第4节 热机与社会发展（举一反三讲义）物理沪粤版2024九年级上册

第4节 热机与社会发展 目录 【学科素养】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：热机 2 知识点2：热机的种类 3 知识点3：热机效率 6 知识点4：燃料的利用和环境保护 7 【方法技巧】 8 方法技巧1 运用对比法识别冲程 8 方法技巧2 汽油机和柴油机的辨析 8 方法技巧3 热机效率 8 【巩固训练】 8 【学科素养】 1．科学观念：理解热机工作原理与能量转化，掌握热机效率及不同热机构造、特点、应用，构建知识体系； 2．科学思维：分析热机冲程培养逻辑推理，对比热机提升分析归纳，结合发展理解技术迭代，锻炼思维迁移； 3．科学探究：观察热机模型、演示提疑问并探究，模拟效率影响实验，经历 “猜想—设计—验证”，提升实践力； 4．科学态度与责任：认识热机对社会的推动与环境问题，树立辩证观；关注技术创新，增强环保与科技责任，激发使命感。 重点： 1．热机工作原理（燃料化学能→内能→机械能转化 ）与能量转化逻辑，借流程图、动态演示让学生理解； 2．汽油机吸气、压缩、做功、排气冲程，明确气门、活塞状态及能量变化，靠动画、模型演示掌握； 3．热机对社会（生产、交通、航天 ）的推动与环境问题，结合实例、对比图展现双面性。 难点： 1．动态理解汽油机冲程，用 3D 模拟、分步动画，帮学生建立部件运动与冲程、能量转化的关联； 2．热机效率提升逻辑，从能量损耗切入，结合实例推导设计、技术、燃料层面的提升路径； 3．辩证看待热机发展与环境，通过案例、数据引导思考讨论，形成科学责任意识，克服单一认知。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：热机 1.热机的使用 热机的使用推动了人类的文明和进步，进一步解放了生产力。热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 2.热机的能量转化 这些热机的共同特点，是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。 3.内燃机 内燃机是燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，常见的内燃机有汽油机和柴油机。 【典例1】（25-26九年级上·湖南长沙·期中）2025年4月，搭载神舟二十号载人飞船的运载火箭成功发射，火箭在穿越大气层过程中。火箭外壳与大气层摩擦温度升高，下列说法正确的是（        ） A．火箭主要采用液氢作为燃料，这是因为液氢的比热容大 B．火箭发射时，将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为火箭的机械能 C．火箭外壳与大气层摩擦温度升高，这是通过热传递的方式增加其内能 D．火箭外壳与大气层摩擦温度升高，这个过程中是将内能转换为机械能 【变式1】（25-26九年级上·新疆喀什·期中）传统燃油汽车的发动机 （选填“属于”或“不属于”）内燃机，它将燃料燃烧后产生的 能转化为机械能，再通过传动机构将动力传给车轮，使汽车行驶。在大力提倡新能源的今天，电车逐渐取代燃油车。电动汽车在充电时，将电能转化为 能。 【变式2】（25-26九年级上·天津河东·期中）我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于热机。热机工作过程中通过燃料燃烧获取 转化为机械能。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。 【变式3】（25-26九年级上·黑龙江·期中）下列的交通工具不是利用热机工作的是（　　） A．中国自主生产的C919大型客机 B．载重巨大的远洋货轮 C．为空间站提供运输服务的运载火箭 D．畅销全球的中国电动汽车 知识点2：热机的种类 1.汽油机的构造与工作过程 汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 ①汽油机的构造 ②汽油机的工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程（也叫做“行程”）。常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。 每个工作循环四个冲程，飞轮转两圈，活塞往复两次，对外做功一次。 在四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。压缩冲程是将机械能转化为内能。 2.柴油机的构造与工作过程 柴油机是以柴油为燃料的内燃机。 ①柴油机的构造 柴油机的气缸顶部没有火花塞，而是装有喷油嘴。 ②柴油机的工作过程 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入气缸内的只有空气； 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩空气，使空气的温度升高； 做功冲程：从喷油嘴喷出雾状柴油，遇到高温空气燃烧，从而形成高温、高压气体推动活塞向下，对外做功； 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。 3.柴油机与汽油机的区别 ①构造上，汽油机的气缸顶部是火花塞，柴油机的气缸顶部是喷油嘴； ②吸气时，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入的只有空气； ③点燃方式，汽油机是火花塞产生火花，点燃式，而柴油机是压缩空气到高温，然后喷出雾状柴油，压燃式。 ④柴油比汽油便宜，柴油机在效率上比汽油机高，但柴油机笨重，成本较高，工作噪音也较大。随着新技术的进步，这些缺点得到了很好的解决，柴油机在节能和二氧化碳排放方面优势明显。 【典例1】（25-26九年级上·云南昆明·期中）如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（　　） A．甲冲程是依靠飞轮的惯性运转的 B．汽油机吸气冲程吸入的物质只有空气 C．汽油充分燃烧，可以提高汽油机的效率 D．一个工作循环中四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 【典例2】（2025·广东深圳·中考真题）晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 【变式1】（25-26九年级上·北京·期中）如图是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒被点燃。下列汽油机工作四冲程中原理与取火器原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【变式2】（24-25九年级下·湖北省直辖县级单位·期中）小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 【变式3】（25-26九年级上·海南·期中）如图是四冲程汽油机的一个工作循环示意图。该汽油机的铭牌上标有1200r/min。下列说法中正确的是（　　） A．汽油机完成一个工作循环的顺序是丁、丙、甲、乙 B．丁是吸气冲程，吸进的物质是空气 C．此汽油机正常工作每秒对外做功10次 D．汽车急刹时，轮胎与地面摩擦温度会升高，能量转化过程与丙图相同 知识点3：热机效率 1.热机效率的概念 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。用字母η表示， η= ×100% ，汽油机的效率为20%-30%，柴油机的效率可达45%。 2.热机燃料燃烧能量走向示意图 3.加热效率的计算 ×100% ，例如计算燃气灶烧水的热效率，先计算水吸收的热量Q吸=cm ，再根据热值计算出燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm，最后计算效率。 4.热机效率的计算 ×100% ，先计算热机所做的有用功，再计算燃料完全燃烧放出的热量，最后计算热机效率。 5.提高热机效率的方法 提高热机效率的方法有：让燃料充分燃烧、减小部件间的摩擦、减小废气带走的热量等。 【典例1】（25-26九年级上·吉林长春·期中）内燃机的能量流向图如图所示，则内燃机的效率为（　　） A．28% B．31% C．34% D．62% 【典例2】（25-26九年级上·湖南湘潭·期中）氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用，如图为一辆中国设计制造的氢能源公交车。[c水=4.2×103J/（kg·℃），q氢=1.4×108J/kg]。求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若不计热量损失，这些热量能使多少质量的10水温度升高至50℃？ (3)此氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，汽车的速度为20m/s，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的60%用来做机械功，则这些热量能让该公交车匀速行驶的距离。 【变式1】（25-26九年级上·上海·期中）图是某辆汽车发动机的能量分配图，由图可知该发动机的热机效率为 %；若减少摩擦损耗，发动机的热机效率将 ；若燃油燃烧不充分，燃油的热值 ，（后两格均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【变式2】（25-26九年级上·四川德阳·期中）某家庭暖气管道中装有1t水，加热一段时间后，水温升高了40℃，此过程中水吸收了 J的热量。若这些热量由热值为2×107J/kg的燃料完全燃烧获得，其加热效率为42%，则所需燃料的质量为 kg。 