第15讲 跨学科：热机效率与环境保护-【暑假自学课】2025 年新九年级物理暑假提升精品讲义(沪科版2024)

第14章第4节 跨学科：热机效率与环境保护 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：7大核心考点精准练 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 （学习目标：1. 建立燃料热值的概念，能根据燃料的热值计算一定质量的燃料完全燃烧所释放的能量。2. 能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向，对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的有效途径。3. 能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响。） 知识点1 燃料的热值 1.定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2.单位：J/kg或J/m3 3.物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，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。 4.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 5.酒精的热值是3.0×107J/kg表示： 1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 6.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 7.火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 8.炉子的效率： （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因： A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （4）提高炉子效率的方法： A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 知识点2 热机效率和环境保护 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机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。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 知识点3 环境保护 1.带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 教材习题01 查阅资料并比较，质量为1kg的煤、石油和木炭完全燃 ，释放的热量分别是多少？谁的热值更大？ 解析： 石油及其制品的整体热值相对较高，煤炭的热值因种类不同有所波动，木炭的热值处于煤和石油之间。 【答案】见解析。 教材习题02 为区分优质煤粉与掺杂了矸石粉末的劣质煤粉，最恰当的方法是检测下列物理量中的哪个？请说明理由。（   ） A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 解析： 掺人矸石的煤的热值减小，因此相同质量的煤燃烧时放出的热量就少，故可用检测热值的方法检验优质煤中是否掺人了矸石。 【答案】A。 教材习题03 现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有（   ）。 A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点 解析： 液态氢的热值大，因此相同质量的情况下，它放出的热量多。 【答案】C。 教材习题04 下列与火箭燃料有关的说法中，正确的是（ ）。 A. 火箭燃料燃烧越充分，其热值越大 B.燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高 C.燃料用了一部分后，质量变小，热值变小 D. 火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程类似 解析： A、C:热值只与燃料的种类有关。B.热机效率大小取决于做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。D.火箭发射升空时内能转化为机械能，所以和做功冲程类似。 【答案】D。 教材习题05 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中，正确的是（ A. 尽量减少热机内部各部伴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 解析： A．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减少热量的损失，提高效率；C.热机在工作过程中不可避免地存在能量的损失，所以热机效率永远要小于100%；D.柴油机的效率一般30--35%.;汽油机的效率一般25-30%。 【答案】A。 教材习题06 干木柴的热值是1.2×10'J/kg，它的物理意义是的干木柴完全燃烧，能放出 J。 解析： 表示1kg干木柴完全燃烧时放出的热量是1.2×107J。 【答案】1.2×107J。。 教材习题07 热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，并且会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，同时指出可能造成哪些环境污染。 解析： 能量损失的形式：①燃料很难完全燃烧，燃料的化学能不能全部释放；②废气排出带走能量；③由于机械传动等，克服摩擦消耗能量；④机械传热损失能量。 热机造成的环境污染有废气污染与噪声污染。 【答案】见解析。 / 考点一 燃料的热值 1．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1kg焦炭能放出的热量 【答案】D 【解析】A．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A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； C．