第14章 第4节 跨学科：热机效率和环境保护-【通成学典】2025年新教材八年级物理暑期升级训练（沪科版2024）

77 第四节　跨学科：热机效率和环境保护 1. 人们把某种燃料 燃烧释放的热量 与所用燃料的 之比,叫做这种燃料 的热值。热值用字母 表示,在国际 单位制中,热值的单位是 。 2. 质量为m 的燃料完全燃烧释放的热量为 Q放= ;体积为V 的燃料,完全燃烧 释放的热量为Q放= 。 3. 热机运转中,做 功与燃料完全燃烧 所释放能量的比值称为热机效率。公式为 η = 。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 典例1 关于燃料及其热值,下列说法正确的是 ( ) 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. 燃料的热值与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 热值是燃料的一种性质,即燃料不论是否 燃烧,是否完全燃烧,热值大小均保持不变。虽 然热值q= Q m ,但是事实上,热值与质量和放出 的热量都没有直接关系,同种燃料质量越大,完 全燃烧时放出的热量越多,热量和质量的比值 (热值)不变。 典例2 汽车发动机一般都是汽油机,某汽车汽 油机的能量流向图如图所示,下列说法错误 的是 ( ) 典例2图 A. 使用水冷却是利用了水比热容大的特点 B. 减少汽油机部件间的摩擦可提高热机效率 C. 该汽油机的能量利用率为30% D. 废气带走的热量越多,热机效率越大 热机效率是机械做的有用功与燃料完全 燃烧放出热量的比值,减少汽油机部件间的摩 擦,克服摩擦所做的额外功变少,可以提高热机 效率;用燃料完全燃烧放出的热量减去废气带 走的热量、冷却水带走的热量、摩擦与辐射的热 量就可计算出汽油机的能量利用率;在热机的 能量损失中,废气带走了大部分的热量,充分利 用废气带走的热量,能提高热机的效率。根据 上述要点判断答案。 典例3 两台汽油机,甲做的有用功是乙的 1.5倍,甲的效率是25%,乙的效率是30%,那 么甲与乙消耗的汽油的质量之比是 ( ) A. 9∶5 B. 5∶6 C. 5∶9 D. 6∶5 由热机效率公式η= W Q ×100% 可得, Q甲= W甲 η甲 ,Q乙= W乙 η乙 ,所以Q甲 Q乙= W甲 η甲 ×η 乙 W乙= W甲 W乙× η乙 η甲 =1.51 × 30% 25%= 9 5 ,又因为Q=mq,在 q相同时,热量与质量成正比,根据热量之比推 算消耗汽油的质量之比。 典例4 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 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 3预学储备 拍 照 批 改 78 控制被加热的水的质量和初温均相同,以便于 。 (2) 如图所示为小明安装好的实验装置,其中 存在的错误是 。 典例4图 (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。 小明根据正确操作获得的数据,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 。 根据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;由 于燃料的热值不能直接测量,所以通过水温升 高的多少来体现燃料的热值大小,据此进行分 析;实验过程中要控制燃料完全燃烧的质量相 同,燃烧时间相同并不能保证燃料燃烧的质量 相同;燃料燃烧产生的热量不能完全被水吸收、 存在热损失等。根据上述内容整理答案。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 1. 运载火箭一般采用液态氢作为燃料,原因是 液态氢 ( ) A. 沸点低 B. 比热容大 C. 热值大 D. 不需要氧就可以燃烧 2. 酒精的热值为3.0×107J/kg,它表示的物理 意义是 ( ) A. 1kg酒精具有3.0×107J的热量 B. 1kg酒精具有3.0×107J的内能 C. 1kg酒精完全燃烧对外做功3.0×107J D. 1kg酒精完全燃烧放出3.0×107J的 热量 3. 对于q= Q m 的理解,下列说法正确的是( ) A. 热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B. 燃料燃烧不充分时,其热值将减小 C. 当燃料未燃烧时,其热值为零 D. 燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 4. 如图所示,利用甲、乙两图中的装置研究不 同物质的热值。下列相关说法正确的是 ( ) 第4题 A. 用甲、乙两图中的装置实验时,需要保持 加热时间相同 B. 甲、乙两图中的装置中液体升高的温度越 高,燃料的热值越大 C. 用甲、乙两图中的装置实验时,不需要保 持液体质量相同 D. 用甲、乙两图中的装置实验时,不需要保 持燃料质量相同 5. 关于燃料和热值,以下说法正确的是 ( ) A. 增加供氧量,让燃料更充分燃烧不能提 高燃料的热值 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(沪科版)八年级 79 B. 容易燃烧的燃料,热值一定大 C. 煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出 的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多 D. 为了提高锅炉的效率,一定要用热值大 的燃料 6. 