【变式3】（25-26九年级上·内蒙古包头·期中）在制作简易热机模型的活动中，小星和小葱同学分别展示了自己制作的热机模型，并进行了相关的研究。 (1)图甲是小星设计的蒸汽机模型。密封的易拉罐装有适量的水，利用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，手中的风车转动。此过程的能量转化：化学能→ → ；该模型存在的不安全因素是 ； (2)图乙是小葱制作的内燃机模型。用喷雾器往瓶内喷入适量酒精，启动电子打火器点燃酒精，活塞瞬间弹出。这个热机模型中，工作物质是 ，电子打火器相当于汽油机的 ； (3)同学们了解到，蒸汽机比内燃机的效率低很多，其主要原因是 。 知识点4：燃料的利用和环境保护 1.热机与环境 现代热机的出现，虽然改进了人类的工作方式和生活条件，但是排放出的废气不仅使全球升温，而且含有各种对人类有害的物质，污染环境。减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。越来越多的新技术、新材料、新工艺的出现，都有利于节能减排和环境保护。 2.火箭的构造与工作原理 我国的长征系列火箭 火箭使用热值大的液氢燃料，燃料燃烧产生高温高压的燃气推动火箭升空，化学能转化成内能再转化为机械能。 【典例1】（2022·湖南衡阳·中考真题）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机的大量使用会造成环境污染 D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【变式1】随着电池技术的发展和环保意识的增强，德国宝马公司或许将旗下多款车型全面搭载48V轻混系统（汽车启动及低速时采用48V电力驱动，在高速时转化为传统燃油提供动力）。对于宝马汽车，下列说法正确的是（　　） A．宝马轻混系统是为了追求时尚潮流 B．燃油发动机是一种热机 C．48V轻混汽车完全没有污染 D．主要是通过热传递改变汽车的动能 【变式2】（25-26九年级上·陕西·期中）下列关于热现象说法正确的是（　　） A．热机的大量使用有利于环境的保护 B．现代火箭用液态氢作燃料，是因为氢的比热容大 C．火箭是一种新型的热机，是人类征服宇宙空间的工具 D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 【变式3】下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 【方法技巧】 方法技巧1 运用对比法识别冲程 (1)区分吸气冲程与排气冲程：只需看打开哪个气门。 (2)识别做功冲程与压缩冲程：在确定两个气门都关闭的前提下，只需看活塞的运动情况，活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。 方法技巧2 汽油机和柴油机的辨析 和汽油机相比，柴油机的压缩冲程更充分，压缩冲程末气缸内的压强更大，温度更高，已超过了柴油的着火点，此时喷油嘴喷出雾状柴油，燃料燃烧更充分，通过做功获得的动力更大。 方法技巧3 热机效率 1. 热机效率是一个比值，与功率大小、消耗燃料多少、转速快慢等因素无关。 2. 热机的效率越高意味着消耗相同质量的燃料输出的有用功越多。 利用公式理解减少能量损失可以提高热机效率： η＝W有用/Q放＝（Q放－Q损）/Q放＝1－Q损/Q放 【巩固训练】 1．（25-26九年级上·广东深圳·期中）如图所示，神舟飞船返回舱在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为 。如图汽油机四个冲程中，图 的原理与其相同（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）。 2．（25-26九年级上·江苏苏州·期中）如图，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会燃烧起来。该过程中的能量转化过程与图 装置相同。已知某单缸汽油机每秒对外做功25次，则它的飞轮转速为 。 3．（25-26九年级上·新疆吐鲁番·期中）下列生活中机械的动力装置不是热机的是（　　） A．柴油拖拉机 B．C919大飞机 C．燃油小汽车 D．共享自行车 4．（25-26九年级上·广东肇庆·期中）如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图冲程活塞运动时，有明显内能转化为机械能的过程 B．乙图冲程能获得动力 C．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程 D．丁图冲程是产生额外功的主要原因 5．（24-25九年级上·湖南永州·期中）如图所示是四冲程柴油机的剖面图，关于柴油机四个冲程的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的是空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 6．（2025·天津·中考真题）我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 7．（24-25九年级上·云南楚雄·期末）随着我国农业机械化水平提高，各类型柴油机农业机械已成为种植、收割粮食的主要工具。如图所示，耕地机正在农田里耕地。下列说法正确的是（　　） A．柴油机工作时将柴油的化学能全部直接转化为机械能 B．柴油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大 D．随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值变小 8．（25-26九年级上·广东深圳·期中）阅读短文回答问题： 从火车到火箭 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机体型笨重不便于使用，交通运输的发展迫切需要轻便的热机。于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的，内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤，不但轻便，效率也提高了。 早期的飞机是由内燃机提供动力的，从上世纪40年代开始，飞机上越来越多的使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力，在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便。 喷气式发动机中自带燃料和氧化剂的，叫火箭喷气发动机，它工作时不需要空气中的氧气，可以在大气层外工作，能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。 根据材料内容，请回答下列问题： (1)在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次 （选填“增大”或“减小”）。 (2)某单缸四冲程汽油机正常工作时，飞轮转速是，汽油机每秒曲轴转 周，对外做功 次。 (3)若汽油机每分钟消耗0.02kg汽油，已知该汽油机的效率是，则该汽油机每分钟浪费的能量是 J。（汽油的热值为） (4)下列措施中能提高热机效率的是______。 A．尽量减少热机部件间的摩擦 B．尽量增加热机的工作时间 C．尽量燃烧一些热值大的燃料 D．尽量增加所用燃料的质量 9．（25-26九年级上·甘肃庆阳·期中）如图是某汽车的汽油机的主要能量流向和相关参数图，则下列说法正确的是（　　） A．冷却水带走的能量占比最多 B．减少机械摩擦不能提高汽油机的机械效率 C．汽油在燃烧时热值变小 D．该汽油机的效率为30% 10．（25-26九年级上·广东广州·期中）发动机是汽车的核心部件，发动机的质量好坏决定了整车的性能和品质，现代汽车发动机主要分汽油机与柴油机两类。 (1)图1的d所示为汽油机 （选填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）冲程，将 能转化为 能。图2是汽油机的能量流向图，其热机效率为 （用图2中的物理量符号表示）； (2)如图3为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机___________（填字母） 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．损耗的能量较少 (3)由图2、图3可知汽油机的效率比较低，以下措施不能提高汽油机效率的是 （填序号） ①使燃料更充分燃烧②减少机械间的摩擦 ③尽量选用功率更大的发动机④将燃烧排出的废气再利用 (4)A、B、C三台汽油机中燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出的机械能的柱状图如图4所示，则 （选填“A”“B”或“C”）汽油机的效率最高，消耗质量相同的燃料时， （选填“A”“B”或“C”）汽油机输出的机械能最多。 11．（25-26九年级上·广东深圳·期中）随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具。某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。 (1)刹车时为防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片喷水，这是通过 方式改变刹车片的内能； (2)当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）； (3)汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，靠飞轮惯性完成 个冲程； (4)若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ； (5)截至2022年，我国汽车的保有量已突破3亿辆，每年共耗油约。