内容正文:
14.3 热机的效率
一、单选题
1.2024年12月19日18时18分,我国太原卫星发射中心在山东附近海域成功发射谷神星一号海射型遥四运载火箭。下列说法正确的是( )
A.火箭燃料燃烧过程中,内能转化为化学能
B.火箭升空过程中与空气摩擦,机械能转化为内能
C.火箭在升空过程中,机械能不变
D.火箭的燃料燃烧越充分,其热值就越大
2.小明在家做饭的过程中,发现很多现象与物理知识相关。下列说法正确的是( )
A.做饭前去离家600m的超市购买调料,步行10min,小明的平均速度为3.6km/h
B.炖汤时,壶盖被顶起的能量转化与内燃机的压缩冲程能量转化相同
C.利用天然气灶台烧菜时,调大火力可以提高天然气的热值
D.在烧菜的翻炒过程中,主要是通过做功方式增加菜的内能
3.《随园食单》是清代美食家袁枚创作的饮食文化著作,书中记载了古人炒制月饼馅料的场景如图,下列过程与物理知识对应错误的是( )
A.馅料刚出锅“热”得烫嘴,是因温度很高
B.木棍将灶膛里的柴挑起,可让其燃烧的更充分,可以提高木柴的热值
C.馅料快炒好时,香味更浓郁,是由于馅料的分子热运动变得更剧烈
D.炒制馅料过程中,主要是通过热传递在改变馅料的内能
4.如图所示,这是一款斯特林发动机模型,点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。下列关于该发动机的说法正确的是( )
A.该发动机工作时将内能转化为机械能
B.酒精灯中的酒精燃烧不充分时,其热值减小
C.该发动机的效率可以达到100%
D.整个过程中能量的总量在不断减小
5.我国使用运载火箭将“天宫”空间站组件依次运送至太空中,使我国载人航天进入了“空间站时代”。下列关于火箭发射中的说法正确的是( )
A.火箭发射时用水对发射器降温,是因为水的比热容较大
B.升空后,火箭外壳温度越高,内能增大,所含的热量变多
C.火箭升空时,向下喷气获得推力与内燃机的压缩冲程相似
D.火箭发动机工作过程中的热机效率是100%
6.如图为某汽油机工作时的能量流向图,汽油的热值q取。以下说法正确的是( )
A.汽油未完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小
B.完全燃烧10kg汽油可放出的热量
C.在做功冲程,该汽油机气缸中的气体内能增大
D.该汽油机工作效率可达65%
7.在“比较不同物质的吸热能力”实验中,小源用如图甲所示的同一个实验装置分别加热200g的水和煤油,用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图乙,加热3min,刚好消耗了4g酒精。若单位时间内水吸收的热量与煤油吸收的热量相等,已知,,下列分析正确的是( )
A.煤油的末温比水的高,所以吸热能力更强
B.煤油的比热容是
C.该酒精灯的加热效率为
D.加热,煤油吸收热量
二、多选题
8.2025年5月29日,我国用长征三号乙运载火箭成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。如图,火箭起飞时,发动机内的燃料剧烈燃烧,以下说法正确的是( )
A.燃料燃烧过程中,其热值变大 B.燃料燃烧将化学能转化为内能
C.燃料燃烧过程中,能量的总量保持不变 D.发动机的效率能达到
9.为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标,东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下,发动机工作时,尾气中“汽油味”明显降低,动力更加强劲。下列有关说法正确的是( )
A.尾气中“汽油味”降低,是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全
B.若给该发动机安装消音器,是从传播过程中减弱了噪声
C.该款新型汽车的使用仍然会造成大气污染
D.该新型汽车发动机的热机效率可达100%
10.2024年11月4日,神舟十八号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,如图所示,下列说法正确的是( )
A.由图中可知返回舱的高度约为2.5m
B.加速下降过程中,返回舱的动能增大,重力势能减小
C.反推火箭发动机是最高效的热机,其效率为100%
D.返回舱降落伞打开后减速下落,降落伞对返回舱的拉力等于返回舱对降落伞的拉力