一瓶酒精用去三分之一后，质量变化、热值不变，故C错误； D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热量是3.0×107J，故D正确。 故选D。 2．水约占人体体重的60%~70%，有助于调节体温，原因之一是水具有较大的（　　） A．热值 B．密度 C．温度 D．比热容 【答案】D 【解析】A．热值最大是氢，常用作火箭的燃料，故A不符合题意； B．水的密度是，故B不符合题意； C．温度是物体的冷热程度，故C不符合题意； D．因为水具有较大的比热容，是，所以水有助于人体调节体温，故D符合题意。 故选D。 3．我国北方某地最低气温曾达到，当地多使用酒精温度计，这是利用了酒精的（    ） A．热值高 B．比热容大 C．沸点低 D．凝固点低 【答案】D 【解析】而酒精的凝固点较低，是－117℃，在-52.3℃时，酒精仍然是液态，所以当地多使用酒精温度计。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 4．如果完全燃烧500g汽油放出的热量是 J。（汽油的热值是4.6107J/kg） 【答案】2.3107 【解析】]完全燃烧500g汽油放出的热量为 考点二 热机效率 1．完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量是 J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50℃，则该液体的比热容是 J/(kg·℃)（q天然气=3.0×107J/m3） 【答案】 ①3.0×106 ②3×103 【解析】[1]完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量 Q放=Vq天然气=0.1m3×3.0×107J/m3=3.0×106J [2]液体吸收的热量 Q吸= Q放η=3.0×106J×20%=6×105J 该液体的比热容 2．汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。 【答案】 ①做功 ②2 【解析】[1] 汽油机在做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压的燃气，燃气推动活塞，将内能转化为机械能。 [2] 汽油完全燃烧放出的热量为 则汽油的质量为 3．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A.在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多； B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高； C.热机的效率越高说明做功越快； D.热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的 【答案】B。 【解析】A．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，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A错误。 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故B正确； C．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功占的比值越大，功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，效率和功率是两个不同的物理量，二者之间没有必然联系，故C错误； D．根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。故选B。 4．小叶看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是很想了解油的吸热能力。在老师指导下，他用酒精灯分别加热质量为50g、初温为20℃的油和水，记录的相关数据如下表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。说法正确的是（ ） 物质种类 加热时间（min） 消耗酒精（g） 末温（℃） 油 2 1 88 水 2 1 50 A．2min内油吸收的热量为3×104J B．他使用的酒精灯的加热效率为21% C．油的末温比水的高，所以吸热能力更强 D．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关 【答案】B 【详解】A．由题意可知，油和水的质量相等，都为m=50g=0.05kg， 2min内水的温度由t0=20℃上升到t=50℃，则水吸收的热量为 Q吸=cm（t−t0） =4.2×103 J/（kg·℃）×0.05 kg×（50℃-20℃）= 6.3×103J 2min内油吸收的热量与水吸收的热量相等，则油吸收的热量为 Q油吸= Q水吸= 6.3×103J 故A错误； B．由题意可知，酒精的热值为q=3×107J/g，加热2min消耗了m酒精=1g=1×10-3kg的酒精，则完全燃烧1g酒精放出的热量为 Q放=qm酒精=3×107J/g×1×10-3kg = 3×104J 则酒精灯的加热效率为η= = =21% 故B正确； C．相同质量和相同初温的油和水吸收相同的热量，末温度越低表示物质吸热能力越强，因为油的末温比水的高，所以油吸热能力更弱，故C错误； D．物质的吸热能力即比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与其吸收的热量多少无关，故D错误。 所以选B。 5．如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。    【答案】（1）6×105J；（2）2.1×105J；（3）35%；（4）见解析 【解析】（1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是 （2）水吸收的热量为 （3）小明测得固体酒精炉的热效率为 （4）燃烧不完全；部分热量散发到空气中；锅吸收一部分热量。 知识导图记忆 核心知识目标复核 1．热值的概念、意义、单位、影响因素、计算。 2．热机的能量流向图、热机效率定义、公式、提高方法。 3．燃料燃烧和热机利用对环境的影响。 一、填空题 1．如图所示，2023年12月15日21时41分，“长征5号”遥六运载火箭把遥感四十一号卫星顺利送入预定轨道。火箭使用的燃料液态氢具有较大的 （选填“比热容”或“热值”），火箭向下喷气获得动力的能量转化过程与如图所示内燃机 （选填“乙”“丙”“丁”或“戊”）冲程相似。 