汽车内燃机的效率平均值取，如果能把内燃机的效率提高，则我国每年可以节约 kg燃油，从而减小碳排放，为环保作出贡献。 12．（25-26九年级上·广东广州·期中）跨学科实践：小小汽轮机 某小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向烧瓶内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，叶片就转动起来。 (1)该装置工作时，涉及多处能量转化或转移，请仿照示例写出一例。 【示例】现象：酒精灯加热水使水温升高。 能量转化或转移：通过热传递使内能发生了转移。 现象： 。 能量转化或转移： 。 (2)实验时若叶轮不转动，原因： ，解决办法： 。 (3)这种热机的效率能不能达到100%？请你说明判断的理由： 13．（25-26九年级上·吉林长春·期中）垃圾分类有利于资源的回收再利用，焚烧垃圾可以实现综合热利用。某垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾4600t。如果1t垃圾焚烧时能产生2×109J的电能。 (1)每日处理的垃圾产生的电能，相当于多少汽油完全燃烧所放出的能量 ?（汽油的热值取4.6×107J/kg）（写出必要的文字叙述、表达式和最终结果） (2)某型号汽油机的能量流向如图所示，则该汽油机的效率为 。若将（1）中计算得出的这些汽油用于该汽油机，则汽油机实际输出的有用功是多少 ?（写出必要的文字叙述、表达式和最终结果） (3)利用垃圾发电和提高热机的效率具有多方面的积极意义。 （答出一条即可）。 14．（15-16九年级·广东肇庆·期末）亚飞家住市中心，奶奶嫌城市夏天太热而不住她家，这激发了她探究城乡温差原因的兴趣．她利用双休日时间和同学们一起在中午同一时刻测量了各个测试点的气温，并以此绘制出如图所示的“区域—温度”坐标图。 （1）从图中你发现 的温度最高，这种现象我们称为“城市热岛效应”； （2）亚飞想起陆游的一句诗“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，说明在陆游的那个时代人们已经察觉到城市暖于郊区。分析城市“热岛效应”的主要原因，一是工厂、交通工具排放大量的废气，释放出许多 ；二是建筑物、马路中的沙石、水泥的 小，在相同的日照条件下温度上升明显；三是城市的水面小，水吸热 （多/少）；四是楼群林立，难以形成对流； （3）如何减少城市环境的热污染，请你提出一条合理化建议： 。 15．（25-26九年级上·广东广州·期中）按要求完成下列填空： (1)如图甲、乙是四冲程汽油机中某两冲程时的示意图，图乙是 冲程，它的原理与图 的演示实验相同（选填“丙”或“丁”），曲轴转动40圈，对外做功 次。 (2)汽油机的能量流向如图所示，以下说法正确的是 。（选填以下对应的序号） ①　　②　　③ ④热机效率　　⑤热机效率 16．（25-26九年级上·广西南宁·期中）无人驾驶汽车主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶了，发动机提供的牵引力为，消耗汽油。[，]求： (1)消耗的汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车发动机的效率； (3)若汽油完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可将多少千克的水从加热到？ 17．（25-26九年级上·四川德阳·期中）一辆质量为1000kg的氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.15kg的氢气，此过程中汽车受到的阻力是重力的0.1倍。（氢气的热值取1.4×108J/kg）。则： (1)氢气燃烧产生的热量； (2)汽车的牵引力做的功； (3)汽车发动机的效率。 18．（25-26九年级上·海南·期中）为服务海南环岛旅游公路，某汽车公司研发了一款氢燃料电池大巴，该大巴用液氢作为燃料，储存在车身后部的超低温绝热储罐中，大巴的燃料电池将氢气的化学能转化为电能以驱动车辆行驶。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），氢燃料的热值约为1.4×108J/kg。求： (1)0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； (2)在1标准大气压下，若第（1）问中放出的热量全部被质量为400kg，温度为55℃的水吸收，水升高的温度； (3)氢燃料可供该型号氢燃料电池大巴车以120kW的恒定功率匀速行驶350s，求该氢燃料电池大巴车的效率。 19．（25-26九年级上·山东济南·期中）国家规定能效等级为2级的热水器，其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下他家新安装的能效等级为2级的燃气热水器是否达标，于是他将燃气热水器的温度设定在40℃（即水从热水器流出的温度），他家所用的花洒出水量为5kg/min，花洒出水10min时出水量为50kg，通过查看洗澡前后燃气表上显示的剩余气量得知此过程消耗燃气量为0.2m3，已知进入热水器的冷水温度为10℃，（水的比热容，天然气的热值），求： (1)此次水流经热水器时吸收的热量； (2)此时消耗的天然气完全燃烧放出的热量； (3)通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 20．（25-26九年级上·江苏苏州·期中）有一款家用即热式天然气热水器，它的加热效率为50%，热水器进水管水温为22℃，出水管水温为42℃，该状态下放出质量为20kg的热水。已知天然气的热值为，水的比热容为。求： (1)水吸收的热量？ (2)天然气完全燃烧放出的热量？ (3)消耗天然气多少？ 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 热机与社会发展 目录 【学科素养】 1 【思维导图】 2 【知识梳理】 2 知识点1：热机 2 知识点2：热机的种类 3 知识点3：热机效率 6 知识点4：燃料的利用和环境保护 7 【方法技巧】 8 方法技巧1 运用对比法识别冲程 8 方法技巧2 汽油机和柴油机的辨析 8 方法技巧3 热机效率 8 【巩固训练】 8 【学科素养】 1．科学观念：理解热机工作原理与能量转化，掌握热机效率及不同热机构造、特点、应用，构建知识体系； 2．科学思维：分析热机冲程培养逻辑推理，对比热机提升分析归纳，结合发展理解技术迭代，锻炼思维迁移； 3．科学探究：观察热机模型、演示提疑问并探究，模拟效率影响实验，经历 “猜想—设计—验证”，提升实践力； 4．科学态度与责任：认识热机对社会的推动与环境问题，树立辩证观；关注技术创新，增强环保与科技责任，激发使命感。 重点： 1．热机工作原理（燃料化学能→内能→机械能转化 ）与能量转化逻辑，借流程图、动态演示让学生理解； 2．汽油机吸气、压缩、做功、排气冲程，明确气门、活塞状态及能量变化，靠动画、模型演示掌握； 3．热机对社会（生产、交通、航天 ）的推动与环境问题，结合实例、对比图展现双面性。 难点： 1．动态理解汽油机冲程，用 3D 模拟、分步动画，帮学生建立部件运动与冲程、能量转化的关联； 2．热机效率提升逻辑，从能量损耗切入，结合实例推导设计、技术、燃料层面的提升路径； 3．辩证看待热机发展与环境，通过案例、数据引导思考讨论，形成科学责任意识，克服单一认知。 【思维导图】 【知识梳理】 知识点1：热机 1.热机的使用 热机的使用推动了人类的文明和进步，进一步解放了生产力。热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 2.热机的能量转化 这些热机的共同特点，是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能。 3.内燃机 内燃机是燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，常见的内燃机有汽油机和柴油机。 【典例1】（25-26九年级上·湖南长沙·期中）2025年4月，搭载神舟二十号载人飞船的运载火箭成功发射，火箭在穿越大气层过程中。火箭外壳与大气层摩擦温度升高，下列说法正确的是（        ） A．火箭主要采用液氢作为燃料，这是因为液氢的比热容大 B．火箭发射时，将燃料的化学能转化为内能，再将内能转化为火箭的机械能 C．火箭外壳与大气层摩擦温度升高，这是通过热传递的方式增加其内能 D．火箭外壳与大气层摩擦温度升高，这个过程中是将内能转换为机械能 【答案】B 【难度】0.85 【知识点】做功改变物体的内能、热机工作过程中的能量转化、热值的概念、单位和物理意义 【详解】A．火箭用液氢为燃料，主要是因为液氢的热值大，燃烧相同质量的燃料，放出的热量较大，故A错误； B．燃料燃烧时发生化学反应，化学能转化为内能，使燃料燃烧产生高温高压的气体，然后这些气体膨胀对外做功，将内能转化为火箭的机械能，推动火箭升空，故B正确； CD．火箭外壳与大气层摩擦过程中，火箭外壳克服摩擦力做功，机械能转化为内能，是通过做功的方式增加其内能，故CD错误。 故选B。 【变式1】（25-26九年级上·新疆喀什·期中）传统燃油汽车的发动机 （选填“属于”或“不属于”）内燃机，它将燃料燃烧后产生的 能转化为机械能，再通过传动机构将动力传给车轮，使汽车行驶。在大力提倡新能源的今天，电车逐渐取代燃油车。电动汽车在充电时，将电能转化为 能。 