第04讲 热机的效率（预习）-【暑假自学课】2025年新九年级物理暑假提升精品讲义（沪科版（五四制））

第04讲 热机的效率 内容导航——预习三步曲 第一步：学 析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习 练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法 练考点 强知识：六大核心题型精准练 第二步：记 串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握 第三步：测 过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升 知识点1 燃料的热值 1、引入 ①背景引入：在历史上很长一段时期，木柴和煤炭是人类的主要生活燃料。20世纪末，煤气成为城市居民日常使用的生活燃料，煤气生产出来后储存在巨大的“煤气包”(图10-4-2)中，并通过管道输送到千家万户；进入21世纪以后，更清洁环保的天然气逐步替代煤气成为居民的主要生活燃料.遍布城市各处的“煤气包”也陆续退出历史舞台。 ②燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关 a.根据常识，通常情况下，质量（或体积）不相等的同种燃料，在完全燃烧时所放出的热量不相同； b.通常情况下，体积相同的煤气和天然气完全燃烧，天然气放出的热量比煤气放出的热量多。 研究发现，质量（或体积）相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 那么，燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？ 2、热值 ①燃料的热值：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫做这种燃料的热值,用q表示，单位是焦/千克，符号是J/kg。热值q可表示为 所以，燃料完全燃烧放出的热量Q=mq。 ②气体燃料热值的第二定义（或公式）： 气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示，热值q可表示为 单位是焦/米³,符号是J/m³。 3、 表10-4-1是一些常见燃料的热值。 知识点2 热机效率 1、热机工作时的能量分配 热机工作时对外做功的能量只是从高温物 体吸收的一部分能量；高温物体的相当一部分能量散失了。对于内燃机而言，由于其排出的废气温度较高，带走很大一部分能量；此外，还有一部分能量损耗在散热及克服摩擦做功上。图10-4-4为某汽车发动机的能量分配图。 2、热机效率 ①热机效率：热机工作时，用来做功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 *②热机效率的公式表示： ；其中W做功表示用来做功的能量，单位是焦（J），Q放表示燃料完全燃烧放出的能量，单位是焦（J），η表示热机效率,通常用百分率表示。 ③常见热机的热机效率：蒸汽机的效率很低、只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%, 柴油机的效率则可达30%～45%。 热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。 ④提高热机效率的途径 a.提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；b.改进热机，减少各种能量损失；c.充分利用废气的能量；d.注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 3、热机的使用对环境有何影响? 第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨(图10 - 4 - 5)。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。 为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公 共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能 减排的生活方式。 4、 STSE（部分）：2022年，北京冬季奥运会首次使用氢（作为火炬）燃料。氢燃烧时，只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的持续的“绿色环保”理念。 5、氢燃料不但绿色环保，而且热值大，完全燃烧相同质量的氢燃料，氢燃料可以放出更多的热量；故氢燃料（液态氢）常作为火箭发动机的燃料。 教材习题01 阅读表10-4-1,回答下列问题。 (1)酒精热值的物理意义是什么? (2)完全燃烧2kg 干木柴可以释放出多少热量?如果放出相同的热量，则需要完全燃烧多少立方米天然气(0℃,1个标准大气压)? (3)燃料燃烧实际放出的热量，往往比根据热值计算出来的要少， 而且有效利用的热量又比放出的热量少，为什么? 题型一 计算题 1．已知柴油的热值为4.3×107J/kg，求4kg柴油完全燃烧释放的热量。 2．太阳能热水器深受广大用户的青睐，如图是常见的太阳能热水器。假如该热水器内盛有100kg、25℃的水，在阳光的照射下，水温升高到55℃，那么这些水吸收了多少热量？这些热量相当于多少焦炭完全燃烧所释放的热量？（水的比热容为，焦炭的热值是3.0×107J/kg） 3．小红家煮饭、烧水使用的是管道天然气，已知天然气的热值是8.4×107J/m3，放出的热量有50％被有效利用，现要将质量为4kg，初温为25℃的水加热到100℃，求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)需要完全燃烧多少立方米的天然气？ 4．小明同学的爸爸驾车去往40km的目的地，此过程消耗了汽油2.1kg，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。若汽车行驶过程中发动机的牵引力为725N。求： (1)完全燃烧2.1kg汽油放出的热量； (2)该汽车的热机效率。 5．某家庭需要将50kg、20℃的水加热升高60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）。求： (1)50kg、20℃的水加热升高60℃需吸收的热量； (2)完全燃烧0.8kg煤气放出的热量； 6．