第14.3课时 热机的效率-2026-2027学年新九年级物理（人教版）暑假学习讲义

14.3课时 热机的效率 重点知识 1.燃料的热值： (1)定义：某种燃料 ① 放出的热量与其 ② 之比，用符号q表示。  (2)计算公式： ③ 。  (3)大小：在数值上等于1 kg某种燃料 ④ 放出的热量。  (4)单位： ⑤ ，读作 ⑥ 。  (5)氢的热值： ⑦ ，意义：1 kg氢 ⑧ 放出的热量是____⑨ J。  (6)气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量。单位： ⑩ ，读作 ⑪ 。  注　　意：热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关． 2．热机的效率 定　　义：用来做 ⑫ 的那部分能量，与燃料 ⑬ 放出的能量之比，叫做热机的效率． 计算公式：η＝×100% (2)提高效率的方法：减少 ⑭ 。  (3)提高燃料利用率的重要措施：利用 ⑮ 的能量。  注　　意：(1)热机效率反映的是热机对能量的利用率，它没有单位且总小于1；(2)热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关． 答案：①完全燃烧 ②质量 ③ ④完全燃烧 ⑤J/kg ⑥焦耳每千克 ⑦1.4×108J/kg ⑧完全燃烧 ⑨1.4×108J ⑩J/m3 ⑪焦耳每立方米 ⑫有用功 ⑬完全燃烧 ⑭热量损失 ⑮废弃 考点1 热值 1.定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值 2.单位：焦每千克，符号： 3.能量的转化：化学能→内能 4.热值的物理意义：表示燃料完全燃烧放热能力强弱的物理量。大小等于1kg的燃料完全燃烧放出的 热量。（和其他物理量例如速度、比热容等的物理意义表示方式相同） 5.的物理意义是：1m3的煤气完全燃烧释放出3.9×107J的热量。 的物理意义是：1kg的煤气完全燃烧释放出2.9×107J的热量。 说明：燃料分为固体、液体、气体燃料。 6.计算公式： （固体、液体） 变式： 单位： （气体） 变式： 单位： 7.热值、比热容、密度对比 热值q 比热容c 密度ρ 定义式 本质 燃料的一种特性，与放热、质量、是否完全燃烧没有关系。 物质的一种特性，与吸放热、质量、温度变化量无关。 物质的一种特性，与质量、体积无关。 决定因素 燃料的种类 物质的种类、状态 物质的种类、状态、温度 描述 不同燃料把化学能转化为内能的本领 不同物质吸热或放热的能力 单位体积的物质的质量多少 数值的物理意义 。1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3×107J C水=4.2×103J/(kg·℃)。1kg的酒精完全燃烧放出的热量4.2×103J ρ水=1×103kg/m3.表示1m3的水有103kg 考点2 热机的效率 1.热机的效率：热机用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 2.公式：（适用于液体、固体）、（适用于气体） 3.“三率”的区分及计算 公式 公式物理量的含义 燃料的利用率 炉子烧水的效率 （以水作为代表的一类液体） 水吸收的热量：；燃料完全燃烧时放出的热量： 热机的效率 汽车做的有用功：；汽油完全燃烧放出的热量为： 4.有关效率的几点解释： ①热机的效率总小于1，即燃料燃烧释放的热量不可能100%用来做有用功。 由于热机在工作过程中，总有能量损失，即总小于，所以热机的效率总小于1。通常情况下，蒸汽机的效率为6%——15%，汽油机的效率为20%——30%，柴油机的效率为30%——45%，柴油机的效率大于汽油机主要是因为柴油机在压缩冲程中压缩比比汽油机的大。 ②效率高低的含义表示的是有用功占总功的比值大，或者是燃料的利用率高，不能代表功率大，或总功多，或有用功多等 ③效率小于1的原因是：在燃料过程中①燃料未完全燃烧；②废气带走了很大一部分热量；③克服摩擦做功；④一部分热量消耗在散热上。 ④提高效率的举措：①让燃料充分燃烧；②把固体磨成粉；③加大送风量；④加大受热面积，减少烟气带走的热量；⑤将废气热量再次利用；⑥加润滑油。 对于燃料来说，热值是燃料优劣程度的体现，热值高的燃料，为优质燃料，热值低的燃料，为劣质燃料。 5.内燃机燃料燃烧能量走向图 重点过关练习题： 一、单选题（本大题共8小题，共24分） 1．[3分]如图所示，“长二丙”成功发射，完成了2023年长征系列运载火箭发射任务收官。火箭用液态氢作为燃料（　　） A．温度高 B．热值大 C．比热容大 D．热量多 2．[3分]一瓶煤油倒掉一半后，则剩下的一半（      ） A．比热容减小一半 B．密度减小一半 C．