第3节 热机的效率（举一反三讲义）物理新教材人教版九年级全一册

第3节 热机的效率 目 录 【学习目标】 1 【思维导图】 4 【知识梳理】 5 知识点一：燃料的热值 5 知识点二：热机的效率 7 【方法技巧】 11 方法技巧1 热值及其计算 11 方法技巧2 热机的效率 11 方法技巧3 有关燃料热值的探究 11 【巩固训练】 11 【学习目标】 （一）学习目标 核心素养 具体目标内容 物理观念：建立“热值- 效率”的定量认知，形成“能量转化有损失，利用率可优化”的科学认知； 科学思维：通过区分热值公式、分析效率公式，培养“分类归纳、定量计算”的逻辑思维。 1.说出燃料的分类；准确复述热值概念，区分公式：固体 /液体燃料：q＝Q/m（单位：J/kg）；气体燃料：q＝Q/V（单位：J/m³）；理解热值的特性：是燃料本身的属性，与质量、燃烧是否完全无关； 能根据热值计算燃料完全燃烧放出的热量。 2.说出热机能量损失的途径，明确 “有效利用的能量” 是 “用来做有用功的能量”；准确复述热机效率定义，知道效率总小于100%；记住常见热机的效率范围，了解热电站“既供电又供热”可提高燃料利用率。 科学探究：通过定量计算、实例分析，提升“用公式解决实际问题、从能量角度分析优化方案”的实践能力； 应用能力：将热值和效率知识转化为 “计算热量、优化能量利用” 的工具，解决生活中的节能问题。 1.给定燃料种类、质量/体积，能计算完全燃烧放出的热量；给定热机的有用功和燃料完全燃烧放热，能计算效率。 2.能结合实例分析能量走向，指出有效利用的能量；能解释“热电站比普通火电站效率高”的原因。 3.能针对热机效率低的问题，提出具体改进方法；能根据效率公式反向计算。 科学态度与责任：树立“节能、环保”的社会责任感，理解科学技术对提升能源利用率的重要作用； STSE 观念：建立“科学（热值/效率规律）- 技术（热机改进）- 社会（交通/能源供应）- 环境（减少污染）”的关联认知。 1.通过了解热机效率普遍较低，认识“提高能源利用率” 的重要性，树立“节能降耗”的意识；了解热电站“能源梯级利用” 的思路，体会 “科学技术能减少能源浪费、降低污染” 的价值。 2.理解 “燃料完全燃烧” 是理想情况，接受“热机效率不可能达到 100%” 的客观规律，养成“尊重事实、不盲目追求‘完美效率’” 的严谨态度；通过分析能量损失的必然性，培养“用辩证眼光看待技术发展”的思维。 3.能主动关注生活中的“效率问题”，认识“热值和效率知识与日常生活、工业生产紧密相关”，建立 “科学服务于社会” 的认知。 （二）重点难点 1.重点 （1）燃料热值的概念、公式及计算：区分固体/液体与气体燃料的热值公式，能根据已知条件计算；理解热值是燃料的特性。 （2）热机效率的定义、公式及能量损失分析：掌握效率公式，能进行效率、有用功的相互计算；说出热机能量损失的主要途径，记住常见热机的效率范围。 （3）提高热机效率的方法与实际应用：列举具体改进措施；解释热电站提高燃料利用率的原理。 2.难点 （1）易混淆“燃料完全燃烧放热多少”与“热值大小”；气体燃料热值单位（J/m³）与固体/液体（J/kg）的区分，计算时易选错公式。 （2）反向计算时，易遗漏公式变形步骤； 难以区分“燃料完全燃烧放热” 与“热机吸收的热量”并非全部被热机利用。 （3）难以结合实例具体说明“哪些环节导致能量损失”，易笼统表述为“能量有损失”。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点一：燃料的热值 1.燃料： （1）概念：可以燃烧的物质叫燃料。 （2）分类：固体燃料、液体燃料和气体燃料。 （3）燃料燃烧时的能量转化：化学能转化为内能。 2.燃料的热值： （1）概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（体积）之比，叫这种燃料的热值。 （2）定义式 固体和液体： Q放——燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳（J）；m——燃料的质量，单位千克（kg）；q——燃料的热值，单位焦/千克（J/kg）。 气体： Q放——燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳（J）；V——燃料的体积，单位千克（m3）；q——燃料的热值，单位焦/立方米（J/m3）。 （3）物理意义 表示不同燃料完全燃烧时放热的能力。在数值上等于1kg（m3）的某种燃料完全燃烧放出的热量。如汽油的热值为4.6×107J/kg，它表示1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J。 3.燃料燃烧释放出热量的计算 （1）固体和液体： （2）气体： 热值 1.热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积和是否完全燃烧等无关。 2.“完全燃烧”是指氧气充足、烧完、烧尽，只有在燃料完全燃烧放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值；用没有完全燃烧放出的热量与质量之比偏小，但这不是该燃料的热值。。 【典例1】（2025·江苏南京·中考真题）如图所示是一台四冲程汽油机的某个冲程，在此冲程中 能转化为 能；若飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟完成 个工作循环；在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，则放出的热量是 J。（q汽油＝4.6×107J/kg） 【典例2】（2025·山东淄博·中考真题）花馍是一种传统美食，以下有关用燃气灶蒸花馍的说法正确的是（　　） A．燃气燃烧时，化学能转化为内能 B．燃气燃烧越充分，其热值就越大 C．花馍的内能是通过做功的方式增大的 D．刚出锅的花馍温度高，含有的热量多 【典例3】（2025·黑龙江哈尔滨·中考真题）长征系列运载火箭把神舟二十号载人飞船送入太空，与天宫空间站成功对接后，神舟二十号载人飞船相对于空间站是 （选填“运动”或“静止”）的；火箭应选用热值较 （选填“大”或“小”）的燃料。 【变式1】长征五号遥八运载火箭开始加注液氧低温推进剂，计划执行探月工程四期嫦娥六号任务，其运载火箭采用的推进剂主要使用液态氢作为燃料是利用其具有较大的 这一特性，若液态氢用去了一半，这一特性将 。（选填“变大”“变小”或“不变”） 【变式2】下列关于热值的说法正确的是（　　） A．汽油在汽缸中燃烧越充分其热值越大 B．2kg的汽油完全燃烧比1kg的汽油完全燃烧热值大 C．1kg煤燃烧放出J的热量，则煤的热值为J/kg D．热值是燃料的一种属性，与燃料的质量无关，不同的燃料热值一般不同 【变式3】如图是某中学物理实验小组同学在“探究燃料的热值和探究物质吸、放热性能”时组装的实验装置。 (1)小明想“探究燃料的热值”，他应该选择 两图装置（选填“A”、“B”、“C”）。此实验中液体吸热的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）； (2)小丽想“探究物质的吸放热性能”，选择图中的两个装置进行实验。关于该实验的变量控制，下列说法中不正确的是___________（填字母） A．烧杯中要分别装入相同质量的不同液体 B．只有加热时间相同才可以比较 C．两装置中液体的初温不同，不会影响实验结果 D．要用相同的酒精灯进行加热 知识点二：热机的效率 1.燃料的不安全燃烧与能量的有效利用 （1）利用燃料给水加热的能量走向 ①燃料很难完全燃烧，未燃烧占15％。 ②被水吸收的热量，有效利用占60％。 ③高温的烟气带走相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉，占25％。 （2）燃料的利用率（锅炉的效率） ①定义：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值叫作燃料的利用率。 ②η Q利用——水吸收的热量；Q释放——燃料完全燃烧放出的热量；η——锅炉的效率。 （3）提高燃料利用率的途径 ①让燃料尽可能地充分燃烧； ②减少热量的散失。 2.热机的效率 （1）热机中燃料燃烧释放热量的能量走向 ①克服摩擦损失的能量； ②废气带走和散失的热量； ③有用的机械能。 （2）定义：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，叫作热机的效率。 （3）定义式： W——做有用功的那部分能量；Q释放——燃料完全燃烧放出的热量；η——热机的效率。 （4）物理意义 热机的效率表示使用热机时对燃料利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。 （5）提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧； ②保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而消耗的能量； ③在热机的设计和制造上，采用先进的技术，尽量减少各种热量损失。 3.由于燃料不可能完全燃烧，在使用过程中总有热量散失，所以热机（锅炉）的效率总小于100％。 【典例4】（2025·青海西宁·中考真题）小宁家自来水温度为，他把燃气热水器的温度设定为、洗澡时用了20kg的热水。这些水吸收的热量是 J；若加热效率为，则需要完全燃烧 的天然气。 【典例5】（2025·山东德州·中考真题）铜冰鉴是我国战国时代发明的即可“制冷”又可“制热”的两用“冰箱”，如图甲所示。冰鉴是一件双层器皿，鉴腹内有一尊缶，如图乙所示。冬季，在鉴腹内装入热水用来给尊缶内的酒加热，已知热水质量为150kg、初温为，酒的质量为80kg、初温为，最终两者温度相同为，则给酒加热的热效率为 。[，] 【典例6】（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。 【变式1】某车辆安装有一台四冲程汽油机，某次工作时飞轮的转速为1600r/min，在做功冲程中，把燃料燃烧放出的热量一部分转化为机械能，若该热机工作时的效率为35%，当它在F＝7000N牵引力的作用下，30s内沿直线匀速行驶1km时，则一次做功冲程中燃烧汽油放出的热量是 J。（假设汽油完全燃烧）。 【变式2】氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示是氢发动机汽车，某次它在平直路面上匀速行驶时，它的四冲程内燃机转速为1200r/min。下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该车内燃机1s内对外做功20次 C．四冲程内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能 D．提高该内燃机的效率，可以增大氢气的热值 【变式3】图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1 (1)求汽车在燃油条件下以50km/h的速度匀速行驶的牵引力F； (2)“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标。“J/(100km·t)”是指车辆消耗的能量与行驶路程和车辆总质量乘积的比值。求该车在测试过程中的吨百公里能耗为多少J/(100km·t)，并计算汽车的能量利用率； (3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以20km/h最多可行驶多少km。 