如图所示，轻巧便携的卡式炉已成为户外餐桌上的神器，卡式炉又叫便携式丁烷气炉，某种气瓶装有250g液化丁烷气，若该液化丁烷气的热值约为4.8×107J/kg。水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求： (1)这瓶丁烷气完全燃烧放出的热量； (2)若这些热量有35%被水吸收，可以把多少kg初温为20℃的水烧开（标准大气压下）？ 7．某家庭天然气热水器将质量为80 kg，温度为20℃的自来水加热到70℃，消耗的天然气体积为（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为c水=4.2J/()，天然气的热值为。求： （1）天然气完全燃烧放出的热量。 （2）该热水器的工作效率。 8．下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。 干木柴 无烟煤 酒精 煤油 氢气 1.2×107 3.4×107 3.0×107 4.6×107 1.4×108 （1）完全燃烧1g的酒精可放出热量为多少J？ （2）放出相同的热量，求完全燃烧干木柴与氢气的质量之比。 题型二 热值的有关概念辨析、填空 9．汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（　　） A．热值不变、比热容不变 B．热值变小、比热容变小 C．热值不变、比热容变小 D．热值变小、比热容不变 10．焦炭的热值是，它的物理含义是 。 11．关于燃料的热值，以下说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．1g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的 C．煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比干木柴的多 D．容易燃烧的燃料，热值一定大 12．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，完全燃烧焦炭能放出的热量 题型三 比较不同燃料的热值大小 13．目前，大部分汽车使用汽油作为燃料，这是因为汽油的热值 （选填“大”或“小”），如果油箱中的汽油用去了一半，则剩余汽油的热值 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 14．我国航天事业迅猛发展，科学家正在研制大功率液氢发动机，主要是因为氢燃料（　　） A．比热容大 B．密度小 C．热值大 D．内能大 题型四 热值、热机效率综合辨析、填空 15．2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值 （选填“增大”“减小”或“不变”），热机效率 （选填“一定”或“不可能”）达到100%。 16．下列关于热机和热值说法正确的是（　　） A．所用燃料的质量越多，燃料热值越大 B．热机功率越大，热机效率越高 C．热机消耗的燃料越多，热机的效率越低 D．尽量热机保持良好润滑，可以提高热机效率 17．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（ ） A．一瓶酒精用去一半，酒精的热值减小一半 B．使燃料充分燃烧，可以增大燃料的热值 C．通过技术改进，汽车发动机的效率可以达到100% D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大 18．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高说明做功越多 C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 D．热机损失的能量中，废气带走的最少 19．关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　） A．热机消耗燃料越少，效率越高 B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大 D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 题型五 热机工作时的能量分配图 20．如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的效率是（　　） A．25% B．35% C．60% D．40% 21．汽车发动机一般是汽油机，汽油的热值为4.5×107J/kg。某内燃机的能量流向如图所示，下列说法正确的是（　　） A．该汽油机的效率为35% B．1kg的汽油燃烧能够释放4.5×107J/kg的能量 C．换用热值较大的燃料，热机效率会提高 D．如果改进技术，汽油机的效率就可以达到100% 22．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”）。 23．如图甲所示是我国研制的重型燃气发动机。该发动机若选择用液态氢作为燃料，是因为液态氢有较大的 （选填“比热容”或“热值”）。某次试验中该发动机的能量流向图如图乙所示，若该实验中消耗的燃料完全燃烧放出的热量为，则该次实验中发动机所做功的有用机械能为 J。 题型六 热值、热机效率的应用 24．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分钟，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J。（q柴油=4.3×107J/kg） 25．小明在2024年珠海航展上不仅观摩了精彩的飞行表演，还了解到一个信息：某型号飞机，其热机每消耗燃油可让飞机获得的机械能。若燃油热值取，则燃油完全燃烧产生的热量为 J，该热机效率为 。若要提高热机效率，请给出一条建议 。 26．某大学的一项最新研究，直接把锂金属电池能量密度突破了500W•h/kg，超过现有锂离子电池一倍以上，能量密度（能量与质量的比值）相当于热学中的 （选填“密度”或“热值”）；若某新能源车使用该电池，已知该新能源车的电池组电容量为3.6×108J，则电池组的质量为 kg。 27．如图所示为四冲程汽油机工作时的 冲程，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功 J。