第四节 跨学科：热机效率和环境保护（举一反三讲义）物理沪科版2024九年级全一册

第四节 跨学科：热机效率和环境保护 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................2 【知识梳理】...................................................................2 知识点1. 燃料的热值............................................................2 知识点2. 热机效率..............................................................5 知识点3. 环境保护.............................................................8 【方法技巧】...................................................................9 方法技巧1. 说明热机效率不能达到100%的原因....................................9 方法技巧2. 解决与热机效率计算相关的问题解题方法 ..............................9 方法技巧3. 热机效率与环境保护问题解题思路......................................10 【巩固训练】...................................................................10 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：知道热值、机械效率的概念,会查燃料的热值表,会利用热值及热机效率的公式进行简单的计算和应用;能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,能大致说出提高热机效率的途径。 科学思维：会用比值定义法定义燃料的热值。会用图像信息分析问题处理问题。 科学探究:分析实验表格数据，能解决探究热值大小的问题。 科学态度与责任担当：能认识热机对社会发展所起的作用和对环境的影响;能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义,能为环境保护提出自己的见解;能主动关心空气质量,为环境保护、健康生活作出贡献。 课节重点难点 重点：从能量转化和转移的角度认识热值和热机效率,及其简单应用。 难点：提高对热机效率跟环境保护之间的辩证关系的认识。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 燃料的热值 日常生活中常用到的燃料： 天然气 木柴 煤炭 酒精 常见的燃料还有汽油、煤油、柴油和液化气等。 燃料可分为三种：固体燃料、气体燃料、液体燃料。 1. 燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。 2. 燃料的热值 （1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。定义式为： （2）热值的单位：焦/千克，符号为J/kg。 【特别说明】对于气体燃料，用在标准大气压下某种气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该种气体燃料的体积之比定义气体燃料的热值。单位是J/m3 （3）理解热值定义的深刻理解 ①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小. ②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小. ③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同. ④热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 （4）常见燃料的热值表 3. 燃料燃烧放出热量的计算 （1）燃料燃烧放出热量的计算 对于固体、液体燃料而言： 对于气体燃料而言： （2）物理量及其单位 q 表示燃料的热值，单位：焦/千克（固、液燃料）或焦/米3（气体燃料） m表示燃料的质量，单位是千克（kg） V 表示气体燃料的体积，单位是米3（m3） Q 表示燃料放出的热量，单位是焦（J） 【例题1】（2025广东省）如图所示是我国自主设计建造的“极地”号破冰调查船。某次任务中，该船的总质量为。已知g＝10N/kg，，。求该船： （1）受到的总重力； （2）静止时排开海水的体积； （3）发动机完全燃烧100kg燃油放出的热量。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）该船受到的总重力 （2）船只漂浮，静止时，受到的浮力为 则排开海水的体积 （3）发动机完全燃烧100kg燃油放出的热量 （变式训练1）煤炭是一种重要能源。区别优劣煤质最科学的办法是检测下列哪个物理量（　　） A．比热容 B．密度 C．热值 D．温度 （变式训练2）干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示，以下说法不正确的是（　　） A．都是完全燃烧的情况下，无烟煤放出的热量最多 B．都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少 C．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量是6×107J D．焦炭的热值是3×107J/kg，0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg 2kg=6×107J （变式训练3）小王设计一个探究酒精和碎纸片的热值大小实验。 (1)实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是______（由下而上／由上而下）。 (2)为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都保持______。 (3)实验数据记录如下表： 燃　料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值 酒　精 15 35 2.4×107 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是______。 (4)通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏______（选填“大”或“小”），认为出现这种情况的主要原因是：______。 知识点2. 热机效率 1. 热机燃料的燃烧 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。图是热机中燃料能量的主要走向示意图。由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。 2. 热机效率 （1）定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的的比值称为热机效率。 （2）公式： 其中W有用表示对外做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧所释放的能量。 （3）物理意义 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）减少燃烧过程中的热量损失 如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间。蒸汽类热机，常将煤研磨成粉状，用风吹入锅炉内燃烧。这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些。 （2）尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。 4. 一些热机的效率 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有6%～15%，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 【例题2】 （2025黑龙江齐齐哈尔）如图，我国某舰艇圆满完成首次航行试验任务，为我国海军建设和发展注入新动力。该舰艇在平静的海面上静止时，舰艇底最低点到水面的竖直距离为。若某段航行过程中，该舰艇在平静的海面上平稳的匀速直线航行了，发动机做的有用功为。已知：海水的密度，该舰艇所用燃料的热值。求： （1）该舰艇在平静的海面上静止时，海水对舰艇底最低点的压强是多少Pa？ （2）该段航行过程中，发动机提供的前进的动力是多少N？ （3）若该舰艇发动机的效率为，则该段航行过程中，消耗燃料的质量是多少？ 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）海水对舰艇底最低点的压强 （2）该段航行过程中，发动机提供的前进的动力 （3）该段航行燃料完全燃烧放出的热量 则消耗燃料的质量 （变式训练1）一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则它的飞轮转速为 r/min；某品牌汽车在某路段以1500N的恒定牵引力匀速行驶80km，牵引力做的功是 J；如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%，汽车汽油机的能量流程图如图所示，则此次运行过程中需要完全燃烧 kg的汽油（汽油的热值为）。 （变式训练2）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 （变式训练3）（2025·内蒙古兴安盟一模）民谚“五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的水蒸气进行加热。用2.5kg的水蒸粽子，当水沸腾时，水温升高了80℃。，q煤＝3×107J/kg。求： （1）从加热至沸腾，水吸收的热量； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量。 知识点3. 环境保护 1. 热机造成的环境污染包括两方面: （1）大气污染。