11.如图所示为气体打火机中的点火装置——压电点火器。当按下打火按钮时,打火机的排气嘴处放电产生电火花,点燃燃料。下列说法中正确的是( )
A.按钮下压压电材料,压电材料将机械能转化为电能
B.电火花出现时,电能转化为内能,使间的燃料达到着火点
C.燃料燃烧时发热将化学能转化为内能
D.燃料使用一半后,燃料的热值减小为原来的一半
三、实验题
12.为了探究“不同物质的吸热能力”,在两个相同的容器中分别装入质量、初温都相同的两种液体A、B,并且用相同的装置加热,如图甲所示。
(1)实验中,可以通过比较 (选填“升高的温度”或“加热时间”)来反映两种液体吸收热量的多少;加热时液体温度升高,是通过 方式来增大内能的;
(2)根据乙图,可以得出比热容较大的液体是 (选填“A”或“B”);
(3)实验完成后,酒精灯中剩余酒精的热值 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
(4)在设计实验方案时,加热的方式选择下列的______(填字母代号)更科学。
A.用两只相同的酒精灯分别给盛有不同液体的烧杯加热
B.用两只功率相同的电加热器分别浸没在不同液体中加热
13.如图所示,小潇准备了甲、乙、丙三个相同的装置,来探究不同物质的吸热能力和不同燃料的放热能力,其中液体质量、燃料质量均相等。
(1)探究不同物质的吸热能力时:
①不同物质吸热的多少是通过 来反映的(选填“温度计示数”或“加热时间”);
②小潇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),由图可判断哪种液体的吸热能力强。若a的比热容是ca,b的比热容是cb, 则ca∶cb = 。
(2)探究不同燃料的放热能力时:
①选择甲、乙两图进行实验,实验时不同燃料的放热的多少是通过 来反映的(选填“温度计示数”或“加热时间”);燃料1在燃烧过程中,其热值 (选填“变大”“变小”或“不变”);
②若图甲烧杯中为50 mL的水,若10 g酒精燃烧后放出的热量被水吸收,温度计示数升高了20ºC,则可以计算出酒精的热值 J/kg。这种方法测算的热值和热值表中的“标准值”相比 (选填“偏大”“偏小”或“一样”)。
14.为了探究“不同物质的吸热能力”,实验小组在两个相同的容器中分别装入初温相同的两种液体A、B,并且用相同的装置加热,如图1甲所示。
(1)实验中,应该向两个烧杯中加入 相同的两种不同液体;可以通过比较 来反映两种液体吸收热量的多少;
(2)如图乙所示,若液体A是水,则液体B的比热容为 。[]
(3)小明还想利用图2甲装置来比较不同液体燃料的热值,他应该在质量相同的燃料燃烧 (相同时间/完毕)后,通过比较 来得出结论;小明选用了燃料1和燃料2进行实验。当燃料燃尽后,小明根据各个时刻烧杯中的水温,绘制了如图2乙所示的图像a、b(燃料1的图像为a,燃料2的图像为b),则可初步判断燃料 的热值大。
四、填空题
15.如图所示,图A、B、C、D是四冲程汽油机工作示意图,其工作顺序是 (填字母)。图E、F是演示实验的示意图,其中与D图冲程原理相同的是 (选填“E”或“F”)图。该汽油机飞轮的转速为1200r/min,则该单缸四冲程汽油机每秒钟对外做功的次数为 次。若这台汽油机改用天然气做燃料,完全燃烧0.1m3天然气释放的热量的50%被水吸收,可以将100kg的水由20℃加热到 ℃。[,]
16.如图用天然气烧水,天然气完全燃烧放出的热量有70%被水吸收,若水吸收的热量为3.36×105J,需要完全燃烧 m3天然气。水沸腾后将壶盖顶起,此过程中能量转化的情况与四冲程汽油机的 冲程相同。()
17.汽油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据,图中横线处应填写的内容是:① ② 。若汽油的热值为,则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。
18.一台四冲程汽油机完全燃烧100g汽油放出的热量中,损失了3.22×106 J的热量,则该汽油机的效率为 。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)此过程中,飞轮转速为每分钟1200转,每秒钟对外做功 次。
五、计算题
19.小涛在郊游时用丁烷气炉烧开水,将壶中2kg的水从20℃加热到100℃,完全燃烧了0.03kg的丁烷气体。已知丁烷气体的热值为5×107J/kg,水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)。试求∶
(1)水吸收的热量是多少?