若水箱中5kg的水由20℃升高到100℃，水吸收 J的热量。[q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 28．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是 （按“甲、乙、丙、丁”重新排序）， 图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的 能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的 ； （2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是 ，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是 J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是 J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）； （3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约 kg汽油（结果保留整数）。 知识导图记忆 知识目标复核 1．热值； 2．热机效率 ； 3．热机的使用对环境的影响。 一、单选题 1．实验小组同学发现，相同情况下烧开一壶水，用天然气比用煤气的量要少，其原因是由于这两种燃料具有不同的（　　） A．质量 B．热值 C．比热容 D．密度 2．长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（　　） A．密度大 B．比热容大 C．热值高 D．热效率高 3．汽油的热值为，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为（　　） A． B． C． D． 4．两种燃料的热值是2:3，如果它们的质量之比是1:3，那么它们完全燃烧放出的热量之比是（　　） A．2:1 B．2:9 C．1:1 D．1:2 5．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高 B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多 C．热机的效率越高说明做功越快 D．汽油机的效率可以达到100% 6．利用一燃气热水器对、20℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2，煤气的热值为，该热水器烧水的效率是50%。下列说法中（　　） ①煤气完全燃烧放出的热量是 ②水吸收的热量是 ③水温升高了50℃ ④加热过程中水的内能保持不变 A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 7．如图是甲、乙两台汽油机燃烧同种燃油的能量流向及比例的饼形图，下列正确的是（　　） A．行驶同样的里程，甲更省油 B．若增加燃烧同种燃油的质量，甲汽油机的热机效率可以更高 C．乙汽油机做有用功的比例比甲汽油机大，乙的热机效率更大 D．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多 二、填空题 8．汽油的热值为，它表示的物理意义是 ；现有汽油，取其中一半完全燃烧，放出的热量是 ，剩余汽油的热值是 ． 9．发动机是汽车的重要部件，如图所示，汽油机的此冲程是由 能转化为 能．当车行驶 了一段距离后，消耗了 0.5kg 的汽油，这些汽油完全燃烧释放的热量是 J（q 汽油=4.6×107J/kg）． 10．为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工，然后制成秸秆煤，完全燃烧2kg秸秆煤放出的热量完全被水吸收，可使 kg的水温度有20°C升高到60°C。（已知q秸秆煤=2.1×107J/kg， 三、计算题 11．使用酒精灯给水加热，整个加热过程共用了100g酒精，求这些酒精完全燃烧能放出多少热量？（已知酒精的热值q=3.0×107 J/kg） 12．用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，使50kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为4.2103J/（kg·℃）；煤气的热值为4.2107J/kg。求： （1）水吸收的热量； （2）煤气放出的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 13．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给 10kg 的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温 随时间变化的图线．若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）煤的热值约为3×107J/kg． （1）经过6min时间加热，水所吸收的热量是多少？ （2）煤完全燃烧产生的热量？ 14．某型号汽车在车型测试中，在一段平直公路上匀速行驶了36 km，用时0.5小时，车的总质量为3×103 kg，受到的阻力为车重的0.1倍，其中g=10 N/kg．求： （1）该汽车牵引力所做的功； （2）已知这一过程消耗燃油1.5×10-2 m3，则热机在这一过程中消耗的总能量（假设燃油完全燃烧，燃油密度为0.8×103 kg/ m3，燃油热值q为4.5×107 J/kg）； （3）该汽车发动机的效率； 2 / 14 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；其中W做功表示用来做功的能量，单位是焦（J），Q放表示燃料完全燃烧放出的能量，单位是焦（J），η表示热机效率,通常用百分率表示。 ③常见热机的热机效率：蒸汽机的效率很低、只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%, 柴油机的效率则可达30%～45%。 热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。 ④提高热机效率的途径 a.提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；b.