【答案】 热值 丁 【详解】[1]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。 [2]高压燃气把火箭推向太空的过程中，燃气燃烧产生的能量对火箭做功，高压燃气内能会减小，此过程中能量转化为内能转化为机械能，其原理与热机的做功冲程相同；乙图进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入的是油气混合物，为吸气冲程；丙图两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；丁图两个气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程；戊图排气门打开，活塞向上运动，排出废气，为排气冲程；故火箭发动机工作时的能量转化过程与图丁所示热机工作冲程相同。 2．用天然气灶给5kg的水加热，水温从20℃上升到80℃用时6min，燃烧了的天然气，这一过程中水吸收的热量是 J，天然气完全燃烧释放的热量为 J。〔天然气的热值为，水的比热容为〕 【答案】 【详解】[1]这一过程中水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg•℃)×5kg×(80℃-20℃)=1.26×106J [2]0.1m3天然气完全燃烧产生热量Q放=V气q=0.1m3×3.6×107J/m3=3.6×106J 3．如图是同学们设计的“探究酒精、煤油热值”的实验装置。甲、乙装置完全相同，甲乙装置中水的质量和初温相同，酒精的质量 煤油的质量。燃料完全燃尽后，测得水的末温（均未达到沸点），则 。 【答案】 等于 < 【详解】[1][2]根据控制变量法，实验中应控制酒精、煤油的质量相同，燃料完全燃尽后，测得水的末温（均未达到沸点），说明煤油放出的热量较多，根据可知煤油的热值较大。 4．汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 （选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 。 【答案】 高 35% 【详解】[1]汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽油燃烧越充分，燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。 [2]一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 5．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 （选填“升高”“降低”或“不变”），燃油的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 降低 不变 【详解】[1]汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低。 [2]热值是燃料的属性，与燃料是否完全燃烧无关，因此燃油的热值不变。 6．一辆发动机功率为23kW的小汽车，在水平路面上匀速行驶72km用时1h，消耗了6kg汽油，则6kg汽油完全燃烧所放出的热量为 J，该汽车发动机的效率是 。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】 2.76×108 30% 【详解】[1]6kg汽油完全燃烧所放出的热量 [2]汽车发动机的功率P=23kW=2.3×104W 汽车行驶的时间t=1h=3600s 汽车发动机做的功W=Pt=2.3×104W×3600s=8.28×107J 汽车发动机的效率 7．在热机的各种热损失中， 带走的能量最多，设法利用这些能量，是提高热机 的重要措施。 【答案】 废气 效率 【详解】[1][2]从内燃机的能流图中获知，在热机的各种热损失中，能量损失最多的是废气带走的内能；因此，提高热机效率应从减少废气内能损失入手。 8．航母舰载机即将起飞前，向后喷射出高温高速燃气流。为了避免对舰上人员及其它器材造成危害，甲板上安装有偏流板（如图），燃料燃烧发生的能量转化是 ，制作偏流板材料的熔点应较 （选填“高”或“低”）。 【答案】 化学能转为内能 高 【详解】[1]燃料燃烧时，将储存的化学能转为内能，从而放出热量。 [2]飞机起飞时向后喷射出高温高速燃气流，为了防止偏流板被高温熔化，故制作偏流板材料的熔点应较高。 二、单选题 9．以下说法中正确的是（　　） A．同一物体，温度越高所含的热量越多 B．燃料无法完全燃烧时，其热值会变小 C．两种燃料完全燃烧时，热值较大的燃料释放的热量较多 D．两物体发生热传递时，能量传递的方向与物体内能的大小无关 【答案】D 【详解】A．热量是热传递过程中内能变化的量度，是一个过程量，不能说物体“含有”热量。故A错误； B．热值是燃料的固有属性，燃料是否完全燃烧会影响实际释放的热量，但不会改变其热值。故B错误； C．燃料完全燃烧时释放的热量Q=mq，由公式可知，热值较大的燃料在相同质量下完全燃烧释放的热量较多，由于燃料质量未知，热值大的燃料释放的热量不一定多。故C错误； D．热传递的方向由温度差决定，能量总是从高温物体传递到低温物体。 内能的大小与物体的质量、温度、状态等因素有关，但热传递的方向仅取决于温度差。 故D正确。 故选D。 10．长征八号是新一代中型低温液体运载火箭，二级动力采用液氢液氧发动机。主要原因是液氢燃料具有较大的（　　） A．热值 B．内能 C．比热容 D．密度 【答案】A 【详解】热值是燃料本身的一种特性，液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的不同燃料，燃料的热值越大，放出的热量越多，所以火箭一般选择液态氢作为燃料就是因为液态氢具有较大的热值，故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 11．质量为1kg的甲、乙、丙三种燃料，温度都升高时，吸收热量如图1，完全燃烧放出的热量如图2，下列说法正确的是（　　） A．甲的热值小于乙 B．乙的比热容大于丙 C．甲、乙燃料的温度都降低1℃时，甲放出的热量多 D．完全燃烧2kg的甲燃料放出的热量是4.2×104J 【答案】B 【详解】A．据图2可知，质量相同的甲乙两燃料，完全燃烧，甲放出的热量大于乙放出的热量，根据可知，甲的热值大于乙的热值，故A错误； B．质量相同的乙丙两物质，升高相同的温度，即1℃，乙物质吸收的热量大于丙物质吸收的热量，根据可知，乙物质的比热容大于丙物质的比热容，故B正确； C．