第4节 热机效率（举一反三讲义）物理沪科版（五四学制）2024九年级上册

第4节 热机效率 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：什么是热值 2 知识点2：什么是热机效率 5 知识点3：热机的使用对环境有何影响 9 【巩固训练】 12 【学习目标】 1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。 2. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。 3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 4 .知道热机的使用对环境的影响并找到解决办法。 重点： 对燃料的热值和热机的效率的理解 难点： 热机效率和加热效率的计算用图像法表示物质吸放热情况。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：什么是热值？ 1.定义： 把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q表示。 2.单位：J/kg或J/m3。 3.物理意义： 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 4.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 5.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 6.火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 【典例1】（24-25九年级下·陕西·期中）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。 【变式1】（2025·江苏泰州·一模）科创社团的同学用实验来探究“煤油和菜籽油热值”的大小关系，装置如图所示。为保证结论的可靠性，实验中他们准备采取以下措施：①控制烧杯中的液体升高的温度相同；②控制燃料燃烧的时间相同；③两燃烧皿中应分别装入质量相同的煤油和菜籽油；④两烧杯中应分别装入质量相同的不同种液体，其中都不合理的是（　　） A．①③ B．②③④ C．①②④ D．①②③④ 【答案】C 【详解】比较不同燃料的热值，应控制被加热液体的种类、质量相同而燃料的种类不同、质量相同的不同燃料完全燃烧释放的热量被相同质量的同种液体吸收，根据，可以通过液体温度计示数变化来反映放出热量多少，从而判断两种燃料热值的大小，所以实验中不控制烧杯中的液体升高的温度，应让燃料完全燃烧，故①②④不合理，③合理。故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 【变式2】（2025·河北石家庄·二模）近年来，我国航天事业取得了长足发展。运载火箭通常选用液态氢做燃料是因为液态氢 。假设某次发射，燃烧液态氢气，若这些热量用干木柴来获取，至少需要 kg干木柴。（已知：液态氢气的热值为，干木柴的热值为） 【答案】 热值大 2.45×105 【详解】[1]火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量。 [2]根据题意，干木柴完全燃烧放出的热量与燃烧液态氢气放出的热量相等，即，由于，则可得 解得 【变式3】（24-25九年级下·福建·阶段练习）有甲、乙两种不同的燃料，甲燃料的质量为2 kg，乙燃料的质量为1 kg，当甲乙温度都升高1 ℃，吸收的热量如图a所示；甲、乙的燃料完全燃烧后放出的热量如图b所示，则下列说法正确的是（  ） A．甲燃料的比热容等于乙的比热容 B．甲燃料的热值大于乙的热值 C．甲、乙物体温度都降低1 ℃，甲、乙放出的热量一样多 D．相同质量的甲、乙燃料完全燃烧，甲放出的热量比乙的多 【答案】C 【详解】A．由图a知，甲、乙升高相同的温度，吸收相同的热量，因m甲=2m乙，由可知c甲=0.5c乙，即甲的比热容小于乙的比热容，故A错误； B．由图b知，完全燃烧后甲、乙产生的热量之比为 由可知 即甲的热值小于乙的热值，故B错误； C．因c甲=0.5c乙，m甲=2m乙，都降低1℃，由可知，放出的热量一样多，故C正确； D．甲的热值小于乙的热值，由Q放=mq可知，相同质量的甲、乙燃料完全燃烧放出的热量Q甲<Q乙，故D错误。 故选C 。 知识点2：什么是热机效率？ 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.对热机效率的理解： 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，可以节约能源。 5.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 加热效率 （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因： A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （4）提高炉子效率的方法： A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 【例2】（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 【变式1】（2025·四川内江·一模）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1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg) A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 【答案】A 【详解】A．