【答案】 属于 内 化学 【难度】0.85 【知识点】了解各种用电器使用时的能量转化、热机工作过程中的能量转化、能量的转化 【详解】[1]内燃机是燃料在气缸内燃烧的热机，传统燃油汽车的发动机，燃料在气缸内燃烧，所以传统燃油汽车的发动机属于内燃机。 [2]燃料燃烧是化学能转化为内能的过程，传统燃油汽车的发动机将燃料燃烧后产生的内能转化为机械能，再通过传动机构将动力传给车轮，使汽车行驶。 [3]电动汽车在充电时，消耗电能，电池的化学能增加，所以是将电能转化为化学能。 【变式2】（25-26九年级上·天津河东·期中）我国航天事业快速发展，长征系列火箭做出了巨大贡献！火箭的发动机属于热机。热机工作过程中通过燃料燃烧获取 转化为机械能。火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的 较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。 【答案】 内能 比热容 【难度】0.85 【知识点】水的比热容特点及应用、热机工作过程中的能量转化 【详解】[1]热机是利用内能做功的机械，即将燃料燃烧获取的内能转化为机械能。 [2]因为水的比热容比较大，在质量、升高的温度相同时，可以吸收更多的热量，所以火箭发射时，向发射塔喷射大量的水，利用水的比热容较大的性质带走大量的热量，防止发射塔被烧坏。 【变式3】（25-26九年级上·黑龙江·期中）下列的交通工具不是利用热机工作的是（　　） A．中国自主生产的C919大型客机 B．载重巨大的远洋货轮 C．为空间站提供运输服务的运载火箭 D．畅销全球的中国电动汽车 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】热机工作过程中的能量转化、热机的种类 【详解】C919大型客机、远洋货轮、运载火箭工作时，都要消耗燃料，将内能转换为机械能，所以都是利用热机工作的；电动汽车工作时，消耗电能，将电能转化为机械能，不是利用热机工作的，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 知识点2：热机的种类 1.汽油机的构造与工作过程 汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 ①汽油机的构造 ②汽油机的工作过程 汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程（也叫做“行程”）。常见的汽油机要能正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。 每个工作循环四个冲程，飞轮转两圈，活塞往复两次，对外做功一次。 在四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。压缩冲程是将机械能转化为内能。 2.柴油机的构造与工作过程 柴油机是以柴油为燃料的内燃机。 ①柴油机的构造 柴油机的气缸顶部没有火花塞，而是装有喷油嘴。 ②柴油机的工作过程 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入气缸内的只有空气； 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩空气，使空气的温度升高； 做功冲程：从喷油嘴喷出雾状柴油，遇到高温空气燃烧，从而形成高温、高压气体推动活塞向下，对外做功； 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。 3.柴油机与汽油机的区别 ①构造上，汽油机的气缸顶部是火花塞，柴油机的气缸顶部是喷油嘴； ②吸气时，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入的只有空气； ③点燃方式，汽油机是火花塞产生火花，点燃式，而柴油机是压缩空气到高温，然后喷出雾状柴油，压燃式。 ④柴油比汽油便宜，柴油机在效率上比汽油机高，但柴油机笨重，成本较高，工作噪音也较大。随着新技术的进步，这些缺点得到了很好的解决，柴油机在节能和二氧化碳排放方面优势明显。 【典例1】（25-26九年级上·云南昆明·期中）如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中正确的是（　　） A．甲冲程是依靠飞轮的惯性运转的 B．汽油机吸气冲程吸入的物质只有空气 C．汽油充分燃烧，可以提高汽油机的效率 D．一个工作循环中四个冲程的正确顺序是：丙、甲、丁、乙 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】汽油机的构造与工作过程、提高热机的效率的方法 【详解】A．甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，在四冲程内燃机中，只有做功冲程对外做功，而吸气、压缩、排气三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的，故A错误； B．在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，故B错误； C．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，汽油燃烧越充分，同样质量的汽油放出的热量越多，转化为有用功的能量也越多，因此可以提高汽油机的效率，故C正确； D．乙图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程；丁图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程；所以，该内燃机一个工作循环有四个冲程正确的顺序是丁、乙、甲、丙，故D错误。 故选C。 【典例2】（2025·广东深圳·中考真题）晓凤同学提出问题：收割机用四冲程柴油机提供动力，其中压缩冲程过程中，柴油机汽缸内气体（　　） A．质量变大 B．内能减小 C．体积变大 D．温度升高 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】柴油机的构造与工作过程 【详解】四冲程柴油机中的压缩冲程，活塞向上移动，汽缸内气体体积变小，气体质量不变，压缩冲程将机械能转化为内能，内能变大，温度升高，故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 【变式1】（25-26九年级上·北京·期中）如图是我国古代发明的取火器模型图，把推杆迅速推入牛角套筒时，套筒内空气被压缩，推杆前端的艾绒被点燃。下列汽油机工作四冲程中原理与取火器原理相同的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【难度】0.65 【知识点】通过做功改变物体内能时，能量的转化、汽油机的构造与工作过程 【详解】把推杆迅速推入牛角套筒时，压缩套筒内空气做功，机械能转化为空气内能，空气内能增大，温度升高，达到艾绒燃点而燃烧，这与汽油机的压缩冲程相同，A图两个气门都关闭，活塞向上，是压缩冲程，B图进气门开，排气门关，活塞向下是吸气冲程，C图进气门关，排气门开，活塞向上是排气冲程，D图两个气门都关闭，活塞向下是做功冲程，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选A。 【变式2】（24-25九年级下·湖北省直辖县级单位·期中）小红到乡村参加劳动实践，发现农用拖拉机使用的是柴油机，其结构原理如图，关于其四冲程柴油机的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的只有空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走的能量最少 【答案】A 【难度】0.85 【知识点】柴油机的构造与工作过程 【详解】A．柴油机在吸气冲程中，进气门开启，排气门关闭，活塞向下运动，吸入气缸的是空气，故A正确； B．在柴油机的压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内的空气，使空气的温度升高、内能增大。此过程中是将活塞的机械能转化为空气的内能，由于此时还没有喷入柴油，所以不存在柴油和空气混合物，故B错误； C．做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞向下运动，带动曲轴旋转对外做功，将内能转化为机械能的过程，不是依靠飞轮的惯性完成的。而吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的惯性来完成的，故C错误； D．因为燃料燃烧后产生的废气温度较高，含有大量的内能，这些内能随着废气的排出而损失掉。在柴油机的能量损失中，排气冲程中废气带走的能量是主要部分之一，故D错误。 故选A。 【变式3】（25-26九年级上·海南·期中）如图是四冲程汽油机的一个工作循环示意图。该汽油机的铭牌上标有1200r/min。下列说法中正确的是（　　） A．汽油机完成一个工作循环的顺序是丁、丙、甲、乙 B．丁是吸气冲程，吸进的物质是空气 C．此汽油机正常工作每秒对外做功10次 D．汽车急刹时，轮胎与地面摩擦温度会升高，能量转化过程与丙图相同 【答案】C 【难度】0.4 【知识点】汽油机的构造与工作过程、热机工作过程中的能量转化 【详解】A．根据四冲程内燃机工作原理，各冲程判断如下： 甲图：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。 乙图：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程。 丙图：进气门和排气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程。 丁图：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程。 