(2)丁烷气体完全燃烧放出的热量是多少?
(3)丁烷气炉烧水的效率是多少?
20.国产新能源越野车仰望是全球首款创新性配备了应急浮水功能的车。它满载时整车质量约为,在发动机模式下,满载时汽车在地面匀速行驶百公里消耗汽油,受到的阻力是车总重的倍。油电混合模式下续航突破1000km。(q汽油=4.6×107J/kg)若U8在满载时,求:
(1)它遇突发涉水情况漂浮在水面受到的浮力;
(2)10kg的汽油完全燃烧放出的热量;
(3)在发动机模式下行驶时发动机的效率。
21.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。
六、综合题
22.目前汽车普遍应用于人们日常生活中的出行,汽车发动机的工作,多是靠燃料在发动机汽缸内燃烧做功,提供动力。但是不论使用汽油或是柴油发动机,效率都很低。为了提高能源的利用率,涡轮增压技术应运而生。
涡轮增压是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术,与超级增压器(机械增压器)功能相当,两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量,从而令机器效率提升。常用于汽车引擎中,通过利用排出废气的热量及流量,涡轮增压器能提升内燃机的功率输出。涡轮增压原理如图所示,发动机排出的高温废气冲击涡轮运转,带动同轴的叶轮高速转动,叶轮将新鲜空气压缩后推进到汽缸中,从而提高了热机效率。。
(1)废气推动涡轮转动的过程中,废气对涡轮 ,内能转化成 能;
(2)若汽缸内完全燃烧2L汽油,释放的热量为多少?(,)
(3)结合以上信息,请你说出一条“涡轮增压”能提高热机效率的原因 。
试卷第8页,共9页
试卷第9页,共9页
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《14.3 热机效率》参考答案
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
答案
B
A
B
A
A
B
D
BC
AC
ABD
题号
11
答案
ABC
1.B
【详解】A.燃料燃烧是将化学能转化为内能,故A错误;
B.火箭与空气摩擦时,因克服摩擦做功,机械能转化为内能,故B正确;
C.火箭升空时速度增大,动能增大;高度增加,重力势能增大,所以机械能增大,故C错误;
D.热值是燃料的特性,与燃烧是否充分无关,故D错误。
故选B。
2.A
【详解】A.做饭前去离家600m的超市购买调料,步行10min,小明的平均速度为
故A正确;
B.炖汤时,壶盖被顶起时,水蒸气对壶盖做功,内能转化为机械能,壶盖被顶起的能量转化与内燃机的做功冲程能量转化相同,故B错误;
C.热值是燃料的一种特性,只与燃料种类有关,与燃烧状况无关,利用天然气灶台烧菜时,调大火力也不可以提高天然气的热值,故C错误;
D.在烧菜的翻炒过程中,菜吸收热量,主要是通过热传递方式增加菜的内能,故D错误。
故选A。
3.B
【详解】A.馅料刚出锅 “热” 得烫嘴,热表示温度高,温度高的物体接触嘴时,会向嘴传递热量,所以感觉烫嘴,故A正确,不符合题意;
B.木棍将灶膛里的柴挑起,可让其燃烧的更充分,但是木柴的热值是木柴本身的一种特性,与燃烧是否充分无关,热值不变,故B错误,符合题意;
C.馅料快炒好时,温度升高,香味更浓郁,是由于馅料的分子热运动变得更剧烈,分子扩散加快,故C正确,不符合题意;
D.炒制馅料过程中,馅料吸收热量,温度升高,内能增加,主要是通过热传递在改变馅料的内能,故D正确,不符合题意。
故选B。
4.A
【详解】A.斯特林发动机工作时,燃料燃烧将化学能转化为内能,内能再转化为机械能,故A正确;
B.热值是燃料的特性,只与燃料种类有关,与燃烧是否充分无关,酒精燃烧不充分时热值不变,故B错误;