改进热机，减少各种能量损失；c.充分利用废气的能量；d.注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 3、热机的使用对环境有何影响? 第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨(图10 - 4 - 5)。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。 为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公 共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能 减排的生活方式。 4、 STSE（部分）：2022年，北京冬季奥运会首次使用氢（作为火炬）燃料。氢燃烧时，只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的持续的“绿色环保”理念。 5、氢燃料不但绿色环保，而且热值大，完全燃烧相同质量的氢燃料，氢燃料可以放出更多的热量；故氢燃料（液态氢）常作为火箭发动机的燃料。 教材习题01 阅读表10-4-1,回答下列问题。 (1)酒精热值的物理意义是什么? (2)完全燃烧2kg干木柴可以释放出多少热量?如果放出相同的热量，则需要完全燃烧多少立方米天然气(0℃,1个标准大气压)? (3)燃料燃烧实际放出的热量，往往比根据热值计算出来的要少， 而且有效利用的热量又比放出的热量少，为什么? 【答案】（1）1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J. （2）2.4×107J ；约0.686立方米 （3） 主要原因包括燃料难以完全燃烧和燃烧过程中存在热损失‌。 解题方法 知道热值的定义，根据热值的定义式与有关变形式进行计算。 题型一 计算题 1．已知柴油的热值为4.3×107J/kg，求4kg柴油完全燃烧释放的热量。 【答案】1.72×108J 【详解】解：由热值公式变形可得完全燃烧释放的热量 Q=mq=4kg×4.3×107J/kg =1.72×108J 答：4kg柴油完全燃烧释放的热量是1.72×108J。 2．太阳能热水器深受广大用户的青睐，如图是常见的太阳能热水器。假如该热水器内盛有100kg、25℃的水，在阳光的照射下，水温升高到55℃，那么这些水吸收了多少热量？这些热量相当于多少焦炭完全燃烧所释放的热量？（水的比热容为，焦炭的热值是3.0×107J/kg） 【答案】（1）1.26×107J；（2）0.42kg 【详解】解：（1）由吸热公式得 （2）由热值公式得 答：（1）这些水吸收了1.26×107J热量； （2）上述热量等于完全燃烧0.42kg煤放出的热量。 3．小红家煮饭、烧水使用的是管道天然气，已知天然气的热值是8.4×107J/m3，放出的热量有50％被有效利用，现要将质量为4kg，初温为25℃的水加热到100℃，求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)需要完全燃烧多少立方米的天然气？ 【答案】(1)1.26×106J；(2)0.03m3 【详解】(1)水吸收的热量 (2)天然气完全燃烧放出的热量 天然气的体积 答：(1)水吸收的热量是； (2)需要完全燃烧的天然气。 4．小明同学的爸爸驾车去往40km的目的地，此过程消耗了汽油2.1kg，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。若汽车行驶过程中发动机的牵引力为725N。求： (1)完全燃烧2.1kg汽油放出的热量； (2)该汽车的热机效率。 【答案】(1)9.66×107J (2)30% 【详解】（1）完全燃烧2.1kg汽油放出的热量为 （2）牵引力做的功 该汽车的热机效率 5．某家庭需要将50kg、20℃的水加热升高60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）。求： (1)50kg、20℃的水加热升高60℃需吸收的热量； (2)完全燃烧0.8kg煤气放出的热量； 【答案】(1)8.4×106J (2)3.36×107J 【详解】（1）水吸收的热量 Q吸=cm水Δt=4.2×103J/（kg•℃）×50kg×（60℃-20℃）=8.4×106J （2）0.8kg煤气完全燃烧放出的热量 Q放=m煤气q=0.8kg×4.2×107J/kg=3.36×107J 6．如图所示，轻巧便携的卡式炉已成为户外餐桌上的神器，卡式炉又叫便携式丁烷气炉，某种气瓶装有250g液化丁烷气，若该液化丁烷气的热值约为4.8×107J/kg。水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求： (1)这瓶丁烷气完全燃烧放出的热量； (2)若这些热量有35%被水吸收，可以把多少kg初温为20℃的水烧开（标准大气压下）？ 【答案】(1)1.2×107J (2)12.5kg 【详解】（1）燃气的质量m气=250g=0.25kg 液化丁烷气完全燃烧释放热量Q放=m气q=0.25kg×4.8×107J/kg=1.2×107J （2）水吸收的热量Q吸=35%×Q放=35%×1.2×107J=4.2×106J 1标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，由Q吸=cmΔt得水的质量 7．某家庭天然气热水器将质量为80 kg，温度为20℃的自来水加热到70℃，消耗的天然气体积为（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为c水=4.2J/()，天然气的热值为。求： （1）天然气完全燃烧放出的热量。 （2）该热水器的工作效率。 【答案】(1) ；(2)56% 【分析】(1)知道消耗天然气的体积和热值，根据求出天然气完全燃烧放出的热量； (2)知道水的质量、初温、末温以及比热容，根据求出水吸收的热量； (3)水吸收的热量与天然气完全燃烧放出的热量之比等于燃气热水器的效率。 【详解】(1)天然气完全燃烧放出的热量 (2)水吸收的热量 该热水器的效率 【点睛】本题主要考查了燃料完全燃烧放热公式、和效率公式的掌握和运用，属于基础题目。 8．下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。 