一个工作循环的正确顺序是：吸气、压缩、做功、排气，即丁→甲→丙→乙。题中顺序为丁、丙、甲、乙，故A错误； B．丁是吸气冲程，汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，而不是纯空气，故B错误； C．由题意可知，汽油机的转速为，每秒转速为 四冲程汽油机在一个工作循环中，曲轴转动2圈，飞轮转动2圈，对外做功1次。因此该汽油机每秒对外做功的次数为10次，故C正确； D．汽车急刹时，轮胎与地面摩擦，克服摩擦力做功，将机械能转化为内能，导致轮胎温度升高。丙图是做功冲程，是高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。这两个过程的能量转化方向正好相反，故D错误。 故选C。 知识点3：热机效率 1.热机效率的概念 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。用字母η表示， η= ×100% ，汽油机的效率为20%-30%，柴油机的效率可达45%。 2.热机燃料燃烧能量走向示意图 3.加热效率的计算 ×100% ，例如计算燃气灶烧水的热效率，先计算水吸收的热量Q吸=cm ，再根据热值计算出燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm，最后计算效率。 4.热机效率的计算 ×100% ，先计算热机所做的有用功，再计算燃料完全燃烧放出的热量，最后计算热机效率。 5.提高热机效率的方法 提高热机效率的方法有：让燃料充分燃烧、减小部件间的摩擦、减小废气带走的热量等。 【典例1】（25-26九年级上·吉林长春·期中）内燃机的能量流向图如图所示，则内燃机的效率为（　　） A．28% B．31% C．34% D．62% 【答案】C 【难度】0.94 【知识点】热机效率的定义、热机燃料燃烧能量走向示意图 【详解】 热机的效率是指用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的百分比。 根据题中内燃机的能量流向图可知，燃料完全燃烧产生的总能量为100%，其中转化为有用功的能量占34%，即热机效率为34%，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选 C。 【典例2】（25-26九年级上·湖南湘潭·期中）氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点。国家发改委、国家能源局联合印发《氢能产业发展中长期规划2021-2035年》。目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用，如图为一辆中国设计制造的氢能源公交车。[c水=4.2×103J/（kg·℃），q氢=1.4×108J/kg]。求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为多少？ (2)若不计热量损失，这些热量能使多少质量的10水温度升高至50℃？ (3)此氢能源公交车以140kW的恒定功率做匀速行驶，汽车的速度为20m/s，如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量的60%用来做机械功，则这些热量能让该公交车匀速行驶的距离。 【答案】(1) (2)500kg (3)3600m 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）氢燃料完全燃烧放出的热量为 （2）若不计热量损失，水吸收的热量等于氢燃料完全燃烧放出的热量， 水的质量 （3）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为 公交车获得的有用功 已知公交车的功率 由 可知，公交车匀速行驶时受到的牵引力 公交车行驶的距离 【变式1】（25-26九年级上·上海·期中）图是某辆汽车发动机的能量分配图，由图可知该发动机的热机效率为 %；若减少摩擦损耗，发动机的热机效率将 ；若燃油燃烧不充分，燃油的热值 ，（后两格均选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 30 变大 不变 【难度】0.65 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热机效率的定义、提高热机的效率的方法 【详解】[1]如图为发动机工作时的能量流向图，可得该发动机的效率为 [2]热机效率指的是热机所做的有用功占燃料完全燃烧释放的热量的百分比，摩擦损耗属于额外功部分，若减少摩擦损耗，发动机的热机效率将变大。 [3]热值是燃料的属性，与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃料是否完全燃烧无关，所以当燃油燃烧不充分时，燃油的热值不变。 【变式2】（25-26九年级上·四川德阳·期中）某家庭暖气管道中装有1t水，加热一段时间后，水温升高了40℃，此过程中水吸收了 J的热量。若这些热量由热值为2×107J/kg的燃料完全燃烧获得，其加热效率为42%，则所需燃料的质量为 kg。 【答案】 1.68×108 20 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】[1]1吨水合1000kg，水吸收热量为 [2]燃料放热 所需燃料的质量为 【变式3】（25-26九年级上·内蒙古包头·期中）在制作简易热机模型的活动中，小星和小葱同学分别展示了自己制作的热机模型，并进行了相关的研究。 (1)图甲是小星设计的蒸汽机模型。密封的易拉罐装有适量的水，利用酒精灯加热，当有蒸汽喷出时，手中的风车转动。此过程的能量转化：化学能→ → ；该模型存在的不安全因素是 ； (2)图乙是小葱制作的内燃机模型。用喷雾器往瓶内喷入适量酒精，启动电子打火器点燃酒精，活塞瞬间弹出。这个热机模型中，工作物质是 ，电子打火器相当于汽油机的 ； (3)同学们了解到，蒸汽机比内燃机的效率低很多，其主要原因是 。 【答案】(1) 内能 机械能 易拉罐可能因压强过大而爆炸 (2) 酒精 火花塞 (3)蒸汽机的废气带走了大量的能量 【难度】0.65 【知识点】通过做功改变物体内能时，能量的转化、汽油机的构造与工作过程、热机工作过程中的能量转化、热机效率的定义 【详解】（1）[1][2]酒精灯燃烧酒精，将化学能转化为内能（加热水汽化成水蒸气）；水蒸气喷出推动风车转动，将内能转化为机械能。 [3]用酒精灯加热密封的易拉罐，内部蒸汽压强增大，容易导致易拉罐炸裂，存在安全隐患。 （2）[1]热机中参与能量转化的物质是酒精（酒精被喷成雾状，点燃后发生能量转化）。 [2]汽油机的火花塞在压缩冲程末产生电火花，点燃汽油和空气的混合物，而电子打火机在这里起到了点燃酒精的作用，相当于汽油机的火花塞。 （3）蒸汽机的废气带走大量能量（内能），能量损耗多；而内燃机的能量利用更集中，因此蒸汽机效率远低于内燃机。其主要原因是蒸汽机的废气带走了大量的能量（或能量损耗大）。 知识点4：燃料的利用和环境保护 1.热机与环境 现代热机的出现，虽然改进了人类的工作方式和生活条件，但是排放出的废气不仅使全球升温，而且含有各种对人类有害的物质，污染环境。减少热机排放出的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。越来越多的新技术、新材料、新工艺的出现，都有利于节能减排和环境保护。 2.火箭的构造与工作原理 我国的长征系列火箭 火箭使用热值大的液氢燃料，燃料燃烧产生高温高压的燃气推动火箭升空，化学能转化成内能再转化为机械能。 【典例1】（2022·湖南衡阳·中考真题）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机的大量使用会造成环境污染 D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】内能的概念、汽油机的构造与工作过程、燃料的利用和环境保护、热机效率的定义 【详解】A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误； B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误； C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确； D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【变式1】随着电池技术的发展和环保意识的增强，德国宝马公司或许将旗下多款车型全面搭载48V轻混系统（汽车启动及低速时采用48V电力驱动，在高速时转化为传统燃油提供动力）。对于宝马汽车，下列说法正确的是（　　） A．宝马轻混系统是为了追求时尚潮流 B．燃油发动机是一种热机 C．48V轻混汽车完全没有污染 D．主要是通过热传递改变汽车的动能 【答案】B 【难度】0.65 【知识点】通过做功改变物体内能时，能量的转化、热机与环境保护、能源消耗对环境的影响 【详解】A．宝马轻混系统是为了减少污染物的排放，保护换将，并不是追求时尚潮流，故A错误； B．燃油发动机为汽油机，是一种热机，故B正确； C．48V轻混汽车在高速时转化为传统燃油提供动力，会有污染物的排放，所以并不是完全没有污染，故C错误； D．主要是通过电动机或发动机对外做功改变汽车的动能，故D错误。 故选B。 【变式2】（25-26九年级上·陕西·期中）下列关于热现象说法正确的是（　　） A．热机的大量使用有利于环境的保护 B．现代火箭用液态氢作燃料，是因为氢的比热容大 C．火箭是一种新型的热机，是人类征服宇宙空间的工具 D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】热传递的条件和方向、火箭的构造与工作原理、热机与环境保护、热值的概念、单位和物理意义 【详解】A．