暑假预习作业06 热机的效率（预习培优）八年级物理新教材人教版

**基本信息** 以热值与热机效率为核心，通过“概念-计算-应用-易错”四层递进设计，系统提炼公式应用、三变量关系分析及效率提升方法，强化能量观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |知识梳理|核心原理+5辨析|热值与效率定义式应用、三变量控制法、能量损耗分析|从物理意义（属性vs性能）到计算方法（m/q与V/q），再到影响因素（燃烧充分度等）| |题型速练|7类31题|公式法（Q=mq/Vq）、图像分析法、效率比较技巧|覆盖概念辨析（5题）、基础计算（5题）、综合应用（图像/比较，8题）|

完成时间： 月 日 今日打卡：☐ 已完成 用时： min 自评勋章： 暑假预习作业06 热机的效率 目 录 01 知识积累 02 题型速练 一、燃料的热值及相关计算（共5小题）（易错★★） 二、热机效率基础概念（共5小题） 三、热机效率物理意义（共4小题） 四、热机效率影响因素与生活应用（共4小题）（易错★★） 五、热机效率基础计算（共5小题） 六、比较不同热机的效率高低（共4小题）（难★） 七、与热机效率相关图像分析（共4小题）（难★★★） 03 巩固提升练 04 能力培优练 知识梳理 先预习，再听课，快乐过暑假 一、热值与热机效率核心物理意义 1.热值物理意义：表示燃料燃烧放热本领的强弱。热值越大，相同质量（或体积）的燃料完全燃烧放出热量越多，放热能力越强。 2.热机效率物理意义：表示燃料释放的内能转化为有用机械能的利用率。效率越高，能量利用率越高，燃料利用越充分，能源浪费越少。 3.核心区别：热值是燃料属性，与机器无关；效率是热机性能，与燃料无关。 二、燃料热值的两种计算方法 方法 公式 适用范围 固体、液体燃料公式 Q放=mq 煤炭、酒精、汽油、煤油等质量型燃料 气体燃料公式 Q放=Vq 天然气、煤气等体积型气体燃料 注意：热值公式计算中，q为定值，只与燃料种类有关；质量、体积、燃烧是否充分，不改变燃料热值大小。 三、热值、热机效率变化规律（三变量关系） 1.当燃料质量/体积一定时，热值越大，燃料完全燃烧放出热量越多。 2.当燃料放热总量一定时，热机做的有用功越多，热机效率越高。 3.当有用功一定时，消耗燃料越少、总放热越少，热机效率越高。 4.燃料燃烧不充分，只会减少实际放热量、降低效率，不会改变燃料热值。 四、热机能量损耗与效率提升（简答） 1.热机能量损失四大途径 ①废气带走绝大部分热量（主要损耗）； ②机身向外散热； ③克服机械摩擦损耗能量； ④燃料未完全燃烧损失能量。 2.提高热机效率的常用方法 ①让燃料充分燃烧； ②减少机械摩擦损耗； ③减少机身散热； ④利用废气余热； ⑤定期保养、减小机械阻力。 题型速练 一题一思，查漏补缺，轻松迎开学 一、燃料的热值及相关计算（共5小题） 1.燃料的热值 （1）定义：我们把某种燃料______燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。 （2）定义式：______。其中，q表示燃料的热值，Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量。 （3）单位：焦每千克，符号是______。 （4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为，它表示1kg的木炭完全燃烧所放出的热量是。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （5）①固体（或液体）燃料完全燃烧产生热量的计算公式：______。Q表示热量（J），q表示热值（J/kg），m表示固体（或液体）燃料的质量（kg）。 ②气体燃料完全燃烧产生热量的计算公式：______。Q表示热量（J），q表示热值，V表示气体燃料的体积。 【答案】 完全 J/kg Q=qm 【详解】（1）[1]我们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。只有完全燃烧，燃料才能将自身所储存的化学能最大限度地释放出来，这样才能准确地衡量燃料燃烧释放热量的能力。 （2）[2]根据热值的定义，其定义式为。其中，q表示燃料的热值，Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量。 （3）[3]热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。它表示每千克燃料完全燃烧所放出的热量是多少焦耳。 （5）[4]由热值的定义式​变形可得，固体（或液体）燃料完全燃烧产生热量的计算公式Q=qm。 [5]对于气体燃料，其热值的定义是单位体积的气体燃料完全燃烧放出的热量，设气体燃料的热值为q，体积为V，完全燃烧放出的热量为Q，根据热值的定义可得​，变形可得Q=qV。 2.如图是《天工开物》中记载的古人炒蒸油料的场景。在“炒蒸油料”过程中，油料温度升高是通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式改变油料的内能。在加热过程中，木炭燃烧一半后，未燃烧的木炭热值将______（选填“变小”“变大”或“不变”）。 【答案】 热传递 不变 【详解】[1]在“炒蒸油料”过程中，油料吸收热量温度升高，是通过热传递的方式来改变内能的。 [2]热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，而与燃料的质量、是否完全燃烧等无关，所以木炭燃烧一半后，未燃烧的木炭热值不变。 3.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。如图，展示的是我国最大的垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾6000t，如果1t垃圾焚烧时能产生的电能，垃圾焚烧发电站每天获取的电能相当于完全燃烧_______天然气所放出的能量（）。