热值减小一半 D．比热容、密度、热值都不变 3．[3分]关于温度、内能、热量和热值，下列说法正确的是（　　） A．物体吸热，内能一定增加 B．物体的温度保持不变时，其内能一定保持不变 C．质量相同的两种燃料，完全燃烧时放出的热量越多，燃料的热值一定越大 D．温度高的物体具有的内能一定比温度低的物体具有的内能多 4．[3分]2026年3月25日，我国自主研发建造的新一代超大型油轮“君望”号交付使用，其排水量为30.7万吨。当油轮满载原油停靠码头时，下列说法正确的是（　　） A．漂浮在水面的油轮所受合力为零 B．制造油轮的钢铁密度小于水的密度 C．油轮满载时，油轮的重力大于它受到的浮力 D．油轮以经济速度行驶时，热机效率可达100% 5．[3分]2024年10月22日，我国使用“长征六号”运载火箭，成功将“天平三号”卫星发射升空，发射任务取得圆满成功。下列说法正确的是（　　） A．火箭上升时外壳温度升高，内能增大 B．燃料在燃烧过程中，其热值逐渐变小 C．火箭上升时外壳温度升高，所含热量增多 D．火箭的发动机在工作过程中效率可达100% 6．[3分]一瓶煤油用去四分之一，剩下的煤油（    ） A．密度、热值、比热容都不变 B．比热容、密度不变，热值减小 C．密度、热值不变，比热容减小 D．比热容、热值不变，密度减小 7．[3分]甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，下列说法正确的是（　　） A．甲种燃料比乙种燃料的热量少 B．完全燃烧mkg乙种燃料，刚好烧开一壶水，那么用mkg甲种燃料也能烧开这壶水 C．完全燃烧相同质量的两种燃料，乙种燃料放出的热量多 D．通风条件越好，供氧越充足，两种燃料的热值越大 8．[3分]涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是(　　) A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大 C．压气机压缩空气，空气的内能减小 D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能 二、填空题（本大题共5小题，共20分） 9．[4分]《三国演义》有“青梅煮酒”的典。若使质量1.8kg、初温20℃的酒升高到40℃，共消耗100g的干木柴，则干木柴完全燃烧放出的热量为__________ J，煮酒的热效率为_______ 。[c酒=3.4×103 J/(kg⋅℃)，q干木柴=1.2×107 J/kg] 10．[4分]汽油机在______冲程中将内能转化为机械能。若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为，效率为25%，则该汽油机在这段时间内消耗______kg的汽油（汽油的热值取）。 11．[4分]合理分类和利用垃圾能保护环境、变废为宝。在一定条件下，生活垃圾能“榨”出燃料油。若燃料油的热值为，某城市每天产生生活垃圾，则这些垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量为  。在标准大气压下，这些热量的被、的水吸收，则水温能升高  。 12．[4分]汽车发动机工作时会发热，用水来冷却使发动机散热，这是通过 的方式来改变发动机的内能。怠速指汽车不前进时发动机的转速。小轿车发动机的怠速在700~900r/min比较合理，某品牌小轿车发动机的怠速为840r/min，则该发动机怠速时1s内对外做功 次；该汽油机燃烧10kg汽油时，对外做的有用功为，该汽油机的效率为 。（q汽油=5×107J/kg） 13．[4分]氢燃料电池汽车输出功率50kW，工作2小时耗能 kW·h；若能量转化效率50%，则需消耗氢气 kg（氢热值1.44×10⁸J/kg）。 三、实验题（本大题共2小题，共20分） 14．[10分]某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值关系．实验时，他组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，点燃两盏油灯，并每隔1min记录了杯中水的温度（见下表）. （1）甲图中，在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是：先调整并固定 的位置，再调整并固定 的位置（选填 “A”或“B”）. （2）为保证实验结论的可靠性，实验时，除了两套实验装置相同外，还需要控制：① 、② . （3）通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 . （4）该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量，并根据记录的数据，利用公式Q 水吸 =c 水 m 水 （t－t 0 ）计算出了水吸收的热量，他认为“用这个热量与油料质量的比”就能准确地计算出煤油或菜籽油的热值．