2.2　热机效率 2025-2026学年物理教科版（2024）九年级上册

2.2　热机效率 物理九年级上册（J） 知识点一　热机效率 1. 热机里的能量流向： （1）废气带走的能量。 （2）克服摩擦做功消耗的能量。 （3）向外散热。 （4）转变为对外做有用功的能量。 2. 热机效率 （1）定义：把热机所做 与所用燃料完全燃烧释放的 ⁠ ⁠之比叫作热机的效率。 （2）计算公式： ⁠。 注：热机效率是热机性能的重要指标。但因为热损失使热机效率总 ⁠ 1。 有用功　 热 量　 η＝×100％　 小 于　 3. 提高热机效率的方法： （1）让燃料尽可能充分燃烧。 （2）尽可能减少废气带走的能量损失。 （3）运动部件润滑良好，减小机械摩擦。 （2024·山西）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从 平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全 程约360 km，驾车前往大约需要4 h。（汽油的热值q取4.5×107 J/kg， 汽油的密度ρ取0.8×103 kg/m3） （1）求汽车的平均速度； 解：（1）汽车的平均速度：v＝＝＝90 km/h （2）汽车全程消耗汽油25 L，求汽油完全燃烧放出的热量Q； （2）消耗汽油的质量： m＝ρV＝0.8×103 kg/m3×25×10－3 m3＝20 kg 则完全燃烧释放的热量： Q＝qm＝4.5×107 J/kg×20 kg＝9×108 J （3）若汽车发动机全程的平均功率为25 kW，求汽车发动机的效率。 （3）汽车发动机做的机械功： W＝Pt＝25×103 W×4×3 600 s＝3.6×108 J 故发动机的效率： η＝×100％＝×100％＝40％ 同步变式拓展 1. （2025·成都石室中学月考）下列有关热机效率的说法正确的是（　D　） A. 使用的燃料热值越大，热机效率就越高 B. 热机的功率越大，热机效率也一定越高 C. 汽车排放的尾气温度越高，热机效率越高 D. 热机效率不会等于1或大于1 D 2. （2024·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1 800圈（q汽油＝4.6×107 J/kg）， 则下列说法正确的是（　B　） A. 图中所示冲程是做功冲程 B. 若该汽油机完全燃烧5 kg汽油，则汽油机做的有用功为 6.9×107 J C. 该汽油机在1 s内做功30次 D. 汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 （第2题） B 3. 一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108 km，所用时间为1 h，消耗 汽油10 kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1 380 N（汽油的热值q汽油 ＝4.6×107 J/kg）。求： （1）汽车行驶的速度； 解：（1）汽车行驶的速度： v＝＝＝108 km/h （2）牵引力的功率； （2）汽车沿平直公路匀速行驶，受力平衡，牵引力：F＝f＝1 380 N 牵引力做的功： W＝Fs＝1 380 N×108×103 m＝1.490 4×108 J 则牵引力的功率： P＝＝＝41 400 W （3）汽车发动机的效率。 （3）消耗的汽油完全燃烧放出的热量： Q放＝mq汽油＝10 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×108 J 则汽车发动机的效率： η＝×100％＝×100％＝32.4％ 知识点二　改变世界的热机 1. 从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方 面得到了广泛应用。 2. 水蒸气驱动叶轮转动，这是最简单的轮机。轮机广泛应用在早期的 火车、现代大型火力发电厂以及大型舰船上。 3. 在很多汽车、农用机械、轮船上配备的是汽油机和柴油机。 4. 在航空航天中，使用的是更加高效的喷气式发动机。 知识点三　飞向太空 1.14世纪末，中国人 制作了一个以47支火箭作为动力的装置， 这和现代 ⁠的原理是一样的。 2. 常用的火箭是 ⁠。 请同学们完成《作业本》第22～23页的练习。 万户　 火箭发动机　 多级火箭　 1.为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施不能提高热机效率的是(　 　) A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全 B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失 C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦 D.尽量增加热机的工作时间 2.甲、乙两台汽油机,甲的效率比乙的高,则(　 　) A.甲每秒做的功比乙每秒做的功多 B.甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少 C.消耗同样多的汽油,甲做的有用功比乙做的有用功多 D.做同样多的有用功,甲消耗的汽油比乙消耗的汽油多 D C 物理九年级上册（J） 12 3.一个单缸四冲程汽油机工作时汽缸散热损失占25%,废气带走的能量占30%,摩擦等机械损耗占10%,则它的热机效率为　 　。 4.(2024·辽宁)汽油机在　 　冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为2.3×107 J,效率为25%,则该汽油机在这段时间内消耗　 　kg的汽油(汽油的热值取4.6×107 J/kg)。 