【方法技巧】 方法技巧1 热值及其计算 （1）明确热值的两个两个关键点 ①热值是燃料的一种特性，由燃料种类决定，与其质量、体积、形状及是否完全燃烧均无关； ②燃料燃烧放出的热量与热值和质量的关系 a.质量相同的不同种类的燃料，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多； b.质量不同的同种燃料，质量越大，完全燃烧放出的热量越多。 （2）解决燃料燃烧相关计算问题的思路 ①审题，找相关量：明确题目描述的物理过程，即吸、放热过程，已知量和未知量； ②明去向，明确题目中热量的去向，即过程中热量是被完全吸收还是部分吸收； ③选公式，根据热量转移的特点，选择相应的公式进行计算。 方法技巧2 热机的效率 计算热机效率的步骤 （1）明确热机所做的有用功——； （2）明确燃料完全燃烧所释放的热量——或； （3）计算热机的效率——。 （4）利用热机效率的变形式可以求热机做的功——和燃料完全燃烧放出的热量——。 方法技巧3 有关燃料热值的探究 分析燃料热值的探究实验中，通常用水吸收的热量来作为热量完全燃烧放出的热量，应用了转换法；但这样处理的结果会造成计算出的燃料热值会严重偏小，误差很大。 【巩固训练】 1．2025年6月20日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星9C卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。其第三子级采用液氢作为燃料，是由于液氢具有较高的（　　） A．热值 B．密度 C．传热能力 D．比热容 2．下列说法正确的是（　　） A．运载火箭的燃料采用液氢，是因为液氢的比热容大 B．大庆的冬天，交管部门向积雪的道路撒盐是为了降低雪的熔点 C．热传递过程中，温度高的物体，由于具有较大的内能，所以会把内能传给低温物体 D．夏季雪糕周围的“白气”和开水上方的“白气”不属于同一种物态变化 3．杭州亚运会首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放。当主火炬塔内的液态甲醇消耗一部分后，关于剩余部分的液态甲醇的说法正确的是（   ） A．比热容不变，热值变小 B．比热容和热值都不变 C．比热容变小，热值不变 D．比热容和热值都变小 4．如图所示，《随园食单》记载了古人炒制月饼馅料的场景，下列过程与物理知识对应正确的是（　　） A．炒制过程中是通过热传递的方式改变馅料的内能 B．增加锅底的通风程度可以提高木柴的热值 C．木柴在燃烧的过程中热值越来越小 D．使用铁锅进行炒制，主要是因为铁的比热容大，升温快 5．下列有关比热容、热值的说法中，正确的是（　　） A．比热容越大的物质，吸收相同的热量时温度变化更明显 B．水从2℃凝固成-2℃的冰，比热容变小，说明比热容随温度的变化而改变 C．由公式，说明热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比，与燃料的质量成反比 D．比热容和热值是物质的特性，与质量、热量均无关 6．氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示，这是氢发动机汽车，它的四冲程内燃机转速为。该车在平直路面上以的速度匀速行驶，所受的阻力为，行驶消耗氢气。（）下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该氢发动机汽车的热机效率为50% C．该汽车氢发动机对外做功20次 D．该过程汽车牵引力做功的功率为 7．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其速度随时间变化的图象如图所示，在0～10s内通过的路程为150m，10～15s共燃烧了0.015kg的汽油，汽油的热值。下列说法正确的是（　　） A．汽车在0～10s内的平均速度为 B．汽车在10～15s内克服阻力做功 C．汽车在10～15s内克服阻力做功的功率为 D．汽车在10～15s内发动机的工作效率为12% 8．如图所示，用同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图线，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了8g酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等。已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q酒精＝3×107J/kg，下列说法中（　　） ①c乙＝2.4×103J/(kg·℃) ②该酒精灯的加热效率为17.5% ③0~8min乙吸收的热量为3.36×104J ④乙的吸热能力大于甲的吸热能力 A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有③④正确 D．只有①④正确 9．（多选）小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热200g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图乙所示，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗酒精10g。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等（，），则下列说法中正确的是（　　） A． B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力 C．乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为28% 10．某品牌汽车汽油机的能量流程图如图所示，该汽油机的效率约为 ；若汽车行驶过程中消耗汽油0.4kg，假如这些汽油完全燃烧，牵引力做的有用功是 J；汽油在燃烧过程中其热值大小 ；从汽油燃烧到输出有用功的过程中，能量的总和将 。（汽油的热值） 11．班级厨艺展示活动中，用煤气炉烹饪食物主要是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式增大食物的内能；活动结束，剩余煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。汽油机的做功冲程是将内能转化为 能。 12．我国利用煤炭的历史非常悠久。汉代，人们在利用炊爨（cuàn）做饭取暖的同时，逐步用石炭（煤炭）取代薪柴（木炭）来冶铁，如图所示，我们祖先这样做的原因是煤炭比木炭的 大。 13．如图所示，是《天工开物》记载古人炒蒸油料的场景，加热过程中，木炭燃烧一半后，质量 （选填“变小”“变大”或“不变”）热值 （选填“变小”“变大”或“不变”）；油料比热容较 （选填“小”或“大”），所以升温快。 14．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，已知这段过程汽车牵引力所做的有用功为，汽油完全燃烧放出的热量为，则该汽车的热机效率为 。汽油燃烧过程中，其热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 15．以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100km发动机牵引力所做的功为1.15×108J，消耗汽油10kg，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车发动机的效率为 。（q汽油＝4.6×107J/kg） 16．随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。 (1)汽车发动机的一个工作循环包括如图甲、乙、丙、丁所示的四个冲程。图 所示冲程的能量转化与图戊相同； (2)汽车刹车的过程中，机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程中能量的总和 （选填“增大”、“不变”或“减小”）； (3)小明同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图己所示的图表，根据给出的信息可知此发动机的效率是 。生活中当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值会 （选填“变大”、“变少”或“不变”）。 17．食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。 (1)煤气在燃烧时质量减小，其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 。 (2)炒菜时饭菜飘香，这是 现象，说明分子在不停地做 ；请列举一个该现象有害的例子 。 (3)食堂做饭需要将2kg水从20℃加热到100℃，需要吸收的热量是 J（水的比热容为4.2×103J/（kg·℃））。 18．某太阳能热水器，在晴天时每天可以将100kg、20℃的水加热到60℃，则水吸收的热量是 J，如果这些热量由燃烧煤气来提供，至少需要燃烧 kg的煤气。[水的比热容为4.2×107J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg] 19．金属铍的能量密度非常高，是一种潜在的高能燃料，其热值高达，现有2kg的铍完全燃烧放出的热量为 J，放出的热量有50%被水吸收，可以使初温为20℃、质量为300kg的水温度升高到 ℃。[] 20．某单缸汽油机某一个工作冲程如图所示，为 冲程。它完全燃烧0.15kg汽油可释放的能量为 J，若这些能量中的42%被质量为20kg、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高 ℃。[已知大气压为1个标准大气压，。 21．氢能是新能源利用的新潮流，加快氢能产业发展成为实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。如图是某品牌氢能自行车，一次性充满0.04kg氢气，2h能匀速骑行50km，氢能自行车与骑行者总质量为84kg，骑行时受到的阻力为总重的0.1倍。0.04kg氢气完全燃烧产生的热量是 J，氢气的利用效率是 。（氢气热值为，g取10N/kg） 22．如图甲为空气压缩引火仪，乙是四冲程汽油机的一个冲程，两图中以下几种情况对比：①能量转化情况；②改变气体内能的方式；③气体内能的变化，其中 （填序号）是相同的。一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做了 次功。该汽油机在一段时间内消耗了0.05kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量的42%被质量为4.6kg、初温为20℃的水吸收，则水温上升 ℃。 [q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃），环境为1标准大气压] 23．某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，汽油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的；把质量为2kg、温度为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量为 J，若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧 kg的焦炭。