如汽车排出的大量尾气、燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫和氮氧化合物，会形成酸雨，危害植物，污染环境等。 （2）噪声污染。热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。 2. 控制（保护）热机造成的环境污染的办法: ⑴ 控制废气排放总量； ⑵ 提高汽油、柴油的品质； ⑶ 开发污染少和无污染的新能源等 ⑷ 在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 【例题3】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。 【答案】见解析 【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。 （变式训练1）热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染，热机的污染有两种：一是 污染，二是 污染． （变式训练2）关于热机与环境，下列说法正确的是（　　） A．现代热机的出现，极大地改变了人类的工作方式和生存条件 B．热机虽然促进人类的文明进程，但同时对环境造成了极大的污染和破坏，我们应该禁止热机的使用 C．随着新材料，新工艺不断涌现，我们现在应该用新动力取代所有传统热机 D．我们要利用热机来改善人类工作条件和生活方式，一点点污染不算啥 （变式训练3）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） 【方法技巧】 方法技巧1. 说明热机效率不能达到100%的原因 热机消耗的燃料不可能完全燃烧,燃烧放出的热量大部分散失到空气中、被废气带走、克服摩擦做功等消耗掉了，实际用于做有用功的能量只占到总能量的一部分。 方法技巧2. 解决与热机效率计算相关的问题解题方法 1. 燃料燃烧加热问题： 。例如：用燃气灶烧水。 2. 燃料燃烧做功问题： 。 3. 驱车问题： ，例如：汽车匀速直线行驶中发动机效率。 方法技巧3. 热机效率与环境保护问题解题思路 提高热机效率意味着更高效地利用燃料能量，减少能源浪费。例如，高效率热机可降低化石燃料消耗，从而减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变化。污染物排放降低，燃料燃烧产生的废气（如二氧化硫、氮氧化物）是主要空气污染物。高效率热机通过优化燃烧过程和减少废气排放，直接改善空气质量。 1.对环境的影响问题  （1）温室气体：减少化石燃料使用可降低二氧化碳排放，对抗全球变暖。 （2）空气污染：优化燃烧技术减少二氧化硫、氮氧化物等污染物排放。 （3）资源保护：提高能源利用率减少对自然资源的过度开采。 2.对保护环境具体措施 清洁能源替代：发展燃气轮机、燃料电池等清洁能源技术，替代传统化石燃料，实现零排放； 减少能量损失：通过改进热机设计、优化材料降低摩擦损耗。 余热回收：利用热电站废气供热，提高燃料利用率。 热机效率提升是实现环境保护和可持续发展的关键。通过技术革新和能效优化，既能减少能源消耗和污染物排放，又能促进经济与生态的协调发展。 【巩固训练】 一、燃料的热值 1.关于的理解,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 2．（2025湖北省）如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（　　） A. 燃料燃烧时内能转化为化学能 B. 燃料箱燃料减少，燃料热值不变 C. 燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D. 火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 3．关于燃料的热值，下列说法中正确的是 A．某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值 B．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大 C．燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多 D．烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量 4．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% 5．如图用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中，下列说法正确的是（　　） A．天然气燃烧越充分，热值越大 B．锅盖被“顶起”，该过程将内能转化为机械能 C．“蒸包子”是通过做功的方式改变包子内能的 D．包子的温度越高所含热量越多 6．（2024·四川巴中）如图所示，青瓦是古建筑常用的建筑材料，制瓦工艺有上千年的历史。制瓦工艺分为成坯、晒制、高温烧制等诸多流程。下列说法正确的是（   ） A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有热量越多 B．高温烧制时，通过热传递的方式改变瓦片的内能 C．烧制青瓦时，燃料燃烧越充分其热值越大 D．在质地均匀的瓦上定型切割，瓦的密度变小 7. （2024江苏连云港）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 8．如图所示，甲、乙、丙3图的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内液体的初温与质量也相同，不考虑热量损失且液体均未沸腾，下列选项正确的是（   ） A．对比乙丙两图液体最终升温可以比较两种液体的比热容 B．对比甲乙两图，如果燃料2的热值较高，最终乙图液体内能较大 C．对比乙丙两图，如果液体b最终升温较高，说明燃料1的热值较大 D．对比甲丙两图，如果液体b的比热容比液体a大，升高相同的温度，液体a需要加热较长时间 9．（2025湖南省） 2025年2月11日，长征八号甲运载火箭成功发射，如图所示。该火箭的芯二级以液氢为燃料，这主要是因为液氢的___________大，它燃烧过程中将___________能转化为内能。 10.（2024四川广元） 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，水的比热容为。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℃。 11. （2024黑龙江哈尔滨）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） 12. 用如图所示的装置比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。甲、乙中的烧杯、铁架台、温度计完全相同，在燃烧皿中放入质量相等的不同种燃料，同时点燃 ，给 相等的水加热，等待 （“燃烧相同时间”或“燃料燃尽”），通过观察 来比较两种燃料热值的大小。 13．如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完金相同，燃料a、b种类不同但质量都为10g，烧杯内液体a、b种类不同但质量都为100g。当燃料完全燃烧后，甲、乙、丙装置中温度计升高的示数分别为20℃、30℃、35℃。 （1）实验中燃料燃烧放出的热量，通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式使液体的内能增大；在组三套装实验装置时，应该按照______的顺序；（填“自下而上”或“自上而下”） （2）若要研究不同物质的吸热能力，应该选择______两图；实验中给两物质加热相同时间，最终可通过______来比较两液体的吸热能力；根据题干所给数据可知，液体______。（选填“a”或“b”）的吸热能力更强； （3）已知液体a的比热容为2.1×103J/(kg·℃)，则甲实验过程中，液体a吸收的热量为______J；根据，用上述热量除以燃料a的质量可求得燃料a的热值，根据此方法求得a的热值______。（填“偏大”“偏小”或“准确”） 14．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 。 二、热机效率 15. 内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　） A. 7% B. 28% C. 31% D. 34% 16．热机效率是热机性能的重要指标，下列措施中，可以提高热机效率的是（　　） A．尽量增加热机的工作时间 B．尽量增加废气带走的热量 C．尽量使用热值更大的燃料 D．尽量减少热机部件的摩擦 17. （2024牡丹江）关于热机，下列说法正确的是（　　） A. 蒸汽机不属于热机 B. 柴油机的效率能达到100% C. 汽油机会散发出汽油味属于扩散现象 D. 内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能 18.小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（ ） A．； B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力； C．0~8min乙吸收的热量为； D．该酒精灯的加热效率为28% 19. （2024四川广安）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（），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 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 20. 如图所示，是汽车能量转化示意图，关于汽车的效率其中正确的是（ 　） A．33% B．30% C．37% D．40% 21．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 22．甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，那么甲、乙在相同时间内所消耗汽油质量之比为 A．3：4 B．2：3 C．3：2 D．4：3 23．（2025江西）用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为的燃气（燃气的热值为），水吸收的热量为，则此燃烧过程中燃气放出的热量为___________，该燃气灶的热效率为___________×100%。