35% 做功 2 物理九年级上册（J） 13 5.随着我国人民生活水平的不断提高,汽车已成为许多家庭的必备出行工具。某品牌国产汽车以25 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶600 s,消耗汽油1.2 kg。已知该汽车发动机的功率为23 kW,汽油的热值q=4.6×107 J/kg。假设汽油在发动机汽缸内完全燃烧,求该汽车在匀速行驶600 s的过程中: (1)汽车发动机牵引力所做的功; (2)该汽车发动机的效率。 解:(1)汽车发动机牵引力所做的功: W=Pt=23×103 W×600 s=1.38×107 J (2)消耗的汽油完全燃烧放出的热量: Q放=mq=1.2 kg×4.6×107 J/kg=5.52×107 J 故该汽车发动机的效率:η=×100%=×100%=25% 物理九年级上册（J） 14 6.(2025·绵阳北川县月考)如图所示是我国自主研制的第一代实用型地效飞机DXF100,地效飞机是一种可以低空飞行的飞机,它能停在水面或地面上。地效飞机以180 km/h的速度匀速直线飞行了90 km,消耗燃油的质量为40 kg,已知燃油的热值为4.5×107 J/kg,飞机发动机的效率为40%,求地效飞机这次执行任务的过程中: (1)飞行的时间; 解:(1)地效飞机飞行的时间: t===0.5 h 物理九年级上册（J） 15 (2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量; (2)消耗的燃油完全燃烧放出的热量: Q放=qm=4.5×107 J/kg×40 kg=1.8×109 J (3)受到的阻力。 (3)飞机做的有用功: W=Q放η=1.8×109 J×40%=7.2×108 J 则地效飞机飞行过程的牵引力: F===8 000 N 由二力平衡的条件可知:地效飞机飞行过程中受到的阻力:f=F=8 000 N 物理九年级上册（J） 16 易错点:对热机效率理解不透彻 7.下列有关热机效率的说法中,正确的是 (　 　) A.热机所用燃料的热值越大,效率越高 B.热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比为热机效率,且功率越大,热机效率越高 C.不断创新和改进热机结构,可以提高热机效率,且热机效率始终小于1 D.蒸汽机、汽油机和柴油机的热机效率分别是η1、η2和η3,则有η1<η2<η3 CD 物理九年级上册（J） 17 8.甲、乙两个四冲程柴油机使用时做功和消耗柴油对比如下,下列说法正确的是(　 　) 柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油 甲 相同 3 h 5 kg 乙 2 h 6 kg A.柴油机依次按照吸气、做功、压缩、排气四个冲程循环工作 B.甲柴油机所用的燃料的热值一定比乙柴油机的高 C.甲柴油机的输出功率较小,热机效率较高 D.乙柴油机的输出功率较小,热机效率较高 C 物理九年级上册（J） 18 9.有甲、乙两台汽油机,若在同一时间内甲做的有用功是乙做的有用功的2倍,甲的效率是25%,乙的效率是20%,则在相同时间内,甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比为(　 　) A.2∶5 B.8∶5 C.5∶8 D.5∶2 10.某种国产汽车,当它在某平直公路上以20 m/s的速度匀速行驶时,每百公里的油耗为6 L。当汽车行驶500 s,则汽车消耗的汽油是　 　L。假设汽车在运动过程中受到的平均阻力是495 N,则汽油机的效率是　 　%。(已知汽油的热值是3.3×107 J/L) B 0.6 25 物理九年级上册（J） 19 11.某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为5×10-3 m2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是80 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9×105 Pa,曲轴转速为2 400 r/min,当汽油机满负荷工作时,求: (1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力; 解:(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力: F=pS=9×105 Pa×5×10-3 m2=4.5×103 N (2)汽油机的功率; (2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功: W=FL=4.5×103 N×80×10-3 m=360 J 飞轮转速为2 400 r/min=40 r/s,表示每秒飞轮转动40圈,活塞往复40次,对外做功20次 则汽油机的功率:P=n×=20×=7 200 W 物理九年级上册（J） 20 (3)若汽油机在吸气冲程中吸入的空气质量与燃油质量之比为14∶1,吸入的油气混合物的平均密度为1.5 kg/m3,汽油的热值取4.5×107 J/kg,则该汽油机的效率为多大? (3)一个工作循环吸入混合物的体积: V=SL=5×10-3 m2×80×10-3 m=4×10-4 m3 一个工作循环吸入混合物的质量: m混=ρ混V=1.5 kg/m3×4×10-4 m3=6×10-4 kg 一个工作循环吸入汽油的质量: m油=m混=×6×10-4 kg=4×10-5 kg 则一个工作循环,汽油完全燃烧放出的热量: Q放=qm油=4.5×107 J/kg×4×10-5 kg=1 800 J 故该汽油机的效率:η=×100%=×100%=20% 物理九年级上册（J） 21 $$