第4节 热机的效率（高效培优讲义）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第4节 热机的效率 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 燃料的热值 1 题型2 热机的效率 4 题型3 热机使用对环境的影响 6 【能力培优练】 8 【链接中考】 11 【重难题型讲解】 题型1 燃料的热值 1、燃料 （1）燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2、燃料的热值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）公式：Q=mq：其中M——燃料的质量——单位千克（kg）；q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）。 Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （5）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少；如木炭的热值为3.40×107J/kg，表示完全燃烧1kg的木炭，放出的热量是3.40×107J。 ★特别提醒 （1）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的大小，在数值上才等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。 （2）热值是燃料本身的一种性质,它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ （4）进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。 【归纳总结】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它的大小只与燃料的种类有关。‌ 【典例1-1】质量为1kg的汽油用去一半后，剩下的汽油（　　） A．密度、比热容和热值都变为原来的一半 B．密度和比热容不变，热值变为原来的一半 C．密度、比热容、热值都不变 D．密度、比热容变为原来的一半，热值不变 【典例1-2】如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B燃料的热值，你判断的依据是 若质量100g的B燃料完全燃烧释放的热量为，则B燃料的热值是 J/kg。 【典例1-3】可燃冰是天然气在一定的温度和压强下结晶而形成的“冰块”。可燃冰可转化为的甲烷气体和的水，已知甲烷气体的热值为。问： (1)可燃冰完全燃烧后放出的热量是多少？ (2)若这些热量全部由热值是的焦炭来提供，应完全燃烧多少千克的焦炭？ 跟踪训练1下列事实中，最能说明燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关的是（　　） A．2克酒精完全燃烧比2克木柴完全燃烧放出的热量多 B．2克酒精完全燃烧比1克汽油完全燃烧放出的热量多 C．2克酒精完全燃烧比1克酒精完全燃烧放出的热量多 D．3克酒精完全燃烧比2克烟煤不完全燃烧放出的热量多 跟踪训练22024年10月30日神舟十九号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心由长征二号运载火箭成功发射，该火箭常用液态氢作为燃料，是因为它具有较大的 ，液态氢的热值约为，其物理意义为 。 跟踪训练3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。 题型2 热机的效率 1、燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 2、锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置； （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3、热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 ★特别提醒 对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。 4、提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。 （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。 （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术。 （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【归纳总结】提高热机效率的方法：尽量让燃料充分燃烧；设法利用废气的能量；减少能量损失；保证良好的润滑。 【典例2-1】下列关于热机效率的说法正确的是（　　） A．完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高 B．热机消耗的燃料越少，效率越高 C．燃料的热值越大，效率越高 D．热机的功率越大，效率越高 【典例2-2】水环境质量是生态文明建设的重要篇章，如图所示，一艘保洁船正在开展海上环卫作业。该船由四冲程柴油机提供动力，热机效率为30%，若船以1000N的牵引力在海上匀速行驶15km，需消耗 kg的柴油（）。