（本小题用题中字母表示） 24．中国是世界第一产氢大国，发展氢能具有较好的条件，且目前我国氢能发展较快，在全球新投资的氢能项目中占比较高，发展潜力较大。小越所在的物理兴趣小组用氢能源给40kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的水温随时间变化的图像，若在4min内完全燃烧了0.1kg的氢气，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），氢气的热值约为1.4×108J/g，则经过4min时间加热，水所吸收的热量为_____J；烧水时的热效率约为___。 25. （2024四川达州）在1个标准大气压下，小明用天然气灶将质量1kg的水，从20℃加热到沸腾，水吸收的热量是________J。他家天然气热水器的热效率是70%，他某次洗澡，耗水20kg，热水器进水温度是22℃，出水温度是42℃，他这次洗澡消耗天然气________m3。已知水的比热容是，天然气的热值是。 26．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 ___________。 27.（2025黑龙江绥化）用烟煤烧水时，将10kg的水从加热到，燃烧了1.4kg的烟煤，烟煤的热值为，则水吸收的热量是______J，烧水的热效率是______。 28．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•℃）] 29．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）。 30．如图所示是小红家使用煤气灶烧水时的场景，为了测量煤气灶烧水时的效率，她在水壶中加入4L温度为15℃的冷水，加热前煤气表的示数为1215.890m3。当水刚沸腾时（一个标准大气压下），煤气表的示数是1216.030m3，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为1.7×107J/m3，求： （1）水加热至沸腾吸收的热量； （2）消耗的煤气完全燃烧放出的热量； （3）该煤气灶烧水时的效率。 31. （2025江苏苏州）用煤气炉将的水从加热到，消耗煤气。已知煤气的热值为，水的比热容为。求： （1）水吸收的热量； （2）煤气完全燃烧放出的热量； （3）煤气炉加热的效率。 32．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。    33．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·℃)] 34.某物理兴趣小组的同学，用天然气灶给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0.2kg的天然气，【水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为q=7×107 J/kg】求： （1）天然气完全燃烧产生的热量； （2）经过6min时间加热，水所吸收的热量； （3）天然气灶烧水时的热效率。 35．某饭店用燃气灶烧水，将质量为5kg、温度为20℃的水加热到100℃，该燃气灶烧水时的效率为20%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）水吸收的热量；      （2）实际消耗的煤气为多少千克？ （3）为了节约能源，饭店对燃气灶进行了改进，使燃气灶的效率得到了提高。在同样的条件下将质量为5kg、温度为20℃的水加热到100℃，比原来节省0.04kg的煤气，则现在煤气灶烧水时的热效率是多少？ 三、环境保护 36.为了控制污染，保护环境。下列做法不可行的是( ) A.大力开发利用太阳能和风能 B.工业废弃物与生活垃圾分类回收 C.改进热机结构，使燃料充分燃烧 D.禁止使用热机，以便减少环境的污染 37.生活中，我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题。某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出200kg燃油供内燃机工作，若燃油的热值为4.2×107J/kg，并且这些燃油完全燃烧后做了2.1×109J的有用功，则该内燃机的效率为__________。 38. 汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。 材料一：图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图、汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。 材料二：排出的尾气除了CO2，H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳复化合物等有害气体。 结合材料： （1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。 （2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。 39.热机在工作过程中存在哪些能量损失？对环境有哪些污染？ 40. 谈谈你对保护环境问题的做法。 四、热力综合计算 41. （2024齐齐哈尔市）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为。已知氢的热值为。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 42. 某建筑工地上，起重机在10s内将质量为2.15t的重物沿竖直方向匀速提升6m，此过程起重机消耗柴油0.01kg。柴油的热值，g取10N/kg。 （1）求重物上升的速度； （2）求起重机提升重物的功率； （3）若将起重机提升重物做功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其提升效率，用字母表示，求起重机的提升效率。 43. 机械本身的重力作用广泛用于各种路面的压实作业，使被碾压层产生永久变形而密实，如图是一台双轮压路机，其工作质量为，双轮与地面的接触面积为400cm2。在一次压路作业中，压路机在水平路面上匀速行驶10min通过了240m的路程，行驶过程中受到的阻力是其重力的0.4倍。求：（g取10N/kg，柴油的热值取） （1）压路机在这次压路作业中运动的速度是多少？ （2）压路机静止在水平路面上时对路面的压强是多少？ （3）压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少？ （4）若其发动机效率为30％，这次作业要消耗多少千克柴油？ 44. （2025湖南二模）2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J/kg，g取10N/kg） （1）行驶的平均速度为多少km/h； （2）牵引力做功； （3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。 45. （2025辽宁一模）某款环保能源汽车——氢能重卡，它满载时总质量为50t，车轮总着地面积为，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。（g取10N/kg，取）求： （1）汽车满载静止在水平地面上时，对地面的压强； （2）这次行驶过程中，汽车消耗的氢能为多少焦耳； （3）若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油的质量。 46. 铁岭市对大通街路面改造的过程中，使用了如图所示的一款履带运输车运送石料。空载运输车的质量为3t，履带与地面总接触面积为1.2m2。一次运送中，运输车在2min内沿水平路面匀速直线行驶600m，行驶中受到的阻力为104N（g取10N/kg，燃料热值q取4.5×107J/kg）求： （1）空载运输车静止时对水平路面的压强； （2）这次运送中，运输车发动机的功率； （3）若行驶中受到的阻力不变，发动机的效率是40%，10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离。 47. （2025山东威海）小明和爸爸质量共120kg，骑着一辆质量为300kg（含装备）的三轮摩托车，沿318国道从成都前往拉萨旅行。水平骑行时每只轮胎与地面接触的面积为0.02m2（g取10N/ kg） （1）水平骑行时，摩托车对地面的压力、压强分别是多少？ （2）在海拔约5000m米拉山垭口烧水，用燃气炉将质量2.5kg、初温为3℃的水加热至沸腾（水的沸点为83℃）。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量？共用掉多少燃气？[，] 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第四节 跨学科：热机效率和环境保护 目录 【学习目标】....................................................................1 【思维导图】....................................................................2 【知识梳理】...................................................................2 知识点1. 燃料的热值............................................................2 知识点2. 热机效率..............................................................7 知识点3. 环境保护.............................................................10 【方法技巧】...................................................................12 方法技巧1. 说明热机效率不能达到100%的原因....................................12 方法技巧2. 解决与热机效率计算相关的问题解题方法 ..............................12 方法技巧3. 