[q焦炭＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/(kg·℃)] 24．如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为，烧杯内液体的质量都相同。 (1)比较不同燃料的热值应选择 两个装置，为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有：燃料的质量和水的初温、水的 。 (2)在“比较不同物质的比热容”的实验中，选择甲和乙两个装置进行实验，不同物质吸热的多少是通过 来反映的。 (3)若甲图烧杯中水的质量为500g，10g酒精完全燃烧使温度计示数升高了20℃，则水吸收的热量是 J，若酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则酒精的热值是 ，用这种方法算出的热值比标准值 （选填“偏大”、“偏小”或“一样”）。理由是 。[水的比热容是] 25．木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧，得到了表的数据： 燃料的质量/g 100 200 300 400 燃料完全 燃烧放出 的热量 Q木柴/J 1.3×106 2.6×106 3.9×106 5.2×106 Q焦炭/J 3.0×106 6.0×106 9.0×106 12.0×106 Q木炭/J 3.4×106 6.8×106 10.2×106 13.6×106 (1)从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是 的；对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越 。 (2)从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料， 和质量的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称为 ，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。 (3)完全燃烧0.01m3的天然气放出的热量是 J；如果这些热量完全用于加热水，可使 kg的水温度升高10℃；实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多，原因是用燃气灶烧水时，除了水吸收的热量外，一部分传给了盛水的容器，另外一部分传给了 （答一个即可）。[q天然气＝4.2×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] (4)在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入 来描述，我们总是希望它的值越 越好。 26．厨房中的物理知识。 (1)①同样条件下，烧一壶水时，加热时间越长，水的温度就越高。据此可以猜想：质量相同的同种物质，物质吸收的热量可能与 有关。 ②同样条件下，烧开一壶水比烧开半壶水所用时间长。据此可以猜想物质吸收的热量可能与 有关。 (2)水在沸腾前后温度的变化图线如图，BC段表示水继续吸收热量持续沸腾，水的内能增大，温度不变，说明内能大小与 有关。 (3)某同学想探究家中用天然气烧水的效率。他把铁锅放到燃气灶的锅架上，用纯净水瓶向铁锅里加了2千克的水。记录水的初温为22℃，开大火挡位加热。边加热边观察天然气表的示数变化，当观察到天然气表的示数增加了0.02m3时，测量此时水的温度为72℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3，大气压强为1个标准大气压，求： ①水吸收的热量Q吸是多少 ？ ②若天然气完全燃烧，放出的热量Q放为多少 ？ ③在理想情况下，天然气烧水的效率为多少 ？ ④继续观察到天然气表示数，请直接判断当示数又增加了0.02m3时水温为 ℃。 ⑤实际使用时，燃气灶的效率并没有这么高，为了提高燃气灶效率，请给使用者提出一条可操作的建议 。 27．如表为某电热水器的铭牌，根据铭牌参数，当该电热水器正常使用时： 精控系列贮水式电热水器 型号：SI80HE2.5-M3 额定电压：220V 容量：80L 额定频率：50Hz 功率：2500W 额定压力：0.8MPa (1)该电热水器贮水的质量为多少？ (2)将该电热器中的水从15℃加热到35℃，水吸收的热量为多少？ (3)该电热器正常工作时将满箱水从15℃加热到35℃，需要时间50min，则该热水器的加热效率为多少？（水的比热容为4.2×103J/kg·℃）。 28．小明用燃气灶将质量为2.5kg，初温为20℃的水进行加热，此过程消耗了天然气（已知：，），在一个标准大气压下的加热效率为60%。求： (1)此过程中天然气完全燃烧释放的热量。 (2)此过程水升高的温度。 29．（2025·江西赣州·模拟预测）某物理兴趣小组了为探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m2，经过太阳光垂直照射15min，水温升高了5℃．问： (1)实验时6kg的水15min内吸收了多少热量？ (2)若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度至少需要燃烧多少m3的液化气？（假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3） (3)平均每分钟1m2水面吸收的热量是多少？ 30．利用凸面镜制成的太阳灶，可以将会聚的太阳光用来烧水、煮饭，既节省燃料，又不污染环境。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3] (1)太阳灶烧水时将太阳能转化为水的 能。 (2)小明同学用太阳灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到70℃，水吸收的热量是多少? (3)若不考虑能量损失，则第（2）问的过程相当于节约了多少立方米的天然气? 31．在寒冷的冬日，小明家中需要烧开一壶水用于泡茶。烧开一壶初温为20℃、质量为4kg的水，需要燃烧0.2kg的煤炭。水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤炭的热值为3.2×107J/kg，当地气压为1标准大气压。求： (1)0.2kg煤炭完全燃烧放出的热量； (2)水烧开时吸收的热量； (3)小明家用煤炭烧水的热效率。 32．第六代战斗机，是未来分布式空中作战体系中具有远程、穿透、强感知、强火力和快速决策能力的强有力的骨干节点平台，是世界各国研制的新一代高性能战斗机，代表了未来空战技术和战术的发展方向。某六代机最大飞行距离8000km，发动机每小时能以恒定的牵引力飞行4000km，输出功率达4×105W，消耗了80kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： (1)该飞机每小时消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； (2)该飞机发动机的效率。 33．某太阳能热水器内装有100kg、初温为25℃的水，经过一天的太阳照射，水温升高到75℃，求： (1)热水器中的水吸收的热量； (2)若使用效率为50%的燃气炉来加热这些水，使水升高相同的温度，需要完全燃烧多少m3天然气。（天然气的热值q＝8.4×107J/m3） 34．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时每小接收到6×106J的太阳能，若热水器吸收5h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。已知天然气的热值q＝3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量； (2)该太阳能热水器的效率； (3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量有80%被水吸收，则需要多少m3的天然气。 35．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车高速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量也给动力蓄电池组充电。测试人员驾驶该车在平直公路上以80km/h的测试车速匀速行驶0.5h，内燃机消耗燃油2.5kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示。（燃油的热值为4.6×107J/kg）则： (1)该汽车测试行驶的路程是多少？ (2)该汽车测试行驶中牵引力做了多少功？ (3)若该汽车在测试过程中内燃机的效率为40%，此过程使蓄电池增加了多少能量？ 36．“加氢几分钟，畅行数百里”，近年来，氢能源汽车备受人们喜爱。某型号氢能源汽车质量为1.2t，已知该车匀速运动时所受阻力为该车重力的0.1倍，汽车轮胎与地面的总接触面积为0.2m2。（g＝10N/kg，q氢＝1.4×108J/kg）求： (1)若该汽车以30m/s的速度匀速直线行驶10s，求牵引力做的功； (2)汽车静止在地面上时对水平地面压强； (3)若上述过程中消耗氢能源3.2g，求该热机的效率。（结果保留一位小数） 37．2023年10月26日，11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。液态氢的热值为1.4×108J/kg。 (1)使用氢作为燃料的主要优点是： 和 ； (2)某火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少J？ (3)若第（2）问放出的热量只有20%被水吸收，能将5×106kg、初温为30℃的水加热至多少℃？ [c水＝4.2×103J/(kg·℃)，已知当地大气压为1标准大气压] / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 热机的效率 目 录 【学习目标】 1 【思维导图】 4 【知识梳理】 5 知识点一：燃料的热值 5 知识点二：热机的效率 9 【方法技巧】 14 方法技巧1 热值及其计算 14 方法技巧2 热机的效率 15 方法技巧3 有关燃料热值的探究 15 【巩固训练】 15 【学习目标】 （一）学习目标 核心素养 具体目标内容 物理观念：建立“热值- 效率”的定量认知，形成“能量转化有损失，利用率可优化”的科学认知； 科学思维：通过区分热值公式、分析效率公式，培养“分类归纳、定量计算”的逻辑思维。 1.说出燃料的分类；准确复述热值概念，区分公式：固体 /液体燃料：q＝Q/m（单位：J/kg）；气体燃料：q＝Q/V（单位：J/m³）；理解热值的特性：是燃料本身的属性，与质量、燃烧是否完全无关； 能根据热值计算燃料完全燃烧放出的热量。 2.说出热机能量损失的途径，明确 “有效利用的能量” 是 “用来做有用功的能量”；准确复述热机效率定义，知道效率总小于100%；记住常见热机的效率范围，了解热电站“既供电又供热”可提高燃料利用率。 科学探究：通过定量计算、实例分析，提升“用公式解决实际问题、从能量角度分析优化方案”的实践能力； 应用能力：将热值和效率知识转化为 “计算热量、优化能量利用” 的工具，解决生活中的节能问题。 