若该四冲程柴油机飞轮的转速为2400r/min，则每秒完成 个冲程，对外做功 次。请写出一条提高热机效率的措施： 。 【典例2-3】一辆使用汽油为燃料的小汽车，在水平路面上匀速行驶，发动机的输出功率是60kW，已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 (1)汽车的冷却系统用水来给发动机降温，4kg的水在冷却系统中温度升高了50℃，水吸收的热量为多少？ (2)小汽车匀速行驶23 min消耗6kg汽油，发动机的效率是多少？ 跟踪训练1如图所示为某汽车内燃机的能量流向图像，则该内燃机的效率为（　　） A．12% B．27% C．34% D．39% 跟踪训练2 2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭发射成功；火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为 能，散失的能量越少，发动机效率越 （选填“高”或“低”）；这与热机的 冲程相似。 跟踪训练3用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时，15min可使质量为4kg，温度为50℃的水在一标准气压下烧开。已知煤的热值为q=4.0×107J/m3，水的比热容为c＝4.2×103J/（kg•℃），求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？ (3)要放出这些热量，需燃烧多少m3煤气？ 题型3 热机使用对环境的影响 1、热机促进了生产力的发展：第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。 2、热机的废气对环境的影响：热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。 3、改进措施 （1）提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。 （2）大力发展公共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能 减排的生活方式。 【典例3-1】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，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法正确的是（　　） A．“汽油味”降低，说明汽油在汽缸中完全燃烧 B．该冲程为做功冲程，化学能转化为机械能 C．该发动机效率可达100% D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护 【典例3-2】在冬天，为了取暖，每小时需给某房间供热的热量。若流进散热器的水的温度是80℃，流出的水的温度是70℃，由此可知每天有 kg的水流经散热器。在丹东部分城区使用天然气作为燃料。天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是 ；从环保角度分析它突出的优点是 。（、） 跟踪训练1下列关于比热容、燃料的热值和热机的效率的说法正确的是（    ） A．提高热机的效率，可以节约能源，减少污染 B．比热容是物质自身的性质，与质量无关、与吸收或放出的热量有关 C．燃料的热值是燃料的性质，与燃料的质量无关、与燃料是否充分燃烧有关 D．热机效率能达到100% 跟踪训练2火，能带来温暖和光明。钻木取火，是将 能转化为内能，这是人类第一次学会使用自然力量；改变物体的内能有做功和 两种方法，人们利用内能做功制成了热机；在设计和制造热机时，要不断提高效率，其积极意义有 （列举一条即可）。 【能力培优练】 1．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。下列有关说法错误的是（　　） A．甲图是压缩冲程 B．甲图中气缸内的气体温度降低 C．由乙图可知该汽油机的效率是28% D．汽车尾气中的“汽油味”越浓，热机的效率越低 2．一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油时，放出了1.0×108J的热量，其中有6.0×107J的能量以各种形式损失掉了，可知该柴油机的效率是（　　） A．30% B．40% C．50% D．60% 3．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（　　） A．热机效率较大 B．热机效率较小 C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多 4．下列有关热机效率的说法中，正确的是（　　） A．热机所用燃料的化学能转化成热机的机械能越多，效率越高 B．如果改进技术，汽油机的效率可以达到100% C．热机所用燃料的热值越大，效率越高 D．蒸汽机、汽油机和柴油机的热机效率分别是、和，则有 5．下列说法正确的是（    ） A．热值大的燃料完全燃烧，放出的热量一定多 B．我国东风－31AG导弹的发动机是火箭发动机 C．汽车发动机能量损耗最大的是发动机不断地在向外散热 D．柴油机比汽油机的工作效率高是因为柴油的热值更大 6．关于比热容和热值，下列说法正确的是（　　） A．，质量相等的水和煤油吸收相同的热量，水的温度升得更高 B．比热容与物体的质量、吸热多少、温度变化大小有关；燃料的热值只与燃料的种类有关 C．