热机效率与环境保护问题解题思路......................................13 【巩固训练】...................................................................13 【学习目标】 课节核心素养目标 物理观念：知道热值、机械效率的概念,会查燃料的热值表,会利用热值及热机效率的公式进行简单的计算和应用;能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,能大致说出提高热机效率的途径。 科学思维：会用比值定义法定义燃料的热值。会用图像信息分析问题处理问题。 科学探究:分析实验表格数据，能解决探究热值大小的问题。 科学态度与责任担当：能认识热机对社会发展所起的作用和对环境的影响;能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义,能为环境保护提出自己的见解;能主动关心空气质量,为环境保护、健康生活作出贡献。 课节重点难点 重点：从能量转化和转移的角度认识热值和热机效率,及其简单应用。 难点：提高对热机效率跟环境保护之间的辩证关系的认识。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1. 燃料的热值 日常生活中常用到的燃料： 天然气 木柴 煤炭 酒精 常见的燃料还有汽油、煤油、柴油和液化气等。 燃料可分为三种：固体燃料、气体燃料、液体燃料。 1. 燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。 2. 燃料的热值 （1）定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。定义式为： （2）热值的单位：焦/千克，符号为J/kg。 【特别说明】对于气体燃料，用在标准大气压下某种气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该种气体燃料的体积之比定义气体燃料的热值。单位是J/m3 （3）理解热值定义的深刻理解 ①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小. ②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小. ③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同. ④热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 （4）常见燃料的热值表 3. 燃料燃烧放出热量的计算 （1）燃料燃烧放出热量的计算 对于固体、液体燃料而言： 对于气体燃料而言： （2）物理量及其单位 q 表示燃料的热值，单位：焦/千克（固、液燃料）或焦/米3（气体燃料） m表示燃料的质量，单位是千克（kg） V 表示气体燃料的体积，单位是米3（m3） Q 表示燃料放出的热量，单位是焦（J） 【例题1】（2025广东省）如图所示是我国自主设计建造的“极地”号破冰调查船。某次任务中，该船的总质量为。已知g＝10N/kg，，。求该船： （1）受到的总重力； （2）静止时排开海水的体积； （3）发动机完全燃烧100kg燃油放出的热量。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）该船受到的总重力 （2）船只漂浮，静止时，受到的浮力为 则排开海水的体积 （3）发动机完全燃烧100kg燃油放出的热量 （变式训练1）煤炭是一种重要能源。区别优劣煤质最科学的办法是检测下列哪个物理量（　　） A．比热容 B．密度 C．热值 D．温度 【答案】C 【解析】单位质量的煤完全燃烧时所释放出的热量越大，说明该煤的热值越大，即是优质煤炭，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 （变式训练2）干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示，以下说法不正确的是（　　） A．都是完全燃烧的情况下，无烟煤放出的热量最多 B．都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少 C．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量是6×107J D．焦炭的热值是3×107J/kg，0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg 【答案】A 【解析】A．由图知，三种燃料中，无烟煤的热值最大，根据可知，在质量不确定的情况下，无法判断哪种燃料完全燃烧放出的热量最多，故A错误，符合题意； B．由图知，三种燃料中，干木柴的热值最小，根据可知，都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少，故B正确，不符合题意； C．由图知，焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量 Q=qm=3×107J/kg×2kg=6×107J 故C正确，不符合题意； D．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg，故D正确，不符合题意。故选A。 （变式训练3）小王设计一个探究酒精和碎纸片的热值大小实验。 (1)实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是______（由下而上／由上而下）。 (2)为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应让酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都保持______。 (3)实验数据记录如下表： 燃　料 加热前水温℃ 燃料燃尽时水温℃ 燃料的热值 酒　精 15 35 2.4×107 碎纸片 15 25 ？ 根据表中数据，计算出碎纸片的热值是______。 (4)通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏______（选填“大”或“小”），认为出现这种情况的主要原因是：______。 【答案】（1）  自下而上 （2）  相同   （3）1.2×107     （4）小     烧杯和空气吸收了一部分热量或燃料不可能完全燃烧 【解析】(1)实验装置如图甲、乙所示，横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是为了保证：一是使用燃具的外焰加热，二是确保温度计的液泡不碰到烧杯底部，所以应由下而上安装。 (2)在实验中要控制变量，酒精和碎纸片的质量、两烧杯中水的质量、以及两个烧杯都应相同。 (3)相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，由表格可知酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高20℃，碎纸片燃烧放出的热量可以将水的温度升高10℃，若燃料燃烧放出的热全部被水吸收，由 因为 可得 则 (4)通过实验得到的燃料热值与实际相比会偏小，因为燃料燃烧时燃料不可能完全燃烧且燃烧放出的热量不可能全部由水吸收。 知识点2. 热机效率 1. 热机燃料的燃烧 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。图是热机中燃料能量的主要走向示意图。由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。 2. 热机效率 （1）定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。 （2）公式： 其中W有用表示对外做的有用功，Q放表示燃料完全燃烧所释放的能量。 （3）物理意义 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）减少燃烧过程中的热量损失 如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间。蒸汽类热机，常将煤研磨成粉状，用风吹入锅炉内燃烧。这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些。 （2）尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。 4. 一些热机的效率 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有6%～15%，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 【例题2】 （2025黑龙江齐齐哈尔）如图，我国某舰艇圆满完成首次航行试验任务，为我国海军建设和发展注入新动力。该舰艇在平静的海面上静止时，舰艇底最低点到水面的竖直距离为。若某段航行过程中，该舰艇在平静的海面上平稳的匀速直线航行了，发动机做的有用功为。已知：海水的密度，该舰艇所用燃料的热值。求： （1）该舰艇在平静的海面上静止时，海水对舰艇底最低点的压强是多少Pa？ （2）该段航行过程中，发动机提供的前进的动力是多少N？ （3）若该舰艇发动机的效率为，则该段航行过程中，消耗燃料的质量是多少？ 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）海水对舰艇底最低点的压强 （2）该段航行过程中，发动机提供的前进的动力 （3）该段航行燃料完全燃烧放出的热量 则消耗燃料的质量 （变式训练1）一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则它的飞轮转速为 r/min；某品牌汽车在某路段以1500N的恒定牵引力匀速行驶80km，牵引力做的功是 J；如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%，汽车汽油机的能量流程图如图所示，则此次运行过程中需要完全燃烧 kg的汽油（汽油的热值为）。 【答案】 2400 1.2×108 10 【解析】汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成。在一个工作循环中飞轮转2周，做功一次。一台单缸四冲程汽油机每秒钟做功20次，则每秒飞轮转40周，所以飞轮转速为2400 r/min。 