家用燃气热水器“烧水”时，是通过_______的方式来增大水的内能，天然气燃烧越充分，放出的热量越多，天然气的热值_______（填“变大”或“不变”）。 【答案】 热传递 不变 【详解】[1]由题意可知，1t垃圾焚烧时能产生的电能，则垃圾焚烧发电站每天获取的电能 则这些能量需要燃烧天然气 [2]家用燃气热水器“烧水”时，水吸收热量，温度升高，内能增大，因此是通过热传递的方式增大水的内能。 [3]热值是燃料的固有特性，与燃料的种类有关，与其质量，是否完全燃烧等无关，因此天然气燃烧越充分，放出的热量越多，天然气的热值不变。 4.小明在厨房帮妈妈做饭，发现很多物理现象： (1)妈妈做包子的时候，面皮在手的捏压下变成花瓣般的褶状，说明力能改变物体的______。 (2)包子蒸熟后能闻到香味，这是______现象。 (3)若水壶中有2kg、20℃的水，则水的体积为______，天然气的热值是，假设无热量损失，把这壶水烧开（在标准大气压下），需要______的天然气。（） 【答案】(1)形状 (2)扩散 (3) 【详解】（1）面皮在手的捏压下变成花瓣般的褶状，即面皮在力的作用下，形状发生变化，所以说明力能改变物体的形状。 （2）包子蒸熟后能闻到香味，这是香味分子在不停地做无规则运动造成的，属于扩散现象。 （3）[1]2kg水的体积 [2]2kg、20℃的水烧开吸收的热量 无热量损失，需要完全燃烧天然气的体积 5.关于燃料的热值及能量守恒，以下说法正确的是（    ） A．燃料的质量越大，热值越大 B．燃烧某种燃料放出的热量，则这种燃料的热值为 C．燃料的热值与燃料的质量和燃烧状况无关 D．因为能量守恒，所以“永动机”可以制成 【答案】C 【详解】AC．燃料的热值仅与燃料的种类有关，与其质量、燃烧情况无关，如一堆煤和一块同样的煤的热值相同，故A错误，C正确； B．热值的定义：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的热值，热值的定义要求燃料‘完全燃烧’，题中并未说明，因此不能断定该燃料的热值就是”。故B错误； D．能量守恒定律指出：能量既不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转移和转化的过程中，总量保持不变。而永动机要求不消耗能量却能持续对外做功，这就要求机器在运行过程中“无中生有”地产生能量，显然违反了能量守恒定律，故D错误。 故选C。 二、热机效率基础概念（共5小题） 1.热机的效率 (1)定义：用来做______的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 (2)定义式：______。其中表示热机的效率，表示做有用功的能量，表示燃料完全燃烧放出的能量。 (3)热机效率总小于______，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100%。 【答案】(1)有用功 (2) (3)1 【详解】（1）热机效率的定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。 （2）热机效率的定义式：根据热机效率的定义可知，其定义式为。 （3）热机效率的特点：热机效率总小于1。由于热机在工作过程中，总有能量损失，例如废气带走一部分热量、克服机械部件间的摩擦消耗一部分能量等，则W有用​总小于Q总​，所以热机的效率总小于100%。 2.如图所示，手扶拖拉机刚启动时排气管处冒黑烟，这是因为拖拉机中热机内的柴油没有完全燃烧，此时柴油比热容________（选填“变大”变小”或“不变”），拖拉机中热机的效率较________（选填“高”或“低”）。 【答案】 不变 低 【详解】[1]比热容是物质的一种特性，与物质种类和物质状态有关，所以柴油不能完全燃烧时，柴油的比热容不变。 [2]当拖拉机内柴油燃烧不充分时，对外做的有用功较少，与完全燃烧放出的热量的比值变小，故拖拉机中热机的效率较低。 3.某天，小明爸爸开着汽车在高速公路上以100km/h的速度匀速行驶92km，耗油约为6kg，若汽车匀速行驶时所受阻力为900N，则这些汽油完全燃烧，可放出______J热量；牵引力做功_________J，该汽车热机的效率______；汽油机的做功冲程是将______能转化为______能；汽油机用水作为冷却剂，这是利用了水______的性质。（q汽=4.6×107J/kg） 【答案】 2.76×108J 8.28×107J 30% 内 机械 比热容大 【详解】[1]汽油完全燃烧放出热量 [2]汽车匀速行驶，受到的阻力和牵引力是一对大小相等的平衡力，则牵引力做功 [3]该汽车热机的效率 [4][5]汽油机是热机的一种，热机做功冲程是将燃料燃烧释放的内能转化为机械能，提供给机械做有用功。 [6]由于水的比热容比较大，相同条件下，吸收的热量比较多，所以用水作冷却剂来冷却汽油机。 4.要提高热机的效率，下列做法不可行的是（ ） A．尽量减少废气带走的热量 B．尽量保持机械部件之间有良好的润滑 C．尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能 D．尽量减少散热损失 【答案】C 【详解】ABD．保持机件之间良好的润滑减少克服摩擦消耗的能量、减少机器的散热损失以及减少废气带走的内能，可以减少能量的损失，提高热机的效率，故ABD说法正确；不符合题意； C．热机是将内能转化为机械能的机器，在做功冲程将内能转化为活塞、曲轴、飞轮的机械能，而减少了曲轴传给飞轮的机械能，反而会降低热机的效率，故C说法不正确．符合题意． 5.关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高说明做功越多 C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 D．热机损失的能量中，废气带走的最少 【答案】C 【详解】A．热机的效率是有用功与燃料燃烧完全放出的热量之比，与做功快慢是两个不同的物理量，热机效率越高，并不能说做功越快，故A错误； B．