新情境 社会热点 热机的发展和应用推动 了人类社会的进步与发展,但也对环境造成 了一定程度的污染。列举热机对环境造成的 污染:① 污染;② 污染。 7. 人们常用水给汽车发动机降温,这是因为水 的 较大,在相同条件下水能带走较 多的热量;“可燃冰”作为新型能源,有着巨 大的开发、使用潜力,同等条件下,“可燃冰” 完全燃烧放出的热量是煤气的数十倍,说明 “可燃冰”的 很大;1kg“可燃冰”完 全 燃 烧 放 出 4.2×108J的 热 量,可 将 kg的水从20℃加热至60℃(忽略 加热过程中热量的损失)。[水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] 8. 随着航空和航天事业的发展,普通的内燃机 已经不能提供足够的动力,人们迫切需要大 功率的发动机以提高飞行器的飞行速度,因 此喷气发动机应运而生。喷气发动机是指 靠喷管高速喷出的气流直接产生反作用推 力的发动机,广泛用作飞行器的动力装置。 (1) 喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧 室燃烧,剧烈膨胀的气体再从尾部高速喷 出,下列能大致反映这个过程中燃气温度随 时间变化情况的图像是 。 A B C D (2) 下列提高热机效率的途径中,可行的是 (多选)。 A. 尽量使燃料充分燃烧 B. 尽量增加热量损失 C. 尽量减少摩擦 D. 尽量减少输出的有用功 9. 燃料在热机内不完全燃烧时,它的热值是 (选填“变小”或“不变”)的。从如 图所示的内燃机能量走向图可以看出,它的 能量损失所占的百分比:废气内能35%,散 热损失30%,机械损失10%,则内燃机的热 机效率是 。下列措施不能提高热 机效率的是 。 ① 尽量使燃料充分燃烧 ② 尽量选用功率更大的发动机 ③ 尽量减少废气带走的热量 ④ 尽量减少热机部件间的摩擦损耗 第9题 答案讲解 10. 跨学科实践 社会发展 氢能是 新能源利用的新潮流,加快氢能产 业发展成为实现“碳达峰、碳中和” 的重要举措。如图是市场上的某品牌氢能 自行车,一次性充满0.02kg氢气,2h能匀 速骑行50km,氢能自行车与骑行者总质量 为84kg,骑行时受到的阻力为总重的5%, 氢气热值为1.4×108J/kg。氢气完全燃烧 产生的热量是多少? 氢气的利用效率是多 少? (g取10N/kg) 第10题 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 3预学储备 23 1.26×107J 4.2×103J/(kg·℃)×40kg =75℃,75℃ + 30℃=105℃,在1个标准大气压下,水温达到 100℃后沸腾,吸热,温度不再升高,故水温只能 升高到100℃ 第三节 热 机 知识梳理 1. 内 机械 气缸 汽油机 柴油机 2. (1) 一个冲程 (2) 四 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 (3) 做功 飞轮 (4) 做 功 压缩 (5) 两 两 两 一 3. (1) 喷油嘴 (2) 空气 空气和汽油的混合气 体 (3) 喷出雾状柴油 点火 典例演练 典例1 B 典例2 C 典例3 B 预学训练 1. C 2. B 3. A 4. D 5. C 6. B 7. A 8. A 9. 做功 压缩 做功 比热容 10. 柴油机 11. 内能转化为机械能 属于 12. 做功 热传 递 8.4×103 13. 15 3.3×104 解析:该单缸四冲程柴油机 的飞轮转速为1800r/min=30r/s,因单缸四冲 程柴油机的一个工作循环包括四个冲程,飞轮转 2周,对外做功1次,所以,该柴油机每秒内飞轮 转动30r,完成15个工作循环,对外做功15次, 即完成15个做功冲程;该柴油机1s内做的总功 W=nW1=15×2200J=3.3×104J,柴油机的功 率P=Wt= 3.3×104J 1s =3.3×10 4W。 第四节 跨学科:热机效率和环境保护 知识梳理 1. 完全 质量 q J/kg 2. mq qV 3. 有用 WQ×100% 典例演练 典例1 C 典例2 D 典例3 A 典例4 (1) 质量 通过水升高的温度来反映燃 料完全燃烧放出的热量 (2) 温度计的玻璃泡没 有充分浸入烧杯的水中 (3) ② 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 预学训练 1. C 2. D 3. D 4. B 5. A 6. ① 噪声 ② 大气 7. 比热容 热值 2500 解析:因为忽略加热过 程中热量的损失,故1kg“可燃冰”完全燃烧放出的 热量等于水吸收的热量,由Q吸=c水mΔt可得,m= Q吸 c水Δt= 4.2×108J 4.2×103J/(kg·℃)×(60℃-20℃) = 2500kg。 8. (1) C (2) AC 9. 不变 25% ② 10. 氢气完全燃烧放出的热量Q放=qm=1.4× 108J/kg×0.02kg=2.8×106J;氢能自行车骑行 时受到的阻力f=5%G=5%mg=5%×84kg× 10N/kg=42N,由二力平衡的条件可知,骑行时 发动机的牵引力F=f=42N,氢能自行车牵引 力所做的有用功W=Fs=42N×50×103m= 2.1×106J;氢气的利用效率η= W Q放×100%= 2.1×106J 2.8×106J×100%=75% 第十四章预学检测 一、 1. B 2. B 3. C 4. D 5. B 6. D 7. D 8. B 9. B 10. A 解析:该燃气完全燃烧放出的热量Q放= Vq=0.02m3×4.2×107J/m3=8.4×105J,故① 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