牵引力做的功为 由图可知机械能的百分比为 汽油完全燃烧放出的热量为 则需要完全燃烧汽油的质量为 （变式训练2）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。 （变式训练3）（2025·内蒙古兴安盟一模）民谚“五月五、过端午、蒸粽子”，呈现了端午节文化习俗。蒸粽子是利用水沸腾产生的水蒸气进行加热。用2.5kg的水蒸粽子，当水沸腾时，水温升高了80℃。，q煤＝3×107J/kg。求： （1）从加热至沸腾，水吸收的热量； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量。 【答案】（1）8.4×105J；（2）0.28kg 【解析】（1）由题意可知，水吸收的热量为 （2）由η＝得，煤炉放出的热量为 由得，需要完全燃烧煤的质量为 答：（1）从加热至沸腾，水吸收的热量为8.4×105J； （2）此过程若采用煤炉加热，煤炉加热水的效率为10%，需要完全燃烧煤的质量为0.28kg。 知识点3. 环境保护 1. 热机造成的环境污染包括两方面: （1）大气污染。如汽车排出的大量尾气、燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫和氮氧化合物，会形成酸雨，危害植物，污染环境等。 （2）噪声污染。热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。 2. 控制（保护）热机造成的环境污染的办法: ⑴ 控制废气排放总量； ⑵ 提高汽油、柴油的品质； ⑶ 开发污染少和无污染的新能源等 ⑷ 在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 【例题3】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。 【答案】见解析 【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。 （变式训练1）热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染，热机的污染有两种：一是 污染，二是 污染． 【答案】噪声 大气 【解析】热机的对环境的影响包括两个方面：热机工作时会产生噪声污染；废气中主要包含二氧化碳、二氧化硫，会造成温室效应和酸雨． 在生活中，热机主要是汽油机和柴油机，汽油和柴油的燃烧会产生大量的烟尘和废气，所以会造成大气污染，同时，由于热机各部位的振动会产生高分贝的噪声，造成噪声污染． （变式训练2）关于热机与环境，下列说法正确的是（　　） A．现代热机的出现，极大地改变了人类的工作方式和生存条件 B．热机虽然促进人类的文明进程，但同时对环境造成了极大的污染和破坏，我们应该禁止热机的使用 C．随着新材料，新工艺不断涌现，我们现在应该用新动力取代所有传统热机 D．我们要利用热机来改善人类工作条件和生活方式，一点点污染不算啥 【答案】A. 【解析】A．现代热机的出现和运用，改变了人类的工作方式和生存条件，故A正确； B．热机的使用虽然对环境造成了极大的污染和破坏，但促进人类的文明进程，应更加合理地使用热机，故B错误，不符合题意； C．用新动力取代热机需要我们开发出经济环保的可持续利用的新能源，现在的技术水平传统钓热机无法被全部取代，故C错误，不符合题意； D．现在大气污染的主要途径就是利用化石能源的结果，我们应尽量减少热机的使用带来的污染，故D错误，不符合题意。 （变式训练3）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】 改良发动机结构 节能（环保） 【解析】为了提高热机效率，可以改良发动机结构，减少能量损失，提高内能转化为机械能的效率。 假如小明的设想实现了，热机效率的提高可以减少燃油的消耗，可以节能和保护环境。 【方法技巧】 方法技巧1. 说明热机效率不能达到100%的原因 热机消耗的燃料不可能完全燃烧,燃烧放出的热量大部分散失到空气中、被废气带走、克服摩擦做功等消耗掉了，实际用于做有用功的能量只占到总能量的一部分。 方法技巧2. 解决与热机效率计算相关的问题解题方法 1. 燃料燃烧加热问题： 。例如：用燃气灶烧水。 2. 燃料燃烧做功问题： 。 3. 驱车问题： ，例如：汽车匀速直线行驶中发动机效率。 方法技巧3. 热机效率与环境保护问题解题思路 提高热机效率意味着更高效地利用燃料能量，减少能源浪费。例如，高效率热机可降低化石燃料消耗，从而减少二氧化碳等温室气体排放，缓解全球气候变化。污染物排放降低，燃料燃烧产生的废气（如二氧化硫、氮氧化物）是主要空气污染物。高效率热机通过优化燃烧过程和减少废气排放，直接改善空气质量。 1.对环境的影响问题  （1）温室气体：减少化石燃料使用可降低二氧化碳排放，对抗全球变暖。 （2）空气污染：优化燃烧技术减少二氧化硫、氮氧化物等污染物排放。 （3）资源保护：提高能源利用率减少对自然资源的过度开采。 2.对保护环境具体措施 清洁能源替代：发展燃气轮机、燃料电池等清洁能源技术，替代传统化石燃料，实现零排放； 减少能量损失：通过改进热机设计、优化材料降低摩擦损耗。 余热回收：利用热电站废气供热，提高燃料利用率。 热机效率提升是实现环境保护和可持续发展的关键。通过技术革新和能效优化，既能减少能源消耗和污染物排放，又能促进经济与生态的协调发展。 【巩固训练】 一、燃料的热值 1.关于的理解,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 【解析】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，不符合题意；B. 热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，不符合题意；C. 热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，不符合题意；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，符合题意；故选D。 2．（2025湖北省）如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（　　） A. 燃料燃烧时内能转化为化学能 B. 燃料箱燃料减少，燃料热值不变 C. 燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D. 火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 【答案】B 【解析】A．燃料燃烧时，燃料的化学能先转化为内能，再将内能转化为机械能，故A错误； B．热值是燃料的基本属性，与燃料的质量大小无关，所以燃料箱燃料减少，热值不变，故B正确； C．热值是燃料的基本属性，与燃料燃烧放出热量多少无关，故C错误； D．火箭前进时，是将燃气的内能转化为机械能，由于有热量损失，燃料不可能全部燃烧等因素影响，燃料的化学能不可能全部转化为火箭的机械能，故D错误。 故选B。 3．关于燃料的热值，下列说法中正确的是 A．某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值 B．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大 C．燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多 D．烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量 【答案】D 【解析】A．1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，故A错误； B．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，但没有说明质量相同，甲的热值不一定比乙大，故B错误； C．燃料的热值越大，但燃料燃烧不一定完全燃烧，质量不定，放出的热量不一定多，故C错误； D．1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值，烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg烟煤能放出2.9×107J热量，故D正确． 4．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 【解析】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。 5．如图用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中，下列说法正确的是（　　） A．天然气燃烧越充分，热值越大 B．锅盖被“顶起”，该过程将内能转化为机械能 C．“蒸包子”是通过做功的方式改变包子内能的 D．包子的温度越高所含热量越多 【答案】B 【解析】A．热值是燃料的属性，热值大小与燃料是否燃烧完全无关，故A错误； B．锅盖被“顶起”，是因为内部气体对外做功，将内能转化为锅盖的机械能，故B正确； C．“蒸包子”是通过热传递的方式改变包子内能的，故C错误； D．热量是过程量，不能用“含有”来表述，故D错误。故选B。 6．（2024·四川巴中）如图所示，青瓦是古建筑常用的建筑材料，制瓦工艺有上千年的历史。制瓦工艺分为成坯、晒制、高温烧制等诸多流程。下列说法正确的是（   ） A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有热量越多 B．高温烧制时，通过热传递的方式改变瓦片的内能 C．烧制青瓦时，燃料燃烧越充分其热值越大 D．在质地均匀的瓦上定型切割，瓦的密度变小 【答案】B 【解析】A．热量是一个过程量，只能说吸收（或者放出）了多少热量，不能说某物体含有多少热量，故A错误； B．高温烧制时，通过热传递的方法增加瓦片的内能，故B正确； C．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料是否充分燃烧、质量都无关，故C错误； D．若在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的质量变小，体积变小，但砖的密度不会变化，故D错误。 故选B。 7. （2024江苏连云港）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。 8．如图所示，甲、乙、丙3图的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内液体的初温与质量也相同，不考虑热量损失且液体均未沸腾，下列选项正确的是（   ） A．