1.给定燃料种类、质量/体积，能计算完全燃烧放出的热量；给定热机的有用功和燃料完全燃烧放热，能计算效率。 2.能结合实例分析能量走向，指出有效利用的能量；能解释“热电站比普通火电站效率高”的原因。 3.能针对热机效率低的问题，提出具体改进方法；能根据效率公式反向计算。 科学态度与责任：树立“节能、环保”的社会责任感，理解科学技术对提升能源利用率的重要作用； STSE 观念：建立“科学（热值/效率规律）- 技术（热机改进）- 社会（交通/能源供应）- 环境（减少污染）”的关联认知。 1.通过了解热机效率普遍较低，认识“提高能源利用率” 的重要性，树立“节能降耗”的意识；了解热电站“能源梯级利用” 的思路，体会 “科学技术能减少能源浪费、降低污染” 的价值。 2.理解 “燃料完全燃烧” 是理想情况，接受“热机效率不可能达到 100%” 的客观规律，养成“尊重事实、不盲目追求‘完美效率’” 的严谨态度；通过分析能量损失的必然性，培养“用辩证眼光看待技术发展”的思维。 3.能主动关注生活中的“效率问题”，认识“热值和效率知识与日常生活、工业生产紧密相关”，建立 “科学服务于社会” 的认知。 （二）重点难点 1.重点 （1）燃料热值的概念、公式及计算：区分固体/液体与气体燃料的热值公式，能根据已知条件计算；理解热值是燃料的特性。 （2）热机效率的定义、公式及能量损失分析：掌握效率公式，能进行效率、有用功的相互计算；说出热机能量损失的主要途径，记住常见热机的效率范围。 （3）提高热机效率的方法与实际应用：列举具体改进措施；解释热电站提高燃料利用率的原理。 2.难点 （1）易混淆“燃料完全燃烧放热多少”与“热值大小”；气体燃料热值单位（J/m³）与固体/液体（J/kg）的区分，计算时易选错公式。 （2）反向计算时，易遗漏公式变形步骤； 难以区分“燃料完全燃烧放热” 与“热机吸收的热量”并非全部被热机利用。 （3）难以结合实例具体说明“哪些环节导致能量损失”，易笼统表述为“能量有损失”。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点一：燃料的热值 1.燃料： （1）概念：可以燃烧的物质叫燃料。 （2）分类：固体燃料、液体燃料和气体燃料。 （3）燃料燃烧时的能量转化：化学能转化为内能。 2.燃料的热值： （1）概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（体积）之比，叫这种燃料的热值。 （2）定义式 固体和液体： Q放——燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳（J）；m——燃料的质量，单位千克（kg）；q——燃料的热值，单位焦/千克（J/kg）。 气体： Q放——燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳（J）；V——燃料的体积，单位千克（m3）；q——燃料的热值，单位焦/立方米（J/m3）。 （3）物理意义 表示不同燃料完全燃烧时放热的能力。在数值上等于1kg（m3）的某种燃料完全燃烧放出的热量。如汽油的热值为4.6×107J/kg，它表示1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6×107J。 3.燃料燃烧释放出热量的计算 （1）固体和液体： （2）气体： 热值 1.热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积和是否完全燃烧等无关。 2.“完全燃烧”是指氧气充足、烧完、烧尽，只有在燃料完全燃烧放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值；用没有完全燃烧放出的热量与质量之比偏小，但这不是该燃料的热值。。 【典例1】（2025·江苏南京·中考真题）如图所示是一台四冲程汽油机的某个冲程，在此冲程中 能转化为 能；若飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟完成 个工作循环；在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，则放出的热量是 J。（q汽油＝4.6×107J/kg） 【答案】内 机械 15 2.3×107 【解析】[1]由图可知，两个气门都关闭，火花塞产生电火花，活塞向下运动，因此是做功冲程； [2]汽油机的做功冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能； [3]四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min＝30r/s，即在1s内飞轮转30r；因为每完成一个工作循环飞轮转2r，所以该汽油机在1s内完成了15个工作循环； [4]500g汽油完全燃烧放出的热量 【典例2】（2025·山东淄博·中考真题）花馍是一种传统美食，以下有关用燃气灶蒸花馍的说法正确的是（　　） A．燃气燃烧时，化学能转化为内能 B．燃气燃烧越充分，其热值就越大 C．花馍的内能是通过做功的方式增大的 D．刚出锅的花馍温度高，含有的热量多 【答案】A 【解析】A．燃气燃烧时，发生化学反应，将燃料的化学能转化为内能，故A正确； B．热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧以及放热多少等因素无关，故B错误； C．花馍的内能是通过热传递的方式增大的，故C错误； D．热量是过程量，不是状态量，只能说“传递热量”或者“吸收”“放出”热量，不能说“含有”热量，故D错误。 故选A。 【典例3】（2025·黑龙江哈尔滨·中考真题）长征系列运载火箭把神舟二十号载人飞船送入太空，与天宫空间站成功对接后，神舟二十号载人飞船相对于空间站是 （选填“运动”或“静止”）的；火箭应选用热值较 （选填“大”或“小”）的燃料。 【答案】静止 大 【解析】[1]长征系列运载火箭把神舟二十号载人飞船送入太空，与天宫空间站成功对接后，神舟二十号载人飞船与空间站之间的相对位置不再发生改变，所以以空间站为参照物，神舟二十号载人飞船是静止的。 [2]火箭发射需要较大的能量，根据公式（其中Q为燃料完全燃烧放出的热量， m为燃料的质量， q为燃料的热值），在燃料质量相同的情况下，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量就越多，火箭获得的能量就越多，所以火箭应选用热值大的燃料。 【变式1】长征五号遥八运载火箭开始加注液氧低温推进剂，计划执行探月工程四期嫦娥六号任务，其运载火箭采用的推进剂主要使用液态氢作为燃料是利用其具有较大的 这一特性，若液态氢用去了一半，这一特性将 。（选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】热值 不变 【解析】[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，和其它燃料相比较，完全燃烧相同质量的液态氢时，可以放出更多的热量。 [2]热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量和是否完全燃烧无关；若液态氢用去了一半，液态氢的热值不变。 【变式2】下列关于热值的说法正确的是（　　） A．汽油在汽缸中燃烧越充分其热值越大 B．2kg的汽油完全燃烧比1kg的汽油完全燃烧热值大 C．1kg煤燃烧放出J的热量，则煤的热值为J/kg D．热值是燃料的一种属性，与燃料的质量无关，不同的燃料热值一般不同 【答案】D 【解析】A．热值是燃料的固有属性，与燃烧是否充分无关，汽油燃烧越充分，只是放出的热量越多，但热值不变，故A错误； B．热值与燃料的质量无关，2kg汽油和1kg汽油的热值是相同的（同种燃料热值相同），故B错误； C．热值的定义是“完全燃烧”时放出的热量，而选项中“燃烧放出”未明确是“完全燃烧”，因此不能直接得出煤的热值，故C错误； D．热值是燃料的一种属性，与燃料的质量无关，不同种类的燃料，热值一般不同，D正确。 故选D。 【变式3】如图是某中学物理实验小组同学在“探究燃料的热值和探究物质吸、放热性能”时组装的实验装置。 (1)小明想“探究燃料的热值”，他应该选择 两图装置（选填“A”、“B”、“C”）。此实验中液体吸热的多少是通过 来反映的（选填“温度计示数的变化”或“加热时间”）； (2)小丽想“探究物质的吸放热性能”，选择图中的两个装置进行实验。关于该实验的变量控制，下列说法中不正确的是___________（填字母） A．烧杯中要分别装入相同质量的不同液体 B．只有加热时间相同才可以比较 C．两装置中液体的初温不同，不会影响实验结果 D．要用相同的酒精灯进行加热 【答案】(1)A、B 温度计示数的变化 (2)B 【解析】（1）[1][2]比较不同燃料的热值，由控制变量法可知，应选择质量相同的不同燃料，加热质量相同的同种液体，故选A和B两图。实验中，使燃料完全燃烧，通过比较温度计上升的示数来比较燃料释放热量的多少，温度计上升的示数越高，说明液体吸收的热量较多，从而说明对应燃烧释放的热量越多，燃料的热值越大，使用了转换法。 （2）AD．探究物质的吸放热性能，应使热源相同，则应选择相同的酒精灯，加热质量相同的不同液体，使加热时间相同，观察温度计示数的变化情况。热源相同，则相同时间内物质吸收的热量相同，温度计示数升高的越多，说明吸热能力强。故AD正确，不符合题意； B．探究物质的吸热性能，可以加热相同的时间，此时物质吸收的热量相同，比较温度计示数变化的情况，温度计示数升高的越多，说明吸热能力弱，也可以使物质升高相同的温度，比较加热时间，加热时间越多，说明吸热能力越强，故B错误，符合题意； C．实验中，可以控制加热时间相同，比较温度计示数变化的情况，也可以使温度计示数变化情况相同，比较加热时间，若两装置中液体的初温不同，也可以计算出温度计示数的变化量，不会影响实验的结果，故C正确，不符合题意。 故选B。 知识点二：热机的效率 1.燃料的不安全燃烧与能量的有效利用 （1）利用燃料给水加热的能量走向 ①燃料很难完全燃烧，未燃烧占15％。 ②被水吸收的热量，有效利用占60％。 ③高温的烟气带走相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉，占25％。 （2）燃料的利用率（锅炉的效率） ①定义：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值叫作燃料的利用率。 ②η Q利用——水吸收的热量；Q释放——燃料完全燃烧放出的热量；η——锅炉的效率。 （3）提高燃料利用率的途径 ①让燃料尽可能地充分燃烧； ②减少热量的散失。 2.热机的效率 （1）热机中燃料燃烧释放热量的能量走向 ①克服摩擦损失的能量； ②废气带走和散失的热量； ③有用的机械能。 （2）定义：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，叫作热机的效率。 （3）定义式： W——做有用功的那部分能量；Q释放——燃料完全燃烧放出的热量；η——热机的效率。 （4）物理意义 热机的效率表示使用热机时对燃料利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。 （5）提高热机效率的方法 ①使燃料充分燃烧； ②保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而消耗的能量； ③在热机的设计和制造上，采用先进的技术，尽量减少各种热量损失。 