热机的效率越高，只能说明有用功的占比比较大，与做功多少无关，故B错误； C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，燃料燃烧完全放出的热量越少，消耗的燃料越少，故C正确； D．热机损失的能量中，废气带走的最多的，故D错误。 故选C。 三、热机效率物理意义（共4小题） 1.如图某热机输出能量饼状图（有用的能量用灰色底表示），下列说法正确的是（　　） A．热机燃料完全燃烧释放的热量是1000J B．热机的效率约为33% C．热机的效率为75% D．有750J的化学能转化为内能 【答案】A 【详解】A．热机燃料完全燃烧释放的热量等于转化的内能与机械能之和，即 故A正确； BC．热机的效率 故BC错误； D．燃料燃烧是将化学能转化为内能和机械能，其中转化为内能的是750J，但不能说“有750J的化学能转化为内能”（因为还有部分化学能转化为机械能），故D错误。 故选A。 2.卡车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的__________较大的缘故。柴油的热值是4.3×107 J/kg, 1kg的柴油完全燃烧放出的热量是_________J，目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中_____带走的热量最多，设法利用这部分的能量，提高燃料利用率的重要措施。 【答案】 比热容 4.3×107 J 废气 【详解】[1]水的比热容比较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，汽车发动机常用水来做冷却剂； [2]柴油的热值是4.3×107 J/kg，其物理意义是质量为1kg的柴油完全燃烧放出的热量是4.3×107 J； [3]热机各种损失中，废气带走的能量最多。设法利用这些能量，是提高燃料利用率的重要措施。 3.热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月，我国发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小雷，想要使内燃机的热机效率达到80%。考虑影响热机效率的因素，你认为小雷可以在哪些方面改进创新？假如小雷的设想实现了（写出一条即可） 【答案】内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦；所以改良热机结构、利用废气的热量都可以提高热机效率；热机效率提高后，可以节省燃料。 【详解】内燃机的重力、内燃机各部件之间的摩擦；所以改良热机结构、利用废气的热量都可以提高热机效率；热机效率提高后，可以节省燃料。 4.我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。与普通柴油机平均45%-46%的热效率水平相比，下列说法正确的是（　　） ①同样消耗柴油，该柴油机内能转化为的机械能更多 ②同样消耗柴油，该柴油机释放的热量更多 ③该柴油机效率大，但功率不一定大 ④通过不断的结构优化，热机的效率可以达到100% A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有②④正确 D．只有①③正确 【答案】D 【详解】①②根据热效率可知，消耗相同质量（1kg）的柴油，其完全燃烧释放的热量是固定的（由柴油的热值决定），即，其中柴油的热值为定值。该柴油机热效率更高（53.09% > 45%-46%），说明它能把更多的燃料化学能转化为机械能。所以在相同燃料消耗下，输出的机械能更多，所以①正确，②错误； ③热效率是能量转化的“效率”（多少热能变成机械能），而功率是单位时间内做功的多少（做功快慢），一台机器效率高，说明每焦耳燃料能产生更多机械能，但不意味它做功快，所以③正确； ④任何热机都不可能把吸收的热量全部转化为机械能，总会有部分热量散失到低温环境，同时机械运行时必然有摩擦等，所以④错误。 综上，正确的有①③，故ABC错误，D正确。 故选 D。 四、热机效率影响因素与生活应用（共4小题） 1.为了合理利用能源，人们一直在努力提高热机的效率，以下是一些提高热机的效率的方法：①提高热机的功率；②尽量减少各种热损；③加润滑油减少机器各部件之间的摩擦；④使用热值高的燃料。其中合理的一组是（　　） A．①④ B．②③ C．②④ D．①③ 【答案】B 【详解】热机效率是指热机工作时，有用功与燃料完全燃烧释放出热量之比，与热机的功率无关，功率是表示物体做功快慢的物理量，同样的，燃料的热值高低也不能影响热机的效率；而通过减少各种热损、加润滑油等可以减少能量损失，增大有用功与燃料完全燃烧释放出热量之比，从而提高热机效率。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 2.下列说法中正确的是（　　） A．通常内燃机的效率比蒸汽机的效率高，达到50% B．热机的效率越高，所做的有用功就越多 C．热机的效率越高，将内能转化为机械能的比例越大 D．在一定条件下，不同形式的能量可以相互转化 【答案】CD 【详解】A．内燃机效率确实比蒸汽机高，但内燃机效率一般在20%~40%，达不到50%，故A错误； B．热机的有用功由效率和燃料完全燃烧放出的热量共同决定（W有=ηQ放），效率高但燃料放热量少的话，有用功不一定多，故B错误； C．热机效率的定义是“有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值”，效率越高，说明内能转化为机械能的比例越大，故C正确； D．能量的转化具有条件性，在一定条件下，不同形式的能量可以相互转化，故D正确。 故选CD。 3.赛车是珠海的特色品牌，如图所示，赛车的汽油机正在进行的是 ___________冲程，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧100g汽油放出的热量为 ___________J。