对比乙丙两图液体最终升温可以比较两种液体的比热容 B．对比甲乙两图，如果燃料2的热值较高，最终乙图液体内能较大 C．对比乙丙两图，如果液体b最终升温较高，说明燃料1的热值较大 D．对比甲丙两图，如果液体b的比热容比液体a大，升高相同的温度，液体a需要加热较长时间 【答案】B 【解析】A．乙丙两图燃料不一样，热值不同，放出的热量不相等，要比较两种液体的比热容，要控制吸收的热量相等，这样不能比较比热容的大小，A项错误； B．如果燃料2的热值较高，那么乙图的液体a能吸收更多的热量，内能更大，B项正确； C．乙丙两图的液体a、b吸收的热量不一定相等，那么燃料1、2放出的热量也不一定相等，不能判断热值大小，C项错误； D．对比甲丙两图，如果液体b的比热容比液体a大，升高相同的温度，液体b要吸收更多的热量，液体b需要加热较长时间，D项错误； 9．（2025湖南省） 2025年2月11日，长征八号甲运载火箭成功发射，如图所示。该火箭的芯二级以液氢为燃料，这主要是因为液氢的___________大，它燃烧过程中将___________能转化为内能。 【答案】 热值 化学 【解析】该火箭的芯二级以液氢为燃料，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。 液氢燃烧时，消耗化学能，产生内能，将化学能转化为内能，再通过发动机转化为机械能推动火箭。 10.（2024四川广元） 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，水的比热容为。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】 【解析】这些氢燃料完全燃烧释放的热量 这些氢燃料完全燃烧释放的热量为。 若这些热量完全被水吸收，水的质量 可使水的温度从20℃升高到100℃。 11. （2024黑龙江哈尔滨）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】 3.0×106 3×103 【解析】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 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 12. 用如图所示的装置比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量。甲、乙中的烧杯、铁架台、温度计完全相同，在燃烧皿中放入质量相等的不同种燃料，同时点燃 ，给 相等的水加热，等待 （“燃烧相同时间”或“燃料燃尽”），通过观察 来比较两种燃料热值的大小。 【答案】 质量 燃料燃尽 温度计示数的变化 【解析】比较不同燃料的热值实验中，应控制被加热液体的种类相同而燃料不同，即质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收；然后根据通过液体温度计示数变化来反映放出热量多少。所以，实验时需要分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的水，需等燃料全部燃尽，通过观察温度计示数的上升情况来比较两种燃料热值的大小。 13．如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完金相同，燃料a、b种类不同但质量都为10g，烧杯内液体a、b种类不同但质量都为100g。当燃料完全燃烧后，甲、乙、丙装置中温度计升高的示数分别为20℃、30℃、35℃。 （1）实验中燃料燃烧放出的热量，通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式使液体的内能增大；在组三套装实验装置时，应该按照______的顺序；（填“自下而上”或“自上而下”） （2）若要研究不同物质的吸热能力，应该选择______两图；实验中给两物质加热相同时间，最终可通过______来比较两液体的吸热能力；根据题干所给数据可知，液体______。（选填“a”或“b”）的吸热能力更强； （3）已知液体a的比热容为2.1×103J/(kg·℃)，则甲实验过程中，液体a吸收的热量为______J；根据，用上述热量除以燃料a的质量可求得燃料a的热值，根据此方法求得a的热值______。（填“偏大”“偏小”或“准确”） 【答案】 （1）热传递    自下而上  （2） 甲、乙     温度计升高的示数    a   （3） 420或者4.2×102   偏小 【解析】（1）燃料燃烧放出热量，液体吸收热量，内能增大，通过热传递的方式使液体的内能增大。 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，所以先安装下面器材，再安装上面器材，便于调节器材间的距离，即按照自下而上的顺序组装。 （2）要比较不同物质的吸热本领，必须保证不同物质的质量相等，相同时间吸收的热量相同，且选择的热源要相同，所以选择甲、乙两图进行实验。 实验中用相同的加热器加热，在相同时间内物质吸收的热量相同，最终被加热的液体a、b，升高温度不同，所以可以通过温度计升高的示数来反映吸热能力的大小。 根据题干数据可知，甲中温度计升高的示数要低于乙中温度计升高的示数，根据Q=cmΔt可知液体a的吸热能力强。 （3）液体a吸收的热量为 Q=cmΔt=2.1×103J/(kg·℃)×0.01kg×20℃=420J 实际中，酒精完全放出的热量并没有全部被水吸收，所以根据算出的热值比标准值偏小。 14．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 【解析】（1）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。 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）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。 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。 二、热机效率 15. 内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　） A. 7% B. 28% C. 31% D. 34% 【答案】D 【解析】内燃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，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。故选D。 16．热机效率是热机性能的重要指标，下列措施中，可以提高热机效率的是（　　） A．尽量增加热机的工作时间 B．尽量增加废气带走的热量 C．尽量使用热值更大的燃料 D．尽量减少热机部件的摩擦 【答案】D 【解析】A．增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故A不符合题意； B．增加废气带走的热量，热机的能量利用率降低，即热机的效率降低，故B不符合题意； C．使用热值更大的燃料，其能量利用率不一定高，不一定能提高热机的效率，故C不符合题意； D．尽量减少热机部件的摩擦，减少克服摩擦消耗的内能，可以增大有用能量与燃料完全燃烧放出总能量的比值，可以提高热机的效率，故D符合题意。故选D。 17. （2024牡丹江）关于热机，下列说法正确的是（　　） A. 蒸汽机不属于热机 B. 柴油机的效率能达到100% C. 汽油机会散发出汽油味属于扩散现象 D. 内燃机的压缩冲程将内能转化为机械能 【答案】C 【解析】A．蒸汽机属于热机中的一种，故A错误； B．柴油机在工作的过程中不可避免的要做额外功，所以柴油机的效率不能达到100%，故B错误； C．由于构成物质的分子在不停地做无规则运动，汽油分子会运动到空气中，这是扩散现象，所以我们能闻到汽油味，故C正确； D．内燃机在压缩冲程中将机械能转化为内能，故D错误。 故选C。 18.小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（ ） A．； B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力； C．0~8min乙吸收的热量为； D．该酒精灯的加热效率为28% 【答案】C 【解析】ABC．由图乙知，甲从20℃加热至沸腾用时8min，乙从20℃加热至沸腾用时10min。 升高相同温度，甲所需时间长，需要吸收的热量多，那么甲的吸热能力更强，则甲是水，甲从20℃升温至100℃，需要吸收的热量 Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J 即酒精灯在8min内放出的热量为3.36×104J，那么乙在8min内吸收的热量为3.36×104J。乙从20℃升温至100℃，所需时间为4min，吸收的热量 那么乙的比热容 故AB错误，C正确； D．乙从20℃加热至沸腾，所需时间为10min，吸收的热量 消耗的酒精放出的热量Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J 那么酒精灯的加热效率 故D错误。故选C。 19. （2024四川广安）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（），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 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 【解析】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。 20. 如图所示，是汽车能量转化示意图，关于汽车的效率其中正确的是（ 　） A．33% B．30% C．37% D．40% 【答案】B 【解析】用总功减去各种能量损失即得汽车的效率为 η＝1-33%-30%-7%＝30% 故B符合题意，ACD不符合题意。 21．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 【解析】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。 22．甲、乙两台汽油机，甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，那么甲、乙在相同时间内所消耗汽油质量之比为 A．3：4 B．2：3 C．3：2 D．