比热容与成正比，与的乘积成反比 D．同种物质的比热容不一定相同，同种燃料的热值一定相同 7．现代的热机广泛应用于汽车、火车、轮船、飞机和火箭中，下列有关热机的说法中正确的是（　　） A．热机只有内燃机一种形式 B．汽油机为汽车提供动力的只有做功冲程 C．柴油机的效率高是因为柴油的热值大 D．可以采用增大功率的方法提高热机的效率 8．氢能源具有来源广、无污染等优点，火箭发动机用氢作燃料是因为氢的 很大，若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值将 （填“减小”或“不变”）。 9．随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，汽车走进了千家万户。目前，大部分的传统动力汽车仍然使用汽油机提供动力。 （1） 如图甲所示是汽油机工作循环的 冲程，汽油机的能量转化如图乙所示，请把空白的能量名称填写完整： 、 （2）在某一段较短的时间内，一台汽油机的能量数据如图乙所示，则在此段时间内，这台汽油机的效率是 10．某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。锅炉内200kg的水吸收的热量是 J，锅炉加热的效率是 （水的比热容是，无烟煤的热值是）。 11．2025年3月17日16时07分，我国在酒泉卫星发射中心使用谷神星一号运载火箭，成功将云遥一号55～60星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。如图所示，火箭工作时将内能转化为机械能，该过程中能量的转化与汽油机的 冲程相同，运载火箭使用液氢作为燃料主要原因是液氢具有较大的 （选填“热值”或“比热容”）。 12．某品牌摩托车的发动机是一台单缸四冲程汽油机，其效率为50%，该车在某段平直公路上匀速行驶10min，燃烧汽油0.5kg，则该汽油机的功率是 W（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，结果保留两位有效数字）；若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功 次。 13．天然气是一种热值高、污染小的清洁能源，我国大多数城市已迎来了天然气时代。完全燃烧0.035 m3的天然气放出多少焦的热量？［天然气的热值q=4×107 J/m3］ 14．用燃气灶给5kg的20℃的水加热到沸腾（一标准大气压下），完全燃烧0.08kg煤气，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)0.08kg煤气完全燃烧时放出的热量； (3)该燃气灶的效率为多大。 15．小伍同学和家人在郊外野炊，用木炭烧水。铁锅内装有5kg水，把水从加热至，水的比热容为。如果木炭的热值为，它燃烧放出的热有10%被水吸收。求： (1)在这个过程中水吸收的热量； (2)在这个过程中需要完全燃烧多少木炭。 【链接中考】 1．（2025·山东泰安·中考真题）2025年4月24日，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭成功发射。在火箭加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能 B．载人飞船的重力势能转化为动能 C．载人飞船的机械能不变 D．火箭发动机的热机效率可达100% 2．（2025·山东·中考真题）汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳，影响发动机性能。在发动机维护保养后，汽油燃烧会更加充分，其热值（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定 3．（2025·山东烟台·中考真题）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。 4．（2025·安徽芜湖·三模）小明家的太阳能热水器最大容积为50L。某天热水器装满水后，经过4h阳光照射，水温从20℃升高到40℃。若水吸收的热量由效率为40%的天然气灶来提供，则需要燃烧 m3的天然气。【已知，，】 5．（2025·江苏苏州·中考真题）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。 / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4节 热机的效率 【题型导航】 【重难题型讲解】 1 题型1 燃料的热值 1 题型2 热机的效率 5 题型3 热机使用对环境的影响 9 【能力培优练】 11 【链接中考】 19 【重难题型讲解】 题型1 燃料的热值 1、燃料 （1）燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 （2）燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2、燃料的热值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）公式：Q=mq：其中M——燃料的质量——单位千克（kg）；q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）。 Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （5）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少；如木炭的热值为3.40×107J/kg，表示完全燃烧1kg的木炭，放出的热量是3.40×107J。 ★特别提醒 （1）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的大小，在数值上才等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。 （2）热值是燃料本身的一种性质,它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ （4）进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。 【归纳总结】1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它的大小只与燃料的种类有关。‌ 【典例1-1】质量为1kg的汽油用去一半后，剩下的汽油（　　） A．密度、比热容和热值都变为原来的一半 B．密度和比热容不变，热值变为原来的一半 C．密度、比热容、热值都不变 D．密度、比热容变为原来的一半，热值不变 【答案】C 【详解】密度、比热容和热值都是物质的自身属性，同种物质的密度、比热容、热值只与物质的种类和状态有关，是一般不发生变化的量，质量为1kg的汽油用去一半后，质量、体积发生变化，但剩下的汽油的密度、比热容、热值都不变，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【典例1-2】如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值 （选填“大于”、“小于”或“等于”）B燃料的热值，你判断的依据是 若质量100g的B燃料完全燃烧释放的热量为，则B燃料的热值是 J/kg。 【答案】 小于 完全燃烧相同质量的A、B材料，A放出的热量更小 4.6×107 【详解】[1][2]由图像可知，当二者质量相等时，B燃料完全燃烧时放出的热量更多，根据热值的定义可以知道，B的热值大。 [3]B的热值为 【典例1-3】可燃冰是天然气在一定的温度和压强下结晶而形成的“冰块”。可燃冰可转化为的甲烷气体和的水，已知甲烷气体的热值为。问： (1)可燃冰完全燃烧后放出的热量是多少？ (2)若这些热量全部由热值是的焦炭来提供，应完全燃烧多少千克的焦炭？ 【答案】(1) (2)196.8kg 【详解】（1）可燃冰完全燃烧放出的热量由甲烷燃烧提供。由可知，可燃冰完全燃烧后释放的热量是 （2）由第（1）小问分析可知，这些热量为 由可知，完全燃烧焦炭的质量为 跟踪训练1下列事实中，最能说明燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关的是（　　） A．2克酒精完全燃烧比2克木柴完全燃烧放出的热量多 B．2克酒精完全燃烧比1克汽油完全燃烧放出的热量多 C．2克酒精完全燃烧比1克酒精完全燃烧放出的热量多 D．3克酒精完全燃烧比2克烟煤不完全燃烧放出的热量多 【答案】A 【详解】要比较不同燃料燃烧所放出的热量跟燃料的种类有关，需要控制完全燃烧的质量相同。 A．完全燃烧酒精和木柴的质量相同，故A符合题意； B．完全燃烧酒精和汽油的质量不同，故B不符合题意； C．同种燃料不能得出完全燃烧放出的热量跟燃料种类有关的结论，故C不符合题意； D．完全燃烧酒精和烟煤的质量不同，故D不符合题意； 故选A。 跟踪训练22024年10月30日神舟十九号载人飞船在中国酒泉卫星发射中心由长征二号运载火箭成功发射，该火箭常用液态氢作为燃料，是因为它具有较大的 ，液态氢的热值约为，其物理意义为 。 【答案】 热值 1千克的液氢完全燃烧时放出的热量是1.4×108J 【详解】[1]火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。 [2]液态氢的热值约为1.4×108J/kg，其物理意义为1千克的液氢完全燃烧时放出的热量是1.4×108J。 跟踪训练3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 【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 题型2 热机的效率 1、燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 2、锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置； （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3、热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 ★特别提醒 对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。 4、提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。 （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。 （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术。 （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【归纳总结】提高热机效率的方法：尽量让燃料充分燃烧；设法利用废气的能量；减少能量损失；保证良好的润滑。 