由图可知，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确； B．汽油机做的有用功为 故B错误； C．该汽油机飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D．根据可知，汽油机消耗的燃料越少，燃料完全燃烧释放的热量越少，做的有用功未知，故效率不一定越高，故D错误。 故选A。 【变式2】（2025·福建福州·模拟预测）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。 【答案】(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 【变式3】（2025·四川凉山·一模）在标准大气压下，使用煤气灶将2kg水从加热到沸腾，水吸收的热量是 J，该煤气灶烧水的效率是80%，此过程需要完全燃烧 kg的煤气。（ ，） 【答案】 6.72×10⁵ 0.02 【详解】[1]水吸收的热量 [2]该煤气灶烧水的效率是80%，根据可得需要完全燃烧煤气放出的热量 所以需要完全燃烧煤气的质量 【变式4】（24-25九年级上·广东广州·期中）在南方的农村，人们通常用砖砌成炉灶烧柴来加热水（如图甲），小明同学将这些普通的炉灶壁改装成装水的容器（如图乙），这样在给水壶内的水加热的同时，也加热了炉灶壁内的水。下列说法正确的是（   ） A．改装后燃料燃烧得更充分 B．改装后提高了炉灶的加热效率 C．改装后减小了水的比热容 D．改装后提高了燃料的热值 【答案】B 【详解】AB．由题意可知，将这些普通的炉灶壁改装成装水的容器，在给壶内水加热的同时，还可将炉壁间的水加热，减少了热量的损失，提高了炉子的效率，但对煤的充分燃烧没有影响，故A错误，B正确； C．比热容是物质的性质，与质量、温度无关，与物质的状态有关，所以改装后水的比热容不变，故C错误； D．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，所以其热值不变，故D错误。 故选B。 知识点3：热机的使用对环境有何影响 1.带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 酸雨 酸雨，是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 [1]雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的. 【典例3】（24-25九年级上·全国作业）有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 【答案】C 【详解】A．如果尾气颜色发黑，说明燃料燃烧不充分，有碳粒等未完全燃烧的产物排出，这会导致柴油机的效率降低。因此，观察尾气的颜色是否发黑是一个可靠的判断方式。故A不符合题意； B．如果尾气中柴油味浓，说明燃料没有充分燃烧，有较多的柴油以气态形式排出，这同样会导致柴油机的效率降低。因此，闻尾气中柴油味的浓淡也是一个可靠的判断方式。故B不符合题意； C．柴油机的外观干净与否，主要与其维护情况、使用环境等因素有关，而与燃料的燃烧效率没有直接关系。因此，观察柴油机外观是否干净并不是一个可靠的判断柴油机效率的方式。故C符合题意； D．如果排气管附近温度高，说明柴油机在工作过程中有较多的热能以热辐射的形式散失到环境中，这会导致柴油机的效率降低。因此，感受排气管附近温度的高低也是一个可靠的判断方式。故D不符合题意。 故选C。 【变式1】（24-25湖北枣阳·期中）现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 【答案】D 【详解】A．热机是将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，故A正确，不符合题意； B．以天然气为燃料时，仍有热量散失，仍需克服摩擦力做额外功，发动机的机械效率不可能达到100%，故B正确，不符合题意； C．未充分燃烧的废气排放到空气中会造成空气污染物，提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染，故C正确，不符合题意； D．在做功冲程中，燃料燃烧产生的气体对外做功，温度降低，内能减少，故D错误，符合题意。 故选D。 【变式2】（24-25山东青岛·期中）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 【答案】(1)6.72×105J (2)1.92×106J (3)35% 【详解】（1）水吸收的热量Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣20℃）＝6.72×105J （2）天然气完全燃烧放出的热量Q放＝qV＝4.0×107J/m3×0.048m3＝1.92×106J （3）天然气灶的效率 【变式3】（2025·贵州铜仁·三模）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% 【答案】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。 【巩固训练】 1．