你认为他的计算结果可靠吗？ ，为什么？ . 15．[10分]小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。自己设计一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了图所示的装置进行实验，记录结果见下表： 燃料 加热前水的温度/℃ 燃料燃尽后的温度/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 (1)取质量 (选填“相等”或“不相等”)的煤油和菜籽油做燃料，制成煤油灯和菜籽油灯； (2)安装实验器材时，应按照 (选填“自下而上”或“自上而下”)的顺序安装。为了保证实验结论的可靠，小明同学应该选择两套完全相同的装置，在实验中还应控制温和 相同； (3)分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 ； (4)实验中燃料燃烧放出的热量，通过 (选填“做功”或“热传递”)的方式使内能增大。小明同学利用这种实验方案计算出煤油和菜籽油的热值，那么计算出的热值将比真实值 (选填“偏大”或“偏小”)。 四、计算题（本大题共2小题，共24分） 16．[12分]［2024安徽六安质检，中］如图所示是一款无人驾驶汽车，汽车自动驾驶时用激光测距器来了解周围的交通状况，用北斗卫星导航系统进行定位和导航，该车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离后，消耗汽油,汽油机（发动机）的效率为，在这段行驶过程中受到的平均阻力为［已知汽油的热值为,］。 （1） 若该汽车匀速行驶的速度为,则该汽车发动机此时的功率为多少？ （2） 消耗汽油，发动机做的有用功为多少？ （3） 假设该汽车在这次行驶过程中，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的，若这些废气带走的能量全部被质量为的水吸收，水升高的温度是多少？（水未沸腾） 17．[12分]新型混合动力汽车具有节能、低排放等优点。当混合动力汽车启动时，内燃机不工作，蓄电池向车轮输送能量，当需要高速行驶或蓄电池电能过低时，内燃机启动，既可以向车轮输送能量，又可以给蓄电池充电，车速与所受阻力的关系如图所示。在某次测试中，由内燃机提供能量，汽车以的速度匀速行驶了，求： （1）汽车以速度匀速行驶时的牵引力； （2）测试过程中牵引力做的功； （3）若所用燃料的热值为，测试过程中消耗8kg燃料假设燃料完全燃烧，则放出的总热量是多少； （4）若该次测试中内燃机的效率为，求此测试过程中蓄电池增加的电能。 五、综合题（本大题共1小题，共12分） 18．[12分]阅读短文，回答下列问题： 汽油机 汽油发动机是汽车的动力源，如图甲为四缸发动机，其工作原理：内燃机通过连杆把四个相同汽缸的活塞连在一根曲轴上，并使各汽缸的做功过程错开，飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在做吸气、压缩和排气工作。 （1）下列关于汽油机的说法中，正确的是 A．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气 B．汽油在发动机能燃烧越充分，其热值越大 C．汽油机的效率越高，所消耗的汽油热值越大 D．使汽油燃烧更充分，可以提高汽油机的效率 （2）某汽缸在某时刻的状态如图乙所示，此时为 冲程，是通过 方式改变燃料的内能； （3）某台四缸发动机，其输出功率随转速变化如图丙所示，转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数，当发动机的转速为4500r/min时，该发动机在1s内做功为 J；在每个做功冲程里，发动机做功为 J（保留一位小数）； （4）科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同。在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功后，水蒸气温度 （选填“升高”“降低”或“不变”），这款内燃机的第六冲程可看作四冲程内燃机的 冲程； （5）全球汽车保有量迅速增长，截止2023年，全球在用的汽车数量已突破15亿辆。汽车的燃料为汽油，每辆汽车每年耗油2100kg，汽车发动机的效率平均值取30%。如果把发动机的效率提高到35%，则每辆车每年节约 kg汽油。 参考答案 1．