C.任何热机在工作时都有能量损失(如散热、克服摩擦等),效率不可能达到100%,故C错误;
D.根据能量守恒定律,整个过程中能量的总量保持不变,故D错误。
故选A。
5.A
【详解】A.由于水的比热容大,吸热能力强,因此火箭发射时用水对发射器降温,故A正确;
B.热量是过程量,不能用含有或具有描述,故B错误;
C.火箭升空时,向下喷气,由于力的作用是相互的,会受到气体对其向上的力,而使其上升,故C错误;
D.火箭发动机工作过程中存在能量损失,因此热机效率不能达到100%,故D错误。
故选A。
6.B
【详解】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错误;
B.完全燃烧10kg汽油放出的热量,故B正确;
C.四冲程汽油机在做功冲程中,高温高压气体迅速膨胀对活塞做功,气体的内能减小,故C错误;
D.由图可知,输出的有用功在总能量中所占的比例100%-33%-25%-7%=35%
所以内燃机的效率为35%,故D错误。
故选B。
7.D
【详解】A.由图可知,加热相同的时间,即吸收相同的热量,煤油升高的温度较高,煤油吸热能力弱,故A错误;
B.加热4min时,二者吸收热量相等,煤油升高温度Δt煤油=100℃-20℃=80℃
水升高的温度Δt水=60℃-20℃=40℃
水和煤油的质量相等,由可知,比热容与升高的温度成反比,煤油的比热容
故B错误;
C.酒精燃烧3min消耗4g酒精,放出的热量
由图乙可知,加热3min水升高的温度为Δt水′=50℃-20℃=30℃
水吸收的热量Q吸=c水m水Δt水′=4.2×103J/(kg·℃)×0.2kg×30℃=2.52×104J
该酒精灯的加热效率为
故C错误;
D.加热4min,200g煤油吸热温度升高Δt煤油=100℃-20℃=80℃
吸收的热量Q煤油=c煤油mΔt煤油=2.1×103J/(kg·℃)×0.2kg×80℃=3.36×104J
故D正确。
故选D。
8.BC
【详解】A.热值是燃料的特性,与质量和是否完全燃烧无关,则燃料燃烧过程中,其热值不变,故A错误;
B.燃料燃烧时消耗化学能,获得内能,将化学能转化为内能,故B正确;
C.根据能量守恒定律可知燃料燃烧过程中,能量的总量保持不变,故C正确;
D.效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃料释放的热量之比,火箭发动机在工作时不可避免的做额外功,所以发动机的效率不可能达到100%,故D错误。
故选BC。
9.AC
【详解】A.尾气中“汽油味”明显降低,这说明汽油的燃烧率较高,燃烧的比较完全,故A正确;
B.给该发动机安装消音器,是控制噪声的产生,是从声源处减弱了噪声,故B错误;
C.该发动机的尾气中“汽油味”明显降低,动力更强劲,在做相同有用功时,消耗的燃料少,减少了碳排放,有利于节约能源和环境保护,但仍会排放废气,造成大气污染,故C正确;
D.汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功,机械效率一定小于100%,故D错误。
故选AC。
10.ABD
【详解】A.由图中可知返回舱比成人要高一些,高度约为2.5m,故A正确;
B.加速下降过程中,返回舱的质量不变,速度变大,则动能变大,高度降低,则重力势能减小,故B正确;
C.热机工作时不可避免地存在热损失,效率不可能达到100%,故C错误;
D.返回舱降落伞打开后减速下落,降落伞对返回舱的拉力和返回舱对降落伞的拉力是一对相互作用力,大小相等,故D正确。
故选ABD。
11.ABC
【详解】A.按钮下压压电材料所具有的是机械能,按钮下压之后在打火机的排气嘴处放电产生电火花为电能,因此压电材料将机械能转化为电能,故A正确;
