10.4 热机的效率（分层作业）----2025-2026学年沪科版（五四学制）物理九年级上学期

10.4 热机的效率 目录 题型分组基础练 2 题型01 热值的概念、单位和物理意义 2 题型02 热值的公式及相关计算 3 题型03 热机效率的概念 4 题型04 热机效率的计算 6 题型05 比热容、热值、热效率、压强、功的综合计算 8 巩固提高综合练 10 题型分组基础练 题型01 热值的概念、单位和物理意义 1. 煤炭被称为“黑色的金子”，我国在西汉时期最早开采和使用，至今煤炭仍是一种重要的能源，为判断煤炭燃烧品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的 （选填“比热容”“密度”或“热值”）。 【答案】热值 【详解】热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，反映了燃料燃烧放热的本领，因此判断煤炭品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的热值。 2. 汽油的热值为4.6×107J/kg，它的物理含义是完全燃烧 的汽油，放出的热量为4.6×107J。若质量为5kg的汽油燃烧一半，则剩余汽油的热值为 。 【答案】 1kg 4.6×107J/kg 【详解】[1]热值的物理意义是：质量为1kg的某种燃料完全燃烧时所放出的热量叫做这种物质的热值。所以汽油的热值为4.6×107J／kg，它的物理含义是完全燃烧1kg的汽油放出的热量为4.6×107J。 [2]热值是燃料的一种属性，与质量、体积无关，所以若质量为5kg的汽油燃烧一半，则剩余汽油的热值不变，仍为4.6×107J/kg。 3．北京时间2024年4月25日20时59分，我国在酒泉卫星发射中心，用长征二号F遥十八运载火箭搭载神舟十八号载人飞船成功发射（如图），神舟十八号携带叶光富、李聪和李广苏等3名宇航员前往空间站执行约6个月驻留任务。该火箭使用的一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　） A．比热容 B．热值 C．密度 D．体积 【答案】B 【详解】火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，主要的原因是它具有较大的热值，完全燃烧相同质量的不同燃料时，偏二甲肼可以释放出更多的热量，故B符合题意，ACD不符合题意。故选B。 4. 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。下表是一些燃料的热值。下列选项正确的是（　　） A．0.5kg的汽油的热值是2.3×107 J/kg B．热值为3.0×107 J/kg的燃料一定是酒精 C．燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大 D．0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107 J 燃料 热值 燃料 热值 焦炭 3.0×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg 酒精 3.0×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的一种特性，其大小与其质量大小无关；所以0.5kg的汽油的热值还是4.6×107 J/kg，故A错误； B．由表中数据可知，焦炭和酒精的热值相同，为3.0×107 J/kg，所以热值为3.0×107 J/kg的燃料不一定是酒精，故B错误； C．某种燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比叫热值，燃料不完全燃烧时放出的热量不是热值，故C错误； D．0.5kg汽油完全燃烧放出的热量 故D正确。故选D。 题型02 热值的公式及相关计算 5. 关于q=Q/m的理解，下列说法中正确的是（　　） A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 【答案】D 【详解】A．热值是质量为1kg的燃料完全燃烧时所释放出的热量，热值是燃料本身的特性，与热量无关，故A错误； B．热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故B错误； C．热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，故C错误； D．热值是由燃料本身特性决定的，与燃料是否充分燃烧无关，故D正确。故选D。 6．诗人陆游的笔记中曾记载如图所示的省油灯，灯油燃烧时灯油质量在不断减小，热值 （选填“变大”、“不变”或“变小”）；夹层注水，利用水的 大的特点，降低油温，减少了油的蒸发，达省油目的。 【答案】 不变 比热容 【详解】[1]热值是燃料的一种属性，不随质量的变化而改变，故灯油质量减小，热值不变。 [2]由于水的比热容大，吸热能力强，相同情况下吸收的热量多，且温度变化量小，可以有效降低油的温度，减慢油的蒸发，达省油目的。 7．