（2025·江西·中考真题）用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为的燃气（燃气的热值为），水吸收的热量为，则此燃烧过程中燃气放出的热量为 ，该燃气灶的热效率为 ×100%。（本小题用题中字母表示） 【答案】 【详解】[1][2]已知燃气的热值为，完全燃烧燃气的体积为V，燃烧过程中燃气放出的热量为Q放=qV 该燃气灶的热效率为 2．（2025·黑龙江·中考真题）质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值是 （填“相同”或“不同”）的；若完全燃烧420g的酒精放出的热量全部被水吸收，可使 kg的水温度从30℃升高到90℃。[酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】 相同 50 【详解】[1]热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的质量以及燃烧条件无关，所以质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值相同。 [2]酒精完全燃烧放出的热量 由题意， 由，则水的质量 3．（2025·四川德阳·中考真题）小阳在家使用天然气灶为家人煮面条，他将初温为、质量为的水加热至沸腾（一个标准大气压下），该过程中水吸收的热量是 ，水吸收的热量相当于完全燃烧天然气放出的热量，则天然气的热值为 。 【答案】 【详解】[1]一个标准大气压下水的沸点是100℃，该过程中水吸收的热量Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J [2]天然气完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=6.72×105J 天然气的热值为 4．（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 5．（2025·云南·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遥二十运载火箭发射升空，如图所示。下列说法正确的是（   ） A．飞船在加速上升过程中惯性增大 B．火箭使用的液态氢燃料热值较大 C．火箭加速上升过程中受到平衡力的作用 D．升空过程中，以火箭为参照物，飞船是运动的 【答案】B 【详解】A．惯性是物体固有的属性，只与物体的质量有关。飞船在加速上升过程中，质量并没有改变，因此惯性不会发生改变，故A错误； B．液氢燃料具有较高的热值，相同质量的氢与其他燃料相比，完全燃烧放出的热量多，所以发射火箭使用液态氢作燃料，故B正确； C．火箭加速上升过程中，受到的推力大于重力，处于非平衡状态，因此受非平衡力的作用，故C错误； D．升空过程中，飞船搭载在火箭上，飞船与火箭是相对静止的，因此以火箭为参照物，飞船是静止的，故D错误。 故选B。 6．（2025·湖北·中考真题）如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧时内能转化为化学能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值不变 C．燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D．火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 【答案】B 【详解】A．燃料燃烧时，燃料的化学能转化为内能，故A错误； BC．热值是燃料的特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，所以燃料箱燃料减少，热值不变。热值与放出热量的多少无关，故B正确，故C错误； D．火箭前进时，是将燃气的内能转化为机械能，由于有热量损失，燃料不可能全部燃烧等因素影响，燃料的化学能不可能全部转化为火箭的机械能，故D错误。 故选B。 7．（2025·江苏连云港·中考真题）运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有（　　） A．较大的热值 B．较低的沸点 C．较大的比热容 D．较高的凝固点 【答案】A 【详解】A．液态氢具有较大的热值，这意味着单位质量的氢燃料完全燃烧时能释放出更多的热量，可以为火箭提供更大的推力，故A符合题意； B．虽然液态氢的沸点较低（-252.8℃），但这只是其物理特性，与作为燃料的优越性无直接关系，故B不符合题意； C．比热容表示物质吸热或放热的能力，但火箭燃料需要的是燃烧时释放大量能量，而不是储存热量的能力，故C不符合题意； D．凝固点高低与燃料性能无关，且氢的凝固点极低（-259℃），这反而增加了储存难度，故D不符合题意。 故选A。 8．（2025·四川成都·中考真题）2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用比热容大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机属于热机 【答案】D 【详解】A．火箭发动机需要燃料释放大量能量，因此应选择热值大的燃料，而非比热容大的燃料，比热容大与燃料释放的总能量无关，故A错误； B．热值是燃料的固有属性，与是否充分燃烧无关，燃烧充分只能提高能量利用率，但不会改变热值，故B错误； C．火箭发动机通过燃料燃烧产生高温高压气体，喷出时对外做功，将内能转化为机械能，属于通过做功获得机械能，而非热传递，故C错误； D．热机是将内能转化为机械能的装置，火箭发动机通过燃烧燃料获得内能，并转化为机械能，符合热机的定义，故D正确。 故选D。 9．在日常生活中，我们使用的汽车内燃机将燃料的化学能进行转化。