热机使用效率往往不高，请你写出一条提高热机效率的方法：___________。 【答案】 压缩 4.6×106 见解析 【详解】[1]由图可知，两个气门关闭，活塞上行，此时为压缩冲程。 [2]完全燃烧100g汽油放出的热量 Q=mq=0.1kg×4.6×107J/kg=4.6×106J [3]要提高热机的效率就要让燃料充分燃烧，减少热量的损失，即减少机械摩擦损失、减少机械散热和废气带走热量。 4.如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为 ___________。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧1kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是 ___________J。要提高热机的效率，下列说法正确的是 ___________（至少有一个正确选项）。 A．设法利用废气的能量提高燃料的利用率 B．尽量使燃料完全充分燃烧 C．尽量使用热值大的燃料 D．在活塞上涂润滑油减少摩擦 【答案】 40% 1.84×107 ABD 【详解】[1]由图可知，有用机械能在总的能量中所占的比例为 100%﹣20%﹣40%=40% 即该内燃机的效率为η=40%。 [2]完全燃烧1kg的汽油放出的热量为 该汽车获得的机械能为 [3]A．设法利用废气的能量，减少能量损失，提高燃料的利用率，可以提高热机的效率，故A正确； B．尽量使燃料完全充分燃烧，使燃烧放出的热量增加，使有用的能量与燃料完全燃烧放出的能量比增加，即提高了热机的效率，故B正确； C．根据热机效率的定义（有用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比），尽量使用热值大的燃料，不会提高热机的效率，故C错误； D．在活塞上涂润滑油减少摩擦，减少能量损失，可以提高热机的效率，故D正确。 故选ABD。 五、热效率基础计算（共5小题） 1.如图所示，在试管中装些水，用软木塞塞住。加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出去，这一过程与汽油机的______冲程的能量转化过程相同。酒精的热值是3.0×107J/kg，从开始加热到木塞冲出，燃烧10g酒精，酒精燃烧放出的热量是______J，若水蒸气对木塞做功是3×103J，该装置作为热机的效率是______。 【答案】 做功 3.0×105 1% 【详解】[1]木塞冲出时，水蒸气的内能对塞子做功，将水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能会减小，温度降低，内燃机的做功冲程也是将内能转化为机械能的过程。 [2]酒精燃烧放出的热量 [3]热机的效率 2.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。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。 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)；(2)；(3)35% 【详解】(1)将这些水烧开需吸收的热量 (2)燃烧的天然气，放出的热量为 (3)他家天然气灶的效率是 答：(1)将这些水烧开，需吸收热量； (2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了热量； (3)他家天然气灶的效率是35%。 3.在道路管网改造工程中，小型挖掘机发挥了重要作用。如图所示是某小型履带式挖掘机，其自身质量为2×103kg，履带与水平地面的总接触面积为2m2。某次在平直场地上作业，挖掘机以20kW的额定功率在1min内向前运动了120m。（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg）求： (1)该次作业过程中，挖掘机的平均速度； (2)挖掘机静止时对水平地面的压强； (3)该次作业消耗了60g柴油，该发动机的效率。 【答案】(1)2m/s (2)10000Pa (3)50% 【详解】（1）该次作业过程中，挖掘机的平均速度 （2）挖掘机静止时对水平地面的压力为F=G=mg=2×103kg×10N/kg=2×104N 挖掘机静止时对水平地面的压强为 （3）柴油完全燃烧放出的热量Q放=m′q=0.06kg×4×107J/kg=2.4×106J 牵引力所做的功W=Pt=20×1000W×60s=1.2×106J 该发动机的效率 4.一台汽油机在做功冲程中，燃气对活塞的平均压力为 F，活塞移动的距离为 L，热机的效率为η ，求： （1）完成一次做功冲程获得的有用功为多少？ （2）若这辆汽车匀速直线行驶时所受阻力为 f，则完成一次做功冲程可让汽车行驶的距离为多少？（用物理量符号表示） 【答案】(1) FLη；(2) 【详解】(1)汽油机在做功冲程中，燃气对活塞的压力做的功是总功，则完成一次做功冲程做的总功是： W总 =FL； 又因为热机的效率为η，由知道，有用功是： W有=W总η=FLη   ① (2)汽车匀速行驶，则F牵 =f，设一次做功冲程可让汽车行驶的距离为s，由于牵引力做的功是有用功，则有用功又可表示为： W有=F牵s=fs    ② 由以上①②两式解得： FLη=fs，即 答：(1)完成一次做功冲程获得的有用功是FLη； (2)若这辆汽车匀速直线行驶时所受阻力为 f，则完成一次做功冲程可让汽车行驶的距离是． 5.近年来，我国汽车产业进步显著，有些国产汽车已完全可以与洋品牌不相上下。有一款自主品牌轿车在高速公路上以某一速度匀速行驶时，实验测得，它受到阻力是828N，在水平路面上匀速行驶100km，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。求： （1）汽车行驶的过程中克服阻力做了多少功； （2）若该汽车热机的效率为30%，则该汽车行驶100km过程中需要的汽油质量为多少千克? 