加、温度升高；物体对外做功（气体膨胀做功），物体的内能减少、温度降低；内燃机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气，在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能； （4）物质由气态变成液态是液化。 【解答】解：A、鸡汤香气四溢是由于分子在永不停歇地做无规则运动，这是扩散现象，故A正确； B、煲汤时的效率指的是使鸡汤煲好所需的能量与燃气灶在这一工作过程中消耗的能量之比，与燃料的热值没有必然的联系，故B错误； C、煲鸡汤过程中，锅内的高温高压气体对限压阀做功使限压阀转动，这是内能转化为机械能的过程，而内燃机的做功冲程也是内能转化为机械能的过程，故C正确； D、限压阀口“烟雾缭绕”是因为锅内的水蒸气遇冷液化成小水珠从而形成“白气”，故D正确。 故选：B。 【点评】本题考查了与热学相关的多个知识点，联系生活中的现象，能用相关热学知识做出解释是解答的关键。 5．【答案】B 【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，不能说含有热量； （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正确； C．热量是过程量，不能说所含热量的多少，故C错误； D．打磨过程中，克服摩擦力做功，通过做功的方式增大了铜的内能，是机械能转化为内能，故D错误。 故选：B。 【点评】本题考查热值、改变内能的方式等有关知识，难度不大。 6．【答案】D 【分析】（1）热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，比值越大，热机效率越高； （2）根据进气门、排气门的打开和关闭情况以及活塞的运动方向可知汽油机的冲程，只有做功冲程内能转化为机械能，其它冲程都是靠惯性完成； （3）汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物； （4）汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次。 【解答】解：A、热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值，使用热值更大的汽油不能提高热机的效率，故A错误； B、由图可知，汽油机的进气门和排气门关闭，活塞向下运动，此时为汽油机的做功冲程，将内能转化为的机械能，此冲程可以获取动力，不需要靠惯性完成，故B错误； C、汽油机的吸气冲程吸入空气和汽油的混合物，故C错误； D、该汽油机飞轮的转速为1200/min＝20r/s，即汽油机飞轮每秒转20圈，则在1s内汽油机对外做了10次功，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查对热机效率的理解、内燃机的工作特点和热机的有关计算，是一道综合题，难度不大。 7．【答案】C 【分析】（1）热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出热量的比值，要提高其效率，应尽量减少能量的损失； （2）单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值； （3）压缩冲程是把机械能转化为内能。 【解答】解：A．由图可知，有用功的效率η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%故A错误； B．1kg的汽油完全燃烧时释放的能量为：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.1kg＝4.6×106J，而汽油不可能完全燃烧，放出的热量比4.6×106J少，故B错误； C．利用废气的能量及减小摩擦，可以提高有用功，增加热机的效率，故C正确； D．压缩冲程中，压缩汽油和空气的混合物，将机械能转化为内能，故D错误。 故选：C。 【点评】本题考查了热机的效率，难度不大。 8．【答案】C 【分析】比热容、热值和密度都是物质的一种特性，是每种物体特有的，可以用于区别其它物质的。物质不同，比热容、热值和密度一般也是不同的。 【解答】解：物质的比热容和热值都是物质的一种特性，其大小与物体的体积、形状、质量、温度都无关，热值和比热容大小不变，ABD错误，C正确。 故选：C。 【点评】本题主要考查物体的物理属性，基础题目。 9．【答案】A 【分析】（1）在内燃机的四个冲程中做功冲程对外做功，将内能转化为机械能；压缩冲程压缩气体的过程中，将机械能转换为内能； （2）热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关； （3）热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比； （4）热机工作时，要散失热量、要克服摩擦做功，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫热机的效率。 【解答】解：A．图中两侧气门关闭，火花塞点火，属于做功冲程，将内能转化为机械能，故A正确； B．