4：3 【答案】D 【解析】甲在时间t内做的有用功： W甲=P甲t， 乙在时间t内做的有用功： W乙=P乙t， 则由题意可知： P甲：P乙=2：1， η甲：η乙=30%：20%=3：2； 甲在时间t内消耗的总能量： Q甲= 甲在时间t内的耗油量： m甲=， 同理可以得到乙在时间t内的耗油量的表达式： m乙=， 甲乙两汽油机在相同时间内的耗油量之比： m甲：m乙=：=：=：=4：3， 故选D。 23．（2025江西）用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为的燃气（燃气的热值为），水吸收的热量为，则此燃烧过程中燃气放出的热量为___________，该燃气灶的热效率为___________×100%。（本小题用题中字母表示） 【答案】 【解析】已知燃气的热值为，完全燃烧燃气的体积为V，燃烧过程中燃气放出的热量为Q放=qV 该燃气灶的热效率为 24．中国是世界第一产氢大国，发展氢能具有较好的条件，且目前我国氢能发展较快，在全球新投资的氢能项目中占比较高，发展潜力较大。小越所在的物理兴趣小组用氢能源给40kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的水温随时间变化的图像，若在4min内完全燃烧了0.1kg的氢气，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），氢气的热值约为1.4×108J/g，则经过4min时间加热，水所吸收的热量为_____J；烧水时的热效率约为___。 【答案】       【解析】经过4 min时间加热，水所吸收的热量 氢气完全燃烧产生的热量 煤炉烧水时的热效率 25. （2024四川达州）在1个标准大气压下，小明用天然气灶将质量1kg的水，从20℃加热到沸腾，水吸收的热量是________J。他家天然气热水器的热效率是70%，他某次洗澡，耗水20kg，热水器进水温度是22℃，出水温度是42℃，他这次洗澡消耗天然气________m3。已知水的比热容是，天然气的热值是。 【答案】 3.36×105 0.075 【解析】水吸收的热量 洗澡时水吸收的热量 由​​得，天然气完全燃烧放出的热量 由Q放​=Vq得，需要天然气的体积 26．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 27.（2025黑龙江绥化）用烟煤烧水时，将10kg的水从加热到，燃烧了1.4kg的烟煤，烟煤的热值为，则水吸收的热量是______J，烧水的热效率是______。 【答案】 8% 【解析】水吸收的热量是 燃烧1.4kg烟煤产生的热量 烧水的热效率 28．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 【解析】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。 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 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 29．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】  （1）甲丙丁乙     丁     内     比热容大（2）  30%     6.44×107     1.932×107   （3） 69 【解析】（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。 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。 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）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 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 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）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 30．如图所示是小红家使用煤气灶烧水时的场景，为了测量煤气灶烧水时的效率，她在水壶中加入4L温度为15℃的冷水，加热前煤气表的示数为1215.890m3。当水刚沸腾时（一个标准大气压下），煤气表的示数是1216.030m3，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为1.7×107J/m3，求： （1）水加热至沸腾吸收的热量； （2）消耗的煤气完全燃烧放出的热量； （3）该煤气灶烧水时的效率。 【答案】（1）1.428×106J；（2）2.38×106J；（3）60% 【解析】（1）由得，4L水的质量 水吸收的热量 （2）消耗的煤气的体积 消耗的煤气完全燃烧放出的热量 （3）煤气灶烧水的效率 31. （2025江苏苏州）用煤气炉将的水从加热到，消耗煤气。已知煤气的热值为，水的比热容为。求： （1）水吸收的热量； （2）煤气完全燃烧放出的热量； （3）煤气炉加热的效率。 【答案】（1）； （2）； （3）40% 【解析】（1）水吸收的热量 （2）煤气完全燃烧放出的热量 （3）煤气炉加热的效率 32．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。 33．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. 【解析】（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 34.某物理兴趣小组的同学，用天然气灶给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0.2kg的天然气，【水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为q=7×107 J/kg】求： （1）天然气完全燃烧产生的热量； （2）经过6min时间加热，水所吸收的热量； （3）天然气灶烧水时的热效率。 【答案】（1）1.4×107J；（2）2.52×106J;（3）18% 【解析】（1）天然气完全燃烧产生的热量为 （2）由图知，水初始温度为20℃，6min时水温为80℃，所以水吸收的热量为 （3）煤炉烧水时的热效率为 答：（1） 煤完全燃烧产生的热量1.4×107J。 （2） 水吸收的热量2.52×106J。 （3） 煤炉烧水时的热效率18%。 35．某饭店用燃气灶烧水，将质量为5kg、温度为20℃的水加热到100℃，该燃气灶烧水时的效率为20%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg。求： （1）水吸收的热量；      （2）实际消耗的煤气为多少千克？ （3）为了节约能源，饭店对燃气灶进行了改进，使燃气灶的效率得到了提高。在同样的条件下将质量为5kg、温度为20℃的水加热到100℃，比原来节省0.04kg的煤气，则现在煤气灶烧水时的热效率是多少？ 【答案】（1）1.68×106J；（2）0.2kg；（3）25% 【解析】（1）水吸收的热量 Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×5kg×(100℃-20℃)=1.68×106J （2）燃烧煤气放出的热量 放出这些热量需要燃烧的煤气的质量 （3）改进后，加热水需要燃烧煤气的质量 m2=m1-∆m=0.2kg-0.04kg=0.16kg 完全燃烧0.16kg煤气放出的热量 Q放1=m2q=0.16kg×4.2×107J/kg=6.72×106J 则改进后的热效率 答：（1）水吸收的热量为1.68×106J； （2）实际消耗的煤气为0.2kg； （3）现在煤气灶烧水时的热效率是25%。 三、环境保护 36.为了控制污染，保护环境。下列做法不可行的是( ) A.大力开发利用太阳能和风能 B.工业废弃物与生活垃圾分类回收 C.改进热机结构，使燃料充分燃烧 D.禁止使用热机，以便减少环境的污染 【答案】D 【解析】A.大力开发利用太阳能和风能，做法提倡，可行； B.工业废弃物与生活垃圾分类回收，这是科学管理的好办法，可行； C.改进热机结构，使燃料充分燃烧，这是提高热机效率可行做法； D.禁止使用热机，以便减少环境的污染，与现实不符，禁止热机的使用时不可能的，做法愚蠢不可行。 37.生活中，我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题。某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出200kg燃油供内燃机工作，若燃油的热值为4.2×107J/kg，并且这些燃油完全燃烧后做了2.1×109J的有用功，则该内燃机的效率为__________。 【答案】25% 【解析】200kg燃油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=200kg×4.2×107J/kg=8.4×109J W有用=2.1×109J η=W有用/Q放= 2.1×109J/8.4×109J=0.25=25%。 38. 汽车在给人们的出行带来便利的同时，也带来了能源消耗、尾气污染等问题。 材料一：图是一辆小汽车行驶时的能耗分配图、汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，大约只有13%用于驱动汽车前进，而其余87%的能量则被损耗掉了。 材料二：排出的尾气除了CO2，H2O外，还有CO、NO、NO2及未燃烧的碳复化合物等有害气体。 结合材料： （1）对汽车行驶时能量形式的转化与损耗途径作出分析。 （2）请从节能、减排等方面对燃油汽车提出技术改进建议。 【答案】（1）见解析；（2）见解析 【解析】（1）汽车行驶时能量转化分析：汽油的化学能→气体的内能→活塞的动能→汽车的机械能。 损耗途径分析：绝大部分是以热能形式报失；部分未完全燃烧的碳氢化合物损失；少量汽油蒸发损失。 （2）技术改进建议：减少散热器、排气管和发动机的热损失；减少汽油的蒸发；使汽油能充分燃烧；研制和使用混合动力或纯电动的新能源汽车。 39.热机在工作过程中存在哪些能量损失？对环境有哪些污染？ 【答案】见解析 【解析】能量损失有： （1）废气内能损失。 燃料燃烧产生的废气（含二氧化碳、一氧化碳、硫化物等）在排放过程中带走大量热能，是热机能量损失中占比最大的部分。 （2）散热损失。 热机工作过程中，部分热量通过散热系统散失到环境中，无法被有效利用。 （3）机械摩擦损失。热机内部部件（如活塞、曲轴等）的摩擦消耗机械能，导致能量转化效率降低。 环境污染包括： A.空气污染  （1）酸性气体：二氧化硫（SO₂）与水蒸气结合形成酸雨，腐蚀建筑物并危害生态。 （2）氮氧化物：燃烧产生的NO₂等气体易形成光化学烟雾，刺激呼吸道并加剧温室效应。 （3）颗粒物：未完全燃烧的燃料残渣随废气排放，造成大气混浊。 B.热污染。燃料燃烧释放的热量直接排放到环境中，导致城市热岛效应，局部气温升高3-4℃。 C. 噪声污染。热机运行时产生的机械噪音，影响居民生活和工作环境。 能量损失的影响有： 资源消耗：热机依赖煤、石油等不可再生资源，加速资源枯竭。 温室效应：大量二氧化碳排放加剧全球气候变暖。 建议：开发清洁能源（如太阳能、风能），优化热机设计以减少能量损失和污染排放。 40. 谈谈你对保护环境问题的做法。 【答案】见解析 【解析】保护环境需从个人行为出发，结合法律政策与科学实践，具体措施可归纳为以下五方面： A.节能减排与资源节约 （1）用电用水管理. 随手关灯，使用高效节能电器（如LED灯、节能空调）；修复漏水管道，收集雨水冲厕，合理设置空调温度。  （2）减少能源消耗.关闭不使用的电器插头，避免待机耗电；优先选择公共交通、骑自行车或步行，减少私家车使用。 B. 减少废物排放与分类处理 （1）减少一次性用品。拒绝一次性塑料餐具、塑料袋、纸巾，改用可重复使用的环保袋、餐具 购物自带布袋，减少不可降解塑料袋使用。  （2）垃圾分类投放.按可回收物、有害垃圾、湿垃圾、干垃圾分类，确保有害物品单独处理  定期清理指定垃圾投放点，减少二次污染。 C. 保护生态与绿色出行 （1）绿化与生态保护.爱护花草树木，不破坏城市绿化，参与植树造林活动；保护野生动植物栖息地，拒绝非法采伐。  （2）低碳出行与绿色生活.优先选择公共交通、拼车或新能源汽车；减少食物浪费，合理利用厨余垃圾（如堆肥）。 D. 法律意识与公众参与 （1）遵守环保法规.依据《环境保护法》履行保护义务，支持环保政策与项目 （2）提升环保意识.参与环保教育活动，学习垃圾分类、节能减排知识；加入环保组织，推动社区或社会的可持续发展。 通过以上措施，每个人都能为保护环境贡献力量，实现人与自然和谐共生。 四、热力综合计算 41. （2024齐齐哈尔市）如图所示为我国研制的四座氢燃料内燃机飞机验证机。该飞机使用氢为燃料，高压储氢罐可储氢4kg，最大起飞质量可达。已知飞机静止在水平地面上时，轮胎与地面的总接触面积为；在空中以180km/h的速度匀速直线巡航时，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力为。已知氢的热值为。求： （1）发动机未工作前，飞机静止在水平地面上，达到最大起飞质量时对地面的压强为多少？ （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为多少？ （3）飞机以180km/h的速度匀速直线巡航0.5h，前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为多少？ 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】（1）飞机静止在水平地面上时的压力 飞机静止时对水平地面的压强 （2）氢完全燃烧放出的热量 （3）由可得，飞机匀速巡航的路程 牵引力做的功 答：（1）达到最大起飞质量时对地面的压强为6×104Pa； （2）高压储氢罐内4kg的氢完全燃烧放出的热量为5.6×108J； （3）前置螺旋桨为飞机提供的牵引力做的功为1.8×108J。 42. 某建筑工地上，起重机在10s内将质量为2.15t的重物沿竖直方向匀速提升6m，此过程起重机消耗柴油0.01kg。柴油的热值，g取10N/kg。 （1）求重物上升的速度； （2）求起重机提升重物的功率； （3）若将起重机提升重物做功与消耗的柴油完全燃烧释放的热量之比定义为其提升效率，用字母表示，求起重机的提升效率。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）重物上升的速度为 （2）起重机在10s内将质量为2.15t重物沿竖直方向匀速提升6m，重物处于平衡状态，起重机对重物的拉力F等于重物的重力，起重机提升重物的功率为 （3）起重机的提升效率为 43. 机械本身的重力作用广泛用于各种路面的压实作业，使被碾压层产生永久变形而密实，如图是一台双轮压路机，其工作质量为，双轮与地面的接触面积为400cm2。在一次压路作业中，压路机在水平路面上匀速行驶10min通过了240m的路程，行驶过程中受到的阻力是其重力的0.4倍。求：（g取10N/kg，柴油的热值取） （1）压路机在这次压路作业中运动的速度是多少？ （2）压路机静止在水平路面上时对路面的压强是多少？ （3）压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少？ （4）若其发动机效率为30％，这次作业要消耗多少千克柴油？ 【答案】（1）0.4m/s：（2）3106Pa；（3）；（4）0.96kg 【解析】（1）压路机在这次压路作业中运动的速度为 （2）压路机静止在水平路面上对水平面的压力为 压路机静止在水平路面上时对路面的压强 （3）压路机匀速前进时，牵引力大小为 牵引力做的功 （4）需要的总能量为 则柴油的质量为 44. （2025湖南二模）2022年北京冬奥会示范运营1000多辆氢燃料电池车（如图所示），该车排放物是水，不产生任何污染物，是当前世界新能源汽车重要的发展方向。假设某国产氢燃料电池车总质量为5×103kg。在某次测试中该车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，在0.5h内行驶了28km的路程，消耗的氢能源为0.4kg（不考虑氢能源燃料消耗对车质量的影响）。求该测试过程中氢燃料电池车：（已知q氢=1.4×108J/kg，g取10N/kg） （1）行驶的平均速度为多少km/h； （2）牵引力做功； （3）氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率。 【答案】（1）56km/h；（2）2.8×107J；（3）50% 【解析】（1）氢燃料电池车0.5h内行驶了28km的路程，根据可得，车行驶的平均速度为 （2）氢燃料电池车总质量为5×103kg，受到的重力为 G=mg=5×103kg×10N/kg=5×104N 车匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，汽车做匀速直线运动，牵引力和阻力是一对平衡力，所以车受到的牵引力为 F=f=0.02G=0.02×5×104N=103N 牵引力做的功为 W=Fs=103N×28×103m=2.8×107J （3）消耗0.4kg的氢能源，放出的热量为 Q放=mq=0.4kg×1.4×108J/kg=5.6×107J 氢能源燃烧释放的能量转化为机械能的效率为 45. （2025辽宁一模）某款环保能源汽车——氢能重卡，它满载时总质量为50t，车轮总着地面积为，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。（g取10N/kg，取）求： （1）汽车满载静止在水平地面上时，对地面的压强； （2）这次行驶过程中，汽车消耗的氢能为多少焦耳； （3）若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油的质量。 【答案】（1）；（2）；（3）12kg 【解析】（1）因为汽车静止在水平地面上，所以汽车受力平衡，汽车对地面的压力等于汽车的重力 汽车对地面的压强 （2）由得，这次行驶过程中，汽车所做的功 由得，汽车消耗氢能 （3）这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，则 由得，燃烧柴油的质量 答：（1）汽车满载静止在水平地面上时，对地面的压强为； （2）这次行驶过程中，汽车消耗的氢能为； （3）若这次行驶过程中消耗的氢能由燃烧柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油的质量为12kg。 46. 铁岭市对大通街路面改造的过程中，使用了如图所示的一款履带运输车运送石料。空载运输车的质量为3t，履带与地面总接触面积为1.2m2。一次运送中，运输车在2min内沿水平路面匀速直线行驶600m，行驶中受到的阻力为104N（g取10N/kg，燃料热值q取4.5×107J/kg）求： （1）空载运输车静止时对水平路面的压强； （2）这次运送中，运输车发动机的功率； （3）若行驶中受到的阻力不变，发动机的效率是40%，10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离。 【答案】（1）；（2）；（3） 【解析】（1）由于空载运输车静止时对水平路面的压力为 根据可得，空载运输车静止时对水平路面的压强为 （2）因为运输车是做匀速直线运动，处于平衡状态，受到的是平衡力作用，因此运输车发动机的牵引力为 根据W=Fs可得，发动机所做的功为 根据可得，运输车发动机的功率为 （3）10kg的燃料完全燃烧放出的热量为 发动机所做的功为 由于受到的阻力不变，且运输车做匀速直线运动，受到的是平衡力作用，则此时的牵引力为 根据可得，10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离为 答：（1）空载运输车静止时对水平路面的压强是； （2）运输车发动机的功率是； （3）10kg的燃料可供该车沿水平路面匀速直线行驶的距离是。 47. （2025山东威海）小明和爸爸质量共120kg，骑着一辆质量为300kg（含装备）的三轮摩托车，沿318国道从成都前往拉萨旅行。水平骑行时每只轮胎与地面接触的面积为0.02m2（g取10N/ kg） （1）水平骑行时，摩托车对地面的压力、压强分别是多少？ （2）在海拔约5000m米拉山垭口烧水，用燃气炉将质量2.5kg、初温为3℃的水加热至沸腾（水的沸点为83℃）。若燃气完全燃烧释放热量的30%被水吸收。则水吸收了多少热量？共用掉多少燃气？[，] 【答案】（1）4200N， 7×10⁴Pa （2）8.4×105J， 0.056kg 【解析】（1）摩托车对地面的压力F=G=m总g=420kg×10N/kg=4200N 摩托车对地面的压强 （2）水吸收热量Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×2.5kg×(83℃-3℃)=8.4×105J 燃气释放热量 燃气质量 1 学科网（北京）股份有限公司 $$