如图所示，燃料的化学能一部分转化为有用机械能，另一部分去向未知（图中“？”处）。以下关于汽车内燃机能量转化的说法正确的是（　　） A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量增大“？”处能量的损耗 B．冬天汽车刚启动时，“？”处能量中废气带走的热量相对更多 C．汽车长时间高速行驶时，“？”处能量中克服机械摩擦消耗的能量会减少 D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小都不变 【答案】B 【详解】A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量减小“？”处能量的损耗，增大有用机械能占燃料化学能的比例，故A错误； B．冬天汽车刚启动时发动机温度低、燃烧不完全，“？”处能量中废气带走的热量相对更多，故B正确； C．汽车长时间高速行驶时，克服机械摩擦的能量会减少，没有根据，通常随转速升高机械摩擦也会增大，故C错误； D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小会改变，故D错误。 故选B。 10．关于热值和热机，下列说法正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B．使燃料燃烧更充分，不能提高热机效率 C．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D．改进技术后，热机的效率可以达到100% 【答案】C 【详解】A．热值是燃料的一种属性，与燃料的各类有关，与燃烧是否充分无关，故A错误； B．使燃料燃烧更充分，消耗相同质量的燃料时，能放出更多的能量，用来做有用功的能量更多，有用功与消耗燃料完全燃烧所放出能量比值越大，热机效率越高。故B错误； C．汽油机和柴油机都是只在做功冲程获得动力，除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的，故C正确； D．热机在工作时不可避免地有能量的损耗与散失，故热机的效率不可能达到100%，故D错误。 故选C。 11．有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 【答案】C 【详解】A．如果尾气颜色发黑，说明燃料燃烧不充分，有碳粒等未完全燃烧的产物排出，这会导致柴油机的效率降低。因此，观察尾气的颜色是否发黑是一个可靠的判断方式。故A不符合题意； B．如果尾气中柴油味浓，说明燃料没有充分燃烧，有较多的柴油以气态形式排出，这同样会导致柴油机的效率降低。因此，闻尾气中柴油味的浓淡也是一个可靠的判断方式。故B不符合题意； C．柴油机的外观干净与否，主要与其维护情况、使用环境等因素有关，而与燃料的燃烧效率没有直接关系。因此，观察柴油机外观是否干净并不是一个可靠的判断柴油机效率的方式。故C符合题意； D．如果排气管附近温度高，说明柴油机在工作过程中有较多的热能以热辐射的形式散失到环境中，这会导致柴油机的效率降低。因此，感受排气管附近温度的高低也是一个可靠的判断方式。故D不符合题意。 故选C。 12．现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 【答案】D 【详解】A．热机是将燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，故A正确，不符合题意； B．以天然气为燃料时，仍有热量散失，仍需克服摩擦力做额外功，发动机的机械效率不可能达到100%，故B正确，不符合题意； C．未充分燃烧的废气排放到空气中会造成空气污染物，提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染，故C正确，不符合题意； D．在做功冲程中，燃料燃烧产生的气体对外做功，温度降低，内能减少，故D错误，符合题意。 故选D。 13．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。 (1)由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的 来反映燃料 燃烧放出的 。 (2)如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 。 (3)小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片。 ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。 ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。 小红认为上述操作中，操作 是错误的。 (4)小明根据正确操作完成了实验，读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明酒精的热值 ；小华根据正确的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 【答案】(1) 质量 温度 完全 热量 (2)温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中 (3)② (4) 大 见解析 【详解】（1）[1][2]由Q放=mq可知，燃料充分燃烧放出热量的多少与燃料的种类和燃料的质量有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的质量相同。 [3][4]为了比较热值大小，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，根据Q=cmΔt，液体升温越高，则燃料放出的热量越多，这种燃料热值越大，实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量。 （2）用液体温度计测量液体的温度时，玻璃泡要与待测液体充分接触，不能碰到容器的底部和侧壁。如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中。 （3）实验过程中要控制完全燃烧燃料的质量相同，燃烧时间相同并不能保证燃烧燃料的质量相同，所以保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数的操作是错误，即操作②是错误的。 （4）[1]读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明在质量相同时酒精放出的热量较多，由Q放=mq知道，酒精的热值大于碎纸片的热值。 [2]由于燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸收了部分热量，使Q放大于Q吸，根据计算出燃料的热值比实际的热值要偏小些。 14．国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 【答案】(1)6.72×105J (2)1.92×106J (3)35% 【详解】（1）水吸收的热量Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×2kg×（100℃﹣20℃）＝6.72×105J （2）天然气完全燃烧放出的热量Q放＝qV＝4.0×107J/m3×0.048m3＝1.92×106J （3）天然气灶的效率 15．小军从说明书中了解到他家汽车的发动机为汽油机，发动机的能量流向如图甲所示。某段时间内，汽车消耗了500g汽油，若汽油的热值q＝4.6×107J/kg。请完成以下问题： （1）该汽车发动机的热机效率为 _____；图乙所示为汽油机的 _____冲程。 （2）这段时间内汽油完全燃烧放出的热量为多少？ （3）这段时间内冷却水吸收的热量是多少？ （4）发动机用循环流动的水冷却气缸。若流入气缸周围的冷却水温度是65℃，从气缸周围流出的冷却水温度是80℃，则这段时间内流过气缸周围的冷却水质量是多少？[结果保留整数，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】（1）31%，做功；（2）2.3×107J；（3） 6.9×106J ；（4）110kg. 【详解】（1）该汽车发动机的热机效率为 η=1-33%-30%-6%=31% 根据图乙可知，汽油机两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行，汽缸容积变大，是做功冲程。 （2）汽油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J （3）这段时间内冷却水吸收的热量 Q吸=Q放×30%=2.3×107J×30%=6.9×106J （4）这段时间内流过气缸周围的冷却水质量 m′= = = 110kg / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 热机效率 目录 【学习目标】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：什么是热值 2 知识点2：什么是热机效率 4 知识点3：热机的使用对环境有何影响 6 【巩固训练】 8 【学习目标】 1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。 2. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。 3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 4 .知道热机的使用对环境的影响并找到解决办法。 重点： 对燃料的热值和热机的效率的理解 难点： 热机效率和加热效率的计算用图像法表示物质吸放热情况。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：什么是热值？ 1.定义： 把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q表示。 2.单位：J/kg或J/m3。 3.物理意义： 热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小。 4.特性：热值只与燃料的种类有关，与燃料的状态、质量、体积、是否燃烧等均无关。 5.公式：Q＝mq或者Q＝Vq。 6.火箭常用液态氢做燃料，是因为： 液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 【典例1】（24-25九年级下·陕西·期中）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”）。 【变式1】（2025·江苏泰州·一模）科创社团的同学用实验来探究“煤油和菜籽油热值”的大小关系，装置如图所示。为保证结论的可靠性，实验中他们准备采取以下措施：①控制烧杯中的液体升高的温度相同；②控制燃料燃烧的时间相同；③两燃烧皿中应分别装入质量相同的煤油和菜籽油；④两烧杯中应分别装入质量相同的不同种液体，其中都不合理的是（　　） A．①③ B．②③④ C．①②④ D．