汽油的热值是汽油的属性，与汽油的质量等因素无关，所以小汽车行驶时，油箱中汽油的热值不变，故B错误； C．发动机的热机效率指的是转化为有用功的能量占燃料燃烧放出能量的百分比，与燃料的热值大小无关，故C错误； D．热机工作时，要散失热量、要克服摩擦做功，额外功不可避免，所以汽油机的热机效率不可能达到100%，故D错误。 故选：A。 【点评】本题考查了学生对热机工作过程中能量的转化、热值、热机效率的了解与掌握，是一道基础题目。 10．【答案】D 【分析】用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量之比叫热机效率，热机排出的废气带走了热量、散热以及摩擦都会损失很多的热量，所以热机效率都比较低。 【解答】解：A.热机排放的尾气会带走部分热量，故A正确，不符合题意； B.热机的部分热量会散失在空气中，故B正确，不符合题意； C.活塞与汽缸间存在摩擦，故C正确，不符合题意； D.研究技术还不够成熟，理论上热机的效率不可以达到100%，故D错误，符合题意。 故选：D。 【点评】考查热机效率比较低的原因。 11．【答案】D 【分析】（1）比热容是物质的一种特性，其大小仅与物质的种类和所处的状态有关； （2）相同质量的不同物质比较，吸收或放出相同的热量，比热容大的温度升高或降低的少； （3）（4）1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值；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。 【解答】解：A、比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与吸放热的多少、质量、温度的变化都没有关系，即同种物质的比热容在物态一定时是总是定值，故A错误； B、根据Q＝cmΔt可知，相同质量的不同物质比较，吸收或放出相同的热量，比热容大的温度升高或降低的少，故B错误； C、根据公式Q＝mq可知，燃料燃烧放出的热量还与质量有关，故C错误； D、燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关，故D正确。 故选：D。 【点评】本题考查了学生对吸热公式、比热容、燃料热值，是经常考的题型，充分理解“热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关”。 12．【答案】D 【分析】热机的机械效率是指有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值。 【解答】解：由内燃机的能流图可知，燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2，则内燃机的效率为：η。 故选：D。 【点评】本题考查了热机的效率计算，也是一道生活中的物理题，有其实用价值。 二、填空题（共7小题） 13．【答案】4.6×106；不变。 【分析】（1）利用Q放＝mq计算完全燃烧0.2kg甲醇放出的热量； （2）热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，而与质量和是否完全燃烧无关。 【解答】解：（1）完全燃烧0.2kg甲醇放出的热量： Q放＝mq甲醇＝0.2kg×2.3×107J/kg＝4.6×106J； （2）热值与燃料的种类有关，而与质量和是否完全燃烧无关，所以甲醇燃烧不完全，甲醇的热值不变。 故答案为：4.6×106；不变。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式的应用、对热值特性的理解，属于基础题目。 14．【答案】10；9.2×107；30。 【分析】（1）汽油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； （2）根据Q放＝mq求出汽油完全燃烧放出的热量； （3）汽油机的效率等于转化成汽车的机械能与汽油完全燃烧放出的热量的比值。 【解答】解：（1）某汽油机飞轮转速为20r/s，即飞轮1s转20圈，由于汽油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，所以在1s内汽油机对外做功10次； （2）汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J； （3）汽油机的效率：。 故答案为：10；9.2×107；30。 【点评】本题考查热机的有关计算，以及燃料完全燃烧放热公式、效率公式的应用，属于基础题目。 15．【答案】（1）内；机械；（2）能；（3）3.6×1010。 【分析】（1）燃料燃烧是将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为火箭的机械能，使火箭高速运动； （2）火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，据此分析； （3）已知火箭发动机平均推力和推进高度，根据公式W＝Fs求出推力所做的功，又知道做功时间，根据公式P求出火箭发动机推力的平均功率。 