【答案】B 【详解】火箭用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢的热值大，完全燃烧放出的热量多。 2．【答案】D 【详解】因为物质的密度、比热容、热值是煤油的特性．将一瓶煤油倒掉一半，则留下的一半．煤油的种类和状态没变，所以密度、比热容、热值都不变． 故选D． 3．【答案】C 【详解】A．物体吸热时，若同时对外做功，内能可能不变或减少，故A错误； B．晶体熔化时吸收热量，温度不变时，内能增加，故B错误； C．热值的定义是燃料完全燃烧时放出的热量与质量的比值。质量相同且完全燃烧时，放热越多，热值越大，故C正确； D．内能还与质量、物质种类和状态有关，温度高但质量小的物体内能可能更少，故D错误。 4．【答案】A 【详解】A．漂浮在水面的油轮处于平衡状态，根据平衡状态的受力特点，物体所受合力为零，A正确； B．制造油轮的钢铁密度大于水的密度，B错误； C．油轮满载时处于漂浮状态，根据漂浮条件，油轮的重力等于它受到的浮力，C错误； D．热机工作过程中，会有废气带走热量、机械散热和摩擦损耗等能量损失，所以热机效率不可能达到100%，D错误。 5．【答案】A 【详解】A．火箭上升的过程中，克服摩擦力做功，温度升高，内能增大，故A正确； B．热值是燃料本身的一种性质，与质量的大小无关，故燃料在燃烧过程中，其热值不变，故B错误； C．热量为过程量，不能用“含有”描述，故C错误； D．使用任何机械都会有额外功，效率都不能达到100%，故D错误。 6．【答案】A 【详解】密度、热值、比热容都是物质的一种属性，与质量无关，故煤油用去四分之一，剩下的煤油密度、热值、比热容都不变，故A符合题意，BCD不符合题意。 7．【答案】C 【详解】A．热量是一个过程量，不能说物体含有热量的多少，所以甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，不能说甲种燃料比乙种燃料的热量少，故A错误； B．根据Q=mq可知，相同质量的甲乙两种燃料，乙种燃料完全燃烧放出的热量比甲种燃料完全燃烧放出的热量多，所以mkg乙种燃料刚好烧开一壶水，则mkg甲种燃料不能烧开这壶水，故B错误； C．根据Q=mq可知，相同质量的甲乙两种燃料，乙种燃料完全燃烧放出的热量比甲种燃料完全燃烧放出的热量多，故C正确； D．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，故D错误。 8．【答案】A 【详解】燃料燃烧越充分，发动机效率越高，故A正确；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与其他因素无关，燃料和压缩空气混合后，燃料的热值不变，故B错误；压气机压缩空气，对空气做功，空气的内能增大，故C错误；高温高压气体推动涡轮转动时，消耗内能，将内能转化为机械能，故D错误。 9．【答案】1.2×106；10.2% 【详解】根据燃料完全燃烧放热公式，将干木柴质量、热值代入，得 根据吸热公式，酒的温度变化量，酒吸收的热量 则煮酒的热效率为 10．【答案】做功；2 【详解】 汽油机在做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压的燃气，燃气推动活塞，将内能转化为机械能。 汽油完全燃烧放出的热量为，则汽油的质量为。 11．【答案】； 80 【解析】生活垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧释放出的热量；由得，水的质量，水吸收的热量，由公式得，水升高的温度。 12．【答案】热传递；7；28% 【详解】汽车发动机工作时会发热，用水来冷却，水吸收热量，内能增大，这是通过热传递的方式来改变发动机的内能。发动机正常怠速为840r/min=14r/s，即1s内飞轮转动14周，因为四冲程汽油机一个工作循环中，飞轮转动2周，对外做功1次，所以该汽油机1s内对外做功7次。10kg汽油完全燃烧释放的热量Q放=mq汽油=10kg×5×107J/kg=5×108J，该汽油机的效率。 【关键点拨】内燃机的四个冲程为一个工作循环，一个工作循环中曲轴飞轮转2圈，活塞往复运动两次，（在做功冲程中）对外做功一次。 13．【答案】100；5 【详解】根据功率的计算公式，可得消耗的电能W=Pt。已知汽车输出功率P=50kW，工作时间t=2h，将其代入公式，可得耗能W=Pt=50kW×2h=100kW·h 首先将消耗的电能单位换算为焦耳，因1 kW·h=3.6×106J 所以100 kW·h=100×3.6×106J=3.6×108J 由于能量转化效率为50%，根据效率公式，可得氢气完全燃烧放出的总能量 再根据燃料热值公式，可得需要消耗氢气的质量 14．