秸秆可以回收加工制成秸秆煤，已知秸秆煤的热值q秸秆煤=2.1×107J/kg，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3。求： （1）完全燃烧0.5kg的秸秆煤放出的热量？ （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积？ 【答案】（1）1.05×107J；（2）0.25m3 【详解】（1）完全燃烧秸秆煤放出的热量 Q放=m煤q秸秆煤=0.5kg×2.1×107J/kg=1.05×107J （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积为 8. 煤气已经成为城市居民重要的生活燃料之一，请根据下列问题进行解答： （1）已知煤气的热值为4.0×107J/m3，请描述它的物理意义是什么； （2）若完全燃烧0.042m3的煤气，可以放出的热量是多少； （3）若这些热量完全被水吸收，可以使初温为20℃，质量为5kg的水升高多少℃？ 【答案】（1）见解析；（2）1.68×106J；（3）80℃ 【详解】（1）煤气的热值为4.0×107J/m3，它表示的物理意义是1m3的煤气完全燃烧时所释放出的热量是4.0×107J； （2）0.042m3煤气完全燃烧放出的热量 （3）若这些热量完全被水吸收，则 水升高的温度 答：（1）煤气的热值为4.0×107J/m3，它的物理意义是1m3的煤气完全燃烧时，所释放出的热量是4.0×107J； （2）若完全燃烧0.042m3的煤气，可以放出的热量是1.68×106J； （3）若这些热量完全被水吸收，可以使初温为20℃，质量为5kg的水升高80℃。 题型03 热机效率的概念 9. 热机工作时，用来做 的那部分能量与燃料 放出的热量之比，叫做热机的效率。 【答案】 有用功 完全燃烧 【详解】热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。 10. 2024年5月3日，长征五号运载火箭成功将探月工程嫦娥六号送入预定轨道。火箭利用氢作为燃料，是因为其 大且密度小的物理性质；一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占，废气带走的能量占，摩擦等机械损耗占，则这台内燃机的效率为 %。 【答案】 热值 35 【详解】氢的热值较大，相同条件下燃烧放出的热量较多，所以火箭利用氢作为燃料。 这台内燃机的效率为 11．甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（　　） A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多 B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大 C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多 D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多 【答案】D 【详解】A．做功的多少与功率和做功的时间有关系，与其效率无关，故A错误； B．效率表示功的利用率；功率表示做功快慢，这两个物理量是没有必然的联系的。故B错误； C．汽油机燃烧汽油的多少与功率和效率都有关系，其主要与汽油机的功率有关，故C错误； D．甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多，即输出的能量多，故D正确。 故选D。 12. 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 【答案】A 【详解】A．如图甲所示，进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，气体温度升高，这是汽油机的压缩冲程，故A正确； B．由乙图可知该汽油机的效率为η=100%-6%-30%-36%=28%，故B错误； CD．热值是燃料完全燃烧时的放出的热量和质量之比，燃料的热值只与燃料的种类和状态有关，与燃料是否完全燃烧无关，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的利用率，不会降低燃料的热值；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利用率，不能提高燃料的热值，故CD错误。 故选A。 题型04 热机效率的计算 13. 小明的爸爸开车送小明去学校，到达学校时消耗汽油4kg，汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 ，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车输出的有用功为 J。（已知q汽油=4×107J/kg）    【答案】 30% 1.6×108 4.8×107 【详解】汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 汽油完全燃烧放出的热量为 汽车输出的有用功为 14. 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4.6×107J/kg）。 