据图1可知，质量相同的甲、乙燃料升高相同的温度，乙物质吸收的热量大于甲物质吸收的热量，说明乙物质的比热容大，则都降低1℃时，根据可知，乙物质放出的热量大于甲物质放出的热量，故C错误； D．据图2可知，完全燃烧1kg甲物质放出的热量为，则完全燃烧2kg的甲燃料放出的热量是，故D错误。 故选B。 12．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是，烧杯内的液体质量和初温也相同，烧杯内液体加热后均未沸腾，下列关于实验说法中正确的是（　　） A．比较不同燃料的热值应选择图甲和图乙进行实验，并控制燃料燃烧时间相同 B．比较不同物质吸热升温的特点应选图甲、丙进行实验，燃料燃烧完全后读出温度计示数 C．比较不同物质吸热升温的特点实验，吸热的多少通过加热时间反映 D．比较不同燃料热值和不同物质吸热的多少均可通过液体升高的温度反映 【答案】C 【详解】A．为了比较不同燃料的热值，要用相同质量的不同燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，故应选择甲、乙两图进行实验，燃料燃烧放出热量的多少，是通过温度计示数的变化来反映的，故A错误； BC．比较不同物质吸热升温的特点时，需要用相同的加热器加热质量和初温相同的不同种类的物体，所以应对比甲、丙两图；我们使用相同的热源通过加热时间的长短来比较吸热多少，故B错误，C正确； D．“探究不同物质吸热升温的现象”，在燃烧皿中放入同种燃料，用秒表记录加热时间，用加热时间反映液体吸热的多少；“比较质量相等的不同燃料燃烧放出的热量”，在燃烧皿中放入不同燃料，燃料充分燃烧完后，用温度计记录烧杯中液体的温度，燃料燃烧放出热量的多少，是通过温度计示数的变化来反映的，故D错误。 故选C。 13．在日常生活中，我们使用的汽车内燃机将燃料的化学能进行转化。如图所示，燃料的化学能一部分转化为有用机械能，另一部分去向未知（图中“？”处）。以下关于汽车内燃机能量转化的说法正确的是（　　） A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量增大“？”处能量的损耗 B．冬天汽车刚启动时，“？”处能量中废气带走的热量相对更多 C．汽车长时间高速行驶时，“？”处能量中克服机械摩擦消耗的能量会减少 D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小都不变 【答案】B 【详解】A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量减小“？”处能量的损耗，增大有用机械能占燃料化学能的比例，故A错误； B．冬天汽车刚启动时发动机温度低、燃烧不完全，“？”处能量中废气带走的热量相对更多，故B正确； C．汽车长时间高速行驶时，克服机械摩擦的能量会减少，没有根据，通常随转速升高机械摩擦也会增大，故C错误； D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小会改变，故D错误。 故选B。 14．关于热值和热机，下列说法正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B．使燃料燃烧更充分，不能提高热机效率 C．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D．改进技术后，热机的效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．热值是燃料的一种属性，与燃料的各类有关，与燃烧是否充分无关，故A错误； B．使燃料燃烧更充分，消耗相同质量的燃料时，能放出更多的能量，用来做有用功的能量更多，有用功与消耗燃料完全燃烧所放出能量比值越大，热机效率越高。故B错误； C．汽油机和柴油机都是只在做功冲程获得动力，除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的，故C正确； D．热机在工作时不可避免地有能量的损耗与散失，故热机的效率不可能达到100%，故D错误。 故选C。 15．有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 【答案】C 【详解】A．如果尾气颜色发黑，说明燃料燃烧不充分，有碳粒等未完全燃烧的产物排出，这会导致柴油机的效率降低。因此，观察尾气的颜色是否发黑是一个可靠的判断方式。故A不符合题意； B．如果尾气中柴油味浓，说明燃料没有充分燃烧，有较多的柴油以气态形式排出，这同样会导致柴油机的效率降低。因此，闻尾气中柴油味的浓淡也是一个可靠的判断方式。故B不符合题意； C．柴油机的外观干净与否，主要与其维护情况、使用环境等因素有关，而与燃料的燃烧效率没有直接关系。因此，观察柴油机外观是否干净并不是一个可靠的判断柴油机效率的方式。故C符合题意； D．如果排气管附近温度高，说明柴油机在工作过程中有较多的热能以热辐射的形式散失到环境中，这会导致柴油机的效率降低。因此，感受排气管附近温度的高低也是一个可靠的判断方式。故D不符合题意。 故选C。 16．现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 【答案】D 【详解】A．热机是将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，故A正确，不符合题意； B．以天然气为燃料时，仍有热量散失，仍需克服摩擦力做额外功，发动机的机械效率不可能达到100%，故B正确，不符合题意； C．未充分燃烧的废气排放到空气中会造成空气污染物，提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染，故C正确，不符合题意； D．在做功冲程中，燃料燃烧产生的气体对外做功，温度降低，内能减少，故D错误，符合题意。 故选D。 三、实验题 17．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。 (1)由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的 来反映燃料 燃烧放出的 。 (2)如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 。 (3)小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片。 ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。 ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。 