【解答】解：（1）火箭喷气发动机工作过程中，燃料燃烧，将化学能转化为内能，然后气体对外做功，将内能转化为火箭的机械能； （2）火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，所以即使大气层外没有足够的氧气，燃料也可以继续燃烧，所以能在大气层外工作； （3）推力做功为：W＝Fs＝6×107N×6×104m＝3.6×1012J， 推力的平均功率约为： P3.6×1010W。 故答案为：（1）内；机械；（2）能；（3）3.6×1010。 【点评】本题主要考查了能量的转化、功和功率的计算，属于综合性题目。 16．【答案】1：2。 【分析】知道燃料的热值关系和质量关系，利用Q＝mq求出燃料放出的热量之比。 【解答】解：由题意可知，甲、乙两种燃料的热值关系q甲＝2q乙，质量关系m甲m乙， 则甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量之比为： Q甲：Q乙＝m甲q甲：m乙q乙m乙×2q乙：m乙q乙m乙q乙：m乙q乙＝1：2。 故答案为：1：2。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式的应用，是一道基础题。 17．【答案】比热容；酒精。 【分析】（1）水的比热容比较大，质量相同的水和其他物质相比，在吸收或放出相同热量的情况下，水的温度变化要小些； （2）根据Q放＝mq的变形公式分析回答。 【解答】解：用水作为汽车发动机的冷却液，是因为它的比热容大，相同质量的水和其它物质相比，升高相同的温度，吸收的热量多； 煤油的热值大于酒精的热值，由可知，当它们放出相同的热量，燃烧酒精的质量更多。 故答案为：比热容；酒精。 【点评】本题考查了比热容和热值的应用，属于基础题。 18．【答案】1200；8.28×105。 【分析】四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次； 知道汽油的质量和热值，利用燃料完全放热公式Q放＝qm求汽油完全燃烧产生的热量（总能量）； 知道汽油机的效率，利用效率公式求有用机械能； 汽油机在1s内完成了10个循环，则完成一个工作循环需要的时间ts； 根据P可求汽油机的输出功率。 【解答】解：汽油机在1s内完成了10个循环，转10×2＝20r，则1min转20×60＝1200r，故该汽油机工作时飞轮的转速为1200r/min。 汽油的质量：m＝6g＝0.006kg， 汽油完全燃烧产生的热量： Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.006kg＝2.76×105J， 因为η，所以一个工作循环中输出的有用机械能： W有用＝ηW总＝30%×2.76×105J＝8.28×104J； 汽油机在1s内完成了10个循环，则完成一个工作循环需要的时间ts； 汽油机的输出功率：P8.28×105W。 故答案为：1200；8.28×105。 【点评】本题考查了燃料完全燃烧放热公式、效率公式、功率的公式的应用，很多学生容易忽略有用功和总功的差别，是易错点。 19．【答案】30%；降低 【分析】热机效率是指输出的有用功与燃料完全燃烧放出热量之比，即输出的有用功占燃料完全燃烧放出热量的百分比，由图可知该发动机的效率； 当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时用来做有用功的能量会减小，导致发动机的效率降低。 【解答】解：热机效率是指输出的有用功占燃料完全燃烧放出热量的百分比，由图可知，该内燃机的热机效率是η＝1﹣33%﹣30%﹣7%＝30%； 当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时用来做有用功的能量会减小，导致发动机的效率降低。 故答案为：30%；降低。 【点评】本题考查热机效率的理解和计算，难度不大。 三、实验探究题（共1小题） 20．【答案】（1）相等； （2）自下而上；初温；（3）煤油；（4）热传递；（5）偏小。 【分析】（1）根据控制变量法分析； （2）保证用火焰的外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁，安装实验器材时，应按照自下而上的顺序；利用控制变量法和转换法设计实验的能力，由于燃料的热值不能直接测量，所以通过水温升高的度数大小来体现燃料的热值大小； （3）根据表格中水升高的温度分析； （4）掌握热传递的概念。热传递，是热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程。热传递是自然界普遍存在的一种自然现象； （5）测量质量的工具是天平；在加热的过程中有热量的散失。 【解答】解：（1）为比较煤油和菜籽油热值的大小，实验过程中应控制煤油和菜籽油的质量相同。 （2）为保证用火焰的外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁，所以安装顺序是自下而上。 由于水吸收热量后，升高的温度受水的质量的影响，所以在实验中还应控制水的质量和初温相等。 （3）实验中要用相同质量的煤油和菜籽油完全燃烧后加热相同质量的水，由表中数据可知，用煤油加热的水温度升高的多，则说明煤油燃烧放出的热量多，煤油的热值大； （4）燃料燃烧放出的热量，通过热传递的方式使物体的内能增大。 （5）由于在实验的过程中，会有一部分热量散失掉，则测得燃料燃烧放出的热量偏小，故利用此实验方法计算出的热值将比真实值偏小。 故答案为：（1）相等； （2）自下而上；初温；（3）煤油；（4）热传递；（5）偏小。 【点评】本题是一道关于热值的实验探究题，知道热值的意义；会用控制变量法和转换法设计探究实验是本题的解题关键。 四、计算题（共1小题） 21．【答案】（1）这次任务中消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量为 5.4×1010J； （2）发动机的热效率为 50%。 【分析】（1）已知消耗的航空燃油的质量，根据Q放＝mq求出消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； （2）已知飞机飞行的时间，根据P变形求出发动机所做有用功，根据η100%求出发动机的热效率。 【解答】解（1）消耗的航空燃油的质量：m航空燃油＝1.35t＝1.35×103kg， 消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量为： Q放＝m航空燃油q航空燃油＝1.35×103kg×4×107J/kg＝5.4×1010J； （2）飞机飞行的时间t＝20min＝1.2×103s， 由P得，发动机所做有用功为： W有用＝Pt＝2.25×104×103W×1.2×103s＝2.7×1010J； 发动机的热效率为： η100%100%＝50%。 答：（1）这次任务中消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量为 5.4×1010J； （2）发动机的热效率为 50%。 【点评】本题综合考查了功的公式、燃料燃烧放热公式、效率公式的应用，难度一般。 第18页（共18页） 学科网（北京）股份有限公司 $$ 14.2 热机的效率 ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ ▒▓ 【题型1】燃料的热值 3 【题型2】热值的相关计算 6 【题型3】热机的效率 8 【题型4】提高热机效率的方法 12 一、热值 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。 2．热值是燃料的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关。 二、热机效率 1．燃料燃烧放热公式：Q放=qm或Q放=qV（常对气体燃料）。 2．热机效率的定义：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，其表达式为： 或。 3．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。 4．热机工作时，能量损失不可避免，故热机效率总小于1。 1．热值是燃料的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关。 2．不是任何物质都有热值。如石块、铁块等非燃料物质没有热值。 3．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—。 4．热机效率总小于1的原因：因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。 5．热机效率与功率的区别 热机效率 热机功率 定义 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比 单位时间内做的功 物理意义 反映热机对能量的利用 反映热机做功的快慢 定义式 6．热机在工作过程中造成能量损失的因素有： （1）燃料很难全部燃烧； （2）排出的废气带走能量； （3）热机部件要散热； （4）克服运转机件之间的摩擦消耗能量。 7．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。 【题型1】燃料的热值 （2024秋•铁西区校级月考）关于比热容和热值，下列说法中正确的是（　　）例1 A．热值是燃料燃烧放出的热量与燃料的质量之比 B．燃料越多，放出的热量越多，热值越大 C．比热容是物质自身的性质，与质量、吸收或放出的热量无关 D．比热容是物质的特性之一，只与物质的种类有关 【答案】C 【分析】（1）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； （2）比热容是物质的一种特性，和物体吸收热量的多少、温度的高低、质量的大小都没有关系，只与物质的种类、状态有关。 【解答】解：A、热值是燃料完全燃烧放出的热量与质量之比，故A错误； B、热值是燃料的一种特性，热值大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃料的燃烧程度无关，故B错误； CD、比热容是物质的一种特性，和物体吸收热量的多少、温度的高低、质量的大小都没有关系，只与物质的种类、状态有关，故C正确，D错误。 