【答案】 做功 2 【详解】汽油机在做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压的燃气推动活塞，将内能转化为机械能。 汽油完全燃烧放出的热量为 则汽油的质量为 15. 用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）2kg煤气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 【答案】（1）8.4×107J；（2）4.2×107J；（3）50%。 【解析】（1）2kg煤气完全燃烧放出的热量 Q放=mq=2kg×4.2×107J/kg=8.4×107J （2）水吸收的热量 Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg·℃）×200kg×（70℃-20℃）=4.2×107J （3）燃气灶烧水的效率 η＝= =50% 16. 运-20是我国自主研发的大型远程战略军用运输机，大幅提升了空军战略投送能力。若运-20在某次高空飞行中以恒定的1.6×106N的推力沿水平方向匀速航行10km，消耗航空煤油800kg，已知航空煤油的热值为4×107J/kg。求： （1）800kg航空煤油完全燃烧放出的热量； （2）在这次航行中，发动机的效率。 【答案】（1）3.2×1010J；（2）50% 【详解】（1）根据公式Q放=mq可知，煤油完全燃烧放出的热量为 （2）根据公式W=Fs可知，飞机发动机做的功为 飞机发动机的效率为 题型05 比热容、热值、热效率、功的综合计算 17. 目前，氢能正逐渐应用在工业能源建筑、交通等领域。氢能源作为新型能源，人们看重了其 （选填“热值”或“比热容”）大，具有巨大开发潜力。如图所示是某品牌氢能自行车，一次性充满0.02kg氢气，能在平直公路匀速骑行5.6×104m，骑行时阻力为40N。则此过程中，氢气完全燃烧产生的热量是 J，氢气的利用效率是 （q氢=1.4×108J/kg）。 【答案】 热值 2.8×106 80% 【详解】氢能源作为新能源，是由于氢的热值大，在完全燃烧相同质量的燃料时，氢放出的热量多。 根据Q放=mq可得，氢气完全燃烧产生的热量是 根据题意可知，氢能自行车牵引力所做的有用功为W=Fs=40N×5.6×104m=2.24×106J 则氢气的利用效率为 18. 2024年4月，两辆氢能源汽车实现了从北京到上海1500公里长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。如图所示是某款氢能源汽车，该款氢能源汽车在公路上行驶30km，用时0.4h，受到的牵引力为 1.4×103N，消耗氢气0.8kg，则此过程中汽车行驶的平均速度为 km/h，氢气燃烧放出的热量为 J，利用氢能的效率为 。（氢气的热值为1.4×108J/kg） 【答案】 75 1.12×108 37.5% 【详解】汽车行驶的平均速度为 氢气燃烧放出的热量为 牵引力做功为 则利用氢能的效率为 19. 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 20. 一台小汽车的发动机的效率是40%，这台小汽车在一次行驶中，用去2kg汽油。求： （1）2kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？（所用汽油的热值为4.5×107J/kg） （2）发动机做了多少有用功？ （3）若将小汽车发动机的效率提高10%，其他性能不变，则在上述的行驶中可以节约多少kg的汽油？ 【答案】（1）9×107J；（2）3.6×107J；（3）0.4kg 【详解】（1）2kg汽油完全燃烧放出的热量 （2）由η＝可知，发动机所做的有用功 （3）根据题意可知，效率提高10%后，小汽车发动机的效率是 由η＝可知，效率提高后汽油完全燃烧放出的热量 由Q放=mq可知，效率提高后消耗的汽油质量 上述的行驶中可以节约汽油的质量 答：（1）2kg汽油完全燃烧放出的热量是9×107J；（2）发动机做了3.6×107J的有用功； （3）若将小汽车发动机的效率提高10%，其他性能不变，则在上述的行驶中可以节约0.4kg的汽油。 巩固提高综合练 21. 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 【详解】由于完全燃烧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，即相同质量的液态氢和汽油完全燃烧，液态氢能放出更多的热量，所以液态氢比汽油的热值大，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。 22. 内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈（q汽油=4.6×107J/m3），则下列说法正确的是（　　） A．图中所示冲程是做功冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为6.9×107J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 【答案】B 【详解】A．