【典例2-1】下列关于热机效率的说法正确的是（　　） A．完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高 B．热机消耗的燃料越少，效率越高 C．燃料的热值越大，效率越高 D．热机的功率越大，效率越高 【答案】A 【详解】A．有用功一定，热机消耗的燃料少，即放出的热量少，有用功与放出的热量的比值就越大，即效率就越高，故A正确； B．热机消耗的燃料少，即放出的热量少，但不知道有用功，因此效率不一定高，故B错误； C．用热值大的燃料，燃烧质量相同的燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定高，故C错误； D．功率是反映物体做功快慢的物理量，热机效率与功率无关，故D错误。 故选A。 【典例2-2】水环境质量是生态文明建设的重要篇章，如图所示，一艘保洁船正在开展海上环卫作业。该船由四冲程柴油机提供动力，热机效率为30%，若船以1000N的牵引力在海上匀速行驶15km，需消耗 kg的柴油（）。若该四冲程柴油机飞轮的转速为2400r/min，则每秒完成 个冲程，对外做功 次。请写出一条提高热机效率的措施： 。 【答案】 1.25 80 20 见详解 【详解】[1]若船以1000N的牵引力在海上匀速行驶15km，所做的有用功为 需要的总热量为 需消耗的柴油为 [2][3]柴油机一个工作循环包括4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次，若该四冲程柴油机飞轮的转速为2400r/min，即40r/s，则每秒完成80个冲程，对外做功20次。 [4]根据热机效率的定义及能量的走向，为提高热机效率，可以使燃料燃烧更充分，减少机械散热和废气带走的热量。 【典例2-3】一辆使用汽油为燃料的小汽车，在水平路面上匀速行驶，发动机的输出功率是60kW，已知汽油的热值为q=4.6×107J/kg，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）。 (1)汽车的冷却系统用水来给发动机降温，4kg的水在冷却系统中温度升高了50℃，水吸收的热量为多少？ (2)小汽车匀速行驶23 min消耗6kg汽油，发动机的效率是多少？ 【答案】(1)8.4×105J (2)30% 【详解】（1）水吸收的热量为 （2）汽油完全燃烧放出的热量 发动机所做的有用功 发动机的效率 跟踪训练1如图所示为某汽车内燃机的能量流向图像，则该内燃机的效率为（　　） A．12% B．27% C．34% D．39% 【答案】C 【详解】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用功所占比例为 100%-39%-27%=34% 即该内燃机的效率为34%。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 跟踪训练2 2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭发射成功；火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为 能，散失的能量越少，发动机效率越 （选填“高”或“低”）；这与热机的 冲程相似。 【答案】 机械 高 做功 【详解】[1]火箭升空时，燃料燃烧过程中，将化学能转化为燃气的内能，又将内能转化为火箭的机械能。 [2]内燃机的效率等于用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，则燃料完全燃烧放出的能量转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。 [3]火箭升空时，将内能转化为火箭的机械能，热机的做功冲程中，将高温高压燃气的内能转化为活塞运动的机械能，所以火箭升空时的能量转化与热机的做功冲程相似。 跟踪训练3用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时，15min可使质量为4kg，温度为50℃的水在一标准气压下烧开。已知煤的热值为q=4.0×107J/m3，水的比热容为c＝4.2×103J/（kg•℃），求： (1)水吸收的热量是多少？ (2)若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？ (3)要放出这些热量，需燃烧多少m3煤气？ 【答案】（1）水吸收的热量 （2）由得，煤气完全燃烧放出热量 （3）由得，需要煤气的体积 题型3 热机使用对环境的影响 1、热机促进了生产力的发展：第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。 2、热机的废气对环境的影响：热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。 3、改进措施 （1）提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。 （2）大力发展公共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能 减排的生活方式。 【典例3-1】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，动力更强劲。如图为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法正确的是（　　） A．