热机大量使用会排放废气等污染物，不利于环境保护，故A错误； B．现代火箭用液态氢作燃料，是因为氢的热值大，而非比热容大，故B错误； C．火箭通过燃料燃烧将内能转化为机械能，属于热机，是人类探索宇宙空间的工具，故C正确； D．热量总是从温度高的物体向温度低的物体传递，而非从内能大的物体向内能小的物体传递，故D错误。 故选C。 【变式3】下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机都是使用汽油作燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】内能的概念、热机与环境保护、热机的种类、热机效率的计算 【详解】A．热机工作时，排出的尾气带走了大部分内能.A说法不正确． B．热机工作时由于要克服机械间的摩擦做额外功、同时也存在热散失、并且废气带走大部分能量，所以热机的效率很低，不能达到100%.B说法不正确． C．热机中煤炭、汽油、柴油、天然气、氢气等燃料都可使用.C说法不正确． D．热机工作时，燃料燃烧放出的废气会造成环境污染，所以热机的大量使用会造成环境污染.D说法正确． 【方法技巧】 方法技巧1 运用对比法识别冲程 (1)区分吸气冲程与排气冲程：只需看打开哪个气门。 (2)识别做功冲程与压缩冲程：在确定两个气门都关闭的前提下，只需看活塞的运动情况，活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。 方法技巧2 汽油机和柴油机的辨析 和汽油机相比，柴油机的压缩冲程更充分，压缩冲程末气缸内的压强更大，温度更高，已超过了柴油的着火点，此时喷油嘴喷出雾状柴油，燃料燃烧更充分，通过做功获得的动力更大。 方法技巧3 热机效率 1. 热机效率是一个比值，与功率大小、消耗燃料多少、转速快慢等因素无关。 2. 热机的效率越高意味着消耗相同质量的燃料输出的有用功越多。 利用公式理解减少能量损失可以提高热机效率： η＝W有用/Q放＝（Q放－Q损）/Q放＝1－Q损/Q放 【巩固训练】 1．（25-26九年级上·广东深圳·期中）如图所示，神舟飞船返回舱在穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，将机械能转化为 。如图汽油机四个冲程中，图 的原理与其相同（选填“甲”、“乙”、“丙”、“丁”）。 【答案】 内能 乙 【难度】0.85 【知识点】通过做功改变物体内能时，能量的转化、热机工作过程中的能量转化 【详解】[1][2]神舟飞船穿越大气层返回地面时，与大气层摩擦，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，飞船的温度升高。图甲中进气门打开，排气门关闭，为吸气冲程；图乙中的进气门和排气门都关闭，且活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能；图丙中的进气门和排气门都关闭，火花塞点燃，且活塞向下运动，是做功冲程，将内能转化为机械能；图丁中进气门关闭，排气门打开，为排气冲程；如图汽油机四个冲程中，图乙的原理与其相同，故图乙符合题意。 2．（25-26九年级上·江苏苏州·期中）如图，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，棉花会燃烧起来。该过程中的能量转化过程与图 装置相同。已知某单缸汽油机每秒对外做功25次，则它的飞轮转速为 。 【答案】 乙 3000 【难度】0.65 【知识点】做功改变物体的内能、通过做功改变物体内能时，能量的转化、汽油机的构造与工作过程、热机工作过程中的能量转化 【详解】[1]该实验中，用力下压活塞，对筒内空气做功，机械能转化为内能，使筒内空气温度升高，达到棉花的燃点时棉花燃烧。图甲中水蒸气的内能对塞子做功，将内能转化为机械能；图乙为内燃机的压缩冲程，将机械能转化为内能。因此图乙的能量转化与压缩空气引火仪的能量转化相同。 [2]对于单缸汽油机，每完成一个工作循环，经历四个冲程，飞轮转2圈，对外做功1次。若每秒做功25次，则飞轮每秒转50圈，则每分钟转50r/s×60s=3000r 3．（25-26九年级上·新疆吐鲁番·期中）下列生活中机械的动力装置不是热机的是（　　） A．柴油拖拉机 B．C919大飞机 C．燃油小汽车 D．共享自行车 【答案】D 【难度】0.94 【知识点】热机的种类 【详解】ABC．热机是利用内能做功，将内能转化成机械能的装置，柴油拖拉机、C919大飞机、燃油小汽车的动力装置都是通过燃烧燃料产生内能，再转化为机械能来获得动力的，故ABC不符合题意； D．共享自行车不消耗燃料，人骑自行车时将体内的化学能直接转化为机械能，故D符合题意。 故选D。 4．（25-26九年级上·广东肇庆·期中）如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．甲图冲程活塞运动时，有明显内能转化为机械能的过程 B．乙图冲程能获得动力 C．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程 D．丁图冲程是产生额外功的主要原因 【答案】A 【难度】0.85 【知识点】汽油机的构造与工作过程 【详解】A．甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将燃气的内能转化为机械能，故A正确； B．乙图中进气门打开，活塞向下运行，是吸气冲程，而获得动力的是做功冲程，故B错误； C．丙图中排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，而做功冲程存在化学能转化为内能的过程，故C错误； D．丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，不是产生额外功的主要原因，故D错误。 故选A。 5．（24-25九年级上·湖南永州·期中）如图所示是四冲程柴油机的剖面图，关于柴油机四个冲程的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中吸入汽缸的是空气 B．压缩冲程中机械能转化为柴油和空气混合物的内能 C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【答案】A 【难度】0.65 【知识点】柴油机的构造与工作过程 【详解】A．在柴油机的吸气冲程中，吸入空气，柴油是在压缩冲程末通过喷油嘴喷入汽缸的。故A正确； B．在柴油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩汽缸内的空气，使其温度和压力都升高。这个过程中，机械能（活塞的动能）被转化为空气的内能。但需要注意的是，此时汽缸内还没有柴油，所以不能说机械能转化为“柴油和空气混合物”的内能。故B错误； C．柴油机的做功冲程是当汽缸内的柴油被高温高压的空气点燃后，迅速燃烧产生大量高温高压的燃气，推动活塞向下运动，从而输出机械能。这个过程并不是依靠飞轮的惯性完成的。故C错误； D．在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。 故选A 。 6．（2025·天津·中考真题）我国在柴油机的研制上已将本体热效率突破53%。在柴油机的四个冲程中，内能转化为机械能的是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】柴油机的构造与工作过程 【详解】柴油机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 7．（24-25九年级上·云南楚雄·期末）随着我国农业机械化水平提高，各类型柴油机农业机械已成为种植、收割粮食的主要工具。如图所示，耕地机正在农田里耕地。下列说法正确的是（　　） A．柴油机工作时将柴油的化学能全部直接转化为机械能 B．柴油机的做功冲程将机械能转化为内能 C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大 D．随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值变小 【答案】C 【难度】0.65 【知识点】水的比热容特点及应用、柴油机的构造与工作过程、热值的概念、单位和物理意义 【详解】A．由于存在热量散失，柴油机工作时将柴油的化学能转化为内能，内能不会全部转化为机械能，故A错误； B．柴油机的做功冲程将内能转化为机械能，压缩冲程将机械能转化为内能，故B错误； C．耕地机的柴油机使用循环水冷却是因为水的比热容大，与质量相同的其他物质相比，在降低相同温度时，水能带走更多的热量，有效地降低柴油机的温度，故C正确； D．热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，所以随着油箱内柴油质量的减小，柴油的热值不变，故D错误。 故选C。 8．（25-26九年级上·广东深圳·期中）阅读短文回答问题： 从火车到火箭 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机，最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在气缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机体型笨重不便于使用，交通运输的发展迫切需要轻便的热机。于是，内燃机应运而生。内燃机分为汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的，内燃机行驶时不需要携带很多的水和煤，不但轻便，效率也提高了。 