【答案】 B； A； 两杯中水的质量相等、水的初温相同； 两灯中油的质量相等； 煤油； 不可靠； 油不能完全燃烧或油燃烧后放出的热量不可能全部被水吸收 【详解】 （1）实验中涉及加热的装置时，应按从下到上的顺序进行，所以安装器材时需要先固定B的位置，然后再调整A的位置． （2）根据控制变量的思想，为了保证实验的可靠性，需要控制水的质量和水的初温相同，保证两酒精灯中油的质量相等． （3）分析表格数据可知，甲杯水的温度升高的较快，即甲酒精灯燃烧产生的热量多，所以煤油的热值大； （4）火焰的热量会大量散失到空气中，不能完全被水吸收，且也不能保证燃料完全燃烧，所以计算出的热值偏小，不可靠． 故答案为 (1). B       (2). A       (3). 两杯中水的质量相等、水的初温相同       (4). 两灯中油的质量相等       (5). 煤油       (6). 不可靠       (7). 油不能完全燃烧或油燃烧后放出的热量不可能全部被水吸收 15．【答案】相等；自下而上；水的质量；煤油；热传递；偏小； 【详解】 (1)为了比较煤油和菜籽油的热值的大小，实验中应该使用控制变量法，需要控制煤油和菜籽油的质量相等。 (2)为了保证能用外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器壁和容器底，所以在安装实验器材时，应遵循自下而上的规则。 由于水吸收热量后升高的温度受水的质量影响，所以要控制水的初温和水的质量相同。 (3)相同质量的煤油和菜籽油加热相同质量和初温的水，由表中信息可知，用煤油加热的水升高的温度高，所以煤油放出的热量多，煤油的热值大。 (4)燃料燃烧放出热量，通过热传递的方式改变物体的内能。 在实验过程中，会存在一定热量的损失，所测的燃料燃烧放出的热量少，故利用此实验计算出的热值将比真实值偏小。 16．【答案】（1） 【解】汽车匀速直线行驶，根据二力平衡的条件，牵引力；则该车以的速度匀速行驶时，发动机的功率为。 （2） 汽油完全燃烧放出的热量为，汽油机的效率为，做的有用功：。 （3） 汽油完全燃烧放出的热量：，由题知，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的，且这些能量全部被水吸收，则水吸收的热量：，由得，水升高的温度：。 17．【答案】（1）4000N； （2）； （3）； （4） 【详解】（1）根据二力平衡条件，由图可知，汽车以速度匀速行驶时的牵引力 （2）测试过程中汽车行驶的路程 牵引力做的功 （3）测试过程中燃料放出的总热量 （4）内燃机的效率 解得，蓄电池增加的电能 18．【答案】（1）D；（2）压缩；做功；（3）8.5╳104J；566.7J；（4）降低；排气；（5）300 【详解】（1） A．汽油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，故A错误； B．热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出热量的多少和是否充分燃烧无关，故B错误； C．汽油机的效率越高是指燃料释放的内能转化为机械能的百分比越大，而与汽油的热值大小无关，故C错误； D．燃料燃烧更充分，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故D正确。 故选D。 （2）由图乙可知，两气门关闭，活塞向上运动，由此可知此冲程是压缩冲程。 在压缩冲程中，活塞对气体做功，将机械能转化为内能来改变燃料的内能。 （3）由图丙可知，由于发动机的功率与转速是一次函数关系，由数学知识可求得，当发动机的转速为4500r/min时，可求得发动机的功率是 由功率的含义可知，发动机1s内做功8.5×104J；由于发动机的转速是4500r/min，1s发动机转动75周，由于发动机是四缸发动机，每转动半周做功1次，所以发动机1s内做功150次，每个做功冲程时发动机做功 （4）在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，水蒸气温度降低；这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率。 一个工作循环最后一个冲程是排气冲程，所以为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是排气冲程。 （5）这些燃料完全燃烧放出的热量Q放=mq= 2.1×103kg×4.6×107J/kg=9.66×1010J 内燃机效率提高前后，有用功不变，则Q放η1= Q放′η2，提高效率后，做同样的有用功，汽油完全燃烧放出的热量，消耗汽油的质量，节约汽油的质量∆ m=m-m'=2100kg-1800kg=300kg 学科网（北京）股份有限公司 $