14.4跨学科：热机效率和环境保护-2025-2026学年九年级物理导与练（知识通关+当堂检查+练习巩固）

14.4跨学科：热机效率和环境保护 （一）学习目标 1、从能量转化的角度认识燃料的热值，知道燃料热值的物理意义、单位及计算。 2、通过能量的转化和转移，认识并会正确计算热机效率。 3、知道提高热机效率的主要途径。 4、知道热机与环境保护的关系。 （二）本节知识通关 1.燃料的热值：某种燃料完全燃烧放出的________与所用该燃料的________之比叫做这种燃料的热值。 （1）公式：q =______； （2）单位：_________或________； （3）属性：热值是燃料本身的一种_________，热值q与Q放和m________（填“有关”或“无关”）。 2.热量：质量为m的燃料完全燃烧释放的热量Q = ______；体积为V的燃料完全燃烧释放的热量Q = _______。 3.热机效率：热机运转时，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的_______称为热机效率。 （1）热机效率的η=_______=_______（对外做的有用功W有=_____，Q吸=______，Q放=_______）。 （2）热机效率η=40%的意义：燃料完全燃烧所释放的内能有______转化为机械能。 4.提高热机效率的途径： (1)减少燃料燃烧过程中的___________________； (2)使燃料燃烧得更____________一些； (3)尽量简化机械转动部分，并选用优良的润滑材料减小______________。 （三）当堂检测 1．完全燃烧相同质量的甲、乙两种燃料时，若甲放出的热量多，则甲的热值比乙的热值 。 2．在煤炭市场中，少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售，客户为了不上当，最恰当的方法是检测下列物理量中的（　　） A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 3．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 4．干木柴的热值是1.2×107J/kg， 它的物理意义是 。完全燃烧4kg的干木柴，能放出 热量。 5．关于燃料的热值下列说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．容易燃烧的燃料的热值一定大 C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多 D．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大 6．随着人民生活水平的提高，汽车已经走进千家万户。某品牌汽车每行驶100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧要放出 J的热量。如果用来做有用功的那部分能量是，则该发动机的效率是 %。（计算结果保留整数）。（汽油的热值） 7．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ） A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间 8．用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知天然气的热值是3.2×107J/m3，（水的比热容是4.2×103/（kg·℃）试求： (1)天然气完全燃烧放出热量； (2)水从20℃升高到70℃吸收的热量； (3)天然气灶的热效率。 9．我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min，消耗燃油0.3kg，汽车发动机的牵引力是1000N。已知燃油的热值为4.5×107J/kg。试求： (1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量是多少？ (2)汽车牵引力所做的功是多少？ (3)发动机的效率是多少？ （四）练习巩固 10．下列关于热值和热机效率的说法中正确的是（　　） A．使燃料充分燃烧，可以增大热值 B．设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施 C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D．效率越高的热机，消耗的燃料越少，从而节约能源，减少污染 11．两种燃料的热值之比为1:2，它们的质量之比为1:4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为（　　） A．1:2 B．2:1 C．8:1 D．1:8 12．甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q－m图象如图所示，则甲、乙两种燃料的热值q的关系是(    ) A．q甲＞q乙 B．q甲＜q乙 C．q甲＝q乙 D．条件不足，无法判断 13．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 14．所谓热机，就是一种将热能转换为机械能的机械．在最近400年的人类飞速发展中，热机扮演了非常重要的角色﹣﹣被称为第一次工业革命的动力源的蒸汽机就属于热机中的外燃机，而在汽车上广泛使用的汽油发动机、柴油发动机则属于热机中的内燃机．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（    ） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 15．如图所示，小雨准备了甲、乙、丙三个相同的装置，来探究不同物质的比热容和不同燃料的热值，其中液体质量、燃料质量均相等。 (1)探究不同物质的比热容时： ①应选择 两图进行实验，应该 （选填“自上而下”或“自下而上”）安装实验器材； ②不同物质吸热的多少是通过 （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的； ③小雨根据测得的实验数据，画出了a、b两种液体温度随时间变化的图像（如图丁所示），由图可知， 液体的比热容较大。