早期的飞机是由内燃机提供动力的，从上世纪40年代开始，飞机上越来越多的使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力，在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便。 喷气式发动机中自带燃料和氧化剂的，叫火箭喷气发动机，它工作时不需要空气中的氧气，可以在大气层外工作，能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。 根据材料内容，请回答下列问题： (1)在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次 （选填“增大”或“减小”）。 (2)某单缸四冲程汽油机正常工作时，飞轮转速是，汽油机每秒曲轴转 周，对外做功 次。 (3)若汽油机每分钟消耗0.02kg汽油，已知该汽油机的效率是，则该汽油机每分钟浪费的能量是 J。（汽油的热值为） (4)下列措施中能提高热机效率的是______。 A．尽量减少热机部件间的摩擦 B．尽量增加热机的工作时间 C．尽量燃烧一些热值大的燃料 D．尽量增加所用燃料的质量 【答案】(1)减小 (2) 40 20 (3)5.4×105 (4)A 【难度】0.65 【知识点】汽油机的构造与工作过程、热机的种类、热机效率的计算、提高热机的效率的方法 【详解】（1）根据材料中“在功率相同时，喷气发动机比内燃机更轻便”可知，在功率相同时，蒸汽机、内燃机、喷气发动机的重力依次减小。 （2）[1][2]汽油机在一个工作循环，飞轮转两圈，四个冲程，对外做功一次。已知飞轮转速是2400r/min，即40r/s，则汽油机每秒完成20个工作循环，对外做20次功，完成80个冲程。 （3）已知汽油机每分钟消耗0.02kg汽油，则汽油完全燃烧放出的热量为 已知该汽油机的效率是40%，则该汽油机每分钟浪费的能量为 （4）A．减少热机部件间的摩擦可以减少热量的损失，减小额外功，从而提高热机效率，故A符合题意； BCD．增加热机的工作时间、尽量燃烧一些热值大的燃料和增加所用燃料的质量，不能提高燃料的利用率或减小热量损失，不能提高热机效率，故BCD不符合题意。 故选A。 9．（25-26九年级上·甘肃庆阳·期中）如图是某汽车的汽油机的主要能量流向和相关参数图，则下列说法正确的是（　　） A．冷却水带走的能量占比最多 B．减少机械摩擦不能提高汽油机的机械效率 C．汽油在燃烧时热值变小 D．该汽油机的效率为30% 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、热机燃料燃烧能量走向示意图、热机效率的计算、提高热机的效率的方法 【详解】AD．由图可知，废气带走的能量占比为33%，冷却水带走的能量占比为30%，摩擦与辐射带走的能量占比为7%，故有用机械能所占比为 即该汽油机的效率为30%，且废气带走的能量占比最多，故A错误，D正确； B．减少机械摩擦可以降低能量的损失，能提高汽油机的机械效率，故B错误； C．燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料的质量无关，故汽油在燃烧时其热值大小不变，故C错误。 故选D。 10．（25-26九年级上·广东广州·期中）发动机是汽车的核心部件，发动机的质量好坏决定了整车的性能和品质，现代汽车发动机主要分汽油机与柴油机两类。 (1)图1的d所示为汽油机 （选填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）冲程，将 能转化为 能。图2是汽油机的能量流向图，其热机效率为 （用图2中的物理量符号表示）； (2)如图3为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机___________（填字母） 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．损耗的能量较少 (3)由图2、图3可知汽油机的效率比较低，以下措施不能提高汽油机效率的是 （填序号） ①使燃料更充分燃烧②减少机械间的摩擦 ③尽量选用功率更大的发动机④将燃烧排出的废气再利用 (4)A、B、C三台汽油机中燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出的机械能的柱状图如图4所示，则 （选填“A”“B”或“C”）汽油机的效率最高，消耗质量相同的燃料时， （选填“A”“B”或“C”）汽油机输出的机械能最多。 【答案】(1) 压缩 机械 内 (2)B (3)③ (4) B B 【难度】0.65 【知识点】汽油机的构造与工作过程、热机工作过程中的能量转化、热机效率的定义、热机效率的计算、提高热机的效率的方法 【详解】（1）[1][2][3]图1的d所示的冲程，两个气门都关闭，活塞向上运动，故为压缩冲程，将机械能转化为内能。 [4]热机效率的定义是热机对外做的有用机械能与燃料完全燃烧放出的总能量之比。由汽油机能量流向图可知，总能量用E表示，有用机械能用E2表示，因此其效率为 （2）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 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 即，故CD不符合题意。 故选B。 （3）①使燃料更充分燃烧，可以让燃料释放出更多的能量用于做有用功，从而提高热机效率； ②减少机械间的摩擦，可以减少额外功的消耗，使更多的能量用于做有用功，提高热机效率； ③功率是表示做功快慢的物理量，选用功率更大的发动机并不能改变热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量的比值，即不能提高热机效率； ④将燃烧排出的废气再利用，可以充分利用燃料释放的能量，提高热机效率。 故③符合题意，所以答案为③。 （4）[1]从柱状图中可以看出，B汽油机输出的机械能与燃料完全燃烧释放的内能之间的比例最大，因此B汽油机的效率最高。 [2]由于B汽油机的效率最高，当消耗相同质量的燃料时，B汽油机输出的机械能最多。 11．（25-26九年级上·广东深圳·期中）随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具。某物理小组的同学在社会实践活动中，通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。 (1)刹车时为防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片喷水，这是通过 方式改变刹车片的内能； (2)当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）； (3)汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程，靠飞轮惯性完成 个冲程； (4)若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 ； (5)截至2022年，我国汽车的保有量已突破3亿辆，每年共耗油约。汽车内燃机的效率平均值取，如果能把内燃机的效率提高，则我国每年可以节约 kg燃油，从而减小碳排放，为环保作出贡献。 【答案】(1)热传递 (2)降低 (3) 15 45 (4)12.5% (5) 【难度】0.65 【知识点】热传递改变物体的内能、汽油机的构造与工作过程、热机效率的计算 【详解】（1）改变物体的内能有做功和热传递两种方式，做功是能量的转化过程，热传递是能量的转移过程。防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片和轮胎喷水，利用水的比热容较大，相同情况下能吸收更多的热来降低刹车片的温度，这是通过热传递的方式改变刹车片的内能。 （2）汽油在发动机内燃烧不充分时消耗燃料质量增加，由可知，消耗能量将会增加，又根据，有用功的占比下降，故热机的机械效率降低。 （3）[1][2]单缸四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功。已知四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min=30r/s 所以此汽油机每秒转30圈，可完成15个工作循环，60个冲程，对外做15次功。内燃机的做功冲程不靠飞轮惯性完成，其余三个冲程靠飞轮惯性完成，故每秒靠飞轮惯性完成60-15=45个冲程。 （4）由题意知，汽车的能量转化效率为 （5）因为内燃机效率提高2%，所以此时内燃机的效率 因为内燃机效率提高后有用功是相同的，由 可得，则提高效率后燃烧燃料的质量 我国每年可以节约燃油的质量 12．（25-26九年级上·广东广州·期中）跨学科实践：小小汽轮机 某小组的同学们在项目化学习过程中，制作了如图所示的器具研究热机原理。实验时向烧瓶内部注入适量的水，塞上带导气管的塞子。将导气管的另一端管口对准叶轮的叶片。点燃酒精灯，当导气管出气口有蒸气喷出时，叶片就转动起来。 (1)该装置工作时，涉及多处能量转化或转移，请仿照示例写出一例。 【示例】现象：酒精灯加热水使水温升高。 能量转化或转移：通过热传递使内能发生了转移。 现象： 。 能量转化或转移： 。 (2)实验时若叶轮不转动，原因： ，解决办法： 。 (3)这种热机的效率能不能达到100%？请你说明判断的理由： 【答案】(1) 蒸汽推动叶轮转动 蒸汽的内能转化为叶轮的机械能 (2) 蒸汽产生的动力不足 增大酒精灯火焰，产生更多蒸汽 (3)见详解 【难度】0.65 【知识点】热机工作过程中的能量转化、热机效率的定义 【详解】（1）[1][2]蒸汽从管口喷出具有内能，推动叶轮使其转动起来，叶轮获得了机械能，这是内能向机械能的转化过程。 现象：蒸汽推动叶轮转动。 能量转化或转移：蒸汽的内能转化为叶轮的机械能。 （2）[1][2]如果叶轮不转动，可能是蒸汽产生的动力不足，增大酒精灯火焰可以使水更快地沸腾产生更多蒸汽，从而增大蒸汽的动力；可能是装置漏气，蒸汽的压力减小，导致无法推动叶轮转动，检查装置气密性，使烧瓶、塞子和导气管的密封良好。 （3）在热机工作过程中，燃料燃烧放出的能量，一部分用来做有用功推动叶轮转动，但是还有一部分能量会散失到周围环境中（如向外界散热、克服机械间的摩擦等），所以热机效率不能达到100%。 13．（25-26九年级上·吉林长春·期中）垃圾分类有利于资源的回收再利用，焚烧垃圾可以实现综合热利用。某垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾4600t。如果1t垃圾焚烧时能产生2×109J的电能。 (1)每日处理的垃圾产生的电能，相当于多少汽油完全燃烧所放出的能量 ?（汽油的热值取4.6×107J/kg）（写出必要的文字叙述、表达式和最终结果） (2)某型号汽油机的能量流向如图所示，则该汽油机的效率为 。若将（1）中计算得出的这些汽油用于该汽油机，则汽油机实际输出的有用功是多少 ?（写出必要的文字叙述、表达式和最终结果） (3)利用垃圾发电和提高热机的效率具有多方面的积极意义。 （答出一条即可）。 【答案】(1) (2) (3)节约能源 【难度】0.65 【知识点】燃料的利用和环境保护、热值的公式及相关计算、热机燃料燃烧能量走向示意图、加热效率的计算 【详解】（1）每日处理的垃圾产生的电能 根据可知，完全燃烧汽油的质量为 （2）[1]由图可知，燃料完全燃烧放出的能量中有的有用功输出，所以该汽油机的效率为。 [2]汽油完全燃烧放出的热量为 则汽油机实际输出的有用功 （3）利用垃圾发电与传统的垃圾填埋处理方法相比可以节约能源。 14．（15-16九年级·广东肇庆·期末）亚飞家住市中心，奶奶嫌城市夏天太热而不住她家，这激发了她探究城乡温差原因的兴趣．她利用双休日时间和同学们一起在中午同一时刻测量了各个测试点的气温，并以此绘制出如图所示的“区域—温度”坐标图。 （1）从图中你发现 的温度最高，这种现象我们称为“城市热岛效应”； （2）亚飞想起陆游的一句诗“城市尚余三伏热，秋光先到野人家”，说明在陆游的那个时代人们已经察觉到城市暖于郊区。分析城市“热岛效应”的主要原因，一是工厂、交通工具排放大量的废气，释放出许多 ；二是建筑物、马路中的沙石、水泥的 小，在相同的日照条件下温度上升明显；三是城市的水面小，水吸热 （多/少）；四是楼群林立，难以形成对流； （3）如何减少城市环境的热污染，请你提出一条合理化建议： 。 【答案】 市中心 热量 比热容 少 增大绿化面积 【难度】0.65 【知识点】生活中的比热容问题、水的比热容特点及应用、燃料的利用和环境保护 【详解】[1]由图可以看出图中气温最高的是市中心，气温最低的是农田。 [2][3][4]引起热岛效应的原因有：工厂、交通工具等排放大量的废气，给空气带来大量的热量，使空气温度升高；城市建筑材料的沙石的比热容较小，质量相同时，根据可知，在相同的日照下（吸收相同的热量）温度上升较快；液体蒸发的快慢与液体的温度，液体的表面积和液体表面的空气流速有关，城市水面小，水蒸发慢，吸收热量少；建筑物较高，空气难以形成对流。 [5]由图可以看出图中气温最低的区域是农田，原因是水多，水的比热容又大，相同质量的水和沙石比较，吸收相同的热量，水的温度升高的少，使该区域气温较低；因此降低市中心环境气温的办法可以增大绿化面积、建人工湖等。 15．（25-26九年级上·广东广州·期中）按要求完成下列填空： (1)如图甲、乙是四冲程汽油机中某两冲程时的示意图，图乙是 冲程，它的原理与图 的演示实验相同（选填“丙”或“丁”），曲轴转动40圈，对外做功 次。 (2)汽油机的能量流向如图所示，以下说法正确的是 。（选填以下对应的序号） ①　　②　　③ ④热机效率　　⑤热机效率 【答案】(1) 做功 丁 20 (2)③⑤ 【难度】0.4 【知识点】汽油机的构造与工作过程、热机燃料燃烧能量走向示意图 【详解】（1）[1]根据题图可知，图乙中进气门和排气门都处于关闭状态，活塞向下运动，此时是做功冲程。 [2]图丙对应的是压缩冲程，将机械能转化为内能，丁图对应的是做功冲程，将内能转化为机械能，故它的原理与图丁的演示实验相同。 [3]四冲程汽油机1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；曲轴转动40圈，则对外做功20次。 （2）根据题图可知实际放出的热量E2=E4+E5+E6，故①错误； 燃料完全燃烧放出的热量E1=E2+E3=E4+E5+E6+E3，故②③错误； 热机效率等于有用机械能比燃料完全燃烧放出的热量则，故④错误，⑤正确。 故选③⑤。 16．（25-26九年级上·广西南宁·期中）无人驾驶汽车主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶了，发动机提供的牵引力为，消耗汽油。[，]求： (1)消耗的汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车发动机的效率； (3)若汽油完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可将多少千克的水从加热到？ 【答案】(1)8.4×107J (2)25% (3)1000kg 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）汽油完全燃烧放出的热量为 （2）牵引力做的有用功为 则汽车发动机的效率为 （3）由题意可知，水吸收的热量等于汽油完全燃烧放出的热量，则水吸收的热量为 水的初温为50℃，末温为70℃，则加热的水的质量为 17．（25-26九年级上·四川德阳·期中）一辆质量为1000kg的氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.15kg的氢气，此过程中汽车受到的阻力是重力的0.1倍。（氢气的热值取1.4×108J/kg）。则： (1)氢气燃烧产生的热量； (2)汽车的牵引力做的功； (3)汽车发动机的效率。 【答案】(1)2.1×107J (2)1.2×107J (3)57.1% 【难度】0.65 【知识点】功的计算和估算、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）氢气燃烧产生的热量为 （2）汽车的重力为 汽车在匀速行驶时，受到的力为平衡力，即汽车的牵引力等于受到的阻力，汽车受到的阻力是重力的0.1倍，则汽车受到的阻力为 汽车的牵引力做的功为 （3）汽车发动机的效率为 18．（25-26九年级上·海南·期中）为服务海南环岛旅游公路，某汽车公司研发了一款氢燃料电池大巴，该大巴用液氢作为燃料，储存在车身后部的超低温绝热储罐中，大巴的燃料电池将氢气的化学能转化为电能以驱动车辆行驶。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），氢燃料的热值约为1.4×108J/kg。求： (1)0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量； (2)在1标准大气压下，若第（1）问中放出的热量全部被质量为400kg，温度为55℃的水吸收，水升高的温度； (3)氢燃料可供该型号氢燃料电池大巴车以120kW的恒定功率匀速行驶350s，求该氢燃料电池大巴车的效率。 【答案】(1)8.4×107J (2)45℃ (3)50% 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）根据燃料完全燃烧放出热量的公式Q放 = mq代入数据得，0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放=0.6kg×1.4×108J/kg = 8.4×107J （2）根据题意，水吸收的热量Q吸=Q放= 8.4×107J。根据公式Q吸=cmΔt，水升高的温度 此时水的末温t=t0+Δt =55℃+50℃=105℃ 由于在1标准大气压下，水的沸点为100℃，所以水的末温最高只能达到100℃。因此，水实际升高的温度为Δt'=100℃-55℃=45℃ （3）根据功率公式可得，大巴车发动机所做的有用功W有用=Pt=120×103W×350s=4.2×107J 氢燃料完全燃烧放出的总热量Q总= Q放=8.4×107J，则该氢燃料电池大巴车的效率 19．（25-26九年级上·山东济南·期中）国家规定能效等级为2级的热水器，其热效率值不低于88%。李华想通过洗澡来估测一下他家新安装的能效等级为2级的燃气热水器是否达标，于是他将燃气热水器的温度设定在40℃（即水从热水器流出的温度），他家所用的花洒出水量为5kg/min，花洒出水10min时出水量为50kg，通过查看洗澡前后燃气表上显示的剩余气量得知此过程消耗燃气量为0.2m3，已知进入热水器的冷水温度为10℃，（水的比热容，天然气的热值），求： (1)此次水流经热水器时吸收的热量； (2)此时消耗的天然气完全燃烧放出的热量； (3)通过计算判定该款热水器能效等级是否达标。 【答案】(1) (2) (3)能效等级达标 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）根据已知条件可得，水吸收的热量为 （2）天然气完全燃烧放出的热量为 （3）热水器的热效率为 因 ，故该热水器能效等级达标。 20．（25-26九年级上·江苏苏州·期中）有一款家用即热式天然气热水器，它的加热效率为50%，热水器进水管水温为22℃，出水管水温为42℃，该状态下放出质量为20kg的热水。已知天然气的热值为，水的比热容为。求： (1)水吸收的热量？ (2)天然气完全燃烧放出的热量？ (3)消耗天然气多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）水吸收的热量为 （2）由可知，天然气完全燃烧放出的热量为 （3）由可知，消耗天然气的体积为 学科网（北京）股份有限公司 $