故选：C。 ◄ 点拨 ► 解决此类问题的关键是理解物质的比热容和燃料热值的物理意义，知道比热容表示的是物质吸热和放热的本领，只与物质的种类、状态有关；热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关。 【变式1】（2024秋•仙桃校级月考）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．热值是燃料的一种特性，它与燃料的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 【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：ABC、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； D、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。 故选：C。　 【变式2】（2024•济南）完全燃烧1g液态氢能释放出1.4×105J的热量，是完全燃烧1g汽油释放热量的3倍，由此可知液态氢比汽油（　　） A．内能大 B．温度高 C．热值大 D．密度大 【答案】C 【分析】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值， 【解答】解：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值，完全燃烧1g液态氢能释放出1.4×105J的热量，是完全燃烧1g汽油释放热量的3倍，说明液态氢的热值大。 故选：C。　 【变式3】（2024秋•菏泽月考）人们对事物进行比较，经常要引入相应的物理量。下列说法中不正确的是（　　） A．进行做功快慢的比较，引入“功率” B．进行燃料优劣的比较，引入“热值” C．进行压力作用效果的比较，引入“压强” D．进行物质吸热能力的比较，引入“比热容” 【答案】B 【分析】明确功率、比热容、压强、热值四个物理量的概念与含义，对照选项中的说法，即可做出判断。 【解答】解：A、物体单位时间内完成的功叫功率，进行做功快慢的比较，故A正确； B、为了比较燃料燃烧时的放热本领，引入了“热值”，燃料优劣的比较标准有很多种，例如是否对环境造成污染等，故B错误； C、物体单位面积上受到的压力叫压强，进行压力作用效果的比较，引入“压强”，故C正确； D、为了比较不同物质吸热本领，引入了比热容的概念，故D正确。 故选：B。 【题型2】热值的相关计算 （2024秋•镇平县校级月考）甲、乙两种燃料的热值之比为4：11，要放出相同的热量，需要完全燃烧甲、乙两种燃料的质量之比为（　　）例2 A．11：4 B．4：11 C．1：1 D．4：7 【答案】A 【分析】利用燃料完全燃烧放热公式Q放＝mq求需要完全燃烧甲、乙两种燃料的质量之比。 【解答】解：由题知，两种燃料的热值之比q甲：q乙＝4：11，放出热量之比Q甲：Q乙＝1：1，由Q放＝mq得，需要完全燃烧甲、乙两种燃料的质量之比：m甲：m乙：：11：4。 故选：A。 ◄ 点拨 ► 本题考查了学生对燃料完全放热公式Q放＝mq的掌握和运用，因为是求比值，要细心，防止因颠倒而出错！此外，注意以下两点： 1．燃料可以是固体燃料、液体燃料和气体燃料。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。 2．只有燃料放热时，才能用Q放 ＝qm或Q放 ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。 【变式1】（2024秋•利辛县月考）火盆是古代盛炭火等的盆子，可用来取暖或烘干衣物，图中的火盆能盛木炭5kg，已知q木炭＝3.4×107J/kg，这些木炭完全燃烧释放出来的热量为　 　J。 【答案】1.7×108。 【分析】根据Q放＝mq求出木炭完全燃烧释放出来的热量。 【解答】解：木炭完全燃烧释放出来的热量：Q放＝mq木炭＝5kg×3.4×107J/kg＝1.7×108J。 故答案为：1.7×108。　 【变式2】（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。 【变式3】（2024秋•建安区校级月考）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　 　，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧　 　kg的煤气，未使用完的煤气的热值　 　。（填“增大”或“减小”或“不变”）[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），煤气的热值q煤气＝4.2×107J/kg）] 【答案】6.72×105J；0.016；不变。 【分析】根据Q吸＝cmΔt求水吸收的热量，不计热量损失，根据Q吸＝Q放＝mq计算需要完全燃烧煤气的质量； 热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关。 