图中所示冲程两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A错误； B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为 故B正确； C．飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D．由η＝得，汽油机消耗的燃料越少，完全燃烧释放的热量越少，做的有用功不知，无法比较效率高低，故D错误。 故选B。 23．2024世界内燃机大会上，潍柴动力发布了由我国自主研制全球首款热机效率为53.09%的柴油机，创造了当今世界内燃机领域最高的热机效率，下表是四款柴油机的效率。柴油的热直为，下列说法正确的是（　　） 柴油机型号 初代柴油机 潍柴动力柴油机 2020年 2022年11月 2024年 热机效率 约38% 50.23% 52.28% 53.09% A．随着科技发展，柴油机效率可以达到100% B．初代柴油机废气带走的能量一定比潍柴动力柴油机多 C．2024年潍柴动力柴油机消耗1kg的柴油，输出的有用功约为 D．若四款柴油机输出的有用功相同，则初代柴油机消耗的柴油最多 【答案】D 【详解】A．热机在工作时不可避免地有能量的损耗与散失，所以柴油机的效率不可能达到100%，故A错误； B．由于不知道完全燃烧柴油的质量，因此无法确定废气带走的能量多少，故B错误； C．1kg的柴油完全燃烧放出的热量为 由表中数据知道，2024年潍柴动力柴油机的效率为53.09%，则输出的有用功约为 故C错误； D．做同样的功，内燃机效率越低，则柴油完全燃烧放出的热量越多，由Q放＝mq知道，消耗的柴油越多，故D正确。故选D。 24. 涡扇喷气式发动机是现代飞机“心脏”，是热机的一种，其关键材料耐高温。如图所示，发动机结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮机、喷口五部分组成。其中压气机压缩空气，燃烧室喷油与高压空气混合燃烧产生高温高压燃气，推动涡轮机转动并从喷口喷出。下列关于涡扇喷气式发动机的说法不正确的是（　　） A．发动机内部耐高温的材料具有熔点高的特点 B．吸入发动机的空气被压缩机压缩后内能增大 C．发动机内，燃料和压缩空气混合后燃料的热值增大 D．高温高压的燃气经过涡轮机后燃气的内能减小，温度降低 【答案】C 【详解】A．发动机内部耐高温的材料防止因高温熔化，因此应选用熔点高的材料，故A正确，不符合题意； B．吸入发动机的空气被压缩机压缩，压缩机对空气做功，使空气的内能增加，故B正确，不符合题意； C．热值是燃料的属性，与是否加入空气无关，故C错误，符合题意； D．高温高压的燃气经过涡轮机对外做功，内能会减小，温度降低，故D正确，不符合题意。 故选C。 25. 如图是内燃机中工作过程中的能流图。 （1）图中“1”处的能量形式为 ___________； （2）若图中“2”和“3”处的能量分别占总能量的16%和52%，则该内燃机的效率为_____； （3）若该内燃机一年消耗燃油的质量为1400kg，内燃机工作时效率在（2）问基础上提高3%，则效率提高后，该内燃机一年可节约燃油的质量为 ___________。 【答案】（1）燃料的化学能； （2）32%；（3）120kg. 【解析】（1）内燃机是将燃料的化学能转化为内能的装置，图中“1”处的能量形式为燃料的化学能。 （2）热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，由题意知，内燃机的热机效率η＝100%﹣16%﹣52%＝32% （3）内燃机效率提高3%，即η＝32%+3%＝35% 因为η＝＝ 所以W有用＝ηqm 内燃机效率提高后有用功是相同的，即η1qm1=η2qm2 内燃机需要的燃油质量为 m2=＝=1280kg 该内燃机一年可节约燃油的质量∆m= m1-m2=120kg 26．如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明 （选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速 （选填“大”“小”），压强 （选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有密度为1.0×103kg/m3、质量为2kg的水，则壶中水的体积为 m3。根据Q=qV，若天然气的热值q=4.2×107J/m3，完全燃烧V=1.0×10-2m3的天然气放出热量为 J，其中1.68×105J的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103J/（kg·℃），则水的温度升高了 ℃。 【答案】 分子做无规则运动 大 小于 2×10-3 4.2×105 20 【详解】（1）拧动点火装置，若燃气未点燃，臭味分子通过空气传到人的鼻子，使人闻到臭味，这是一种扩散现象，表明分子做无规则运动。 （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，是因为天然气喷入后，进口处的空气流速增大，压强减小，小于大气压，在大气压的作用下不会外泄。 （3）壶中水的体积为 根据Q=qV，若天然气的热值4.2×107J/m3，完全燃烧1.0×10-2m3的天然气放出热量为 水的温度升高了 27. 随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。 （1）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 （选填“升高”、“不变”或“降低”）； （2）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程； （3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定数“能量转化效率”由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ； （4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放 ，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，请你写出一条措施： 。 【答案】（1）降低；（2）15；（3）12.5%；（4）废气 见解析 【详解】（1）汽油在发动机内燃烧不充分时消耗燃料质量增加，由Q放=mq可知，消耗燃料将会增加，又根据η＝可得，有用功的占比下降，故热机的机械效率降低。 （2）单缸四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程有对外做功。已知四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min=30r/s 则此汽油机每秒转30圈，可完成15个工作循环，对外做功15次。 （3）由题意知，汽车的能量转化效率为 （4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放废气，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，给机器加润滑油，减少有害摩擦；改进油箱的密闭性，减少蒸发损耗；减少化石燃料的使用等。 28. 北京冬奥会上使用的氢燃料电池汽车，是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能E电的80%用于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（请写出计算推理过程） （1）求此过程中产生的电能E？ （2）燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在气缸内完全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值取。 ①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量？ ②已知每加注1kg汽油所需的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下：请判断乙车能否到达B地？ 【答案】（1）1.125×108J；（2）①3×108J；②不能 【详解】（1）由二力平衡条件可知，汽车匀速行驶时的牵引力为F=f=1000N 汽车行驶的路成为sAB＝vt＝90km/h×1h＝90km＝90000m 汽车牵引力做的功为 此过程中产生的电能为 （2）①乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量为 ②由每加注1kg氢燃料所需的费用为30元可知，消耗0.8kg氢燃料的费用为 乙车到达B地需要燃烧的汽油质量为 由每加注1kg汽油所需的费用为12元可知，乙车到达B地需要的花费 因此乙车不能到达B地。 29. 阅读下列材料，并解答问题： “可燃冰”被视为21世纪的新型绿色能源。科学家估计，全球海洋底部可燃冰分布的范围约4000万平方公里，储量可供人类使用约1000年。我国南海海底存储着丰富的可燃冰资源，已经查明的储量相当于目前陆上石油、天然气资源量总数的三分之一。 可燃冰的主要成分是甲烷，1m3可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水，已知甲烷气体的热值为3.6×107 J/m3。 桂林市新开通的301路公交车，使用LNG天然液化气为燃料，这种燃料的主要成分就是甲烷。 如果301路公交车满载乘客时总质量是6000kg，1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量，可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min，行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍，则这段时间内发动机的实际功率和效率各为多大？（请写出计算推理过程） 【答案】6×104W；50%。 