小红认为上述操作中，操作 是错误的。 (4)小明根据正确操作完成了实验，读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明酒精的热值 ；小华根据正确的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 【答案】(1) 质量 温度 完全 热量 (2)温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中 (3)② (4) 大 见解析 【详解】（1）[1][2]由Q放=mq可知，燃料充分燃烧放出热量的多少与燃料的种类和燃料的质量有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的质量相同。 [3][4]为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量。 （2）用液体温度计测量液体的温度时，玻璃泡要与待测液体充分接触，不能碰到容器的底部和侧壁。如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中。 （3）实验过程中要控制完全燃烧燃料的质量相同，燃烧时间相同并不能保证燃烧燃料的质量相同，所以保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数的操作是错误，即操作②是错误的。 （4）[1]读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明在质量相同时酒精放出的热量较多，由Q放=mq知道，酒精的热值大于碎纸片的热值。 [2]由于燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸收了部分热量，使Q放大于Q吸，根据计算出燃料的热值比实际的热值要偏小些。 四、计算题 18．国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 【答案】(1)6.72×105J (2)1.92×106J (3)35% 【详解】（1）水吸收的热量Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣20℃）＝6.72×105J （2）天然气完全燃烧放出的热量Q放＝qV＝4.0×107J/m3×0.048m3＝1.92×106J （3）天然气灶的效率 19．小军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甲所示。某段时间内，汽车消耗了500g汽油，若汽油的热值q＝4.6×107J/kg。请完成以下问题： （1）该汽车发动机的热机效率为 _____；图乙所示为汽油机的 _____冲程。 （2）这段时间内汽油完全燃烧放出的热量为多少？ （3）这段时间内冷却水吸收的热量是多少？ （4）发动机用循环流动的水冷却气缸。若流入气缸周围的冷却水温度是65℃，从气缸周围流出的冷却水温度是80℃，则这段时间内流过气缸周围的冷却水质量是多少？[结果保留整数，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】（1）31%，做功；（2）2.3×107J；（3） 6.9×106J ；（4）110kg. 【详解】（1）该汽车发动机的热机效率为 η=1-33%-30%-6%=31% 根据图乙可知，汽油机两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程。 （2）汽油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J （3）这段时间内冷却水吸收的热量 Q吸=Q放×30%=2.3×107J×30%=6.9×106J （4）这段时间内流过气缸周围的冷却水质量 m′= = = 110kg 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第14章第4节 跨学科：热机效率与环境保护 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：7大核心考点精准练 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 （学习目标：1. 建立燃料热值的概念，能根据燃料的热值计算一定质量的燃料完全燃烧所释放的能量。2. 能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向，对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的有效途径。3. 能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响。） 知识点1 燃料的热值 1.定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 2.单位：J/kg或J/m3 3.物理意义：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，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。 4.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 5.酒精的热值是3.0×107J/kg表示： 1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。 6.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 7.火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 8.炉子的效率： （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因： A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （4）提高炉子效率的方法： A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 知识点2 热机效率和环境保护 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机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。