①②③④ 【变式2】（2025·河北石家庄·二模）近年来，我国航天事业取得了长足发展。运载火箭通常选用液态氢做燃料是因为液态氢 。假设某次发射，燃烧液态氢气，若这些热量用干木柴来获取，至少需要 kg干木柴。（已知：液态氢气的热值为，干木柴的热值为） 【变式3】（24-25九年级下·福建·阶段练习）有甲、乙两种不同的燃料，甲燃料的质量为2 kg，乙燃料的质量为1 kg，当甲乙温度都升高1 ℃，吸收的热量如图a所示；甲、乙的燃料完全燃烧后放出的热量如图b所示，则下列说法正确的是（  ） A．甲燃料的比热容等于乙的比热容 B．甲燃料的热值大于乙的热值 C．甲、乙物体温度都降低1 ℃，甲、乙放出的热量一样多 D．相同质量的甲、乙燃料完全燃烧，甲放出的热量比乙的多 知识点2：什么是热机效率？ 1.热机能量走向图： 2.热机效率定义： 热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机的效率。 3.公式：η=W有用/ Q总 × 100% 4.对热机效率的理解： 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，可以节约能源。 5.提高热机效率的途径： （1）使燃料充分燃烧。 （2）尽量减小各种热量损失。 （3）机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 加热效率 （1）定义：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。 （2）公式：η=Q吸/ Q放 ×100% （3）炉子效率比较低的原因： A.燃料燃烧不充分。B.存在各种热量损失。 （4）提高炉子效率的方法： A.使燃料充分燃烧。B.减少各种热量损失。 【例2】（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。 【变式1】（2025·四川内江·一模）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1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg) A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 【变式2】（2025·福建福州·模拟预测）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。 【变式3】（2025·四川凉山·一模）在标准大气压下，使用煤气灶将2kg水从加热到沸腾，水吸收的热量是 J，该煤气灶烧水的效率是80%，此过程需要完全燃烧 kg的煤气。（ ，） 【变式4】（24-25九年级上·广东广州·期中）在南方的农村，人们通常用砖砌成炉灶烧柴来加热水（如图甲），小明同学将这些普通的炉灶壁改装成装水的容器（如图乙），这样在给水壶内的水加热的同时，也加热了炉灶壁内的水。下列说法正确的是（   ） A．改装后燃料燃烧得更充分 B．改装后提高了炉灶的加热效率 C．改装后减小了水的比热容 D．改装后提高了燃料的热值 知识点3：热机的使用对环境有何影响 1.带来的环境问题： （1）废气污染。（2）烟尘污染。（3）噪音污染。 2.解决办法： （1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。 （2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。 （3）推广、普及“清洁能源”。 （4）种植绿色植物，净化空气。 酸雨 酸雨，是指pH小于5.6的雨雪或其他形式的降水。 [1]雨、雪等在形成和降落过程中，吸收并溶解了空气中的二氧化硫、氮氧化合物等物质，形成了pH低于5.6的酸性降水。酸雨主要是人为的向大气中排放大量酸性物质所造成的. 【典例3】（24-25九年级上·全国作业）有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 【变式1】（24-25湖北枣阳·期中）现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 【变式2】（24-25山东青岛·期中）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 【变式3】（2025·贵州铜仁·三模）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% 【巩固训练】 1．（2025·江西·中考真题）用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为的燃气（燃气的热值为），水吸收的热量为，则此燃烧过程中燃气放出的热量为 ，该燃气灶的热效率为 ×100%。（本小题用题中字母表示） 2．（2025·黑龙江·中考真题）质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值是 （填“相同”或“不同”）的；若完全燃烧420g的酒精放出的热量全部被水吸收，可使 kg的水温度从30℃升高到90℃。[酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 3．（2025·四川德阳·中考真题）小阳在家使用天然气灶为家人煮面条，他将初温为、质量为的水加热至沸腾（一个标准大气压下），该过程中水吸收的热量是 ，水吸收的热量相当于完全燃烧天然气放出的热量，则天然气的热值为 。 4．（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。 