【答案】（1）；（2） 【详解】解：（1）汽车行驶的过程中克服阻力做的功为 （2）汽油完全燃烧放出的热量为 需要的汽油质量为 答：（1）汽车行驶的过程中克服阻力做了功； （2）若该汽车热机的效率为30%，则该汽车行驶100km过程中需要的汽油质量为。 六、比较不同热机的效率高低（共4小题） 1. “汽车涡轮增压”的原理如图所示：发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到汽缸中，获得更高的燃烧效率。关于汽车的涡轮增压，下列说法错误的是（　　） A．加油时能闻到汽油味是因为分子在不停地运动 B．充足的空气能使汽油充分燃烧，热值变大 C．增压系统压缩气体时对气体做功，气体的内能变大 D．涡轮增压汽车与普通汽车相比，效率提高了 【答案】B 【详解】A．加油时能闻到汽油味，是汽油分子发生的扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故A正确； B．热值是燃料本身的固有特性，只和燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，充足空气只能让汽油燃烧更充分，不会改变汽油的热值，故B错误； C．压缩气体时，叶轮对气体做功，机械能转化为气体的内能，气体内能增大，故C正确； D．涡轮增压技术让汽油燃烧更充分，提高了能量的利用率，因此相比普通汽车，涡轮增压汽车的热机效率更高，故D正确。 本题选择说法错误的，故选B。 2.关于热机，下列说法中正确的是 A．热机是把内能转化为机械能的机器 B．汽油机排出的废气没有做功的本领 C．两台热机相比，效率比较高的机器对燃料的利用率比较高 D．柴油机在吸气冲程中，进气门打开排气门关闭，将空气吸入汽缸 【答案】ACD 【详解】A、把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置被称为热机，故A正确； B、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，有做功的本领，故B错误； C、当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高，即效率比较高的机器对燃料的利用率较高，故C正确； D、柴油机的吸气冲程是进气门打开排气门关闭，注意柴油机吸入汽缸的是空气，而汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的燃料混合物，故D正确． 所以ACD选项符合题意． 3.下列关于热机的说法中，错误的是（　　） A．热机是将内能转化为机械能的机器 B．汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能 C．热机的效率一定小于100% D．柴油机的点火方式为点燃式 【答案】D 【详解】A．热机工作时利用内能做功，将内能转化为机械能，故A正确，不符合题意； B．汽油机压缩冲程中，活塞压缩气缸内气体做功，将机械能转化为内能，故B正确，不符合题意； C．热机工作时不可避免会存在热量散失、克服摩擦做额外功，因此效率一定小于100%，故C正确，不符合题意； D．柴油机的点火方式是压燃式，汽油机才点燃式，故D错误，符合题意。 故选D。 4.甲热机的效率比乙热机的效率高说明用去相同质量的燃油，甲热机做的有用功比乙热机做的有用功________（填“多”或“少”）；甲热机工作时汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为________。 【答案】 多 35% 【详解】[1]甲乙热机用去相同质量的燃油，即放出的能量是相同的，根据可知，甲热机的效率比乙热机的效率高，则甲热机做的有用功比乙热机做的有用功多。 [2]各种能量损耗的总和是 所以它的热机效率为 七、与热机效率相关图像分析（共4小题） 1.如图是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量与其质量的关系图像，从图中可看出A燃料的热值_____B燃料的热值（选填“大于”“小于”或“等于”）。在一标准大气压下，若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为，其中有的热量被质量为、初始温度为的水吸收，已知，则水的温度将升高_____℃。 【答案】 小于 60 【详解】[1]取相同质量，如图： 由图可知，相同质量的两种燃料完全燃烧释放的热量，根据可知，。 [2]由可得，水吸收的热量 由可得，水升高的温度 水的末温 在一标准大气压下水的沸点是100℃，水的温度升高到100℃，温度不再变化， 因此水的温度将升高 2.随着社会的发展，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是使用汽油机为汽车提供动力的，对于汽油机，它的能量转化如图所示： （1）请你将图中能量的名称填写完整：___________、___________； （2）该汽油机的效率是___________。 【答案】 内 机械 25% 【详解】（1）[1][2]燃料燃烧后产生的为内能，一部分转化为有用的机械能，一部分内能被浪费掉。 （2）[3]该汽油机的效率为 3.如图甲是表示汽油机的______冲程；若汽油机的飞轮速度为1800转/min，则该汽油机2s对外做功______次；某品牌汽车汽油机的能量流程图如图乙所示，该热机的效率约为______。 【答案】 压缩 30 35% 【详解】[1]如图甲，两个气门都关闭，活塞向上，是压缩冲程，该冲程将机械能转化为内能。 [2]汽油机的飞轮速度为1800转/min，即30r/s，由于汽油机一个工作循环，飞轮和曲轴转两圈，4个冲程，对外做功1次，因此该汽油机2s对外做功30次。 [3]热机效率是输出有用功占燃料释放总热量的比值，如图乙所示，该热机的效率约为η=100%-33%-25%-7%=35% 4.如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A．