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 知识点3 环境保护 1.带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 教材习题01 查阅资料并比较，质量为1kg的煤、石油和木炭完全燃 ，释放的热量分别是多少？谁的热值更大？ 解析： 石油及其制品的整体热值相对较高，煤炭的热值因种类不同有所波动，木炭的热值处于煤和石油之间。 【答案】见解析。 教材习题02 为区分优质煤粉与掺杂了矸石粉末的劣质煤粉，最恰当的方法是检测下列物理量中的哪个？请说明理由。（   ） A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 解析： 掺人矸石的煤的热值减小，因此相同质量的煤燃烧时放出的热量就少，故可用检测热值的方法检验优质煤中是否掺人了矸石。 【答案】A。 教材习题03 现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有（   ）。 A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点 解析： 液态氢的热值大，因此相同质量的情况下，它放出的热量多。 【答案】C。 教材习题04 下列与火箭燃料有关的说法中，正确的是（ ）。 A. 火箭燃料燃烧越充分，其热值越大 B.燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高 C.燃料用了一部分后，质量变小，热值变小 D. 火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程类似 解析： A、C:热值只与燃料的种类有关。B.热机效率大小取决于做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。D.火箭发射升空时内能转化为机械能，所以和做功冲程类似。 【答案】D。 教材习题05 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中，正确的是（ A. 尽量减少热机内部各部伴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 解析： A．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减少热量的损失，提高效率；C.热机在工作过程中不可避免地存在能量的损失，所以热机效率永远要小于100%；D.柴油机的效率一般30--35%.;汽油机的效率一般25-30%。 【答案】A。 教材习题06 干木柴的热值是1.2×10'J/kg，它的物理意义是的干木柴完全燃烧，能放出 J。 解析： 表示1kg干木柴完全燃烧时放出的热量是1.2×107J。 【答案】1.2×107J。。 教材习题07 热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，并且会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，同时指出可能造成哪些环境污染。 解析： 能量损失的形式：①燃料很难完全燃烧，燃料的化学能不能全部释放；②废气排出带走能量；③由于机械传动等，克服摩擦消耗能量；④机械传热损失能量。 热机造成的环境污染有废气污染与噪声污染。 【答案】见解析。 / 考点一 燃料的热值 1．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1kg焦炭能放出的热量 2．水约占人体体重的60%~70%，有助于调节体温，原因之一是水具有较大的（　　） A．热值 B．密度 C．温度 D．比热容 3．我国北方某地最低气温曾达到，当地多使用酒精温度计，这是利用了酒精的（    ） A．热值高 B．比热容大 C．沸点低 D．凝固点低 4．如果完全燃烧500g汽油放出的热量是 J。（汽油的热值是4.6107J/kg） 考点二 热机效率 1．完全燃烧0.1m3的天然气放出的热量是 J；若这些热量的20%被4kg的液体吸收，使其温度升高50℃，则该液体的比热容是 J/(kg·℃)（q天然气=3.0×107J/m3） 2．汽油机在 冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油（汽油的热值取）。 3．关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A.在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多； B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高； C.热机的效率越高说明做功越快； D.热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的 4．小叶看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是很想了解油的吸热能力。在老师指导下，他用酒精灯分别加热质量为50g、初温为20℃的油和水，记录的相关数据如下表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。说法正确的是（ ） 物质种类 加热时间（min） 消耗酒精（g） 末温（℃） 油 2 1 88 水 2 1 50 A．2min内油吸收的热量为3×104J B．他使用的酒精灯的加热效率为21% C．油的末温比水的高，所以吸热能力更强 D．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关 5．如图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全。为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）若固体酒精完全燃烧，则放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）小明测得固体酒精炉的热效率是多大？ （4）请写出固体酒精炉热效率不高的一个原因。    知识导图记忆 核心知识目标复核 1．热值的概念、意义、单位、影响因素、计算。 2．热机的能量流向图、热机效率定义、公式、提高方法。 3．燃料燃烧和热机利用对环境的影响。 一、填空题 1．如图所示，2023年12月15日21时41分，“长征5号”遥六运载火箭把遥感四十一号卫星顺利送入预定轨道。