干木柴 无烟煤 酒精 煤油 氢气 1.2×107 3.4×107 3.0×107 4.6×107 1.4×108 （1）完全燃烧1g的酒精可放出热量为多少J？ （2）放出相同的热量，求完全燃烧干木柴与氢气的质量之比。 【答案】（1）3×104J；（2）35∶3 【详解】解：（1）完全燃烧1g=0.001kg的酒精可放出的热量 （2）由知，放出相同的热量，完全燃烧干木柴与氢气的质量比 答：（1）完全燃烧1g的酒精可放出热量为3×104J； （2）放出相同的热量，完全燃烧干木柴与氢气的质量之比为35∶3。 题型二 热值的有关概念辨析、填空 9．汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（　　） A．热值不变、比热容不变 B．热值变小、比热容变小 C．热值不变、比热容变小 D．热值变小、比热容不变 【答案】A 【详解】热值和比热容都是物质本身具有的性质，与质量无关，所以汽油在使用过程中，剩下汽油热值和比热容都不变，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 10．焦炭的热值是，它的物理含义是 。 【答案】见解析 【详解】单位质量某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值。焦炭的热值是3.0×107J/kg，物理意义是：1kg的焦炭完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 11．关于燃料的热值，以下说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．1g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的 C．煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比干木柴的多 D．容易燃烧的燃料，热值一定大 【答案】B 【详解】A．热值是燃料的一种属性，与质量和燃烧情况无关，故A错误； B．热值是燃料的一种属性，与质量无关，故B正确； C．燃料放出热量的多少与燃料的热值和质量有关，煤放出的热量不一定比干木柴多，故C错误； D．热值是燃料的一种属性，与是否容易燃烧无关，故D错误。 故选B。 12．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，完全燃烧焦炭能放出的热量 【答案】D 【解析】略 题型三 比较不同燃料的热值大小 13．目前，大部分汽车使用汽油作为燃料，这是因为汽油的热值 （选填“大”或“小”），如果油箱中的汽油用去了一半，则剩余汽油的热值 （选填“增大”“减小”或“不变”）。 【答案】 大 不变 【详解】[1]汽车采用汽油作为燃料，原因是汽油具有较大的热值，由Q放=mq可知，完全燃烧相同质量的汽油和其它燃料相比，汽油可以释放出更多的热量。 [2]热值大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量多少无关，一罐汽油用去了一半，则剩余氢气的热值将不变。 14．我国航天事业迅猛发展，科学家正在研制大功率液氢发动机，主要是因为氢燃料（　　） A．比热容大 B．密度小 C．热值大 D．内能大 【答案】C 【详解】氢燃料有较大的热值，与质量相同的其它燃料相比，完全燃烧时可以放出较多的热量，所以发动机选用氢作为燃料。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 题型四 热值、热机效率综合辨析、填空 15．2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值 （选填“增大”“减小”或“不变”），热机效率 （选填“一定”或“不可能”）达到100%。 【答案】 不变 不可能 【详解】[1]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，则火箭发射过程中，热值不变。 [2]随着科技进步与发展，会提高内燃机的效率，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1，内燃机的效率不可能到达100%。 16．下列关于热机和热值说法正确的是（　　） A．所用燃料的质量越多，燃料热值越大 B．热机功率越大，热机效率越高 C．热机消耗的燃料越多，热机的效率越低 D．尽量热机保持良好润滑，可以提高热机效率 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的一种特性，与燃料质量的大小无关，故A错误； B．热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，而热机的功率是指热机做功的快慢，二者没有必然的联系，故B错误； C．热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，与热机消耗燃料的多少无关，故C错误； D．尽量使热机保持良好润滑，可以减少额外功，可以提高热机效率，故D正确。 故选D。 17．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是（ ） A．一瓶酒精用去一半，酒精的热值减小一半 B．使燃料充分燃烧，可以增大燃料的热值 C．通过技术改进，汽车发动机的效率可以达到100% D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大 【答案】D 【详解】A．燃料的热值是燃料的一种特性，与燃料的质量、温度和体积无关，所以一瓶酒精用去一半，剩下的酒精的热值不变，故A错误； B．热值是燃料的一种特性，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，使燃料充分燃烧，燃料的热值不变，故B错误； C．以天然气为燃料，汽车发动机在工作时也不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，所以汽车发动机的效率不可能达到100%，故C错误； D．热机效率越高，热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比越大，内能转化为机械能的比例越大，故D正确。 故选D。 18．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高说明做功越多 C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 D．