消耗的汽油更多 B．效率更低 C．功率较小 D．使用的汽油的热值更小 【答案】B 【详解】A．消耗的汽油的质量未知，无法判断，故A错误； B．由图可知，甲汽油机的损失的能量是80000J，所占的比例是80%，总能量 W甲总==100000J 甲的机械能为 W甲有效=100000J-80000J=20000J 机械能所占的比例是20%；乙汽油机的损失的能量是90000J，机械能30000J，总能量为W乙总=120000J，机械能所占的比例是25%，即甲的机械效率是20%，乙的机械效率是25%，甲的机械效率较小，故B正确； C．两台汽油机的功率由于缺乏数据无法比较，故C错误； D．题中没有给出消耗的汽油的质量，因此热值的大小也无法比较，故D错误。 故选B。 必考核心原理（易错重灾区） 1.热值是燃料的固有属性：只与燃料种类有关，与质量、体积、燃烧情况、放热多少、是否充分燃烧均无关。 2.热机效率永远小于100%：存在废气散热、机身散热、机械摩擦、未完全燃烧等能量损耗，无法实现能量百分百利用。 3.热值大≠放热多：放热多少由热值、质量、燃烧是否完全三个因素共同决定。 4.效率高≠功率大：效率是能量利用率，功率是做功快慢，二者无必然联系。 经典易错辨析（中考陷阱） 1 燃料燃烧越充分，热值越大（×）——热值不变，只会提高效率、增加实际放热。 2 热机效率越高，做功越快（×）——效率与做功快慢无关。 3 燃料质量越大，热值越大（×）——热值与质量无关。 4 可以造出效率100%的热机（×）——违背热学规律，永远无法实现。 5 天然气热值高，所以燃烧放热一定多（×）——还与燃烧体积有关。 一、单项选择题 1.下列说法正确的是（ ） A．减少热机的工作时间，可以提高热机的效率 B．一杯煤油倒去一半，其热值减小为原来的一半 C．体温计可以用沸水消毒 D．热水变凉的过程中，水放热，水的内能减小 【答案】D 【详解】A、减少热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故A错； B、一杯煤油倒去一半，质量减半，热值不变，故B错； C、沸水的温度达到100℃，超出了体温表的量程，所以体温计不能用沸水消毒，可以用酒精消毒，故C错； D、热水变凉的过程中，水放热，水的内能减小、温度降低，故D正确； 故选D． 2.下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功10次，共有40个冲程 D．在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 【答案】C 【详解】A．汽油机是靠汽缸顶部的火花塞来点火的，而柴油机的顶部是喷油嘴，其点火方式是压燃式，故A正确，不符合题意； B．使燃料燃烧更充分，做的有用功更多，可以提高热机效率，故B正确，不符合题意； C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，即1s内飞轮转10圈，四冲程内燃机飞轮转两圈，内燃机完成一个工作循环，经历四个冲程，做功一次，那么1s内飞轮转10圈，内燃机完成5个工作循环，经历20个冲程，做功5次，故C错误，符合题意； D．根据热机效率的公式，在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，Q值越小，根据可知，消耗的燃料越少，故D正确，不符合题意。 故选C。 3.生活中的许多现象与我们学过的物理知识有关，下列说法不正确的是（   ） A．秋季，白中校园桂花飘香，说明分子在不停地做无规则运动 B．热机的效率越高说明做功越快 C．北湖公园修建的人工湖能调节气温，是利用水的比热容大 D．用煤气灶烧水时即使煤气燃烧更充分其热值也不变 【答案】B 【详解】A．桂花飘香是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故A正确，不符合题意； B．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，反映的是能量的利用率；而做功快慢是由功率决定的，效率高并不意味着做功快，故B错误，符合题意； C．水的比热容大，相同质量的水和其他物质相比，吸收或放出相同的热量，水的温度变化小，所以人工湖能调节气温，故C正确，不符合题意； D．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃烧是否充分无关，所以煤气燃烧更充分其热值也不变，故D正确，不符合题意。 故选 B。 4.以下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．为了实现碳中和，我们应该将热机的效率提高到100% C．热机只能使用汽油和柴油作为燃料 D．提高热机的效率有利于节能减排保护环境 【答案】D 【详解】A．一切物体都具有内能，热机排出的尾气有内能，故A错误； B．热机中燃料燃烧释放的能量不可能都来做有用功，因此热机的效率不可能达到100%，故B错误； C．内燃机分为汽油机和柴油机两类，它们分别用汽油和柴油做燃料。内燃机只是热机的一种，除了内燃机还有蒸汽机、汽轮机、喷气发动机等它们不都是用汽油和柴油做燃料的，故C错误； D．热机的效率越高，在做同样功的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染，达到节能减排的目的，故D正确。 故选D。 5.关于内能、热量、热值，下列说法正确的是（　　） A．热传递过程中，温度从高温物体传给低温物体 B．物体吸收热量，温度一定升高 C．使用热值高的燃料，热机的效率不一定就高 D．物体温度越高，所含有的热量越多 【答案】C 【详解】A．热传递传递的是热量而非温度，温度是状态量，不能传递，故A错误； B．物体吸收热量时，温度可能不变（如晶体熔化时吸热但温度不变），故B错误； C．热机效率取决于有用功与总热量的比值，与燃料热值无直接必然联系，故C正确； D．热量是过程量，描述物体间传递的能量，不能说“含有热量”，故D错误。 故选C。 6.