【解析】（1）1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧放出热量： Q放＝q甲烷V＝3.6×107J/m3×164m3＝5.904×109J 由题知：t＝1640min＝9.84×104s 发动机的实际功率： P＝＝＝＝6×104W （2）由题知：v＝36km/h＝10m/s，公交车行驶路程： s＝vt＝10m/s×9.84×104s＝9.84×105m， 又因车匀速行驶，所以汽车的牵引力： F＝f＝0.05G车＝0.05mg＝0.05×6000kg×10N/kg＝3×103N， 牵引力做的有用功： W有用＝Fs＝3×103N×9.84×105m＝2.952×109J， 发动机效率：η＝＝＝50% 30. 进入汽车发动机的空气与燃料油的质量比称为空燃比。如图1，可通过监测尾气管中的氧含量来控制喷油，使吸入发动机的空气与燃料恰好完全反应达到最佳空燃比，这样可节约能源，现发动某汽车： （1）汽车在图2压缩冲程时 转化成 （选填“机械能”、“化学能”或“内能”）； （2）该车曲轴每转一圈，进入汽缸的空气质量为1.2g。车匀速直线行驶100m，曲轴转了200圈，车受牵引力为1600N。此过程，求： ①进入汽缸的空气总质量 ； ②牵引力所做的功 。 （3）该车的最佳空燃比为15，求上述过程消耗的燃料油质量； （4）燃料油热值取5×107J/kg，求上述过程发动机的效率。 【答案】（1）机械能，内能；（2）120g，1.6×105J；（3）8g；（4）40% 【详解】（1）在压缩冲程中，活塞压缩混合气体，对气体做功，使气体的内能增大，温度升高，这个过程中活塞的机械能转化为气体的内能。 （2）该车曲轴每转一圈，进入汽缸的空气质量为1.2g；曲轴转两圈完成一个工作循环，有一个吸气冲程，曲轴转200圈完成100次吸气，进入汽缸的空气总质量为 匀速直线行驶100m，车受牵引力为1600N，牵引力所做的功为 （3）进入汽车发动机的空气与燃料油的质量比称为空燃比，该车的最佳空燃比为15，则上述过程消耗的燃料油质量为 （4）上述过程燃料油完全燃烧放出的热量为 上述过程发动机的效率为 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 10.4 热机的效率 目录 题型分组基础练 2 题型01 热值的概念、单位和物理意义 2 题型02 热值的公式及相关计算 3 题型03 热机效率的概念 4 题型04 热机效率的计算 6 题型05 比热容、热值、热效率、压强、功的综合计算 8 巩固提高综合练 10 题型分组基础练 题型01 热值的概念、单位和物理意义 1. 煤炭被称为“黑色的金子”，我国在西汉时期最早开采和使用，至今煤炭仍是一种重要的能源，为判断煤炭燃烧品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的 （选填“比热容”“密度”或“热值”）。 2. 汽油的热值为4.6×107J/kg，它的物理含义是完全燃烧 的汽油，放出的热量为4.6×107J。若质量为5kg的汽油燃烧一半，则剩余汽油的热值为 。 3．北京时间2024年4月25日20时59分，我国在酒泉卫星发射中心，用长征二号F遥十八运载火箭搭载神舟十八号载人飞船成功发射（如图），神舟十八号携带叶光富、李聪和李广苏等3名宇航员前往空间站执行约6个月驻留任务。该火箭使用的一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　） A．比热容 B．热值 C．密度 D．体积 4. 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。下表是一些燃料的热值。下列选项正确的是（　　） A．0.5kg的汽油的热值是2.3×107 J/kg B．热值为3.0×107 J/kg的燃料一定是酒精 C．燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大 D．0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107 J 燃料 热值 燃料 热值 焦炭 3.0×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg 酒精 3.0×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg 题型02 热值的公式及相关计算 5. 关于q=Q/m的理解，下列说法中正确的是（　　） A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 6．诗人陆游的笔记中曾记载如图所示的省油灯，灯油燃烧时灯油质量在不断减小，热值 （选填“变大”、“不变”或“变小”）；夹层注水，利用水的 大的特点，降低油温，减少了油的蒸发，达省油目的。 7．秸秆可以回收加工制成秸秆煤，已知秸秆煤的热值q秸秆煤=2.1×107J/kg，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3。求： （1）完全燃烧0.5kg的秸秆煤放出的热量？ （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积？ 8. 