B.电火花出现时,AB间温度升高,这是将电能转化为内能,当AB间温度达到燃料燃烧的着火点时,燃料就被点燃了,故B正确;
C.燃料为燃烧时所具有的能为化学能,当燃料燃烧时所具有的能为内能,因此燃料燃烧时发热将化学能转化为内能,故C正确;
D.燃料的热值是燃料的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧程度无关,因此燃料使用一半后,燃料的热值不变,故D错误。
故选ABC。
12.(1) 加热时间 热传递
(2)A
(3)不变
(4)B
【详解】(1)[1]实验中,为了比较不同物质的吸热能力,需要控制一些变量。由于吸热能力与物质的质量、种类以及升高的温度有关,因此,在实验中应该向两个烧杯中加入质量相同的两种不同液体,以确保实验结果的准确性。同时,由于使用相同的装置加热,因此可以通过比较加热时间来反映两种液体吸收热量的多少。加热时间越长,说明液体吸收的热量越多。
[2]热传递是改变物体内能的一种方式,当对液体进行加热时,高温物体的内能通过热传递形式传递给液体,使液体的内能增加,进而导致液体温度升高。
(2)分析图乙可知,当两温度计示数都升高到30℃时,A液体用的加热时间长,说明A液体吸收的热量多,因此A吸热能力更强,可以得出比热容较大的液体是A。
(3)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、是否完全燃烧等均无关。实验完成后,酒精灯中剩余酒精的热值不变。
(4)为保证两种液体在相同时间内吸收的热量相同,采用完全相同的加热方式,用两只相同的酒精灯很难保证酒精灯的火焰大小相同,并且有热量的散失,所以用两只功率相同的电加热器分别浸没在甲、乙液体中加热效果更好,故选B。
13.(1) 加热时间
(2) 温度计示数 不变 偏小
【详解】(1)[1]用相同的加热器加热,加热时间越长,物质吸收的热量越多,所以不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。
[2]由图丁可知,a、b 升高相同的温度
a 的加热时间为10min,b的加热时间为20min,即,根据,质量和升高温度相同,c 与Q成正比,所以。
(2)[1]选择甲、乙两图进行实验,燃料燃烧放出热量,被液体吸收,液体温度升高,所以不同燃料放热的多少是通过温度计示数来反映的。
[2]热值是燃料的特性,与质量等无关,燃料1在燃烧过程中,其热值不变。
[3]根据,水的质量
水吸收的热量
若酒精放出热量全部被水吸收,根据,酒精热值
[4]由于酒精燃烧放出的热量不能全部被水吸收,所以测算的热值比标准值偏小。
14.(1) 质量 加热时间
(2)
(3) 完毕 温度计示数变化 2
【详解】(1)[1][2]在探究不同物质的吸热能力的实验中,为了便于比较,应控制两种不同液体的质量相等;加热两种液体的装置完全相同,酒精灯相同时间放出的热量相同,可以看成相同时间两种液体吸收的热量相同,因此可以通过比较加热时间来反映两种液体吸收热量的多少,这种方法叫转换法。
(2)由图乙可知,在加热5min时,AB吸收相同的热量,A升高的温度为20℃,B升高的温度为40℃, A的比热容为,B的比热容
(3)[1][2]比较不同液体燃料的热值,实验时应让相同质量的燃料1和燃料2完全燃尽,通过比较温度计示数变化来比较燃料的热值,液体升高的温度越高,说明燃料提供的热量越多,燃料的热值越大。
[3]由图丁可知,燃料完全燃烧后,燃料2加热的液体升高的温度高,吸收的热量多,说明燃料2放出的热量多,由可知,燃料2的热值大。
15. CDAB E 10 25
【详解】[1] ①A图中,两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,此冲程将内能转化为机械能;B图中,排气门开启,活塞上行,气体流出汽缸,是排气冲程;C图中,进气门开启,活塞下行,气体流入汽缸,是吸气冲程;D图中,两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能;故工作顺序为CDAB。