若a的比热容是，b的比热容是，则 （填数量关系）； (2)探究不同燃料的热值时： ①应选择 两图进行实验，实验时比较燃料热值的大小是通过 （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的； ②若图甲烧杯中为0.05kg的水，10g酒精燃烧后放出的热量全部被水吸收，温度计示数升高了20℃，则可以计算出酒精的热值为 J/kg。这种方法测出的热值比“标准值” （选填“偏大”“偏小”或“一样”），理由是 【，出一条即可】。 16．某家庭用的燃气热水器，将25kg的水从加热到，完全燃烧了0.21m3的煤气；已知水的比热容为，煤气的热值为；试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 17．周末，小明爸爸驾驶汽车带他外出游玩，途中汽车匀速直线行驶了30km，用时20min。已知人与汽车的总质量为1500kg，行驶过程中汽车受到的阻力为人与车总重的0.1倍，发动机的效率为30%。汽车在行驶过程中，求：（汽油的热值q取4×107J/kg，g取10N/kg） (1)汽车的平均速度。 (2)牵引力做的功。 (3)汽车消耗汽油的质量。 18．如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入4L初温为的水，用卡式炉加热至，（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： (1)壶中水的质量； (2)水吸收的热量； (3)若卡式炉的加热效率为70%，则需要消耗多少克的丁烷。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$ 14.4跨学科：热机效率和环境保护 （一）学习目标 1、从能量转化的角度认识燃料的热值，知道燃料热值的物理意义、单位及计算。 2、通过能量的转化和转移，认识并会正确计算热机效率。 3、知道提高热机效率的主要途径。 4、知道热机与环境保护的关系。 （二）本节知识通关 1.燃料的热值：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。 （1）公式：q =_______； （2）单位：_____J/kg_____或____J/m3_____； （3）属性：热值是燃料本身的一种___特性______，热值q与Q放和m____无关_____（填“有关”或“无关”）。 2.热量：质量为m的燃料完全燃烧释放的热量Q = __mq_____；体积为V的燃料完全燃烧释放的热量Q = ___Vq____。 3.热机效率：热机运转时，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。 （1）热机效率的η=_______=_______（对外做的有用功W有=__FS____，Q吸=___cm△t___，Q放=__mq=Vq_____）。 （2）热机效率η=40%的意义：燃料完全燃烧所释放的内能有__40%____转化为机械能。 4.提高热机效率的途径： (1)减少燃料燃烧过程中的________热量散失_____________； (2)使燃料燃烧得更_____充分_______一些； (3)尽量简化机械转动部分，并选用优良的润滑材料减小_____摩擦_________。 （三）当堂检测 1．完全燃烧相同质量的甲、乙两种燃料时，若甲放出的热量多，则甲的热值比乙的热值 。 【答案】大 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】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。因为甲完全燃烧相同质量时放出的热量比乙多，所以甲的热值比乙的大。 2．在煤炭市场中，少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售，客户为了不上当，最恰当的方法是检测下列物理量中的（　　） A．热值 B．比热容 C．温度 D．质量 【答案】A 【知识点】常见物体的温度、质量的概念及特性、热值的概念、单位和物理意义、比热容的概念、单位和物理意义 【详解】热值是燃料的一种特性，是指1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时放出的热量越多，掺假后煤的热值降低，所以可以用热值来区分。而从比热容、质量、温度无法区分，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选C。 3．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 【答案】C 【知识点】沸腾的条件、沸点、热值的概念、单位和物理意义、熔化的概念及现象、比热容的概念、单位和物理意义 【详解】现代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。且体积小便于储存和运输。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 4．干木柴的热值是1.2×107J/kg， 它的物理意义是 。完全燃烧4kg的干木柴，能放出 热量。 【答案】 1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热值的公式及相关计算 【详解】[1]1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值，所以，干木柴的热值是1.2×107J/kg， 它的物理意义是1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J。 [2]完全燃烧4kg的干木柴，能放出的热量是 5．关于燃料的热值下列说法正确的是（　　） A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．容易燃烧的燃料的热值一定大 C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多 D．0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大 【答案】D 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，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． A．燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧程度无关，选项A不正确； B．热值大小与燃料是否容易燃烧无关，选项B不正确； C．燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料不一定放出的热量多，选项C错误； D．燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以0.5kg煤油和1.5kg煤油的热值一样大，选项D说法正确； 6．随着人民生活水平的提高，汽车已经走进千家万户。某品牌汽车每行驶100km耗油7kg，这些汽油完全燃烧要放出 J的热量。如果用来做有用功的那部分能量是，则该发动机的效率是 %。（计算结果保留整数）。（汽油的热值） 【答案】 29 【知识点】热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】[1]汽油完全燃烧要放出的热量 [2]该发动机的效率是 7．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ） A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间 【答案】D 【知识点】提高热机的效率的方法 【分析】热机效率是热机工作时有用能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 【详解】ABC．减少热量损失可以提高热机的效率，所以尽量使燃料充分燃烧，减少热机部件间的摩擦所损耗的热量，尽量减少废气带走的热量，可以减少热量损失提高效率，故A、B、C都能提高效率，不符合题意； D．尽量增加热机的工作时间不会改变有用能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，符合题意。 故选D。 8．用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知天然气的热值是3.2×107J/m3，（水的比热容是4.2×103/（kg·℃）试求： (1)天然气完全燃烧放出热量； (2)水从20℃升高到70℃吸收的热量； (3)天然气灶的热效率。 【答案】(1) ；(2) ；(3)65.625% 【知识点】燃料的热值、热机的效率、计算物体温度变化时的吸放热 【详解】(1)天然气完全放出的热量为 (2) 水从20℃升高到70℃吸收的热量为 (3) 天然气灶的热效率为 答：(1)天然气完全燃烧放出热量为； (2)水从20℃升高到70℃吸收的热量为； (3)天然气灶的热效率为65.625%。 9．我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18m/s的速度匀速行驶了5min，消耗燃油0.3kg，汽车发动机的牵引力是1000N。已知燃油的热值为4.5×107J/kg。试求： (1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量是多少？ (2)汽车牵引力所做的功是多少？ (3)发动机的效率是多少？ 【答案】(1)1.35×107J (2)5.4×106J (3)40% 【知识点】功的计算和估算、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）消耗的燃油完全燃烧产生的热量 （2）汽车牵引力所做的功 （3）发动机的效率 （四）练习巩固 10．下列关于热值和热机效率的说法中正确的是（　　） A．使燃料充分燃烧，可以增大热值 B．设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施 C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D．效率越高的热机，消耗的燃料越少，从而节约能源，减少污染 【答案】B 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、提高热机的效率的方法 【详解】A．热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料质量、燃料是否充分燃烧无关，故A错误； B．在热机能量的损失中，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，热机效率就越高，故B正确； C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油机为压燃式，压缩程度更高，汽缸内的温度更高，能量转化程度更高，与热值无关，故C错误； D．效率越高的热机，说明做有用功的能量与燃料燃烧放出的热量比值越大，但有用功的多少不知道，所以燃料消耗的不一定少，故D错误。 故选B。 11．两种燃料的热值之比为1:2，它们的质量之比为1:4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为 A．1:2 B．2:1 C．8:1 D．1:8 【答案】D 【知识点】热值的公式及相关计算 【详解】由题知，两种燃料的热值之比： 质量之比： 由得，这两种燃料完全燃烧放出的热量之比： 故ABC项错误，D项正确． 12．甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q－m图象如图所示，则甲、乙两种燃料的热值q的关系是(    ) A．q甲＞q乙 B．q甲＜q乙 C．q甲＝q乙 D．条件不足，无法判断 【答案】A 【知识点】燃料的热值、热值的公式及相关计算 【详解】根据图象可知,相同质量的甲乙两种燃料完全燃烧放出的热量关系：Q甲>Q乙；由q=可得：q甲>q乙.故A正确． 【点睛】单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量叫这种燃料的热值，在图象上取某一质量m，比较相应的Q值，从而比较这两种燃料的热值大小． 13．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】D 【知识点】内能的概念、热机与环境保护、热机的种类、热机效率的计算 【详解】A．热机工作时，排出的尾气带走了大部分内能.A说法不正确． B．热机工作时由于要克服机械间的摩擦做额外功、同时也存在热散失、并且废气带走大部分能量，所以热机的效率很低，不能达到100%.B说法不正确． C．