煤气已经成为城市居民重要的生活燃料之一，请根据下列问题进行解答： （1）已知煤气的热值为4.0×107J/m3，请描述它的物理意义是什么； （2）若完全燃烧0.042m3的煤气，可以放出的热量是多少； （3）若这些热量完全被水吸收，可以使初温为20℃，质量为5kg的水升高多少℃？ 题型03 热机效率的概念 9. 热机工作时，用来做 的那部分能量与燃料 放出的热量之比，叫做热机的效率。 10. 2024年5月3日，长征五号运载火箭成功将探月工程嫦娥六号送入预定轨道。火箭利用氢作为燃料，是因为其 大且密度小的物理性质；一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占，废气带走的能量占，摩擦等机械损耗占，则这台内燃机的效率为 %。 11．甲、乙两台汽油机，甲汽油机的效率为30%，乙汽油机的效率为20%，则下列说法正确的是（　　） A．甲汽油机做的功比乙汽油机做的功多 B．甲汽油机的功率比乙汽油机的功率大 C．在相同的时间内甲汽油机燃烧的汽油比乙汽油机的多 D．在消耗相同的汽油时，甲汽油机做的有用功比乙汽油机多 12. 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 题型04 热机效率的计算 13. 小明的爸爸开车送小明去学校，到达学校时消耗汽油4kg，汽车能量流程图如图所示，该汽车的效率为 ，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车输出的有用功为 J。（已知q汽油=4×107J/kg）    14. 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4.6×107J/kg）。 15. 用燃气灶烧水，燃烧2kg的煤气，使200kg的水从20℃升高到70℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）2kg煤气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 16. 运-20是我国自主研发的大型远程战略军用运输机，大幅提升了空军战略投送能力。若运-20在某次高空飞行中以恒定的1.6×106N的推力沿水平方向匀速航行10km，消耗航空煤油800kg，已知航空煤油的热值为4×107J/kg。求： （1）800kg航空煤油完全燃烧放出的热量； （2）在这次航行中，发动机的效率。 题型05 比热容、热值、热效率、功的综合计算 17. 目前，氢能正逐渐应用在工业能源建筑、交通等领域。氢能源作为新型能源，人们看重了其 （选填“热值”或“比热容”）大，具有巨大开发潜力。如图所示是某品牌氢能自行车，一次性充满0.02kg氢气，能在平直公路匀速骑行5.6×104m，骑行时阻力为40N。则此过程中，氢气完全燃烧产生的热量是 J，氢气的利用效率是 （q氢=1.4×108J/kg）。 18. 2024年4月，两辆氢能源汽车实现了从北京到上海1500公里长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。如图所示是某款氢能源汽车，该款氢能源汽车在公路上行驶30km，用时0.4h，受到的牵引力为 1.4×103N，消耗氢气0.8kg，则此过程中汽车行驶的平均速度为 km/h，氢气燃烧放出的热量为 J，利用氢能的效率为 。（氢气的热值为1.4×108J/kg） 19. 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）？ 20. 一台小汽车的发动机的效率是40%，这台小汽车在一次行驶中，用去2kg汽油。求： （1）2kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？（所用汽油的热值为4.5×107J/kg） （2）发动机做了多少有用功？ （3）若将小汽车发动机的效率提高10%，其他性能不变，则在上述的行驶中可以节约多少kg的汽油？ 巩固提高综合练 21. 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 22. 内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈（q汽油=4.6×107J/m3），则下列说法正确的是（　　） A．图中所示冲程是做功冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为6.9×107J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 23．2024世界内燃机大会上，潍柴动力发布了由我国自主研制全球首款热机效率为53.09%的柴油机，创造了当今世界内燃机领域最高的热机效率，下表是四款柴油机的效率。柴油的热直为，下列说法正确的是（　　） 柴油机型号 初代柴油机 潍柴动力柴油机 2020年 2022年11月 2024年 热机效率 约38% 50.23% 52.28% 53.09% A．随着科技发展，柴油机效率可以达到100% B．初代柴油机废气带走的能量一定比潍柴动力柴油机多 C．2024年潍柴动力柴油机消耗1kg的柴油，输出的有用功约为 D．若四款柴油机输出的有用功相同，则初代柴油机消耗的柴油最多 24. 