“汽油味”降低，说明汽油在汽缸中完全燃烧 B．该冲程为做功冲程，化学能转化为机械能 C．该发动机效率可达100% D．该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护 【答案】D 【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，但是汽油不可能完全燃烧，故A错误； B．两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程中内能转化为机械能，故B错误； C．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，发动机效率一定小于100%，故C错误； D．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，故D正确。 故选D。 【典例3-2】在冬天，为了取暖，每小时需给某房间供热的热量。若流进散热器的水的温度是80℃，流出的水的温度是70℃，由此可知每天有 kg的水流经散热器。在丹东部分城区使用天然气作为燃料。天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是 ；从环保角度分析它突出的优点是 。（、） 【答案】 100 热值大 污染小 【详解】[1]根据可知，每天流经散热器的水的质量 [2][3]天然气的热值大于煤的热值，燃烧相同质量的天然气和煤时，天然气放出的热量更多一些，且天然气燃烧释放的污染气体、颗粒物没有煤多，从热学角度分析它突出的优点是热值大，从环保角度分析它突出的优点是污染小。 跟踪训练1下列关于比热容、燃料的热值和热机的效率的说法正确的是（    ） A．提高热机的效率，可以节约能源，减少污染 B．比热容是物质自身的性质，与质量无关、与吸收或放出的热量有关 C．燃料的热值是燃料的性质，与燃料的质量无关、与燃料是否充分燃烧有关 D．热机效率能达到100% 【答案】A 【详解】A．提高热机的效率，可以提高燃料的利用率，节约能源，减少污染，故A正确； B．比热容是物质自身的性质，与质量、吸收或放出的热量、升高或降低的温度均无关，故B错误； C．燃料的热值是燃料的性质，与燃料的质量、燃料是否充分燃烧均无关，故C错误； D．热机的效率一定小于100% ，故D错误。 故选A。 跟踪训练2火，能带来温暖和光明。钻木取火，是将 能转化为内能，这是人类第一次学会使用自然力量；改变物体的内能有做功和 两种方法，人们利用内能做功制成了热机；在设计和制造热机时，要不断提高效率，其积极意义有 （列举一条即可）。 【答案】 机械 热传递 节能环保 【详解】[1][2]改变内能方法有两种，一种是做功，属于能量的转化，另一种是热传递，属于能量的转移，钻木取火，是通过摩擦的方法，将机械能转化为内能，属于做功改变内能。 [3]效率是有用功占总功的比，不断提高效率，可以减少能源的消耗，同时可以减少有害气体的排放，起到节能减排保护环境的作用。 【能力培优练】 1．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。下列有关说法错误的是（　　） A．甲图是压缩冲程 B．甲图中气缸内的气体温度降低 C．由乙图可知该汽油机的效率是28% D．汽车尾气中的“汽油味”越浓，热机的效率越低 【答案】B 【详解】A．甲图进气门排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确，A不符合题意； B．甲图是压缩冲程，机械能转化为内能，气缸内的气体温度升高，故B错误，B符合题意； C．由乙图可知该汽油机的效率是 故C正确，C不符合题意； D．汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃烧越不完全，热机的效率越低，故D正确，D不符合题意。 故选B。 2．一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油时，放出了1.0×108J的热量，其中有6.0×107J的能量以各种形式损失掉了，可知该柴油机的效率是（　　） A．30% B．40% C．50% D．60% 【答案】B 【详解】该柴油机的效率是 故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 3．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（　　） A．热机效率较大 B．热机效率较小 C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多 【答案】B 【详解】AB．由图可知，甲汽油机有用机械能的占比为25%，乙汽油机有用机械能的占比为30%，所以，甲汽油机热机效率较小，乙汽油机热机效率较大，故A不符合题意，B符合题意； CD．由图可知，甲损耗的能量为1800J，占比为75%，则甲获取的总能量 获得的有用机械能 W甲有=η甲Q甲总=25%×2400J=600J 同样，由图可知，乙损耗的能量为1400J，占比为70%，则乙获取的总能量 获得的有用机械能 W乙有=η乙Q乙总=30%×2000J=600J 即W甲有=W乙有，故CD不符合题意。 故选B。 4．下列有关热机效率的说法中，正确的是（　　） A．热机所用燃料的化学能转化成热机的机械能越多，效率越高 B．如果改进技术，汽油机的效率可以达到100% C．热机所用燃料的热值越大，效率越高 D．蒸汽机、汽油机和柴油机的热机效率分别是、和，则有 【答案】A 【详解】AC．