关于热值和热机效率，下列说法不正确的是（       ） A．1kg汽油完全燃烧放出的热量，在数值上等于汽油的热值 B．相同质量的燃料完全燃烧释放的热量越多，热值越大 C．热机效率越高，热机做的有用机械功越多 D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 【答案】C 【详解】A．热值的定义是1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，因此1kg汽油完全燃烧放出的热量在数值上等于汽油的热值，故A正确，不符合题意； B．热值是燃料本身的一种特性，相同质量的不同燃料，完全燃烧释放的热量越多，说明其热值越大，故B正确，不符合题意； C．热机效率是有用机械功与燃料完全燃烧放出热量的比值，效率高低不仅取决于有用功，还与总热量有关，效率高不一定有用机械功多，故C错误，符合题意； D．使燃料燃烧更充分，能让燃料释放的热量更多，在额外功不变的情况下，有用功占比会提高，从而提高热机效率，故D正确，不符合题意。 故选C。 二、多项选择题 7. 5月3日，长征五号遥八运载火箭携带嫦娥六号月球探测器发射成功，如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．选用液态氢作火箭燃料，主要是因为液态氢具有较大的热值 B．火箭发射过程中将燃料的化学能直接转化为机械能 C．火箭上升过程中与空气摩擦，通过做功的方式增加了内能 D．火箭所用燃料的热值越大，其热机的效率越高 【答案】AC 【详解】A．因为液态氢的热值较大，与其它质量相同的燃料相比，在完全燃烧时，能放出更多的热量，所以用途火箭的燃料，故A正确； B．火箭发射时，先将燃料燃烧释放的化学能转化为内能，再转化为火箭的机械能，故B错误； C．火箭与大气剧烈摩擦，通过做功的方式使火箭表面内能增加，温度升高，故C正确； D．燃料的热值大，完全燃烧时，放出的热量多，而热机效率是指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，所以热值的大小对热机效率没有直接影响，故D错误。 故选AC。 8.节能环保理念要求人们尽可能提高热机的效率，下列措施能提高效率的是（　　） A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间 【答案】ABC 【详解】A．使燃料充分燃烧可以释放更多的热量利用起来，可以提高效率，故A符合题意； B．减少热机部件间的摩擦可以减少无用功对热量的损耗，提高效率，故B符合题意； C．减少废气带走的热量可以增大可利用的热量，提高效率，故C符合题意； D．尽量增加热机的工作时间不能增加释放的热量，也不能减少无用的热量损耗，不能提高效率，故D不符合题意。 故选ABC。 三、填空题 9.某汽车在公路上行驶一段距离，牵引力所做的有用功为，消耗汽油。已知汽油的热值为，则汽油完全燃烧放出的热量为___________，该汽车的热机效率为___________。四冲程汽油机的___________冲程为汽车提供动力。 【答案】 1.2×107 30% 做功 【详解】[1]汽油完全燃烧放出的热量为 [2]该汽车的热机效率为 [3]四冲程汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，为汽车提供动力。 10.汽车是我们生活中最重要的交通运输工具之一。某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是。汽油的热值是，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是________；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，此汽油机的效率是__________。 【答案】 1800J 19.6% 【详解】[1] 气体一次膨胀对活塞的压力为 气体一次膨胀对活塞做的功是 [2]汽油机的效率是 11.图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全，为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。若固体酒精完全燃烧，放出的热量是________J，固体酒精炉的热效率是_________。【已知固体酒精的热值为，水的比热容是】 【答案】 35% 【详解】[1]固体酒精完全燃烧，放出的热量是 [2]水吸收的热量为 固体酒精炉的热效率是 四、实验题 12.请根据所学知识解决以下问题： (1)如图甲所示为“观察不同物质吸热升温的现象”实验。实验过程中，沙子和水吸收热量的多少可通过____________（选填“升高的温度”/“加热时间”）比较；质量相同的沙子和水，吸收相同的热量，______（选填“沙子”/“水”，下同）升温快；由此可以推理，质量相同的沙子和水升高相同的温度，______需要吸收的热量多。 (2)小明学习了燃料的热值后，自己设计一个实验来比较煤油和菜籽油的热值。他实验的装置如图乙、丙所示，试管中水的质量相同，煤油和菜籽油的质量相同，每隔1分钟记录了试管中水的温度，如下表。 加热时间/min 0 1 3 5 7 … 燃料烧完 乙管水温/℃ 25 27 32 36 40 … 50 丙管水温/℃ 25 26 29 32 34 … 42 ①为完成实验，除温度计和秒表外，还需要的测量工具为_______。 ②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________。 ③不计热量散失，根据表中数据，菜籽油的热值为______J/kg。（煤油的热值为4.6×107J/kg）。 【答案】(1) 加热时间 沙子 水 (2) 天平 煤油 【详解】（1）实验使用相同热源加热，相同时间内热源放出热量相等，因此沙子和水吸收热量的多少可通过加热时间比较。 沙子的比热容较小，故质量相同的沙子和水吸收相同的热量，沙子升温较快。 