热机中煤炭、汽油、柴油、天然气、氢气等燃料都可使用.C说法不正确． D．热机工作时，燃料燃烧放出的废气会造成环境污染，所以热机的大量使用会造成环境污染.D说法正确． 14．所谓热机，就是一种将热能转换为机械能的机械．在最近400年的人类飞速发展中，热机扮演了非常重要的角色﹣﹣被称为第一次工业革命的动力源的蒸汽机就属于热机中的外燃机，而在汽车上广泛使用的汽油发动机、柴油发动机则属于热机中的内燃机．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（    ） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】D 【知识点】认识热机、热机的效率、热机与环境保护 【详解】A. 热机工作时，排出的尾气带走了大部分内能.A说法不正确．B. 热机工作时由于要克服机械间的摩擦做额外功、同时也存在热散失、并且废气带走大部分能量，所以热机的效率很低，不能达到100%.B说法不正确．C. 热机中煤炭、汽油、柴油、天然气、氢气等燃料都可使用.C说法不正确．D. 热机工作时，燃料燃烧放出的废气会造成环境污染，所以热机的大量使用会造成环境污染.D说法正确．故选D. 【点睛】（1）热机是一种将燃料燃烧放出的内能转换为机械能的机械．（2）热机工作时废气带走大部分能量、克服机械间的摩擦做额外功、同时也存在热散失等，所以热机的效率较低．（3）热机中可用煤炭、汽油、柴油、天然气、氢气等各种燃料．（4）热机工作时，燃料燃烧放出的废气会对环境造成很大的危害． 15．如图所示，小雨准备了甲、乙、丙三个相同的装置，来探究不同物质的比热容和不同燃料的热值，其中液体质量、燃料质量均相等。 (1)探究不同物质的比热容时： ①应选择 两图进行实验，应该 （选填“自上而下”或“自下而上”）安装实验器材； ②不同物质吸热的多少是通过 （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的； ③小雨根据测得的实验数据，画出了a、b两种液体温度随时间变化的图像（如图丁所示），由图可知， 液体的比热容较大。若a的比热容是，b的比热容是，则 （填数量关系）； (2)探究不同燃料的热值时： ①应选择 两图进行实验，实验时比较燃料热值的大小是通过 （选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映的； ②若图甲烧杯中为0.05kg的水，10g酒精燃烧后放出的热量全部被水吸收，温度计示数升高了20℃，则可以计算出酒精的热值为 J/kg。这种方法测出的热值比“标准值” （选填“偏大”“偏小”或“一样”），理由是 【，出一条即可】。 【答案】(1) 甲、丙 自下而上 加热时间 b (2) 甲、乙 温度计示数 4.2×105 偏小 见解析 【知识点】不同物质的吸热本领、比较不同燃料的热值大小 【详解】（1）[1]比较不同物质的比热容，应控制燃料相同而吸热物质不同，选择甲、丙两图进行实验。 [2]酒精灯需用外焰加热，所以要放好酒精灯，再固定铁圈的高度；而温度计的玻璃泡要全部浸没到液体中，但不能碰到容器壁和容器底，所以放好烧杯后，再调节温度计的高度，因此必须按照自下而上的顺序进行。 [3]实验加热的时间越长，相同燃料燃烧的质量越多，放出的热量越多，液体吸收的就越多，故通过加热时间来反映物质吸热的多少。 [4][5]由图丁所示可知，液体a在10min钟内温度上升40℃，质量相同的液体b在20min钟内温度上升40℃，所以它们吸收热量，由Q=cm∆t可知，a液体的比热容为，即b液体的比热容较大。 （2）[1][2]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=cm∆t可知，温度计上升的示数越高，故燃料热值的大小是通过温度计的示数来反映的。被加热的液体吸收的热量越多，则燃料完全燃烧放出的热量越多，这种燃料热值越大，故应选择甲、乙两图进行实验。 [3]0.05kg水吸收的热量 Q吸=cm∆t=4.2×103J/(kg·℃)×0.05kg×20℃=4.2×103J放出的热量全部被水吸收，则 Q放=Q吸=4.2×103J 由Q放=qm可知，酒精的热值 [4][5]由于酒精燃烧放出的热量并没有全部被水吸收，且酒精不能完全燃烧，所以算出的热值比标准值偏小。 16．某家庭用的燃气热水器，将25kg的水从加热到，完全燃烧了0.21m3的煤气；已知水的比热容为，煤气的热值为；试求： （1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？ （2）水吸收的热量是多少？ （3）该热水器烧水的效率是多少？ 【答案】（1）；（2）；（3）62.5% 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】解：（1）煤气完全燃烧放出的热量为 （2）水吸收的热量为 （3）该热水器烧水的效率为 答：（1）煤气完全燃烧放出的热量是； （2）水吸收的热量是； （3）该热水器烧水的效率是62.5%。 17．周末，小明爸爸驾驶汽车带他外出游玩，途中汽车匀速直线行驶了30km，用时20min。已知人与汽车的总质量为1500kg，行驶过程中汽车受到的阻力为人与车总重的0.1倍，发动机的效率为30%。汽车在行驶过程中，求：（汽油的热值q取4×107J/kg，g取10N/kg） (1)汽车的平均速度。 (2)牵引力做的功。 (3)汽车消耗汽油的质量。 【答案】(1) 25m/s (2) (3) 3.75 kg 【知识点】功的计算和估算、计算物体运动的速度、热机效率的计算 【详解】（1）汽车的平均速度 （2）人与汽车的总重力 匀速行驶时牵引力 牵引力做功 （3）汽油完全燃烧释放的总热量 消耗汽油质量 18．如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入4L初温为的水，用卡式炉加热至，（水的比热容为，丁烷的热值为）。求： (1)壶中水的质量； (2)水吸收的热量； (3)若卡式炉的加热效率为70%，则需要消耗多少克的丁烷。 【答案】(1)4kg (2) (3)37.5g 【知识点】密度公式的简单应用、加热效率的计算、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算 【详解】（1）已知水的体积 由可得水的质量 （2）水吸收的热量 （3）已知加热效率为70%，，由得 由得需要消耗的丁烷质量 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 $$