3.由于燃料不可能完全燃烧，在使用过程中总有热量散失，所以热机（锅炉）的效率总小于100％。 【典例4】（2025·青海西宁·中考真题）小宁家自来水温度为，他把燃气热水器的温度设定为、洗澡时用了20kg的热水。这些水吸收的热量是 J；若加热效率为，则需要完全燃烧 的天然气。 【答案】 0.05 【解析】[1]这些水吸收的热量为 [2]天然气完全燃烧放出的热量为 则需要天然气的体积为 【典例5】（2025·山东德州·中考真题）铜冰鉴是我国战国时代发明的即可“制冷”又可“制热”的两用“冰箱”，如图甲所示。冰鉴是一件双层器皿，鉴腹内有一尊缶，如图乙所示。冬季，在鉴腹内装入热水用来给尊缶内的酒加热，已知热水质量为150kg、初温为，酒的质量为80kg、初温为，最终两者温度相同为，则给酒加热的热效率为 。[，] 【答案】20% 【解析】酒吸收的热量 水放出的热量 给酒加热的热效率 【典例6】（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)； (2)； (3)40% 【解析】（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 【变式1】某车辆安装有一台四冲程汽油机，某次工作时飞轮的转速为1600r/min，在做功冲程中，把燃料燃烧放出的热量一部分转化为机械能，若该热机工作时的效率为35%，当它在F＝7000N牵引力的作用下，30s内沿直线匀速行驶1km时，则一次做功冲程中燃烧汽油放出的热量是 J。（假设汽油完全燃烧）。 【答案】5×104 【解析】由功的公式可得，当它在牵引力的作用下，30s内沿直线匀速行驶1km时，汽油机做的有用功为 由效率公式可得，燃料完全燃烧放出的总热量为 四冲程汽油机的一个工作循环包括4个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次。飞轮转速为，则每秒转速为 30秒内飞轮转的圈数为圈 由于每2圈做功1次，所以30秒内做功次数为次 因为总热量，做功400次，因此一次做功冲程放出的热量为 【变式2】氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示是氢发动机汽车，某次它在平直路面上匀速行驶时，它的四冲程内燃机转速为1200r/min。下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该车内燃机1s内对外做功20次 C．四冲程内燃机的压缩冲程将机械能转化为内能 D．提高该内燃机的效率，可以增大氢气的热值 【答案】C 【解析】A．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，故A错误； B．在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。内燃机转速为1200r/min＝20r/s，该车内燃机1s内对外做功10次，故B错误； C．四冲程内燃机的压缩冲程是外部机械对气缸内的混合气体做功，将机械能转化为内能，故C正确； D．热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，故D错误。 故选C。 【变式3】图甲是我国自主研制生产的一种环保混合动力实验汽车。该混合动力汽车启动时，内燃机不工作，车内蓄电池输出能量；当高速行驶或蓄电池储存电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输出能量，同时又可以向蓄电池充电；当车辆需要全力加速时，内燃机、蓄电池可以同时向车轮输出能量。为了保护蓄电池，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电。测试人员驾驶该车在平直公路上以50km/h的速度匀速行驶1h，观察仪表盘，发现这段时间内燃机消耗燃油10kg，蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至最大值的80%。该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图乙所示，汽车的某些参数如下表所示。（燃油热值q＝4.0×107J/kg） 电机 输出最大功率/kW 40 电池 输出电压/V 300 最大容量/J 1.0×108 整车 质量/t 1 (1)求汽车在燃油条件下以50km/h的速度匀速行驶的牵引力F； (2)“吨百公里能耗”是衡量新能源汽车的一项重要指标。“J/(100km·t)”是指车辆消耗的能量与行驶路程和车辆总质量乘积的比值。求该车在测试过程中的吨百公里能耗为多少J/(100km·t)，并计算汽车的能量利用率； (3)在汽车的测试过程中，若只用蓄电池提供动力且假设电能全部转化为机械能。该车在电池充满电的情况下以20km/h最多可行驶多少km。 【答案】(1)2000N (2)8×108J/(100km·t)，37.5% (3)160km 【解析】（1） 汽车以50km/h的速度匀速行驶，由图乙可知，阻力f ＝ 2000N。由于汽车匀速行驶，牵引力F等于阻力f，则牵引力F ＝ 2000N。 （2）汽车行驶1小时，速度为50km/h，行驶距离为50km。所做机械功 燃油消耗量为10kg，燃油热值为4.0×107J/kg，消耗的总能量Q燃油＝m燃油q＝10kg×4.0×107J/kg＝4.0×108J 蓄电池储存的能量由最大值的30%增大至80%，即增加了50%的最大容量。最大容量为1.0×108J，则增加的电能ΔW电＝（80%-30%）×1.0×108J＝5.0×107J 汽车的能量利用率 （3）蓄电池充满电的最大容量为1.0×108J，当电池使用到剩下最大容量的20%停止供电，则测试过程中能提供的最大电能W最大＝(1-20%)×1.0×108J＝8×107J 假设电能全部转化为机械能，则转化的机械能W机械＝W最大＝8×107J 由图乙可知，当v'＝20km/h时，阻力f '＝500N，则牵引力F'＝500N。行驶的最大距离为 【方法技巧】 方法技巧1 热值及其计算 （1）明确热值的两个两个关键点 ①热值是燃料的一种特性，由燃料种类决定，与其质量、体积、形状及是否完全燃烧均无关； ②燃料燃烧放出的热量与热值和质量的关系 a.质量相同的不同种类的燃料，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多； b.质量不同的同种燃料，质量越大，完全燃烧放出的热量越多。 （2）解决燃料燃烧相关计算问题的思路 ①审题，找相关量：明确题目描述的物理过程，即吸、放热过程，已知量和未知量； ②明去向，明确题目中热量的去向，即过程中热量是被完全吸收还是部分吸收； ③选公式，根据热量转移的特点，选择相应的公式进行计算。 方法技巧2 热机的效率 计算热机效率的步骤 （1）明确热机所做的有用功——； （2）明确燃料完全燃烧所释放的热量——或； （3）计算热机的效率——。 （4）利用热机效率的变形式可以求热机做的功——和燃料完全燃烧放出的热量——。 方法技巧3 有关燃料热值的探究 分析燃料热值的探究实验中，通常用水吸收的热量来作为热量完全燃烧放出的热量，应用了转换法；但这样处理的结果会造成计算出的燃料热值会严重偏小，误差很大。 【巩固训练】 1．2025年6月20日，我国在西昌卫星发射中心使用长征三号乙运载火箭，成功将中星9C卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。其第三子级采用液氢作为燃料，是由于液氢具有较高的（　　） A．热值 B．密度 C．传热能力 D．比热容 【答案】A 【解析】选用液氢作为燃料是由于它具有较大的热值，由可知，与其他燃料相比，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 2．下列说法正确的是（　　） A．运载火箭的燃料采用液氢，是因为液氢的比热容大 B．大庆的冬天，交管部门向积雪的道路撒盐是为了降低雪的熔点 C．热传递过程中，温度高的物体，由于具有较大的内能，所以会把内能传给低温物体 D．夏季雪糕周围的“白气”和开水上方的“白气”不属于同一种物态变化 【答案】B 【解析】A．火箭燃料主要看热值（单位质量放热多），不是比热容。液氢热值高，所以用它，故A错误； B．盐可以降低冰的熔点，使雪在低于 0℃ 时融化，故B正确； C．热传递的条件是温度差，不是内能大小。高温物体内能不一定比低温物体大，故C错误； D．夏季雪糕周围的“白气”是空气中的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，开水上方的“白气”，是水壶中汽化的水蒸气上升遇到冷的空气液化形成的小水滴，两者都是水蒸气遇冷液化成小水珠，物态变化相同，故D错误。 故选 B。 3．杭州亚运会首次使用废碳再生的绿色零碳甲醇作为主火炬塔燃料，实现循环内的零排放。当主火炬塔内的液态甲醇消耗一部分后，关于剩余部分的液态甲醇的说法正确的是（   ） A．比热容不变，热值变小 B．比热容和热值都不变 C．比热容变小，热值不变 D．比热容和热值都变小 【答案】B 【解析】比热容的大小与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度以及吸收或放出的热量无关。因此，当主火炬塔内的液态甲醇消耗一部分后，剩余甲醇的比热容不变。热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧等因素无关。在主火炬塔燃烧的过程中，甲醇虽然消耗，但其种类并未发生改变。因此，剩余甲醇的热值也不变，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选 B。 4．如图所示，《随园食单》记载了古人炒制月饼馅料的场景，下列过程与物理知识对应正确的是（　　） A．炒制过程中是通过热传递的方式改变馅料的内能 B．增加锅底的通风程度可以提高木柴的热值 C．木柴在燃烧的过程中热值越来越小 D．使用铁锅进行炒制，主要是因为铁的比热容大，升温快 【答案】A 【解析】A．炒制过程中，月饼馅料不断吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式改变馅料的内能，故A正确； BC．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，增加锅底的通风程度可以使木柴燃烧更充分，但木材的热值不变，木柴在燃烧的过程中热值不变，故BC错误； D．使用铁锅进行炒制，主要是因为铁的比热容小，升温快，故D错误。 故选A。 5．下列有关比热容、热值的说法中，正确的是（　　） A．比热容越大的物质，吸收相同的热量时温度变化更明显 B．水从2℃凝固成-2℃的冰，比热容变小，说明比热容随温度的变化而改变 C．由公式，说明热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比，与燃料的质量成反比 D．比热容和热值是物质的特性，与质量、热量均无关 【答案】D 【解析】A．比热容越大的物质，在质量和吸收的热量相同时，温度变化越小，故A错误； BCD．比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度及吸收、放出热量的多少均无关，水从2℃凝固成-2℃的冰，物质的状态变了，比热容变小；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、质量及放出热量等因素无关，故BC错误，D正确。 故选D。 6．