涡扇喷气式发动机是现代飞机“心脏”，是热机的一种，其关键材料耐高温。如图所示，发动机结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮机、喷口五部分组成。其中压气机压缩空气，燃烧室喷油与高压空气混合燃烧产生高温高压燃气，推动涡轮机转动并从喷口喷出。下列关于涡扇喷气式发动机的说法不正确的是（　　） A．发动机内部耐高温的材料具有熔点高的特点 B．吸入发动机的空气被压缩机压缩后内能增大 C．发动机内，燃料和压缩空气混合后燃料的热值增大 D．高温高压的燃气经过涡轮机后燃气的内能减小，温度降低 25. 如图是内燃机中工作过程中的能流图。 （1）图中“1”处的能量形式为 ___________； （2）若图中“2”和“3”处的能量分别占总能量的16%和52%，则该内燃机的效率为_____； （3）若该内燃机一年消耗燃油的质量为1400kg，内燃机工作时效率在（2）问基础上提高3%，则效率提高后，该内燃机一年可节约燃油的质量为 ___________。 26．如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明 （选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速 （选填“大”“小”），压强 （选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有密度为1.0×103kg/m3、质量为2kg的水，则壶中水的体积为 m3。根据Q=qV，若天然气的热值q=4.2×107J/m3，完全燃烧V=1.0×10-2m3的天然气放出热量为 J，其中1.68×105J的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103J/（kg·℃），则水的温度升高了 ℃。 27. 随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。 （1）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 （选填“升高”、“不变”或“降低”）； （2）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程； （3）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定数“能量转化效率”由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ； （4）现代热机的出现，极大地改进了人类的工作方式和生活条件。但是，所有热机工作时都要排放 ，对环境造成污染。为了节能减排和保护环境，请你写出一条措施： 。 28. 北京冬奥会上使用的氢燃料电池汽车，是利用氢与氧发生化学反应产生电能，供给电动机而驱动汽车行驶的。如图所示，该类型汽车甲在平直公路上从A地出发，以90km/h的速度行驶1h到达B地，消耗0.8kg氢燃料，所产生电能E电的80%用于维持汽车匀速行驶，所受阻力为1000N。已知每加注1kg氢燃料所需的费用为30元。（请写出计算推理过程） （1）求此过程中产生的电能E？ （2）燃油汽车乙也在该公路上从A地出发，以90km/h的速度匀速行驶。所受阻力与甲车相同，汽油在气缸内完全燃烧，且燃烧所释放热量的30%用来维持汽车匀速行驶，汽油热值取。 ①求乙车消耗的汽油完全燃烧所放出的热量？ ②已知每加注1kg汽油所需的费用为12元。则在与甲车花费相同燃料费用的情况下：请判断乙车能否到达B地？ 29. 阅读下列材料，并解答问题： “可燃冰”被视为21世纪的新型绿色能源。科学家估计，全球海洋底部可燃冰分布的范围约4000万平方公里，储量可供人类使用约1000年。我国南海海底存储着丰富的可燃冰资源，已经查明的储量相当于目前陆上石油、天然气资源量总数的三分之一。 可燃冰的主要成分是甲烷，1m3可燃冰可转化生成164m3的甲烷气体和0.8m3的水，已知甲烷气体的热值为3.6×107 J/m3。 桂林市新开通的301路公交车，使用LNG天然液化气为燃料，这种燃料的主要成分就是甲烷。 如果301路公交车满载乘客时总质量是6000kg，1m3可燃冰转化生成的甲烷气体完全燃烧产生的能量，可供公交车满载时以36km/h的速度匀速行驶1640min，行驶中公交车受到的平均阻力为车重的0.05倍，则这段时间内发动机的实际功率和效率各为多大？（请写出计算推理过程） 30. 进入汽车发动机的空气与燃料油的质量比称为空燃比。如图1，可通过监测尾气管中的氧含量来控制喷油，使吸入发动机的空气与燃料恰好完全反应达到最佳空燃比，这样可节约能源，现发动某汽车： （1）汽车在图2压缩冲程时 转化成 （选填“机械能”、“化学能”或“内能”）； （2）该车曲轴每转一圈，进入汽缸的空气质量为1.2g。车匀速直线行驶100m，曲轴转了200圈，车受牵引力为1600N。此过程，求： ①进入汽缸的空气总质量 ； ②牵引力所做的功 。 （3）该车的最佳空燃比为15，求上述过程消耗的燃料油质量； （4）燃料油热值取5×107J/kg，求上述过程发动机的效率。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$