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出总热量的比，热机所用燃料的化学能转化成热机的机械能越多，效率越高，但燃料的热值大，只是同等条件下总热量更多，但有用功占比不一定高，效率不一定高，故A正确，C错误； B．由于汽油机的排气冲程不可避免的会带走一部分热量，加上各种机械之间的摩擦，无论怎么改进技术，汽油机的效率都不可能达到100%，故B错误； D．蒸汽机通过对水加热，利用水蒸气推动活塞做功，能量损失非常多，效率一般只有8%左右，目前为止，汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率一般为30%~45%，故蒸气机效率最低，柴油机效率最高，故D错误。 故选A。 5．下列说法正确的是（    ） A．热值大的燃料完全燃烧，放出的热量一定多 B．我国东风－31AG导弹的发动机是火箭发动机 C．汽车发动机能量损耗最大的是发动机不断地在向外散热 D．柴油机比汽油机的工作效率高是因为柴油的热值更大 【答案】B 【详解】A．燃料燃烧放出的热量与燃料的热值、质量以及燃烧情况都有关。热值大的燃料，如果质量很小或者燃烧不完全，放出的热量也不一定多。故A错误； B．火箭发动机是一种利用反作用力推进的发动机，它使用推进剂在燃烧室（或称为燃烧衬套）中燃烧，产生大量高温高压燃气，高速向后喷出，产生反作用力，使火箭向前飞行。导弹的发动机通常是火箭发动机，故B正确； C．在汽车发动机的工作过程中，会有多种能量损耗，其中废气带走的能量最多，故C错误； D．柴油机和汽油机的工作效率主要与它们的燃烧方式和工作过程有关。柴油机采用压燃式点火，燃烧更加充分，且其压缩比通常比汽油机大，因此能够更有效地利用燃料的能量。而汽油机采用点燃式点火，燃烧过程相对不如柴油机充分。所以，柴油机的工作效率通常比汽油机高，但这并不是因为柴油的热值更大。故D错误。 故选B。 6．关于比热容和热值，下列说法正确的是（　　） A．，质量相等的水和煤油吸收相同的热量，水的温度升得更高 B．比热容与物体的质量、吸热多少、温度变化大小有关；燃料的热值只与燃料的种类有关 C．比热容与成正比，与的乘积成反比 D．同种物质的比热容不一定相同，同种燃料的热值一定相同 【答案】D 【详解】A．由于，水的吸热本领更强，由可知，质量相等的水和煤油吸收相同的热量，煤油的温度升得更高，故A错误； B．比热容与物体的质量、吸热多少、温度变化大小无关，与物质的种类和状态有关；燃料的热值只与燃料的种类有关，故B错误； C．比热容与物体的质量、吸热多少、温度变化大小无关，比热容不与成正比，不与的乘积成反比，故C错误； D．同种物质的比热容不一定相同，如冰和水的比热容不同，燃料的热值只与燃料的种类有关，同种燃料的热值一定相同，故D正确。 故选D。 7．现代的热机广泛应用于汽车、火车、轮船、飞机和火箭中，下列有关热机的说法中正确的是（　　） A．热机只有内燃机一种形式 B．汽油机为汽车提供动力的只有做功冲程 C．柴油机的效率高是因为柴油的热值大 D．可以采用增大功率的方法提高热机的效率 【答案】B 【详解】A．热机分为内燃机和外燃机两种，故A错误； B．在热机的四个冲程中只有做功冲程对外做功，提供动力，其他冲程都是靠惯性完成的，故B正确； C．柴油机的效率高，是因为柴油机损失的能量较少，并不是因为柴油的热值高，故C错误； D．用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫热机的效率，增大功率只能说热机做功快，并不能说效率高，可以采用使燃料燃烧更充分的方法提高热机的效率，故D错误。 故选B。 8．氢能源具有来源广、无污染等优点，火箭发动机用氢作燃料是因为氢的 很大，若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值将 （填“减小”或“不变”）。 【答案】 热值 不变 【详解】[1]运载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和其他燃料时，液态氢可以释放出更多的热量。 [2]因为热值是燃料的一种性质，只与燃料的种类和状态有关，故一罐氢气用去了一半，则剩余氢气种类不变，热值不变。 9．随着社会的发展和人民生活水平的日益提高，汽车走进了千家万户。目前，大部分的传统动力汽车仍然使用汽油机提供动力。 （1） 如图甲所示是汽油机工作循环的 冲程，汽油机的能量转化如图乙所示，请把空白的能量名称填写完整： 、 （2）在某一段较短的时间内，一台汽油机的能量数据如图乙所示，则在此段时间内，这台汽油机的效率是 【答案】 做功 内能 机械能 25% 【详解】（1）[1][2][3]如图甲所示，图甲两气门都关闭，活塞下行，是汽油机工作循环的做功冲程，汽油机的能量转化如图乙所示，汽车在发动机工作时，首先把燃料中的化学能转化为内能，然后部分内能转化为机械能。 （2）[4]由图知，燃料完全燃烧获得的内能是 Q=1.6×105J 获得的有用的机械能是 W=0.4×105J 所以热机的效率为 10．某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。锅炉内200kg的水吸收的热量是 J，锅炉加热的效率是 （水的比热容是，无烟煤的热值是）。 【答案】 35% 【详解】[1]由题意可知，升高的温度 水吸收的热量 [2]无烟煤燃烧放出的热量 锅炉加热的效率 11．2025年3月17日16时07分，我国在酒泉卫星发射中心使用谷神星一号运载火箭，成功将云遥一号55～60星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务获得圆满成功。