【解答】解：水吸收的热量： Q吸＝cm水Δt＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣20℃）＝6.72×105J； 不计热量损失，根据Q吸＝Q放＝mq，所以需要完全燃烧煤气的质量： m0.016kg； 热值是燃料的一种特性，其大小取决于物质的种类，与燃料的质量，放出的热量，是否完全燃烧无关，即未使用完的煤气的热值不变。 故答案为：6.72×105J；0.016；不变。 【题型3】热机的效率 （2024秋•金水区月考）如图甲所示是汽油机的　 　冲程，图乙中的演示实验 　（选填“a”或“b”）与其能量转化相同。若一个工作循环消耗20g汽油，可输出机械能2.3×105J，则该汽油机的效率为　　。（q汽油＝4.6×107J/kg）例3 【答案】做功；b；25%。 【分析】汽油机一个工作循环有四个冲程，分别是吸气、压缩、做功和排气冲程，各冲程的特点不同，因此根据气门的状态和活塞的运行方向确定哪个冲程，同时还可参考火花塞的状态进行判断；在四冲程内燃机工作过程中有两个冲程存在能量转化：一个是压缩冲程，将机械能转化为内能；另一个是做功冲程，将内能转化为机械能； 根据Q放＝mq求出汽油完全燃烧产生的热量，根据η求出该汽油机的效率。 【解答】解：由图甲可知，汽油机的两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能； 乙图a中是用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能的过程； 图乙b中对试管中的水加热，加快水的蒸发，使试管中水的内能增大，体积膨胀，对塞子做功做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能； 所以图乙中的演示实验b与甲图的能量转化相同。 汽油质量m＝20g＝0.02kg： 则消耗汽油完全燃烧放出的热量为； Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.02kg＝9.2×105J， 该汽油机的效率：η100%100%＝25%。 故答案为：做功；b；25%。 ◄ 点拨 ► 本题考查了四冲程内燃机的工作冲程的判断、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的应用，难度不大。 【变式1】（2024秋•潮阳区月考）某单缸四冲程汽油机在1s内完成了100个冲程，则每秒对外做功 　次，该汽油机工作时飞轮转速是 　r/min，若每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作1小时需消耗汽油　　kg。（q汽油＝4.6×107J/kg） 【答案】25；3000；0.9。 【分析】（1）根据单缸四冲程汽油机工作过程中，冲程数、做功次数、曲轴转数之间的关系可以求得每秒对外做功次数；该汽油机工作时飞轮转速； （2）根据W＝Pt可以求得连续工作1小时汽油机做功，根据Q＝mq可以求得连续工作1小时需消耗汽油质量。 【解答】解：单缸四冲程汽油机工作过程中，每4个冲程有一个做功冲程，曲轴转2圈，所以n次/s； 该汽油机工作时每分钟飞轮转速：N＝25次/s×2转/次×60s＝3000转； 连续工作1小时汽油机做的功：W＝115J×25×3600＝1.035×107J； 连续工作1小时需消耗汽油释放的热量：Q放； 连续工作1小时需消耗汽油的质量：m。 故答案为：25；3000；0.9。　 【变式2】（2024•重庆模拟）悦悦是一名跑步健将，参加一次长跑身体消耗的能量约为8.8×106J，这些能量相当于完全燃烧　 　m3的天然气；若这些天然气完全燃烧放出的热量有42%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将10kg初温为20℃的水温度升高　 　℃。[，]。 【答案】0.22；80。 【分析】（1）天然气完全燃烧放出的热量等于身体消耗的能量，可以利用公式Q放＝Vq求天然气的体积； （2）根据题意可知，Q吸＝42%Q放，利用Q吸＝cm（t﹣t0）求出水的末温，在标准大气压下，水的沸点为100℃。 【解答】解：（1）人消耗的能量相当于燃烧天然气的体积为： V； （2）水吸收的热量为：Q吸＝ηQ放＝42%×8.8×106J＝3.696×106J， 水升高的温度为：， 水的末温为：t＝t+Δt＝20℃+88℃＝108℃， 在标准大气压下，水的沸点为100℃，水沸腾后温度保持在沸点不变，不再升高，所以，水实际升高的温度为： Δt′＝tmax﹣t0＝100℃﹣20℃＝80℃。 故答案为：0.22；80。　　 【变式3】（2024秋•郸城县月考）小明阅读了某品牌汽车内燃机说明书后，发现内燃机的能量损失为：废气内能损失35%，散热损失25%，机械损失10%。该内燃机的热机效率为 　；已知汽油的热值为4.6×107J/kg，该内燃机充分燃烧5kg汽油，对外做的有用功为　 　J。 【答案】30%；6.9×107。 【分析】（1）根据转化为有用功的能量占总能量的比值，得出内燃机的效率； （2）知道汽油的质量和热值，利用燃料完全燃烧放热公式求汽油完全燃烧放出的热量，根据η求出内燃机对外做的有用功。 