[2]E图是用力将活塞压下,活塞对空气做功,空气的内能增大,温度升高,达到了棉花的着火点,棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的,即是将机械能转化为内能的过程;F图是水蒸气膨胀对外做功,将塞子冲出,是内能转化为机械能。综上所述,D图是压缩冲程,此冲程将机械能转化为内能,与它原理相同的是E图所示的演示实验。
[3]该汽油机飞轮的转速为,一个工作循环转2转,20转完成了10个工作循环,对外做功10次。
[4]完全燃烧0.1m3天然气释放的热量为
若这些热量的50%被水吸收,则水吸收的热量为
水的温度变化量为
则水的末温为
16. 做功
【详解】[1]已知天然气完全燃烧放出的热量有70% 被水吸收
天然气完全燃烧放出的热量
需要完全燃烧天然气的体积为
[2]水沸腾后将壶盖顶起,此过程中水蒸气对外做功,将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能。四冲程汽油机的做功冲程中,是燃气膨胀对外做功,将内能转化为机械能。所以,水沸腾后将壶盖顶起这一过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相同。
17. 1.61×105 机械 3.5×10-3
【详解】[1][2]汽油机中燃料完全燃烧放出的热量等于损失的能量和有用的机械能之和,燃料完全燃烧放出的热量Q放=W损失+W有用=1.2×105J+4.1×104J=1.61×105J
[3]该工作过程中消耗的汽油质量为
18. 30% 10
【详解】[1]根据题意,汽油完全燃烧时放出的热量
该汽油机可以对外做功
该汽油机的效率为
[2]内燃机一个工作循环,经历四个冲程,燃气对外做功一次,活塞往返两次,曲轴转动两周。单缸四冲程汽油机的飞轮转速是,也就是1s飞轮转动20r,飞轮转动20r,燃气对外做功次,完成个工作循环、完成个冲程。
19.(1)6.72×105J
(2)1.5×106J
(3)44.8%
【详解】(1)水吸收的热量
(2)丁烷气体完全燃烧放出的热量
(3)丁烷气炉烧水的效率
20.(1)4×104N
(2)4.6×108J
(3)40%
【详解】(1)汽车满载时受到的总重力为
它遇突发涉水情况漂浮在水面时,根据物体的浮沉条件可知,它受到的浮力等于受到的总重力,则受到的浮力为
(2)根据Q=mq可得,10kg的汽油完全燃烧放出的热量为
(3)在发动机模式下,因汽车匀速行驶,所以汽车受到平衡力,受到的牵引力等于受到的阻力,即
牵引力做的功
发动机的效率
21.(1)4kg
(2)
(3)37.5g
【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
22.(1) 做功 机械
(2)
(3)可增加进入汽缸的空气量,使燃料燃烧更加充分,从而提高热机效率
【详解】(1)[1][2]由题意可知,因为废气能够推动涡轮转动,所以可知废气对涡轮做功,这是内能转化为机械能的过程,废气内能减少。
(2)汽油的体积
汽油的质量
释放的热量
(3)涡轮增压技术是指通过涡轮增压器提高发动机进气量的一种技术,涡轮增压器的动力来自发动机排出的废气,涡轮带动同轴的叶轮高速转动,空气流速大、压强小,叶轮下方压强大于上方压强,空气在压强差的作用下,被压入汽缸,提高了汽缸内的空气量,燃烧时释放的内能增大,可以做的有用功增多,从而提高了热机的效率。
答案第8页,共9页
答案第9页,共9页
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