5．（2025·云南·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遥二十运载火箭发射升空，如图所示。下列说法正确的是（   ） A．飞船在加速上升过程中惯性增大 B．火箭使用的液态氢燃料热值较大 C．火箭加速上升过程中受到平衡力的作用 D．升空过程中，以火箭为参照物，飞船是运动的 6．（2025·湖北·中考真题）如图是液体燃料火箭喷气发动机示意图。输送装置将燃料和氧化剂输送到燃烧室燃烧，产生气体喷出推动火箭前进。下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧时内能转化为化学能 B．燃料箱燃料减少，燃料热值不变 C．燃烧放出热量越多，燃料热值越大 D．火箭前进时，燃料的化学能全部转化为火箭的机械能 7．（2025·江苏连云港·中考真题）运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有（　　） A．较大的热值 B．较低的沸点 C．较大的比热容 D．较高的凝固点 8．（2025·四川成都·中考真题）2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　） A．火箭发动机使用比热容大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机属于热机 9．在日常生活中，我们使用的汽车内燃机将燃料的化学能进行转化。如图所示，燃料的化学能一部分转化为有用机械能，另一部分去向未知（图中“？”处）。以下关于汽车内燃机能量转化的说法正确的是（　　） A．为了提高汽车内燃机的效率，应尽量增大“？”处能量的损耗 B．冬天汽车刚启动时，“？”处能量中废气带走的热量相对更多 C．汽车长时间高速行驶时，“？”处能量中克服机械摩擦消耗的能量会减少 D．若汽车使用的燃料质量相同，无论汽车处于何种行驶状态，“？”处能量的大小都不变 10．关于热值和热机，下列说法正确的是（　　） A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B．使燃料燃烧更充分，不能提高热机效率 C．汽油机和柴油机除了做功冲程外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的 D．改进技术后，热机的效率可以达到100% 11．有经验的维修师，通过观、闻等方式，就可以初步判断一台柴油机的效率高低。下列判断方式不可靠的是（　　） A．观察尾气的颜色是否发黑 B．闻尾气中柴油味的浓淡 C．观察柴油机外观是否干净 D．感受排气管附近温度的高低 12．现在很多出租车都以天然气或汽油为燃料，下列有关说法错误的是（　　） A．出租车的发动机是热机，是将内能转化为机械能的机器 B．以天然气为燃料，出租车发动机的效率也不可能达到100% C．提高燃料的利用率可以节约能源，减少环境污染 D．在热机的做功冲程中，汽缸内气体的温度升高，内能增加 13．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。 (1)由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的 相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于通过水升高的 来反映燃料 燃烧放出的 。 (2)如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是 。 (3)小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片。 ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。 ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。 小红认为上述操作中，操作 是错误的。 (4)小明根据正确操作完成了实验，读出酒精所加热的水中温度计示数升高多，说明酒精的热值 ；小华根据正确的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是 。 14．国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将的水倒入烧水壶中，并测出水温为20℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气0.048m3，已知水的比热容c水＝4.2×103J/（kg•℃），天然气热值约为q＝4.0×107J/m3。求： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量； (3)他家天然气灶的效率。 15．小军从说明书中了解到他家汽车的发动机为汽油机，发动机的能量流向如图甲所示。某段时间内，汽车消耗了500g汽油，若汽油的热值q＝4.6×107J/kg。请完成以下问题： （1）该汽车发动机的热机效率为 _____；图乙所示为汽油机的 _____冲程。 （2）这段时间内汽油完全燃烧放出的热量为多少？ （3）这段时间内冷却水吸收的热量是多少？ （4）发动机用循环流动的水冷却气缸。若流入气缸周围的冷却水温度是65℃，从气缸周围流出的冷却水温度是80℃，则这段时间内流过气缸周围的冷却水质量是多少？[结果保留整数，水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)] / 学科网（北京）股份有限公司 $