如图所示，火箭工作时将内能转化为机械能，该过程中能量的转化与汽油机的 冲程相同，运载火箭使用液氢作为燃料主要原因是液氢具有较大的 （选填“热值”或“比热容”）。 【答案】 做功 热值 【详解】[1][2]汽油机有四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中压缩冲程是将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能。而火箭工作时将内能转化为机械能，所以该过程中能量的转化与汽油机的做功冲程相同。发射火箭时通常采用液氢作为燃料，原因是液氢的热值大。根据燃料燃烧放热公式Q放=mq，在质量相同的情况下，热值越大，放出的热量越多，这样就能为火箭提供更多的能量，使其获得足够的动力。 12．某品牌摩托车的发动机是一台单缸四冲程汽油机，其效率为50%，该车在某段平直公路上匀速行驶10min，燃烧汽油0.5kg，则该汽油机的功率是 W（已知汽油的热值为4.6×107J/kg，结果保留两位有效数字）；若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则汽油机每秒对外做功 次。 【答案】 1.9×104 20 【详解】[1]0.5kg汽油完全燃烧放出的热量为 有用功为 则该汽油机的功率 [2]单缸四冲程汽油机的每个工作循环中，飞轮转动2圈，对外做功1次。若该汽油机飞轮转速为2400r/min，则飞轮每秒转40圈，每秒对外做功20次。 13．天然气是一种热值高、污染小的清洁能源，我国大多数城市已迎来了天然气时代。完全燃烧0.035 m3的天然气放出多少焦的热量？［天然气的热值q=4×107 J/m3］ 【答案】1.4×106 J 【详解】完全燃烧0.035 m3的天然气放出的热量为 14．用燃气灶给5kg的20℃的水加热到沸腾（一标准大气压下），完全燃烧0.08kg煤气，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)0.08kg煤气完全燃烧时放出的热量； (3)该燃气灶的效率为多大。 【答案】（1）在一标准大气压下，水的沸点是100℃，用燃气灶给5kg的20℃的水加热到沸腾，根据可得，水吸收的热量为 （2）根据可得，0.08kg煤气完全燃烧时放出的热量为 （3）根据可得，该燃气灶的效率为 15．小伍同学和家人在郊外野炊，用木炭烧水。铁锅内装有5kg水，把水从加热至，水的比热容为。如果木炭的热值为，它燃烧放出的热有10%被水吸收。求： (1)在这个过程中水吸收的热量； (2)在这个过程中需要完全燃烧多少木炭。 【答案】[1]水的质量为5kg，把水从加热至，在这个过程中水吸收的热量 [2]木炭的热值为，它燃烧放出的热有10%被水吸收，在这个过程中需要完全燃烧木炭的质量为 【链接中考】 1．（2025·山东泰安·中考真题）2025年4月24日，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭成功发射。在火箭加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能 B．载人飞船的重力势能转化为动能 C．载人飞船的机械能不变 D．火箭发动机的热机效率可达100% 【答案】A 【详解】A．火箭加速升空过程中，燃料燃烧将化学能转化为内能，高温高压燃气推动火箭运动，将内能转化为火箭的机械能，故A正确； B．火箭加速升空时，质量不变，高度增加，重力势能增大，速度增加，动能增大，因此不是重力势能转化为动能，而是燃料的内能转化为机械能，故B错误； C．火箭加速升空时，动能和重力势能都在增加，所以机械能总量在增大，故C错误； D．热机工作时必然有能量损失，如废气带走热量、摩擦生热等，因此火箭发动机的热机效率不可能达到100%，故D错误。 故选A。 2．（2025·山东·中考真题）汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳，影响发动机性能。在发动机维护保养后，汽油燃烧会更加充分，其热值（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定 【答案】C 【详解】热值是燃料的特性，与燃料的种类有关，与是否完全燃烧无关。维护后燃烧更充分，说明相同质量的汽油燃烧，释放的热量更多，但热值不变。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 3．（2025·山东烟台·中考真题）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。 【答案】 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 4．（2025·安徽芜湖·三模）小明家的太阳能热水器最大容积为50L。某天热水器装满水后，经过4h阳光照射，水温从20℃升高到40℃。若水吸收的热量由效率为40%的天然气灶来提供，则需要燃烧 m3的天然气。【已知，，】 【答案】0.35 【详解】水的体积 由可得，水的质量 水吸收的热量； 由题知，燃烧天然气放出的热量 由知，需要天然气的体积 5．（2025·江苏苏州·中考真题）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）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 / 学科网（北京）股份有限公司 $$