热机损失的能量中，废气带走的最少 【答案】C 【详解】A．热机的效率是有用功与燃料燃烧完全放出的热量之比，与做功快慢是两个不同的物理量，热机效率越高，并不能说做功越快，故A错误； B．热机的效率越高，只能说明有用功的占比比较大，与做功多少无关，故B错误； C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，燃料燃烧完全放出的热量越少，消耗的燃料越少，故C正确； D．热机损失的能量中，废气带走的最多的，故D错误。 故选C。 19．关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　） A．热机消耗燃料越少，效率越高 B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大 D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 【答案】D 【详解】A．热机效率是热机输出的机械能与燃料完全燃烧释放的能量之比，仅由热机消耗燃料少，无法判断热机效率高低，故A错误； B．热值是燃料的性质，与燃料燃烧程度无关，故B错误； C．热值等于燃料完全燃烧释放的能量与燃料的质量之比，仅由燃料燃烧释放的热量，无法判断热值大小，故C错误； D．一定质量的燃料燃烧越充分释放出的能量越多，其它条件相同时，热机的效率越高，故D正确。 故选D。 题型五 热机工作时的能量分配图 20．如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的效率是（　　） A．25% B．35% C．60% D．40% 【答案】D 【详解】因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，所以由内燃机的能量流向图可得，内燃机的热机效率为 故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 21．汽车发动机一般是汽油机，汽油的热值为4.5×107J/kg。某内燃机的能量流向如图所示，下列说法正确的是（　　） A．该汽油机的效率为35% B．1kg的汽油燃烧能够释放4.5×107J/kg的能量 C．换用热值较大的燃料，热机效率会提高 D．如果改进技术，汽油机的效率就可以达到100% 【答案】A 【详解】A．根据内燃机的能量流向图可知，该汽油机的效率为 η=100%-25%-40%=35% 故A正确； B．由题意可知，汽油的热值为4.5×107J/kg，则1kg的汽油完全燃烧能够释放的能量为 Q放=mq=1kg×4.5×107J/kg=4.5×107J 故B错误； C．热值大只是代表在充分燃烧的情况下其放出的热量多，与提高热机效率无关，故C错误； D．汽油机工作时要克服机械间的摩擦做额外功，同时存在热散失，并且废气带走大部分能量，所以热机的效率不能达到100%，故D错误。 故选A。 22．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”）。 【答案】 30% 降低 【详解】[1]根据图表给出的信息，可知该发动机的效率是 [2]冒“黑烟”说明燃料没有充分燃烧，这时发动机的效率将降低。 23．如图甲所示是我国研制的重型燃气发动机。该发动机若选择用液态氢作为燃料，是因为液态氢有较大的 （选填“比热容”或“热值”）。某次试验中该发动机的能量流向图如图乙所示，若该实验中消耗的燃料完全燃烧放出的热量为，则该次实验中发动机所做功的有用机械能为 J。 【答案】 热值 【详解】[1]因为液态氢的热值较大，在质量相同时完全燃烧放出的热量较多，所以该发动机选择用液态氢作为燃料。 [2]由能量流向图可知，燃料完全燃烧释放的能量为100%，其中有用机械能所占比例为 已知消耗的燃料完全燃烧放出的热量为，则发动机所做功的有用机械能为 题型六 热值、热机效率的应用 24．一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分钟，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J。（q柴油=4.3×107J/kg） 【答案】 30 8.6×107 【详解】[1]已知飞轮转速为3600r/min=60r/s，一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，做功1次，该柴油机1s对外做功30次。 [2]5kg的柴油完全燃烧放出的热量Q=mq柴油=5kg×4.3×107J/kg=2.15×108J 转化成的机械能 25．小明在2024年珠海航展上不仅观摩了精彩的飞行表演，还了解到一个信息：某型号飞机，其热机每消耗燃油可让飞机获得的机械能。若燃油热值取，则燃油完全燃烧产生的热量为 J，该热机效率为 。若要提高热机效率，请给出一条建议 。 【答案】 4.2×109 50% 使燃料燃烧更充分 【详解】[1]100kg燃油完全燃烧产生的热量为 [2]该热机效率为 [3]若要提高热机效率，可通过减小摩擦、使燃料燃烧更充分等。 26．某大学的一项最新研究，直接把锂金属电池能量密度突破了500W•h/kg，超过现有锂离子电池一倍以上，能量密度（能量与质量的比值）相当于热学中的 （选填“密度”或“热值”）；若某新能源车使用该电池，已知该新能源车的电池组电容量为3.6×108J，则电池组的质量为 kg。 【答案】 热值 200 【详解】[1]由题意得，能量与质量的比值相当于热学中的热值。 [2]由题意得，能量密度500W•h/kg，也就是每千克能量为500W•h，即为1800000J，则电池组的质量为 27．如图所示为四冲程汽油机工作时的 冲程，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功 J。若水箱中5kg的水由20℃升高到100℃，水吸收 J的热量。[q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] 【答案】 压缩 1.38×105 1.68×106 【详解】[1]由图可知，汽油机的进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动压缩气体，为四冲程汽油机工作时的压缩冲程。 [2]汽油燃烧放出的热量是 Q=mq=0.1kg×4.6×107 J/kg=4.6×106 J 又因为其效率为30%，所以转化的机械能是 W=4.6×106 J×30%=1.38×105 J [3]水箱中5 kg水吸收的热量是 Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg•℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106 J 28．发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是 （按“甲、乙、丙、丁”重新排序）， 图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的 能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的 ； （2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是 ，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是 J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是 J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）； （3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约 kg汽油（结果保留整数）。 【答案】 甲丙丁乙 丁 内 比热容大 30% 6.44×107 1.932×107 69 【详解】（1）[1]甲中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；乙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丙中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二冲程；丁中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三冲程。故一个汽缸正常工作四个冲程顺序是排序为：甲丙丁乙。 [2][3]做功冲程燃料燃烧，把化学能转化为内能，高温高压的燃气对活塞做功，把内能转化为机械能，给汽车提供动力。 [4]汽车发动机工作时产生大量热量，这些热量如果不迅速转移，就可能损害发动机，由于水的比热容较大，质量和初温相同的水和其它液体相比较，升高相同的温度时，水吸收的热量多，因此汽车发动机通常用水做冷却剂。 （2）[5]该汽油机的效率 2L汽油的质量 m汽油=ρ汽油V=0.7×103kg/m3×2×10-3m3=1.4kg [6]该车完全燃烧2L汽油，释放的热量 Q=m汽油q=1.4kg×4.6×107J/kg=6.44×107J [7]若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能 W有=ηW总=30%×6.44×107J=1.932×107J （3）[8]内燃机效率提高1%，此时内燃机的效率 η2=η1+1%=25%+1%=26% 由于 可知 因为内燃机效率提高后有用功是相同的，所以每辆汽车的有用功 η1qm1=η2qm2 则 则每辆汽车每年节约燃油的质量 知识导图记忆 知识目标复核 1．热值； 2．热机效率 ； 3．热机的使用对环境的影响。 一、单选题 1．实验小组同学发现，相同情况下烧开一壶水，用天然气比用煤气的量要少，其原因是由于这两种燃料具有不同的（　　） A．质量 B．热值 C．比热容 D．密度 【答案】B 【详解】烧开同一壶水需要的热量相同，用天然气比用煤气的量要少，说明完全燃烧相同质量的天然气和煤气，天然气燃烧放热多，说明天然气的热值大。 故选B。 2．长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（　　） A．密度大 B．比热容大 C．热值高 D．热效率高 【答案】C 【详解】火箭发动机使用液态氢作燃料，燃烧相同质量的燃料，液氢完全燃烧释放出的热量多，即液态氢的热值高，综上分析知，故ABD不符合题意；C符合题意。 故选C。 3．汽油的热值为，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】汽油的热值为 ，完全燃烧汽油释放的热量为 此值为理论最大值，实际燃烧时可能因不完全燃烧，导致放出的热量低于这个值，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 4．两种燃料的热值是2:3，如果它们的质量之比是1:3，那么它们完全燃烧放出的热量之比是（　　） A．2:1 B．2:9 C．1:1 D．1:2 【答案】B 【详解】已知两种燃料A、B的热值之比为 质量之比为 由Q放=qm可知燃料完全燃烧放出的热量之比为 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 5．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高 B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多 C．热机的效率越高说明做功越快 D．汽油机的效率可以达到100% 【答案】A 【详解】A．柴油机的效率一般要高于汽油机，多用在重型机器上，故A正确； B．热机效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的内能的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故B错误； C．热机效率是有用能量在燃料完全燃烧放出热量中所占比值，功率是指物体做功的快慢，两者没有必然联系，故C错误； 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，所以热机的效率不可能达到100%，故D错误。 故选A。 6．利用一燃气热水器对、20℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2，煤气的热值为，该热水器烧水的效率是50%。下列说法中（　　） ①煤气完全燃烧放出的热量是 ②水吸收的热量是 ③水温升高了50℃ ④加热过程中水的内能保持不变 A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有①②正确 D．