氢发动机是用气态氢作为燃料，代替传统以汽油、柴油为燃料的内燃机，氢气燃烧的生成物为水。如图所示，这是氢发动机汽车，它的四冲程内燃机转速为。该车在平直路面上以的速度匀速行驶，所受的阻力为，行驶消耗氢气。（）下列说法正确的是（　　） A．氢气燃烧的生成物为水，所以氢发动机的效率可达100% B．该氢发动机汽车的热机效率为50% C．该汽车氢发动机对外做功20次 D．该过程汽车牵引力做功的功率为 【答案】D 【解析】A．由于存在能量的损失，所有机器的效率都会小于100%，则该氢发动机的效率不可能达到100%，故A错误； B．该车消耗氢气完全燃烧释放的热量 汽车的速度 行驶的时间 该车匀速行驶时的牵引力 该车的有用功 则该氢发动机汽车的热机效率，故B错误； C．它的四冲程内燃机转速为，即飞轮每秒转20圈，由于发动机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，所以该车发动机1s对外做功10次，故C错误； D．该车牵引力做功的功率，故D正确。 故选D。 7．一辆汽车以恒定功率在平直公路上做直线运动，该车总重为，行驶中所受阻力大小为车重的0.1倍且保持不变，其速度随时间变化的图象如图所示，在0～10s内通过的路程为150m，10～15s共燃烧了0.015kg的汽油，汽油的热值。下列说法正确的是（　　） A．汽车在0～10s内的平均速度为 B．汽车在10～15s内克服阻力做功 C．汽车在10～15s内克服阻力做功的功率为 D．汽车在10～15s内发动机的工作效率为12% 【答案】B 【解析】A．在0～10s内，汽车通过的路程为，所用时间为t₁＝10s，根据平均速度公式可得，汽车在该时间段内的平均速度为，故A错误； B．汽车行驶中所受阻力大小为 由图像可知，在10～15s内，汽车做匀速直线运动，速度为v＝20m/s，该时间段内汽车通过的路程为 汽车在10～15s内克服阻力做的功为，故B正确； C．在10～15s内，汽车克服阻力做功的功率为，故C错误； D．在10～15s内，汽车做匀速直线运动，牵引力等于阻力 发动机做的有用功即为克服阻力做的功 汽油完全燃烧放出的总热量为 汽车发动机的工作效率为，故D错误。 故选B。 8．如图所示，用同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化的图线，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了8g酒精。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等。已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q酒精＝3×107J/kg，下列说法中（　　） ①c乙＝2.4×103J/(kg·℃) ②该酒精灯的加热效率为17.5% ③0~8min乙吸收的热量为3.36×104J ④乙的吸热能力大于甲的吸热能力 A．只有①③正确 B．只有②③正确 C．只有③④正确 D．只有①④正确 【答案】B 【解析】①④．由图2，由题意，甲、乙液体质量相等，均为，甲、乙升高相同的温度，均为，甲的加热时间8min，乙的加热时间4min，则甲的加热时间是乙的加热时间的2倍，由转换法，则甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，即 则甲的吸热能力大于乙的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以甲为水。 由比热容公式，则乙的比热容，甲的比热容，则 则甲的比热容是乙的比热容的2倍，甲的比热容 则乙的比热容为 故①④错误； ②③．用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，乙吸收的热量等于甲吸收的热量，甲液体是水，水的质量 ，则乙吸收的热量 乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了8g酒精，酒精完全燃烧放出的热量为 乙从加热到沸腾吸收的热量为 酒精灯的加热效率为 故②③正确。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 9．（多选）小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热200g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图乙所示，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗酒精10g。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等（，），则下列说法中正确的是（　　） A． B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力 C．乙吸收的热量为 D．该酒精灯的加热效率为28% 【答案】AD 【解析】AB．由图乙可知，质量相同的甲和乙升高相同的温度（从20℃到100℃），甲的加热时间是乙的加热时间的2倍，则甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，说明甲的吸热能力大于乙的吸热能力，甲为水；由可知，甲的比热容是乙的比热容的2倍，则乙的比热容 故A正确，B错误； C．用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于乙吸收的热量，0~8min乙吸收的热量等于甲吸收的热量，即 故C错误； D．酒精完全燃烧放出的热量为 乙从20℃加热到沸腾吸收的热量为 酒精灯的加热效率为 故D正确。 故选AD。 10．某品牌汽车汽油机的能量流程图如图所示，该汽油机的效率约为 ；若汽车行驶过程中消耗汽油0.4kg，假如这些汽油完全燃烧，牵引力做的有用功是 J；汽油在燃烧过程中其热值大小 ；从汽油燃烧到输出有用功的过程中，能量的总和将 。（汽油的热值） 【答案】30% 不变 不变 【解析】[1]热机的效率即为用来做有用功的那部分能量与消耗燃料完全燃烧放出能量之比。由图可得该热机的效率约为 [2]这些汽油完全燃烧，释放的热量为 牵引力做的有用功为 [3]燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧放热的多少、燃烧状况无关，所以汽油在燃烧过程中其热值大小不变。 [4]由能量守恒定律可知，从汽油燃烧到输出有用功的过程中，能量的总和将不变。 11．班级厨艺展示活动中，用煤气炉烹饪食物主要是通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式增大食物的内能；活动结束，剩余煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。汽油机的做功冲程是将内能转化为 能。 【答案】热传递 不变 机械 【解析】[1]用煤气炉烹饪食物，食物从锅中吸收热量，用热传递的方式增大食物的内能。 [2]燃料的热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，与质量无关，所以剩余煤气的热值不变。 [3]汽油机的做功冲程，火花塞点燃高温高压的燃气，推动活塞对外做功，是将燃气的内能转化为机械能。 12．我国利用煤炭的历史非常悠久。汉代，人们在利用炊爨（cuàn）做饭取暖的同时，逐步用石炭（煤炭）取代薪柴（木炭）来冶铁，如图所示，我们祖先这样做的原因是煤炭比木炭的 大。 【答案】热值 【解析】热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小，也就是说，热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关。 煤炭取代木炭冶铁，核心原因是在相同质量下，煤炭完全燃烧放出的热量比木炭更多，即煤炭的热值更大。 更高的热值能为冶铁提供更高的温度，更易达到铁矿石熔化所需的条件。 13．如图所示，是《天工开物》记载古人炒蒸油料的场景，加热过程中，木炭燃烧一半后，质量 （选填“变小”“变大”或“不变”）热值 （选填“变小”“变大”或“不变”）；油料比热容较 （选填“小”或“大”），所以升温快。 【答案】变小 不变 小 【解析】【小题1】[1][2]燃烧一半后，所含物质变少，则质量将变小，但热值是燃料本身的属性，与燃料质量无关，燃料种类没变，热值不变。 [3]油料的比热容比较小，一定质量的油料，吸收一定热量后，温度变化明显，升温快。 14．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，已知这段过程汽车牵引力所做的有用功为，汽油完全燃烧放出的热量为，则该汽车的热机效率为 。汽油燃烧过程中，其热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】30% 不变 【解析】[1]该汽车的热机效率为 [2]热值是物质的自身属性，与物质的多少无关，即汽油燃烧过程中，其热值不变。 15．以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100km发动机牵引力所做的功为1.15×108J，消耗汽油10kg，汽油完全燃烧放出的热量为 J，汽车发动机的效率为 。（q汽油＝4.6×107J/kg） 【答案】4.6×108J 25% 【解析】[1]汽油完全燃烧放出的热量为 [2]发动机牵引力所做的功为1.15×108J，发动机效率为有用功与总热量的比值 ，则发动机的效率为 16．随着人们生活水平的提高，汽车已经进入千家万户，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。 (1)汽车发动机的一个工作循环包括如图甲、乙、丙、丁所示的四个冲程。图 所示冲程的能量转化与图戊相同； (2)汽车刹车的过程中，机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程中能量的总和 （选填“增大”、“不变”或“减小”）； (3)小明同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将发动机的能量流向制成了如图己所示的图表，根据给出的信息可知此发动机的效率是 。生活中当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值会 （选填“变大”、“变少”或“不变”）。 【答案】(1)甲 (2)不变 (3)30% 不变 【解析】（1）图甲中进气门、排气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，由机械能转化为内能；图乙中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程；图丙中进气门、排气门关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，由燃气的内能转化为机械能；图丁中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程；图戊中活塞向下压缩空气，机械能转化为内能，内能增加，故图甲所示冲程的能量转化与图戊相同。 （2）能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。汽车刹车的过程中，机械能转化为内能，内能散失到空气中，此过程中能量的总和不变，遵循能量守恒定律。 （3）[1]根据图己给出的信息可知，此发动机的效率为100%-33%-30%-7%＝30% [2]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油的热值会不变。 17．食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。 (1)煤气在燃烧时质量减小，其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 。 (2)炒菜时饭菜飘香，这是 现象，说明分子在不停地做 ；请列举一个该现象有害的例子 。 (3)食堂做饭需要将2kg水从20℃加热到100℃，需要吸收的热量是 J（水的比热容为4.2×103J/（kg·℃））。 【答案】(1)不变 降低 (2)扩散 无规则运动 煤气泄漏引发中毒（或其他合理答案） (3)6.72×105 【解析】（1）[1]热值是燃料的一种属性，与质量、体积无关，所以煤气在燃烧时质量减小，其热值不变。 [2]当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料产生相同热量时损失的热量变多，则燃料的利用率降低。 （2）[1][2]炒菜时饭菜飘香，这是扩散现象，说明一切物质的分子都在永不停息地做无规则运动，菜分子扩散到空气中。 [3]煤气分子扩散到空气中，会引发中毒，所以列举现象为煤气泄漏引发中毒（或其他合理答案）。 （3）由可知，需要吸收的热量为 18．某太阳能热水器，在晴天时每天可以将100kg、20℃的水加热到60℃，则水吸收的热量是 J，如果这些热量由燃烧煤气来提供，至少需要燃烧 kg的煤气。[水的比热容为4.2×107J/（kg•℃），煤气的热值为4.2×107J/kg] 【答案】1.68×107 0.4 【解析】[1]水吸收的热量 [2]煤气完全燃烧放出的热量 燃烧煤气的质量 19．金属铍的能量密度非常高，是一种潜在的高能燃料，其热值高达，现有2kg的铍完全燃烧放出的热量为 J，放出的热量有50%被水吸收，可以使初温为20℃、质量为300kg的水温度升高到 ℃。[] 【答案】1.26×108 70 【解析】[1]2kg的铍完全燃烧放出的热量为Q放＝mq＝2kg×6.3×107J/kg＝1.26×108J [2]放出的热量有50%被水吸收，则水吸收的热量为 根据比热容公式Q＝cmΔt可知，升高的温度为 初温为20℃、质量为300kg的水温度升高后的温度为t＝Δt+t0＝50℃+20℃＝70℃ 20．某单缸汽油机某一个工作冲程如图所示，为 冲程。它完全燃烧0.15kg汽油可释放的能量为 J，若这些能量中的42%被质量为20kg、初温为80℃的水吸收，水的温度将升高 ℃。[已知大气压为1个标准大气压，。 【答案】压缩 20 【解析】[1]由图可知，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，因此该冲程为压缩冲程。 [2]汽油完全燃烧释放的能量 [3]水吸收的热量 理论上升高的温度 水的初温为80 ℃ ，在 1 个标准大气压下，水的沸点为100 ℃ ，因此实际升高的温度为Δt实＝100 ℃-80 ℃＝20 ℃ 21．氢能是新能源利用的新潮流，加快氢能产业发展成为实现“碳达峰、碳中和”的重要举措。如图是某品牌氢能自行车，一次性充满0.04kg氢气，2h能匀速骑行50km，氢能自行车与骑行者总质量为84kg，骑行时受到的阻力为总重的0.1倍。0.04kg氢气完全燃烧产生的热量是 J，氢气的利用效率是 。（氢气热值为，g取10N/kg） 【答案】 75% 【解析】[1][2]氢能自行车利用了氢气燃烧释放的热量，0.04kg的氢气完全燃烧释放的热量，由公式得 氢能自行车与骑行者总质量为84kg，骑行时受到的阻力为总重的0.1倍，得 氢能自行车，一次性充满0.04kg氢气2h能匀速骑行50km，经换算得 由二力平衡可知， 在此过程中，自行车做的功 则氢气的利用效率是。 22．如图甲为空气压缩引火仪，乙是四冲程汽油机的一个冲程，两图中以下几种情况对比：①能量转化情况；②改变气体内能的方式；③气体内能的变化，其中 （填序号）是相同的。一台单缸四冲程汽油机飞轮的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做了 次功。该汽油机在一段时间内消耗了0.05kg汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量的42%被质量为4.6kg、初温为20℃的水吸收，则水温上升 ℃。 [q汽油＝4.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃），环境为1标准大气压] 【答案】② 30 50 【解析】[1]图甲中活塞压缩空气对空气做功，将机械能转化为内能，内能增加，温度升高，是通过做功的方法改变空气的内能。图乙中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，因此是做功冲程，此过程中内能转化为机械能，内能减少，温度降低，是通过做功的方法改变燃气的内能；综合分析甲、乙两图能量转化情况和气体内能的变化不同，改变气体内能的方式相同，故填序号②。 [2]四冲程汽油机的飞轮转速为3600r/min＝60 r/s 即飞轮每秒转动60转。因为一个工作循环飞轮转2圈，做功1次，所以1s完成30个工作循环，做功30次。 [3]水吸收的热量为 水升高的温度为 23．某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，汽油机每秒内做功 次，其中只有 冲程不是依靠惯性完成的；把质量为2kg、温度为25℃的水加热到75℃，水吸收的热量为 J，若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧 kg的焦炭。[q焦炭＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】20 做功 4.2×105 0.07 【解析】[1]由题意知，四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min即40r/s，因一个工作循环，飞轮转2圈，四个冲程，对外做功一次，则汽油机每秒内做功20次。 [2]汽油机四个冲程中，只有做功冲程将内能转化为机械能对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的。 [3][4]水吸收的热量为Q吸＝c水m(t-t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(75℃-25℃)＝4.2×105J 这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则焦炭放出的热量为 需要焦炭的质量 24．如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为，烧杯内液体的质量都相同。 (1)比较不同燃料的热值应选择 两个装置，为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有：燃料的质量和水的初温、水的 。 (2)在“比较不同物质的比热容”的实验中，选择甲和乙两个装置进行实验，不同物质吸热的多少是通过 来反映的。 (3)若甲图烧杯中水的质量为500g，10g酒精完全燃烧使温度计示数升高了20℃，则水吸收的热量是 J，若酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则酒精的热值是 ，用这种方法算出的热值比标准值 （选填“偏大”、“偏小”或“一样”）。理由是 。[水的比热容是] 【答案】(1)乙、丙 质量 (2)加热时间 (3) 偏小 有能量损失，酒精放出的热量不会全部被水吸收 【解析】（1）[1][2]比较不同燃料的热值，需要用相同质量的不同的燃料，加热同一种液体且液体质量相同，通过温度变化来比较放热多少，故选择乙、丙两个装置做实验。 （2）甲、乙两个装置加热方式相同，则相等的时间内液体吸收的热量相同，所以不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的。 （3）[1]由题可知，， ）， 由可得，水吸收的热量 [2]若酒精燃烧放出的热量全部被水吸收，则水吸收的热量为 由可得，酒精的热值 [3][4]但实际情况下，实验中有热量损失，水吸收的热量只是燃烧放出热量的一部分，还有容器吸热、空气散热等，所以计算时，导致算出的 偏小。 25．木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧，得到了表的数据： 燃料的质量/g 100 200 300 400 燃料完全 燃烧放出 的热量 Q木柴/J 1.3×106 2.6×106 3.9×106 5.2×106 Q焦炭/J 3.0×106 6.0×106 9.0×106 12.0×106 Q木炭/J 3.4×106 6.8×106 10.2×106 13.6×106 (1)从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是 的；对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越 。 (2)从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料， 和质量的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称为 ，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。 (3)完全燃烧0.01m3的天然气放出的热量是 J；如果这些热量完全用于加热水，可使 kg的水温度升高10℃；实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多，原因是用燃气灶烧水时，除了水吸收的热量外，一部分传给了盛水的容器，另外一部分传给了 （答一个即可）。[q天然气＝4.2×107J/m3，c水＝4.2×103J/（kg•℃）] (4)在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入 来描述，我们总是希望它的值越 越好。 【答案】(1)不同 多 (2)完全燃烧放出的热量 热值 (3) 10 空气（锅等） (4)热效率 高 【解析】（1）[1][2]相同质量（比如 100 g）时，木柴、焦炭、木炭因为热值不同，放出的热量不同 ；同种燃料，质量增大几倍，放热也增大几倍。 （2）[1][2]对同种燃料，完全燃烧放出热量 与质量 的比值即不变，这个比值叫热值。 （3）[1][2][3]已知 ， 则其完全燃烧放出的热量 如果这些热量完全用于加热水使其温度升高10℃的质量，由 可得， 实际需要更多天然气，这因为热量还会传给空气（或锅）等。 （4）[1][2]为衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入热效率的概念。热效率越高，说明被水吸收的热量占总放出热量的比例越大，能量利用越充分，所以我们希望它的值越高。 26．厨房中的物理知识。 (1)①同样条件下，烧一壶水时，加热时间越长，水的温度就越高。据此可以猜想：质量相同的同种物质，物质吸收的热量可能与 有关。 ②同样条件下，烧开一壶水比烧开半壶水所用时间长。据此可以猜想物质吸收的热量可能与 有关。 (2)水在沸腾前后温度的变化图线如图，BC段表示水继续吸收热量持续沸腾，水的内能增大，温度不变，说明内能大小与 有关。 (3)某同学想探究家中用天然气烧水的效率。他把铁锅放到燃气灶的锅架上，用纯净水瓶向铁锅里加了2千克的水。记录水的初温为22℃，开大火挡位加热。边加热边观察天然气表的示数变化，当观察到天然气表的示数增加了0.02m3时，测量此时水的温度为72℃。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3，大气压强为1个标准大气压，求： ①水吸收的热量Q吸是多少 ？ ②若天然气完全燃烧，放出的热量Q放为多少 ？ ③在理想情况下，天然气烧水的效率为多少 ？ ④继续观察到天然气表示数，请直接判断当示数又增加了0.02m3时水温为 ℃。 ⑤实际使用时，燃气灶的效率并没有这么高，为了提高燃气灶效率，请给使用者提出一条可操作的建议 。 【答案】(1)升高的温度 质量 (2)状态 (3)4.2×105J 7×105J 60% 100 加装聚火罩，减少热损失，可提高燃气灶效率 【解析】（1）[1]相同的情况下，加热时间越长，水吸收的热量越多，温度升高得越多。因此，质量相同的同种物质，升高的温度越高，吸收的热量越多，质量相同的同种物质，物质吸收的热量可能与升高温度有关。 [2]水的比热容和温度变化相同，只有水的质量不同，吸收的热量不同，所以物质吸收热量的多少与物质的质量有关。 （2）水继续吸收热量持续沸腾，水汽化为水蒸气，水的状态变化，水的内能增大，温度不变，说明内能大小与状态有关。 （3）[1]水吸收的热量 [2]天然气完全燃烧，放出的热量 [3]天然气烧水的效率 [4]当示数又增加了0.02m3时，水温再次升高72℃-22℃＝50℃ 而此时水温为72℃+50℃>100℃，高于标准大气压下水的沸点，则此时水已经沸腾，温度为100℃。 [5]提高燃气灶效率的方法：保证足够的空气，使天然气尽可能充分燃烧或加装聚火罩，减少热损失，可提高燃气灶效率。 27．如表为某电热水器的铭牌，根据铭牌参数，当该电热水器正常使用时： 精控系列贮水式电热水器 型号：SI80HE2.5-M3 额定电压：220V 容量：80L 额定频率：50Hz 功率：2500W 额定压力：0.8MPa (1)该电热水器贮水的质量为多少？ (2)将该电热器中的水从15℃加热到35℃，水吸收的热量为多少？ (3)该电热器正常工作时将满箱水从15℃加热到35℃，需要时间50min，则该热水器的加热效率为多少？（水的比热容为4.2×103J/kg·℃）。 【答案】(1)80kg (2)6.72×106J (3)89.6% 【解析】（1）由可知，电热水器贮水的质量 （2）将电热器中的水从15℃加热到35℃，水吸收的热量 （3）由可知，电热器消耗的电能 则该热水器的加热效率 28．小明用燃气灶将质量为2.5kg，初温为20℃的水进行加热，此过程消耗了天然气（已知：，），在一个标准大气压下的加热效率为60%。求： (1)此过程中天然气完全燃烧释放的热量。 (2)此过程水升高的温度。 【答案】(1) (2) 【解析】（1）天然气完全燃烧释放的热量为 （2）在一个标准大气压下的加热效率为60%，则水吸收的热量为 水升高的温度为 29．（2025·江西赣州·模拟预测）某物理兴趣小组了为探究地球表面水吸收太阳能的本领，做了如下实验：用一脸盆装6kg的水，水的表面积为0.1m2，经过太阳光垂直照射15min，水温升高了5℃．问： (1)实验时6kg的水15min内吸收了多少热量？ (2)若用加热的方式使同质量的水升高相同的温度至少需要燃烧多少m3的液化气？（假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，液化气的热值是5.0×107J/m3） (3)平均每分钟1m2水面吸收的热量是多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【解析】（1）水吸收的热量为 （2）液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，则 燃烧液化气的体积为 （3）平均每分钟每平方米吸收的热量为 30．利用凸面镜制成的太阳灶，可以将会聚的太阳光用来烧水、煮饭，既节省燃料，又不污染环境。[水的比热容c水＝4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q＝7.0×107J/m3] (1)太阳灶烧水时将太阳能转化为水的 能。 (2)小明同学用太阳灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到70℃，水吸收的热量是多少? (3)若不考虑能量损失，则第（2）问的过程相当于节约了多少立方米的天然气? 【答案】(1)内 (2)4.2×105J (3) 【解析】（1）太阳灶烧水时，将太阳能汇聚起来加热水，使水的温度升高，内能增加，因此是将太阳能转化为水的内能。 （2）水吸收的热量是 （3）不考虑能量损失，天然气完全燃烧放出的热量等于水吸收的热量，即Q放＝Q吸＝4.2×105J，根据公式Q放＝qV可得节约天然气的体积为 31．在寒冷的冬日，小明家中需要烧开一壶水用于泡茶。烧开一壶初温为20℃、质量为4kg的水，需要燃烧0.2kg的煤炭。水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤炭的热值为3.2×107J/kg，当地气压为1标准大气压。求： (1)0.2kg煤炭完全燃烧放出的热量； (2)水烧开时吸收的热量； (3)小明家用煤炭烧水的热效率。 【答案】(1)6.4×106J (2)1.344×106J (3)21% 【解析】（1）煤炭完全燃烧放出的热量 （2）标准大气压下沸点为100℃，则水吸收的热量 （3）小明家用煤炭烧水的热效率为 32．第六代战斗机，是未来分布式空中作战体系中具有远程、穿透、强感知、强火力和快速决策能力的强有力的骨干节点平台，是世界各国研制的新一代高性能战斗机，代表了未来空战技术和战术的发展方向。某六代机最大飞行距离8000km，发动机每小时能以恒定的牵引力飞行4000km，输出功率达4×105W，消耗了80kg的航空燃油，已知燃油的热值q燃油＝4.5×107J/kg。求： (1)该飞机每小时消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量； (2)该飞机发动机的效率。 【答案】(1)3.6×109J (2)40% 【解析】（1）航空燃油完全燃烧放出的热量 （2）飞行时间t＝1h＝3600s 发动机做的有用功为 燃油完全燃烧放出的总热量为 根据效率公式，可得该飞机发动机的效率为 33．某太阳能热水器内装有100kg、初温为25℃的水，经过一天的太阳照射，水温升高到75℃，求： (1)热水器中的水吸收的热量； (2)若使用效率为50%的燃气炉来加热这些水，使水升高相同的温度，需要完全燃烧多少m3天然气。（天然气的热值q＝8.4×107J/m3） 【答案】(1) (2)0.5m3 【解析】（1）热水器中的水吸收的热量 （2）天然气完全燃烧放出热量为 则需要完全燃烧天然气的体积为 34．太阳能是21世纪重点开发利用的能源之一，如今太阳能热水器已走进千家万户。如图所示，某家庭太阳能热水器阳光照射时每小接收到6×106J的太阳能，若热水器吸收5h的太阳能，可以使质量为100kg的水温度升高40℃。已知天然气的热值q＝3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量； (2)该太阳能热水器的效率； (3)若这些水吸收的热量由天然气来提供，假设天然气完全燃烧放出的热量有80%被水吸收，则需要多少m3的天然气。 【答案】(1)1.68×107J (2)56% (3)0.6 【解析】（1）水吸收的热量Q＝mcΔt＝100kg×4.2×103J/（kg·℃）×40℃ ＝1.68×107J （2）5h获得太阳能总量为 则热水器效率 （3）若由天然气提供同样热量，则完全燃烧天然气放出的热量为 设需要的天然气体积为 35．油电混合动力汽车是新型节能汽车。这种汽车高速行驶时，内燃机启动，既向车轮输送能量也给动力蓄电池组充电。测试人员驾驶该车在平直公路上以80km/h的测试车速匀速行驶0.5h，内燃机消耗燃油2.5kg，汽车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图所示。（燃油的热值为4.6×107J/kg）则： (1)该汽车测试行驶的路程是多少？ (2)该汽车测试行驶中牵引力做了多少功？ (3)若该汽车在测试过程中内燃机的效率为40%，此过程使蓄电池增加了多少能量？ 【答案】(1)40km (2)3.6×107J (3)1.0×107J‍ 【解析】（1）由题意知，汽车行驶速度v＝80km/h，行驶时间t＝0.5h。根据速度公式可得，汽车行驶的路程为s＝vt＝80km/h×0.5h＝40km （2）因为汽车匀速行驶，所以它处于平衡状态，其牵引力与所受阻力大小相等。由图像可知，当车速v＝80km/h时，汽车所受的阻力f＝900N。因此，汽车的牵引力F＝f＝ 900N 则牵引力做的功为W牵引＝Fs＝900N×40×103m＝3.6×107J （3）燃油完全燃烧放出的总热量为Q放＝m燃油q＝2.5kg×4.6×107J/kg＝1.15×108J 内燃机产生的总有用功，即转化成的总机械能和电能为W总＝Q放η＝1.15×108J×40%＝ 4.6×107J 这部分总有用功分为两部分，一部分是驱动汽车行驶的功W牵引，另一部分是给蓄电池充电的能量E蓄电池。所以，此过程使蓄电池增加的能量为E蓄电池＝W总- W牵引＝4.6×107J-3.6×107J＝1.0×107J 36．“加氢几分钟，畅行数百里”，近年来，氢能源汽车备受人们喜爱。某型号氢能源汽车质量为1.2t，已知该车匀速运动时所受阻力为该车重力的0.1倍，汽车轮胎与地面的总接触面积为0.2m2。（g＝10N/kg，q氢＝1.4×108J/kg）求： (1)若该汽车以30m/s的速度匀速直线行驶10s，求牵引力做的功； (2)汽车静止在地面上时对水平地面压强； (3)若上述过程中消耗氢能源3.2g，求该热机的效率。（结果保留一位小数） 【答案】(1)3.6×105J (2)6×104Pa (3)80.4% 【解析】（1）汽车质量为 匀速直线运动时所受阻力 汽车10s内行驶的路程 汽车匀速运动时的牵引力 牵引力做功 （2）汽车静止时对地面的压力 汽车静止时对地面压强 （3）此过程中氢燃料完全燃烧放出的热量 热机效率 37．2023年10月26日，11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。液态氢的热值为1.4×108J/kg。 (1)使用氢作为燃料的主要优点是： 和 ； (2)某火箭发射时携带6×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少J？ (3)若第（2）问放出的热量只有20%被水吸收，能将5×106kg、初温为30℃的水加热至多少℃？ [c水＝4.2×103J/(kg·℃)，已知当地大气压为1标准大气压] 【答案】(1)热值大 无污染 (2) (3)100℃ 【解析】（1）[1][2]由于液氢的热值较大，液氢相对其他燃料，相同情况下燃烧放出的热量更多，且氢属于清洁燃料，燃烧对环境无污染。 （2）这些燃料完全燃烧放出的热量是 （3）若第（2）问放出的热量只有20%被水吸收，水吸收的热量为 则水升高的温度为 可得水的末温为 由于当地大气压为1标准大气压，则水的末温为100℃，即水加热至100℃。 / 学科网（北京）股份有限公司 $