火箭使用的燃料液态氢具有较大的 （选填“比热容”或“热值”），火箭向下喷气获得动力的能量转化过程与如图所示内燃机 （选填“乙”“丙”“丁”或“戊”）冲程相似。 2．用天然气灶给5kg的水加热，水温从20℃上升到80℃用时6min，燃烧了的天然气，这一过程中水吸收的热量是 J，天然气完全燃烧释放的热量为 J。〔天然气的热值为，水的比热容为〕 3．如图是同学们设计的“探究酒精、煤油热值”的实验装置。甲、乙装置完全相同，甲乙装置中水的质量和初温相同，酒精的质量 煤油的质量。燃料完全燃尽后，测得水的末温（均未达到沸点），则 。 4．汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 （选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 。 5．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 （选填“升高”“降低”或“不变”），燃油的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 6．一辆发动机功率为23kW的小汽车，在水平路面上匀速行驶72km用时1h，消耗了6kg汽油，则6kg汽油完全燃烧所放出的热量为 J，该汽车发动机的效率是 。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 7．在热机的各种热损失中， 带走的能量最多，设法利用这些能量，是提高热机 的重要措施。 8．航母舰载机即将起飞前，向后喷射出高温高速燃气流。为了避免对舰上人员及其它器材造成危害，甲板上安装有偏流板（如图），燃料燃烧发生的能量转化是 ，制作偏流板材料的熔点应较 （选填“高”或“低”）。 二、单选题 9．以下说法中正确的是（　　） A．同一物体，温度越高所含的热量越多 B．燃料无法完全燃烧时，其热值会变小 C．两种燃料完全燃烧时，热值较大的燃料释放的热量较多 D．两物体发生热传递时，能量传递的方向与物体内能的大小无关 10．长征八号是新一代中型低温液体运载火箭，二级动力采用液氢液氧发动机。主要原因是液氢燃料具有较大的（　　） A．热值 B．内能 C．比热容 D．密度 11．质量为1kg的甲、乙、丙三种燃料，温度都升高时，吸收热量如图1，完全燃烧放出的热量如图2，下列说法正确的是（　　） A．甲的热值小于乙 B．乙的比热容大于丙 C．甲、乙燃料的温度都降低1℃时，甲放出的热量多 D．完全燃烧2kg的甲燃料放出的热量是4.2×104J 12．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是，烧杯内的液体质量和初温也相同，烧杯内液体加热后均未沸腾，下列关于实验说法中正确的是（　　） A．比较不同燃料的热值应选择图甲和图乙进行实验，并控制燃料燃烧时间相同 B．比较不同物质吸热升温的特点应选图甲、丙进行实验，燃料燃烧完全后读出温度计示数 C．比较不同物质吸热升温的特点实验，吸热的多少通过加热时间反映 D．比较不同燃料热值和不同物质吸热的多少均可通过液体升高的温度反映 13．在日常生活中，我们使用的汽车内燃机将燃料的化学能进行转化。如图所示，燃料的化学能一部分转化为有用机械能，另一部分去向未知（图中“？”处）。以下关于汽车内燃机能量转化的说法正确的是（　　） A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量增大“？”处能量的损耗 B．冬天汽车刚启动时，“？”处能量中废气带走的热量相对更多 C．汽车长时间高速行驶时，“？”处能量中克服机械摩擦消耗的能量会减少 D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小都不变 14．关于热值和热机，下列说法正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B．使燃料燃烧更充分，不能提高热机效率 C．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D．改进技术后，热机的效率可以达到100% 15．有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 16．现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 三、实验题 17．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。 (1)由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的 来反映燃料 燃烧放出的 。 (2)如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 。 (3)小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片。 ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。 ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。 小红认为上述操作中，操作 是错误的。 (4)小明根据正确操作完成了实验，读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明酒精的热值 ；小华根据正确的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 四、计算题 18．国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 19．小军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甲所示。某段时间内，汽车消耗了500g汽油，若汽油的热值q＝4.6×107J/kg。请完成以下问题： （1）该汽车发动机的热机效率为 _____；图乙所示为汽油机的 _____冲程。 （2）这段时间内汽油完全燃烧放出的热量为多少？ （3）这段时间内冷却水吸收的热量是多少？ （4）发动机用循环流动的水冷却气缸。若流入气缸周围的冷却水温度是65℃，从气缸周围流出的冷却水温度是80℃，则这段时间内流过气缸周围的冷却水质量是多少？[结果保留整数，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)] 2 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $$