14.3 热机的效率 讲义-2025-2026学年九年级全一册物理人教版

14.3 热机的效率 【思维导图+知识讲解+例题讲解+巩固练习】 同学们，大家好！上一节课我们学习了热机的基本原理，知道了汽油机和柴油机是如何通过四个冲程将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的。那么，在这个能量转化过程中，燃料燃烧放出的能量是不是全部都用来做有用功了呢？今天我们就来学习“热机的效率”，并先回顾一下与燃料燃烧相关的一个重要概念——燃料的热值。 思维导图 知识讲解 知识点一、燃料的热值 (q) 我们知道，汽车烧汽油，拖拉机烧柴油，锅炉烧煤，这些都是利用燃料燃烧释放出的能量。不同的燃料，燃烧时放出的热量多少是不同的。 1.定义：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。 （1）“完全燃烧”：是指燃料燃烧得非常充分，没有残留可燃物。这是一个理想状态，实际燃烧中很难达到，但为了比较不同燃料的放热能力，我们采用“完全燃烧”的标准。 2.物理意义：表示燃料燃烧放热本领的物理量。 （1）例如：干木柴的热值约为1.2×10⁷ J/kg，表示1kg的干木柴完全燃烧时放出的热量约为1.2×10⁷ J。 （2）酒精的热值约为3.0×10⁷ J/kg，表示1kg的酒精完全燃烧时放出的热量约为3.0×10⁷ J。 3.符号：用字母 q 表示。 4.单位： （1）固体和液体燃料：焦耳每千克 (J/kg) （2）气体燃料：焦耳每立方米 (J/m³) (因为气体燃料通常用体积衡量) 5.特性：热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧、燃烧放出热量的多少等均无关。 （1）例如：1kg的煤和10kg的煤，它们的热值是相同的。 6.一些燃料的热值： 7.燃料完全燃烧放出热量的计算： （1）对于固体和液体燃料，若质量为m，热值为q，则完全燃烧放出的热量为： Q放 = m × q ①Q放——燃料完全燃烧放出的热量 (单位：J) ②m ——燃料的质量 (单位：kg) ③q ——燃料的热值 (单位：J/kg) （2）对于气体燃料，若体积为V，热值为q，则完全燃烧放出的热量为： Q放 = V × q ①Q放——燃料完全燃烧放出的热量 (单位：J) ②V ——燃料的体积 (单位：m³) ③q ——燃料的热值 (单位：J/m³) 知识点二、热机的效率 (η) 热机是利用燃料燃烧放出的热量来做功的。但如前所述，燃料燃烧放出的热量 (Q放) 并不能全部用来做有用功 (W有用)。 1.定义：热机工作时，用来做有用功的那部分能量 (W有用)，与燃料完全燃烧放出的能量 (Q放) 之比，叫做热机的效率。用符号“η”（读作“伊塔”）表示。 2.公式： η = × 100% （1）η —— 热机效率 (通常用百分数表示) （2）W有用 —— 热机做的有用功 (单位：J) （3）Q放 —— 燃料完全燃烧所放出的热量 (单位：J，由 Q放 = mq 或 Q放 = Vq 计算得出) 3.物理意义：表示热机对燃料能量的利用率。效率越高，说明热机将燃料燃烧放出的能量转化为有用功的比例越大，能量利用率越高。 知识点三、热机效率为什么总是小于100%？ 由于热机在工作过程中，不可避免地会有各种能量损失，因此热机的效率总是小于100%。主要的能量损失途径有： 1.废气带走的能量：燃料燃烧产生的高温高压废气，在排出汽缸时带走了大量的内能 (这是最主要的能量损失)。 2.克服机械摩擦消耗的能量：热机各运动部件之间存在摩擦 (如活塞与汽缸壁之间、曲轴与轴承之间等)，克服摩擦做功会消耗一部分能量，转化为内能。 3.散热损失：汽缸、排气管等部件会向周围环境散热，损失一部分内能。 4.燃料不能完全燃烧：实际燃烧过程中，由于空气不足、混合不均等原因，燃料往往不能完全燃烧，使得实际放出的热量小于理论上完全燃烧放出的热量。 知识点四、提高热机效率的途径 虽然热机效率不可能达到100%，但我们可以通过以下途径来提高它的效率： 1.使燃料充分燃烧：保证良好的雾化 (如汽油机的喷油嘴) 和足够的空气供应，使燃料在汽缸内充分燃烧，减少因不完全燃烧造成的能量损失。 2.减少废气带走的能量：改进热机的设计和结构，如采用涡轮增压技术利用部分废气能量，或对废气余热进行回收利用。 3.减小机械摩擦：选用优良的润滑材料，保证运动部件间的良好润滑，减少摩擦阻力，从而减少因摩擦而消耗的能量。 4.减少散热损失：采用隔热性能好的材料制造汽缸等部件，或对汽缸进行保温，减少向外界散失的热量。 5.改进热机结构和工作循环：通过技术革新，优化热机的设计，如提高压缩比 (柴油机比汽油机压缩比高，效率也更高)，改进燃烧室形状等。 知识点五、常见热机的效率范围 (了解) 1.汽油机的效率通常在 20% - 30% 左右。 2.柴油机的效率通常在 30% - 45% 左右。 3.蒸汽机的效率很低，一般在 6% - 15% 左右。 4.燃气轮机、喷气发动机等效率会更高一些。 知识点六、提高热机效率的意义 提高热机效率具有重要的经济意义和环境意义： 1.节约能源：效率提高了，完成相同的有用功，消耗的燃料就减少了。 2.减少污染：燃料消耗减少，相应的废气排放和污染物也会减少，有利于保护环境。 本节小结 3.燃料的热值 (q)： （1）定义：1kg (或1m³) 某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）单位：J/kg 或 J/m³。 （3）特性：与燃料种类有关，与质量、燃烧情况无关。 （4）公式：Q放 = mq (固体液体) 或 Q放 = Vq (气体)。 4.热机的效率 (η)： （1）定义：η = × 100%。 （2）效率总是小于100% (原因：废气、摩擦、散热、不完全燃烧等能量损失)。 （3）提高热机效率的途径：充分燃烧、减少废气带走能量、减小摩擦、减少散热等。 （4）意义：节约能源，减少污染。 例题讲解 考点一、燃料的热值 【例题1】关于燃料和热值，以下说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况无关 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．为了提高锅炉效率，要用热值高的燃料 【答案】A 【解析】【解答】A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A正确。 B、热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错误。 C、煤的热值比干木柴大，说明1kg的煤完全燃烧放出的热量比1kg干木柴完全燃烧放出的热量多，本选项的说法中两者质量不一定相等，且不一定完全燃烧，故C错误。 D、影响锅炉的效率的因素一是燃料的燃烧程度，二是烟气带走的能量，所以为了提高锅炉的效率，一要尽力使燃料更充分地燃烧，二要尽力减少烟气带走的能量，和燃料的热值大小无关，故D错误。 故答案为：A。 【分析】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。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。 【例题2】氢能源具有来源广，热值高，无污染等优点，氢气的热值为，完全燃烧2kg的氢气可放出　 　J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值　 　（填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】；等于 【解析】【解答】完全燃烧2kg的氢气可放出为：； 热值大小只与燃料的种类有关，所以罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值不变 。 【分析】根据求出燃料燃烧放出的热量；热值大小只与燃料的种类有关。 考点二、热机的效率 【例题1】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，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多 C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 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】C 【解析】【解答】热机的效率是反映热机在做功时，有效利用燃料内能的指标，是做有用功的内能和总内能的比值，热机效率与做功的多少和做功的快慢都没有关系，要提高热机效率要从提高燃料燃烧的更充分，减少热机的热损失。故C正确 故选择C 【分析】A.热机的功率越高，说明做功越快B：热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少D. 热机损失的能量中，废气带走的能量较多，主要是由于机械摩擦损失的。 【例题2】如下图所示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A．有用机械能较多 B．效率较高 C．功率较小 D．使用的汽油的热值较小 【答案】B 【解析】【解答】甲汽油机汽油完全燃烧放出的热量为 汽油机有用的机械能为 因为 与乙汽油机相比，甲汽油机有用机械能较少，故A错误； 乙汽油机的效率为 因为，故B正确； C．功率指的是做功快慢的物理量，而效率是有用的机械能占汽油燃料燃烧放出的热量的比值，是两个不同的物理量，无法比较，故C错误； D．汽油的热值无法判断，故D错误。 故选B。 【分析】此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握，注意区分总功和有用功. 汽油机的效率可以通过公式 η= 来计算，它反映了发动机有效功率的热当量与单位时间燃料消耗热量的比例。 【例题3】为减少能源消耗，保护环境，必须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（　　） A．让燃料放出的热量全部用来做有用功 B．用导热性更好的材料做内燃机气缸 C．增加燃料的质量 D．尽量使燃料充分燃烧 【答案】D 【解析】【解答】A.热机工作时，不可避免热损失，不能让燃料放出的热量全部用来做有用功，A不符合题意； B.用导热性更好的材料做内燃机气缸，热损失更大，不能提高热机效率，B不符合题意； C.增加燃料的质量，不能提高热机效率，C不符合题意； D.尽量使燃料充分燃烧，可以减少损失的能量，可以提高热机效率，D符合题意。 故答案为：D. 【分析】热机效率是热机做功的有用功和总热的比值。 【例题4】如图所示是某款汽车能量转化示意图，则汽车的效率是（　　） A．7% B．30% C．33% D．40% 【答案】B 【解析】【解答】根据能量流向，计算汽车的效率是η=100%-33%-30%-7%=30%，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【分析】利用总能量和损失能量的百分比值之差，计算热机效率。 【例题5】小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要　 　L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为　 　N。 【答案】12；1750 【解析】【解答】汽车以额定功率行驶1h做的功： ＝35 103W 3600s＝1.26 108J，根据公式 得： ，消耗的汽油的体积：V汽油＝ ＝12L；汽车的速度：v车＝72km/h＝20m/s，根据公式 得：汽车受到的牵引力： ＝1750N.，汽车做匀速直线运动，所受的阻力和牵引力是平衡力，汽车受到的阻力：f＝F＝1750N. 故答案为：12；1750. 【分析】根据W=Pt求出小汽车牵引力所做的功，用η=求出放出的热量，再利用Q放=Vq可求出汽油的体积； 利用效率变形公式W=ηQ放可求出牵引力做的功；再利用公式W=Fs求出汽车的牵引力，汽车做匀速直线运动，受到的牵引力等于阻力. 【例题6】如图所示，是国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600，是国家为满足森林灭火和水上救援的迫切需要而研制的大型特种民用飞机。某次飞行中，消耗燃油，已知燃油的热值为，则这些燃油完全燃烧放出的热量为　 　J；若这次飞行中飞机的发动机推力做功，则该发动机的效率为　 　%。 【答案】；25 【解析】【解答】根据燃油质量和热值，计算完全燃烧放出的热量： Q放=q燃油m燃油=4.6×107J/kg×2×103kg=9.2×1010J； 根据有用功，计算发动机的效率为。 【分析】根据Q=mq，计算燃料燃烧放出的热量；利用，计算热机效率。 【例题7】某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，汽车以50km/h的速度匀速直线行驶了0.6h。汽车所受的阻力与速度的图象如图所示。且行驶过程中消耗了12.5×10-3m3燃油（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg，求： （1）汽车牵引力所做的功； （2）燃油放出的总热量Q是多少？ （3）汽车的热机效率。 【答案】解：（1）由图可知以50km/h的速度匀速直线行驶时，阻力为4000N，汽车牵引力也为4000N，所做的功为： （2）燃油放出的总热量Q为： （3）汽车的热机效率为： 答：（1）汽车牵引力所做的功为1.2×108J； （2）燃油放出的总热量为4×108J； （3）汽车的热机效率为30%。 【解析】【分析】 （1）已知车速，由图可知汽车此时所受的阻力，由二力平衡的条件可得汽车的牵引力，再利用s=vt求出汽车行驶的路程，最后根据W=Fs可求出汽车牵引力做的功； （2）已知消耗燃油的体积，利用m=ρV可求出燃油的质量，再利用Q放=qm可求出燃油完全燃烧放出的热量； （3）根据求出汽车的热机效率。 考点三、热效率的计算 【例题1】小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了0.3m3的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是3.5×106J B．天然气完全燃烧释放出的热量是3.78×107J C．热水器的能量转化效率与环境温度无关 D．热水器的能量转化效率为25% 【答案】D 【解析】【解答】 A、将30kg的水从25℃加热到50℃，水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg•℃）×30kg×（50℃-25℃）=3.15×106J，故A错误； B、天然气完全燃烧放出热量：Q放=Vq=0.3m3×4.2×107J/m3=1.26×107J，故B错误； C、热水器的能量转化效率与环境温度有关，因为环境温度越低，加热的时间越长，其散失的热量越多，则热水器的能量转化效率越低，故C错误； D、热水器的能量转化效率：，故D正确。 故选：D。 【分析】 （1）知道水的质量、比热容、初温和末温，利用Q吸=cmΔt求水吸收的热量； （2）利用Q放=Vq求天然气完全燃烧放出热量； （3）环境温度越低，加热时间越长，其散失的热量越多，据此分析； （4）热水器的能量转化效率等于水吸收的热量与天然气完全燃烧放出热量之比。 【例题2】某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是 3×107J/kg，现完全燃烧了 4.2kg 的焦炭，放出的热量　 　J；设该热量有50%被水吸收，能将　 　kg 的水从25℃加热到100℃。[已知c 水=4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】1.26×108J；200 【解析】【解答】完全燃烧了 4.2kg 的焦炭，放出的热量为 热量有50%被水吸收，则水吸收的热量为 根据 ，这些热量能将水从25℃加热到100℃的质量为 【分析】根据公式，可求出放出的热量；根据公式及，可求出质量。 【例题3】小星家的太阳能热水器，水箱容积是 200L.小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱加满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃.请你求解下列问题： （1）水箱中水的质量；水吸收的热量[ （2）如果水吸收的这些热量由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40%，求至少需要燃烧多少煤气（煤气的热值为4.2×107J/kg）. 【答案】（1）解： Q吸=C水 m水△t=4.2×103J/(kg·℃)×200kg×(45℃— （2）解： 【解析】【分析】 （1）由m=ρV可以求出水的质量；利用Q吸=cm（t-t0）可以求出水吸收的热量； （2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，则Q放=Q吸，利用Q=qm就能计算出需要煤气的质量。 【例题4】如图所示，现在的小火锅常用一种被称为“固体酒精”的物质作为燃料，已知这种燃料的热值是2.0×107 J/kg，若燃烧0.1 kg固体酒精，能将小火锅中质量为2 kg的热汤的温度从50 ℃升高到100 ℃。[汤的比热容近似为水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]求： （1）小火锅中汤吸收的热量； （2）完全燃烧0.1 kg的“固态酒精”所释放出的热量； （3）这个小火锅烧汤的效率。 【答案】解：（1）小火锅中汤吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-50℃)＝4.2×105J （2）完全燃烧0.1kg的“固态酒精”所释放出的热量 Q放=mq=0.1 kg×2.0×107J/kg=2.0×106 J （3）这个小火锅烧汤的效率 η＝×100%=21% 答：（1）小火锅中汤吸收的热量是4.2×105J； （2）完全燃烧0.1kg的固态酒精所释放出的热量是2.0×106J； （3）这个小火锅烧汤的效率是21%。 【解析】【分析】（1）根据Q吸=c水mΔt，计算水吸收的热量； （2）根据Q放=mq，计算燃料燃烧放出的热量； （3）利用，计算热效率。 巩固练习 一、选择题 1．“胖五”是我国首枚人型运载火箭，运载能力位居世界前列，所用燃料是零下253摄氏度的液氢。之所以选择液氢做燃料，是因为它具有（　　） A．较大的热值 B．较高的熔点 C．较大的比热容 D．较大的密度 2．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．燃料完全燃烧时，它的热值最大 B．煤燃烧时放出的热量，一定比计算值小 C．没有燃烧的燃料，热值等于零 D．燃料燃烧时，产生的温度越高，放出的热量越多 3．关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　） A．热机的效率可以等于1 B．燃料完全燃烧放出的热量不可能全部用来做功 C．减少热损失对提高热机效率无影响 D．设法利用废气的能量也不能提高热机效率 4．将一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的（　　） A．热值、比热容都不变 B．热值、比热容都变为原来的三分之二 C．热值变为原来的三分之二，比热容不变 D．热值不变，比热容变为原来的三分之二 5．图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是（　　） A．25% B．35% C．40% D．75% 6．要提高热机的效率，下列做法不可行的是（　　） A．尽量减少废气带走的热量 B．尽量保持机械部件之间有良好的润滑 C．尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能 D．尽量让燃料充分燃烧 7．一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，下列说法错误的是（　　） A．该柴油机的效率为40% B．用来做有用功的能量为3.2×107 J C．通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D．减少机械间的摩擦可以提高热机效率 8．一辆汽车在平直公路上匀速行驶50min，消耗汽油7kg，汽油完全燃烧放出的热量有30%转化为机械能，汽油的热值为，则汽车发动机的功率约为（　　） A．9.66kW B．96.6kW C．3.22kW D．32.2kW 9．用烟煤烧水时，在1标准大气压下，将10kg的水从加热到燃烧了1.4kg的烟煤。已知水的比热容是，烟煤的热值为．下列说法正确的是（　　） A．烟煤燃烧过程中热值不断减小 B．烧水过程中水的比热容不断增大 C．此过程中水吸收的热量为 D．此过程中加热效率为8% 二、填空题 10．随着经济的发展，汽车已进入普通百姓家庭，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的指标之一，有经验的司机可以通过闻尾气的气味作出初步的判断，输出功率相同时，气味越淡，汽车发动机效率越　 　，原因是　 　． 11．某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3600转，则每秒对外做功　 　次，每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作半小时需消耗汽油　 　kg。（） 12．“可燃冰”是一种新型能源。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的　 　很大。以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为　 　J，这些热量可以使　 　kg的水从20℃加热至100℃。[，]。 13．某型号汽车在车型测试中，在一段平直公路上匀速行驶了6km，消耗汽油1kg，汽油的热值为4.5×107J/kg。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%。在此过程中，汽油机做的有用功是　 　J，汽车受到的牵引力是　 　N。 14．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100kg 燃油可让飞机获得 2.1×109J的机械能。若燃油热值取 q=4.2×107J/kg， 则 100kg 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　 　。 三、实验题 15．小明同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系。他实验时组装了如图5所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1min记录了杯中水的温度。 加热的时间/min 0 1 2 3 4 5 6 甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38 乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31 （1）在安装调整器材时，应先固定　 　的位置，再调整固定　 　 的位置。(均选填“A”或“B”) （2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的　 　、　 　。 （3）通过表中记录的数据，你认为　 　杯水温度升高的快； （4）煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是　 　。理由是　 　。 四、计算题 16．小林一家到某基地露营时，用火炉将质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了200g木炭。已知：水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），木炭的热值q＝3.36×107J/kg。 （1）求水吸收的热量； （2）求该火炉烧水的热效率； （3）请提出一种提高火炉热效率的途径。 17．氢燃料新能源具有清洁无污染、效率高等优点，其热值为q氢＝1.4×108J/kg。求： （1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）用这些热量给质量为400kg，温度为15℃的水加热（不计热量损失），水的末温是多少摄氏度？已知水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃） （3）某氢能源汽车以1.4×105W的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量有50%用来做有用功，能使该汽车匀速行驶多长时间？ 18．如图所示，我国自行研制的大型灭火，水上救援水陆两栖飞机鲲龙﹣600，2018年10月1日鲲龙﹣600完成了首次水上高速滑行试验，飞机操作稳定，各系统工作正常，若鲲龙﹣600以270km/h的速度匀速直线滑行10min，消耗航空煤油675kg，飞机发动机的输出功率为2.25×107W，（航空煤油的热值为4×107J/kg）求： （1）675kg的航空煤油完全燃烧放出的热量； （2）10min内，发动机所做的功； （3）发动机的机械效率是多少？ 第 1 页 共 21 页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 14.3 热机的效率 【思维导图+知识讲解+例题讲解+巩固练习】 同学们，大家好！上一节课我们学习了热机的基本原理，知道了汽油机和柴油机是如何通过四个冲程将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的。那么，在这个能量转化过程中，燃料燃烧放出的能量是不是全部都用来做有用功了呢？今天我们就来学习“热机的效率”，并先回顾一下与燃料燃烧相关的一个重要概念——燃料的热值。 思维导图 知识讲解 知识点一、燃料的热值 (q) 我们知道，汽车烧汽油，拖拉机烧柴油，锅炉烧煤，这些都是利用燃料燃烧释放出的能量。不同的燃料，燃烧时放出的热量多少是不同的。 1.定义：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。 （1）“完全燃烧”：是指燃料燃烧得非常充分，没有残留可燃物。这是一个理想状态，实际燃烧中很难达到，但为了比较不同燃料的放热能力，我们采用“完全燃烧”的标准。 2.物理意义：表示燃料燃烧放热本领的物理量。 （1）例如：干木柴的热值约为1.2×10⁷ J/kg，表示1kg的干木柴完全燃烧时放出的热量约为1.2×10⁷ J。 （2）酒精的热值约为3.0×10⁷ J/kg，表示1kg的酒精完全燃烧时放出的热量约为3.0×10⁷ J。 3.符号：用字母 q 表示。 4.单位： （1）固体和液体燃料：焦耳每千克 (J/kg) （2）气体燃料：焦耳每立方米 (J/m³) (因为气体燃料通常用体积衡量) 5.特性：热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧、燃烧放出热量的多少等均无关。 （1）例如：1kg的煤和10kg的煤，它们的热值是相同的。 6.一些燃料的热值： 7.燃料完全燃烧放出热量的计算： （1）对于固体和液体燃料，若质量为m，热值为q，则完全燃烧放出的热量为： Q放 = m × q ①Q放——燃料完全燃烧放出的热量 (单位：J) ②m ——燃料的质量 (单位：kg) ③q ——燃料的热值 (单位：J/kg) （2）对于气体燃料，若体积为V，热值为q，则完全燃烧放出的热量为： Q放 = V × q ①Q放——燃料完全燃烧放出的热量 (单位：J) ②V ——燃料的体积 (单位：m³) ③q ——燃料的热值 (单位：J/m³) 知识点二、热机的效率 (η) 热机是利用燃料燃烧放出的热量来做功的。但如前所述，燃料燃烧放出的热量 (Q放) 并不能全部用来做有用功 (W有用)。 1.定义：热机工作时，用来做有用功的那部分能量 (W有用)，与燃料完全燃烧放出的能量 (Q放) 之比，叫做热机的效率。用符号“η”（读作“伊塔”）表示。 2.公式： η = × 100% （1）η —— 热机效率 (通常用百分数表示) （2）W有用 —— 热机做的有用功 (单位：J) （3）Q放 —— 燃料完全燃烧所放出的热量 (单位：J，由 Q放 = mq 或 Q放 = Vq 计算得出) 3.物理意义：表示热机对燃料能量的利用率。效率越高，说明热机将燃料燃烧放出的能量转化为有用功的比例越大，能量利用率越高。 知识点三、热机效率为什么总是小于100%？ 由于热机在工作过程中，不可避免地会有各种能量损失，因此热机的效率总是小于100%。主要的能量损失途径有： 1.废气带走的能量：燃料燃烧产生的高温高压废气，在排出汽缸时带走了大量的内能 (这是最主要的能量损失)。 2.克服机械摩擦消耗的能量：热机各运动部件之间存在摩擦 (如活塞与汽缸壁之间、曲轴与轴承之间等)，克服摩擦做功会消耗一部分能量，转化为内能。 3.散热损失：汽缸、排气管等部件会向周围环境散热，损失一部分内能。 4.燃料不能完全燃烧：实际燃烧过程中，由于空气不足、混合不均等原因，燃料往往不能完全燃烧，使得实际放出的热量小于理论上完全燃烧放出的热量。 知识点四、提高热机效率的途径 虽然热机效率不可能达到100%，但我们可以通过以下途径来提高它的效率： 1.使燃料充分燃烧：保证良好的雾化 (如汽油机的喷油嘴) 和足够的空气供应，使燃料在汽缸内充分燃烧，减少因不完全燃烧造成的能量损失。 2.减少废气带走的能量：改进热机的设计和结构，如采用涡轮增压技术利用部分废气能量，或对废气余热进行回收利用。 3.减小机械摩擦：选用优良的润滑材料，保证运动部件间的良好润滑，减少摩擦阻力，从而减少因摩擦而消耗的能量。 4.减少散热损失：采用隔热性能好的材料制造汽缸等部件，或对汽缸进行保温，减少向外界散失的热量。 5.改进热机结构和工作循环：通过技术革新，优化热机的设计，如提高压缩比 (柴油机比汽油机压缩比高，效率也更高)，改进燃烧室形状等。 知识点五、常见热机的效率范围 (了解) 1.汽油机的效率通常在 20% - 30% 左右。 2.柴油机的效率通常在 30% - 45% 左右。 3.蒸汽机的效率很低，一般在 6% - 15% 左右。 4.燃气轮机、喷气发动机等效率会更高一些。 知识点六、提高热机效率的意义 提高热机效率具有重要的经济意义和环境意义： 1.节约能源：效率提高了，完成相同的有用功，消耗的燃料就减少了。 2.减少污染：燃料消耗减少，相应的废气排放和污染物也会减少，有利于保护环境。 本节小结 3.燃料的热值 (q)： （1）定义：1kg (或1m³) 某种燃料完全燃烧放出的热量。 （2）单位：J/kg 或 J/m³。 （3）特性：与燃料种类有关，与质量、燃烧情况无关。 （4）公式：Q放 = mq (固体液体) 或 Q放 = Vq (气体)。 4.热机的效率 (η)： （1）定义：η = × 100%。 （2）效率总是小于100% (原因：废气、摩擦、散热、不完全燃烧等能量损失)。 （3）提高热机效率的途径：充分燃烧、减少废气带走能量、减小摩擦、减少散热等。 （4）意义：节约能源，减少污染。 例题讲解 考点一、燃料的热值 【例题1】关于燃料和热值，以下说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况无关 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．为了提高锅炉效率，要用热值高的燃料 【答案】A 【解析】【解答】A、燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A正确。 B、热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错误。 C、煤的热值比干木柴大，说明1kg的煤完全燃烧放出的热量比1kg干木柴完全燃烧放出的热量多，本选项的说法中两者质量不一定相等，且不一定完全燃烧，故C错误。 D、影响锅炉的效率的因素一是燃料的燃烧程度，二是烟气带走的能量，所以为了提高锅炉的效率，一要尽力使燃料更充分地燃烧，二要尽力减少烟气带走的能量，和燃料的热值大小无关，故D错误。 故答案为：A。 【分析】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。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。 【例题2】氢能源具有来源广，热值高，无污染等优点，氢气的热值为，完全燃烧2kg的氢气可放出　 　J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值　 　（填“大于”“等于”或“小于”）。 【答案】；等于 【解析】【解答】完全燃烧2kg的氢气可放出为：； 热值大小只与燃料的种类有关，所以罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值不变 。 【分析】根据求出燃料燃烧放出的热量；热值大小只与燃料的种类有关。 考点二、热机的效率 【例题1】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，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多 C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 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】C 【解析】【解答】热机的效率是反映热机在做功时，有效利用燃料内能的指标，是做有用功的内能和总内能的比值，热机效率与做功的多少和做功的快慢都没有关系，要提高热机效率要从提高燃料燃烧的更充分，减少热机的热损失。故C正确 故选择C 【分析】A.热机的功率越高，说明做功越快B：热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越少D. 热机损失的能量中，废气带走的能量较多，主要是由于机械摩擦损失的。 【例题2】如下图所示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A．有用机械能较多 B．效率较高 C．功率较小 D．使用的汽油的热值较小 【答案】B 【解析】【解答】甲汽油机汽油完全燃烧放出的热量为 汽油机有用的机械能为 因为 与乙汽油机相比，甲汽油机有用机械能较少，故A错误； 乙汽油机的效率为 因为，故B正确； C．功率指的是做功快慢的物理量，而效率是有用的机械能占汽油燃料燃烧放出的热量的比值，是两个不同的物理量，无法比较，故C错误； D．汽油的热值无法判断，故D错误。 故选B。 【分析】此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握，注意区分总功和有用功. 汽油机的效率可以通过公式 η= 来计算，它反映了发动机有效功率的热当量与单位时间燃料消耗热量的比例。 【例题3】为减少能源消耗，保护环境，必须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（　　） A．让燃料放出的热量全部用来做有用功 B．用导热性更好的材料做内燃机气缸 C．增加燃料的质量 D．尽量使燃料充分燃烧 【答案】D 【解析】【解答】A.热机工作时，不可避免热损失，不能让燃料放出的热量全部用来做有用功，A不符合题意； B.用导热性更好的材料做内燃机气缸，热损失更大，不能提高热机效率，B不符合题意； C.增加燃料的质量，不能提高热机效率，C不符合题意； D.尽量使燃料充分燃烧，可以减少损失的能量，可以提高热机效率，D符合题意。 故答案为：D. 【分析】热机效率是热机做功的有用功和总热的比值。 【例题4】如图所示是某款汽车能量转化示意图，则汽车的效率是（　　） A．7% B．30% C．33% D．40% 【答案】B 【解析】【解答】根据能量流向，计算汽车的效率是η=100%-33%-30%-7%=30%，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 【分析】利用总能量和损失能量的百分比值之差，计算热机效率。 【例题5】小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要　 　L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）；若行驶的速度为72km/h，则汽车受到的阻力为　 　N。 【答案】12；1750 【解析】【解答】汽车以额定功率行驶1h做的功： ＝35 103W 3600s＝1.26 108J，根据公式 得： ，消耗的汽油的体积：V汽油＝ ＝12L；汽车的速度：v车＝72km/h＝20m/s，根据公式 得：汽车受到的牵引力： ＝1750N.，汽车做匀速直线运动，所受的阻力和牵引力是平衡力，汽车受到的阻力：f＝F＝1750N. 故答案为：12；1750. 【分析】根据W=Pt求出小汽车牵引力所做的功，用η=求出放出的热量，再利用Q放=Vq可求出汽油的体积； 利用效率变形公式W=ηQ放可求出牵引力做的功；再利用公式W=Fs求出汽车的牵引力，汽车做匀速直线运动，受到的牵引力等于阻力. 【例题6】如图所示，是国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600，是国家为满足森林灭火和水上救援的迫切需要而研制的大型特种民用飞机。某次飞行中，消耗燃油，已知燃油的热值为，则这些燃油完全燃烧放出的热量为　 　J；若这次飞行中飞机的发动机推力做功，则该发动机的效率为　 　%。 【答案】；25 【解析】【解答】根据燃油质量和热值，计算完全燃烧放出的热量： Q放=q燃油m燃油=4.6×107J/kg×2×103kg=9.2×1010J； 根据有用功，计算发动机的效率为。 【分析】根据Q=mq，计算燃料燃烧放出的热量；利用，计算热机效率。 【例题7】某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，汽车以50km/h的速度匀速直线行驶了0.6h。汽车所受的阻力与速度的图象如图所示。且行驶过程中消耗了12.5×10-3m3燃油（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m3，热值q=4×107J/kg，求： （1）汽车牵引力所做的功； （2）燃油放出的总热量Q是多少？ （3）汽车的热机效率。 【答案】解：（1）由图可知以50km/h的速度匀速直线行驶时，阻力为4000N，汽车牵引力也为4000N，所做的功为： （2）燃油放出的总热量Q为： （3）汽车的热机效率为： 答：（1）汽车牵引力所做的功为1.2×108J； （2）燃油放出的总热量为4×108J； （3）汽车的热机效率为30%。 【解析】【分析】 （1）已知车速，由图可知汽车此时所受的阻力，由二力平衡的条件可得汽车的牵引力，再利用s=vt求出汽车行驶的路程，最后根据W=Fs可求出汽车牵引力做的功； （2）已知消耗燃油的体积，利用m=ρV可求出燃油的质量，再利用Q放=qm可求出燃油完全燃烧放出的热量； （3）根据求出汽车的热机效率。 考点三、热效率的计算 【例题1】小李家使用的热水器，30min内均匀消耗了0.3m3的天然气，将30kg的水从25℃加热到50℃。天然气的热值为4.2×107J/m3，水的比热容为，则关于该过程的说法正确的是（　　） A．水吸收的热量是3.5×106J B．天然气完全燃烧释放出的热量是3.78×107J C．热水器的能量转化效率与环境温度无关 D．热水器的能量转化效率为25% 【答案】D 【解析】【解答】 A、将30kg的水从25℃加热到50℃，水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×103J/（kg•℃）×30kg×（50℃-25℃）=3.15×106J，故A错误； B、天然气完全燃烧放出热量：Q放=Vq=0.3m3×4.2×107J/m3=1.26×107J，故B错误； C、热水器的能量转化效率与环境温度有关，因为环境温度越低，加热的时间越长，其散失的热量越多，则热水器的能量转化效率越低，故C错误； D、热水器的能量转化效率：，故D正确。 故选：D。 【分析】 （1）知道水的质量、比热容、初温和末温，利用Q吸=cmΔt求水吸收的热量； （2）利用Q放=Vq求天然气完全燃烧放出热量； （3）环境温度越低，加热时间越长，其散失的热量越多，据此分析； （4）热水器的能量转化效率等于水吸收的热量与天然气完全燃烧放出热量之比。 【例题2】某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是 3×107J/kg，现完全燃烧了 4.2kg 的焦炭，放出的热量　 　J；设该热量有50%被水吸收，能将　 　kg 的水从25℃加热到100℃。[已知c 水=4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】1.26×108J；200 【解析】【解答】完全燃烧了 4.2kg 的焦炭，放出的热量为 热量有50%被水吸收，则水吸收的热量为 根据 ，这些热量能将水从25℃加热到100℃的质量为 【分析】根据公式，可求出放出的热量；根据公式及，可求出质量。 【例题3】小星家的太阳能热水器，水箱容积是 200L.小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱加满水，中午时“温度传感器”显示水箱中的水温为45℃.请你求解下列问题： （1）水箱中水的质量；水吸收的热量[ （2）如果水吸收的这些热量由燃烧煤气来提供，而煤气灶的效率为40%，求至少需要燃烧多少煤气（煤气的热值为4.2×107J/kg）. 【答案】（1）解： Q吸=C水 m水△t=4.2×103J/(kg·℃)×200kg×(45℃— （2）解： 【解析】【分析】 （1）由m=ρV可以求出水的质量；利用Q吸=cm（t-t0）可以求出水吸收的热量； （2）如果水吸收的这些热量，由燃烧煤气来提供，则Q放=Q吸，利用Q=qm就能计算出需要煤气的质量。 【例题4】如图所示，现在的小火锅常用一种被称为“固体酒精”的物质作为燃料，已知这种燃料的热值是2.0×107 J/kg，若燃烧0.1 kg固体酒精，能将小火锅中质量为2 kg的热汤的温度从50 ℃升高到100 ℃。[汤的比热容近似为水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]求： （1）小火锅中汤吸收的热量； （2）完全燃烧0.1 kg的“固态酒精”所释放出的热量； （3）这个小火锅烧汤的效率。 【答案】解：（1）小火锅中汤吸收的热量Q吸＝c水mΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-50℃)＝4.2×105J （2）完全燃烧0.1kg的“固态酒精”所释放出的热量 Q放=mq=0.1 kg×2.0×107J/kg=2.0×106 J （3）这个小火锅烧汤的效率 η＝×100%=21% 答：（1）小火锅中汤吸收的热量是4.2×105J； （2）完全燃烧0.1kg的固态酒精所释放出的热量是2.0×106J； （3）这个小火锅烧汤的效率是21%。 【解析】【分析】（1）根据Q吸=c水mΔt，计算水吸收的热量； （2）根据Q放=mq，计算燃料燃烧放出的热量； （3）利用，计算热效率。 巩固练习 一、选择题 1．“胖五”是我国首枚人型运载火箭，运载能力位居世界前列，所用燃料是零下253摄氏度的液氢。之所以选择液氢做燃料，是因为它具有（　　） A．较大的热值 B．较高的熔点 C．较大的比热容 D．较大的密度 【答案】A 【解析】【解答】“胖五”运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，液氢液氧推进剂，使用液氢作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，可以放出更多的热量。 故选：A。 【分析】单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值，燃料的热值越高，在质量相同时，完全燃烧时放出的热量越大。 2．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．燃料完全燃烧时，它的热值最大 B．煤燃烧时放出的热量，一定比计算值小 C．没有燃烧的燃料，热值等于零 D．燃料燃烧时，产生的温度越高，放出的热量越多 【答案】B 【解析】【解答】AC．热值是燃料的一种特性，与燃料种类有关，与燃料的质量和燃烧程度无关，故AC错误； B．煤燃烧时，由于不能完全燃烧，放出的热量一般比计算值小，故B正确； D．燃料燃烧时放出的热量与燃烧程度和燃烧的质量有关，与燃料燃烧时的温度高低无关，故D错误。 故选B。 【分析】燃料的热值是反应燃料燃烧时放热的本领，热值只与燃料的种类有关，与燃料的形状、质量、是否完全燃烧以及放热的多少无关。 3．关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　） A．热机的效率可以等于1 B．燃料完全燃烧放出的热量不可能全部用来做功 C．减少热损失对提高热机效率无影响 D．设法利用废气的能量也不能提高热机效率 【答案】B 【解析】【解答】A.热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，热机工作时会向外放出大量的热，所以效率一定小于1，故S错误 B.燃料完全燃烧放出的能量一部分转化为动能，在排气冲程大部分热量被排出，故B正确 C.减小热损失就是在提高热机对内能的利用率，可以提高热机效率，故C错误 D.利用废气的能量做功就可以提高热机的效率，因为效率是有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，故D错误 故选择B 【分析】热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．使燃料充分燃烧可以提高热机效率．燃料燃烧放出的热量是固定的，利用率高效率就高。 4．将一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的（　　） A．热值、比热容都不变 B．热值、比热容都变为原来的三分之二 C．热值变为原来的三分之二，比热容不变 D．热值不变，比热容变为原来的三分之二 【答案】A 【解析】【解答】比热容、燃料的热值都属于物质的特性，它们的大小与物体的质量和体积均无关系，将一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的比热容、热值都不变。 故答案为：A。 【分析】热值是燃料的特性，比热容是物体的吸热能力，是物体的特性，热值和比热容都与质量无关。 5．图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是（　　） A．25% B．35% C．40% D．75% 【答案】B 【解析】【解答】该内燃机的热机效率是 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 【分析】从内燃机工作时的能量流向图中可知燃料燃烧放出的能量是总功，机械自身消耗的能量为无用功，废气散热带走的能量也是无用功，有用功等于总功减去无用功。内燃机的热机效率等于有用功与总功的比值。 6．要提高热机的效率，下列做法不可行的是（　　） A．尽量减少废气带走的热量 B．尽量保持机械部件之间有良好的润滑 C．尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能 D．尽量让燃料充分燃烧 【答案】C 【解析】【解答】A.尽量减少废气带走的热量，减少能量损失，可以提高热机效率，A不符合题意； B.尽量保持机械部件之间有良好的润滑，减少克服摩擦的能量损失，能提高热机效率，B不符合题意； C.减少曲轴传递给飞轮的机械能，则有用功减少了，不能提高热机效率，C符合题意； D.尽量让燃料充分燃烧，提高利用率，D不符合题意。 故答案为：C. 【分析】减少能量的各种损失，可以提高热机效率。 7．一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，下列说法错误的是（　　） A．该柴油机的效率为40% B．用来做有用功的能量为3.2×107 J C．通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D．减少机械间的摩擦可以提高热机效率 【答案】C 【解析】【解答】一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，则用来做有用功的能量为8×107 J -4.8×107 J =3.2×107 J；柴油机的效率等于有用功与总功的比值，故3.2×107 J/8×107 J=40%.柴油机在工作过程中不可避免的要有能量的损失，未来不可能实现能量零损失；减少机械间的摩擦可以减少能量的损失，故可以提高热机的效率；不正确的说法为C. 故答案为：C。 【分析】根据放出的总能量和损失的能量求出用来做有用功的能量，热机效率是热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施. 8．一辆汽车在平直公路上匀速行驶50min，消耗汽油7kg，汽油完全燃烧放出的热量有30%转化为机械能，汽油的热值为，则汽车发动机的功率约为（　　） A．9.66kW B．96.6kW C．3.22kW D．32.2kW 【答案】D 【解析】【解答】7kg汽油完全燃烧放出的热量 发动机做的有用功 汽车发动机的功率 故A、B、C不符合题意，D符合题意。 故选D。 【分析】（1）知道汽油的质量和热值，根据Q放=mq求出汽油完全燃烧放出的热量； （2）根据求出发动机做的有用功，利用求出该汽车发动机的功率。 9．用烟煤烧水时，在1标准大气压下，将10kg的水从加热到燃烧了1.4kg的烟煤。已知水的比热容是，烟煤的热值为．下列说法正确的是（　　） A．烟煤燃烧过程中热值不断减小 B．烧水过程中水的比热容不断增大 C．此过程中水吸收的热量为 D．此过程中加热效率为8% 【答案】D 【解析】【解答】A.热值是燃料的特性，保持不变，烟煤燃烧过程中热值不变，A不符合题意； B.比热容的物质的特性，一般不变，烧水过程中水的比热容不变，B不符合题意； C.水吸收的热量为Q吸=cm水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(95℃-15℃)=3.36×106J，C不符合题意； D.燃料放出热量Q放=mq=1.4kg×3×107J/kg=4.2×107J；加热效率为，D符合题意。 故答案为：D. 【分析】热值和比热容是特性，和质量、温度等无关；根据Q吸=cm水Δt，计算物体吸收的热， 利用Q放=mq，计算燃料燃烧放出的热，利用，计算热效率。 二、填空题 10．随着经济的发展，汽车已进入普通百姓家庭，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的指标之一，有经验的司机可以通过闻尾气的气味作出初步的判断，输出功率相同时，气味越淡，汽车发动机效率越　 　，原因是　 　． 【答案】高；燃料燃烧充分，效率高 【解析】【解答】气味越淡，发动机效率越高，燃料充分燃烧，效率高 综上第1空为高；第2空为燃料燃烧充分，效率高 【分析】燃气充分燃烧时，释放的能量大，转化的能量也大，所以效率更高。 11．某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3600转，则每秒对外做功　 　次，每次对外做功115J，该汽油机的效率为25%，连续工作半小时需消耗汽油　 　kg。（） 【答案】30；0.54 【解析】【解答】四冲程汽油机，一个工作循环中飞轮转两转，对外做功一次，飞轮每分钟转3600转，则一秒钟转60转，对外做功30次。 根据每次对外做功115J，则半小时总共做功：W=115J×30×1800=6.21×106J， 根据汽油机的效率为25%，计算半小时需要的热量为： 计算消耗汽油的质量为：。 【分析】汽油机工作时，飞轮转动次数是做功数的2倍；根据，计算总热，利用，计算消耗的燃料。 12．“可燃冰”是一种新型能源。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的　 　很大。以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为　 　J，这些热量可以使　 　kg的水从20℃加热至100℃。[，]。 【答案】热值；；1250 【解析】【解答】煤气和可燃冰质量相同，可燃冰完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，根据，“可燃冰”的热值大。“可燃冰”的热值为，， 1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 ， 水的质量 。故第1空填：热值；第2空填：4.2×108；第3空填：1250。 【分析 】根据燃料间热值关系，计算热值，根Q=mq， 计算热值，利用，计算水的质量。 13．某型号汽车在车型测试中，在一段平直公路上匀速行驶了6km，消耗汽油1kg，汽油的热值为4.5×107J/kg。假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%。在此过程中，汽油机做的有用功是　 　J，汽车受到的牵引力是　 　N。 【答案】1.8×107；3000 【解析】【解答】计算汽油放出的热量为Q=mq=1kg×4.5×107J/kg=4.5×107J；汽油机做的有用功为W=Qη=40%×4.5×107J=1.8×107J；计算汽车受到的牵引力为。 【分析】根据Q=mq，计算燃料燃烧放出的热量；利用W=Qη，计算汽油机做的功；根据，计算牵引力的大小。 14．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100kg 燃油可让飞机获得 2.1×109J的机械能。若燃油热值取 q=4.2×107J/kg， 则 100kg 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】4.2×109J；50%；使燃料燃烧更充分 【解析】【解答】 燃油热值取 q=4.2×107J/kg ，根据Q=mq计算 100kg 燃油完全燃烧产生的热量为 Q=4.2×109J，根据效率公式可知，提高热机效率需要更改内燃机的结构，使燃料燃烧更加充分。 综上 第1空、4.2×109J； 第2空、50%； 第3空、 使燃料燃烧更充分。 【分析】1、物质的热值为单位质量燃料完全燃烧释放的能量，是物质的基本属性；只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。计算公式为Q=mq。 2、效率公式。 三、实验题 15．小明同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系。他实验时组装了如图5所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1min记录了杯中水的温度。 加热的时间/min 0 1 2 3 4 5 6 甲杯水温/℃ 25 27 29 32 34 36 38 乙杯水温/℃ 25 26 27 28 29 30 31 （1）在安装调整器材时，应先固定　 　的位置，再调整固定　 　 的位置。(均选填“A”或“B”) （2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的　 　、　 　。 （3）通过表中记录的数据，你认为　 　杯水温度升高的快； （4）煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是　 　。理由是　 　。 【答案】（1）B；A （2）质量；初始温度 （3）甲 （4）煤油；甲烧杯（煤油燃烧的烧杯中）水上升的温度较高 【解析】【解答】（1）试验仪器的安装要遵循从下之上，从左到右的安装顺序，所以先固定B，在固定A 综上 第1空、B； 第2空、 A （2）探究热值的原理为Q=mq，同时使通过温度计反应热值的大小，所以要控制水的质量、初始温度，加热时间相同 综上 第1空、质量； 第2空、 初始温度 （3）甲中烧杯的水升温较快 综上 第1空、 甲 （4）煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的 是煤油，原因为，相同加热时间下，甲烧杯（煤油燃烧的烧杯中）水上升的温度较高 综上 第1空、 煤油； 第2空、甲烧杯（煤油燃烧的烧杯中）水上升的温度较高 【分析】比较不同燃料的热值试验：原理为Q=mq；要保证除了燃料的材料不同外，质量相同，待加热液体的材料相同、质量、初始温度、加热时间均相同 实验中，温度上升较快的液体，说明该种加热材料的热值较大 四、计算题 16．小林一家到某基地露营时，用火炉将质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃，燃烧了200g木炭。已知：水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），木炭的热值q＝3.36×107J/kg。 （1）求水吸收的热量； （2）求该火炉烧水的热效率； （3）请提出一种提高火炉热效率的途径。 【答案】解：（1）水吸收的热量 （2）木炭完全燃烧放出的热量 火炉烧水的热效率 （3）提高火炉的效率有：保证足够的空气；加大燃料燃烧的面积；减少烟气带走的热量等。 答：（1）水吸收的热量为6.72×105J； （2）该火炉烧水的热效率为10%； （3）提高火炉的效率有：保证足够的空气；加大燃料燃烧的面积等（合理即可）。 【解析】【分析】（1）根据Q吸=cm∆t，计算水吸收的热量； （2）根据Q放=mq，计算燃料放出的热量； （3）根据，计算热效率大小。 17．氢燃料新能源具有清洁无污染、效率高等优点，其热值为q氢＝1.4×108J/kg。求： （1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ （2）用这些热量给质量为400kg，温度为15℃的水加热（不计热量损失），水的末温是多少摄氏度？已知水的比热容为c水＝4.2×103J/（kg•℃） （3）某氢能源汽车以1.4×105W的恒定功率做匀速行驶，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量有50%用来做有用功，能使该汽车匀速行驶多长时间？ 【答案】解：（1）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）水吸收的热量 由Q吸＝cmΔt得水升高温度 水的末温为 （3）由题知公交车所做的功 由得公交车行驶时间 答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出4.2×107J热量； （2）水的末温是40℃； （3）这些热量能让该公交车匀速行驶150s。 【解析】【分析】（1）根据Q=mq，计算燃料燃烧放出的热量； （2）根据，计算水的温度差；结合初温，计算末温； （3）根据W=Qη，计算有用功，利用，计算工作时间。 18．如图所示，我国自行研制的大型灭火，水上救援水陆两栖飞机鲲龙﹣600，2018年10月1日鲲龙﹣600完成了首次水上高速滑行试验，飞机操作稳定，各系统工作正常，若鲲龙﹣600以270km/h的速度匀速直线滑行10min，消耗航空煤油675kg，飞机发动机的输出功率为2.25×107W，（航空煤油的热值为4×107J/kg）求： （1）675kg的航空煤油完全燃烧放出的热量； （2）10min内，发动机所做的功； （3）发动机的机械效率是多少？ 【答案】解：（1）675kg的航空煤油完全燃烧放出的热量 Q放=qm=4×107J/kg×675kg=2.7×1010J （2）发动机做的功：W有=Pt=2.25×107W×600s=1.35×1010J （3）发动机的机械效率是： 答：（1）675kg的航空煤油完全燃烧放出的热量是2.7×1010J； （2）10min内，发动机所做的功是1.35×1010J； （3）发动机的机械效率是50%。 【解析】【分析】（1）根据Q=mq，计算燃料放出的热量； （2）根据W=Pt，计算发动机做功多少； （3）根据，计算发动机的效率。 第 1 页 共 21 页 学科网（北京）股份有限公司 $$