只有②③④正确 【答案】B 【详解】①由知道，煤气完全燃烧放出的热量是 故①错误； ②由于该热水器烧水的效率是50%，所以，水吸收的热量是 故②错误； ③由知道，水温升高了 故③正确； ④加热过程中水的温度升高内能增大，故④错误。 故选B。 7．如图是甲、乙两台汽油机燃烧同种燃油的能量流向及比例的饼形图，下列正确的是（　　） A．行驶同样的里程，甲更省油 B．若增加燃烧同种燃油的质量，甲汽油机的热机效率可以更高 C．乙汽油机做有用功的比例比甲汽油机大，乙的热机效率更大 D．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多 【答案】C 【详解】AC．由图可知，汽油机对外做功的能量是汽油机做的有用功，乙汽油机做有用功的比例比甲汽油机大，乙的热机效率更大，则行驶同样的里程，乙更省油，故A错误，C正确； B．热机效率是对外做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，若增加燃烧同种燃油的质量，甲的热机效率不变，故B错误； D．因为乙的热机效率更大，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D错误。 故选C。 二、填空题 8．汽油的热值为，它表示的物理意义是 ；现有汽油，取其中一半完全燃烧，放出的热量是 ，剩余汽油的热值是 ． 【答案】 见解析 【详解】[1] 汽油的热值为的物理意义为：汽油完全燃烧放出的热量是； [2] 现有汽油，取其中一半即1kg，1kg汽油完全燃烧，放出的热量是： ； [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，因此剩余汽油的热值是． 9．发动机是汽车的重要部件，如图所示，汽油机的此冲程是由 能转化为 能．当车行驶 了一段距离后，消耗了 0.5kg 的汽油，这些汽油完全燃烧释放的热量是 J（q 汽油=4.6×107J/kg）． 【答案】 内 机械 2.3×107 【详解】图中，两气门都关闭，活塞向下运行，汽缸容积增大，是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能；汽油完全燃烧产生的热量为： Q＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J． 10．为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工，然后制成秸秆煤，完全燃烧2kg秸秆煤放出的热量完全被水吸收，可使 kg的水温度有20°C升高到60°C。（已知q秸秆煤=2.1×107J/kg， 【答案】250 【详解】完全燃烧秸秆煤可放出的热量 由题意可知，水吸收的热量为 由△可得水的质量 可使250kg的水温度有20°C升高到60°C。 三、计算题 11．使用酒精灯给水加热，整个加热过程共用了100g酒精，求这些酒精完全燃烧能放出多少热量？（已知酒精的热值q=3.0×107 J/kg） 【答案】3×106 J 【详解】解：酒精的质量 酒精完全燃烧产生的热量 答：这些酒精完全燃烧能放出热量。 12．用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，使50kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为4.2103J/（kg·℃）；煤气的热值为4.2107J/kg。求： （1）水吸收的热量； （2）煤气放出的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 【答案】（1）；（2）；（3） 【详解】解：（1）水吸收的热量为 （2）煤气放出的热量为 （3）燃气灶烧水的效率为 答：（1）水吸收的热量为； （2）煤气放出的热量为； （3）燃气灶烧水的效率为50%。 13．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给 10kg 的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温 随时间变化的图线．若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）煤的热值约为3×107J/kg． （1）经过6min时间加热，水所吸收的热量是多少？ （2）煤完全燃烧产生的热量？ 【答案】(1) 2.52×106J   (2) 6×106J 【详解】(1) 由图可知，经过6min时间加热后水温由20℃达到80°，则水吸收的热量： Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×10kg×（80℃-20℃）=2.52×106J 答：经过6min时间加热，水所吸收的热量是2.52×106J． (2) 煤完全燃烧产生的热量： Q放=mq=0.2kg×3×107J/kg=6×106J 答：煤完全燃烧产生的热量6×106J． 14．某型号汽车在车型测试中，在一段平直公路上匀速行驶了36 km，用时0.5小时，车的总质量为3×103 kg，受到的阻力为车重的0.1倍，其中g=10 N/kg．求： （1）该汽车牵引力所做的功； （2）已知这一过程消耗燃油1.5×10-2 m3，则热机在这一过程中消耗的总能量（假设燃油完全燃烧，燃油密度为0.8×103 kg/ m3，燃油热值q为4.5×107 J/kg）； （3）该汽车发动机的效率； 【答案】（1）1.08×108 J  （2）5.4×108 J  （3）20% 【详解】（1）车重G＝mg＝3×103 kg×10 N/kg＝3×104 N，车受到的阻力：f＝0.1G＝0.1×3×104 N＝3×103 N；因为车匀速行驶，所以牵引力F＝f＝3×103 N，则牵引力做功：W有用＝Fs＝3×103 N×36 000 m＝1.08×108 J；（2）由ρ＝得消耗燃油的质量：m＝ρV＝0.8×103 kg/m3×1.5×10−2m3＝12 kg；燃油完全燃烧放出的热量(消耗的总能量)：W总＝Q放＝mq＝12 kg×4.5×107 J/kg＝5.4×108 J； （3）汽车的牵引力所做的功就是有用功，燃油完全燃烧放出的热量就是总功， 则发动机的效率：η＝×100%＝×100%＝20%． 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$