【解答】解：由汽车内燃机说明书可知，有用功的能量：100%﹣35%﹣25%﹣10%＝30%，故该内燃机的热机效率为η＝30%； 汽油完全燃烧放出的热量为：Q放＝mq＝5kg×4.6×107J/kg＝2.3×108J， 则内燃机对外做的有用功为：W有＝ηQ放＝30%×2.3×108J＝6.9×107J。 【题型4】提高热机效率的方法 （2024秋•牡丹江月考）下列措施不能提高热机效率的是（　　）例4 A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量选用功率更大的发动机 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量减少热机部件间的摩擦损耗 【答案】B 【分析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。比值越大，效率越高。 【解答】解：热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率。 而热机效率与功率无关，所以尽量选用功率更大的发动机不能提高热机效率。 故选：B。 ◄ 点拨 ► 此题通过考查影响热机效率的几个因素，考查了学生对热机效率的理解。要知道要想提高热机的效率，就要减少热量的损失。 【变式1】（2024秋•荆州月考）如图所示是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率为　 　，要提高热机的效率，应　 　。（答出一条合理即可） 【答案】35%；尽量使燃料充分燃烧。 【分析】热机效率是指用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量的比值，比值越大，效率越高； 提高热机效率的途径有：使燃料充分燃烧；尽量减少热量损失；保证良好的润滑，减小机械摩擦；在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 【解答】解：由图可知，该热机的效率为：η＝1﹣25%﹣40%＝35%； 要提高热机的效率，应该使燃料尽可能充分燃烧。 故答案为：35%；尽量使燃料充分燃烧。　 【变式2】（2024秋•驻马店月考）热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月，我国潍柴集团发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小明，也想设计改造发动机，使热机的效率达80%。考虑影响热机效率的因素，你认为小明可以在哪些方面改进创新？　 　。假如小明的设想实现了，会给我们的生活带来哪些影响？　 　。（写出一条即可） 【答案】改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机效率； 热机效率提高后，可以节省燃料、减少有害气体的排放等。 【分析】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。 【解答】解：内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦、废气带走的能量都会影响热机效率的大小；所以改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机效率； 热机效率提高后，可以节省燃料、减少有害气体的排放等。 故答案为：改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机效率； 热机效率提高后，可以节省燃料、减少有害气体的排放等。 【变式3】（2024秋•开福区校级月考）四冲程汽油机工作时，能提供动力的是　 　冲程，若一台飞轮转速为3000r/min的汽油机，它在正常工作时，每10秒钟燃气推动活塞做功　　次。（已知飞轮转一圈，活塞往返运动一周期）由于电车能量转化效率较高，越来越多的人选择购买电车来代替燃油车，也有部分燃油车车主认为油车跟电车相比，有续航方便、功能稳定等优点，并且可以通过养成好的驾驶习惯以及改进技术等措施来增强燃油车的经济性。对此，请你从设计和使用的角度提出一种可以提高燃油车效率的具体方法： 　。 【答案】做功；250；使燃油尽量完全燃烧，对机器进行良好润滑，采用更加科学先进的技术设计制造汽油机等。 【分析】（1）四冲程汽油机的做功冲程中，燃气推动活塞运动，为汽油机提供动力； （2）一台单缸四冲程汽油机，飞轮每转动2周，就完成4个冲程，对外做功一次； （3）提高燃油机的效率可以从提高燃油的燃烧程度、机械的转化效率等方面改进。 【解答】解：四冲程汽油机的做功冲程中，燃气推动活塞运动，为汽油机提供动力；汽油机飞轮转速为3000r/min＝50r/s，飞轮每转动两周，对外做功一次，所以每10秒钟飞轮转500r，燃气推动活塞做功的次数为250次； 提高燃油车效率的具体方法有：使燃油尽量完全燃烧，对机器进行良好润滑，采用更加科学先进的技术设计制造汽油机等。 答案为：做功；250；使燃油尽量完全燃烧，对机器进行良好润滑，采用更加科学先进的技术设计制造汽油机等。 第15页（共15页） 学科网（北京）股份有限公司 $$