水的比热容较大，故质量相同的沙子和水升高相同的温度，水吸收的热量比较多。 （2）由表格信息可知，除了需测量温度和时间外，也需测量物质的质量，所以还需要的测量工具为天平。 同质量的煤油和菜籽油燃烧完后，乙管水温升高较多，说明该组实验中水吸收的热量较多，由此可知，煤油释放的热量较多，其热值较大。 由表格数据可知，乙管中水吸收的热量 煤油释放的热量，且，所以 丙管中水吸收的热量 菜籽油释放的热量，且，所以 又因为， 所以，所以 五、综合题 13.无人驾驶汽车是一种智能汽车，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8400m，消耗柴油2.1kg，汽车受到的牵引力是2000N，c水=4.2×103J/（kg·℃)，(q柴油=4.7×107J/kg，q氢气=1.4×108J/kg），求： (1)消耗的柴油完全燃烧释放的热量； (2)若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20℃加热到70℃； (3)近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，如果该汽车使用氢气作为燃料，且氢气完全燃烧产生热量的40%用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少kg的氢气？ (4)提高热机的效率具有哪些积极意义？请你写出一条。 【答案】(1) (2) (3) (4)减少有害气体的排放量，降低对空气的污染或减少燃料的消耗，节约能源 【详解】（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量为 （2）根据题意，水吸收的热量等于柴油完全燃烧释放的热量，即 则水的质量为 （3）汽车行驶过程中牵引力做的有用功为 根据热机效率公式，氢气完全燃烧需要释放的总热量为 则该过程需要消耗氢气 （4）提高热机的效率，意味着在获得相同有用功的情况下，可以消耗更少的燃料，从而达到节约能源的目的；或者在消耗相同燃料的情况下，可以获得更多的有用功。同时，燃料消耗的减少也意味着废气排放的减少，有助于减轻环境污染。 14.水上摩托运动是集高科技、观赏、竞技和惊险刺激于一体，富有现代文明特征的高速水上运动，如图所示，摩托艇加满燃油时，人和摩托艇总质量400kg，油箱容积为10L，加满一次燃油最多能使摩托艇以20m/s速度匀速航行1h。（g取10N/kg，，）求： （1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程； （2）若摩托艇以20m/s速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，求摩托艇克服阻力做功的功率； （3）以20m/s速度匀速航行时摩托艇热机的效率。 【答案】（1）；（2）；（3）40% 【详解】解：（1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程为    （2）摩托艇以此速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，即 f=0.5G=0.5mg=0.5×400kg×10N/kg=2000N   因为摩托艇匀速航行，所以摩托艇受平衡力，牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等， 所以摩托艇克服阻力做功功率为 （3）根据知燃油的质量为    燃油完全燃烧放出的热量为    克服阻力做的有用功为    此时摩托艇的效率为 答：（1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程为7.2×104m； （2）摩托艇以此速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，摩托艇克服阻力做功的功率为40000W； （3）此时摩托艇热机的效率为40%。 15.阅读短文，回答问题。 热机 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。热机的效率是热机问世以来科学家、发明家和工程师们一直研究的重要问题。现在的内燃机和喷气机的效率提高了很多，但从节约能源的要求来看，热机的效率还不能令人满意。最好的空气喷气发动机，在比较理想的情况下其效率也只有60%，应用最广的内燃机，其效率只能达到40%。 长征二号F是一种大型两级捆绑助推器运载火箭，是我国主要用于发射神舟载人飞船和大型目标飞行器到近地轨道的运载火箭，使用偏二甲肼的液体燃料，既增大了火箭发动机的动力，也能提高发动机的效率。 （1）长征二号F运载火箭选用偏二甲肼的液体燃料是由于其具有较大的_________； （2）火箭发射载人飞船时，与大气层摩擦过程中通过_________的方式，使火箭的温度升高，内能________（选填“增加”、“减少”或“不变”）； （3）请你写出一条提高热机效率的途径：________（合理即可）。 【答案】 热值 做功 增加 减少热量的损失 【详解】（1）[1]运载火箭采用偏二甲肼作为火箭的燃料，原因是偏二甲肼具有较大的热值，与其它燃料相比，完全燃烧相同的质量时，由 可知，偏二甲肼可以放出更多的热量。 （2）[2][3]火箭加速穿越大气层时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，即通过做功的方式使火箭的内能增加，温度升高。 （3）[3]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就是热机的效率，要提高热机的效率，可以提高燃料的利用率，即减少热机工作过程中的热量损失。 1.叉车托着质量为100kg的货物，在5s内沿着水平方向行驶10m，如图甲所示；接着在10s内把货物匀速竖直提升1m，如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．叉车水平行驶过程中，货物的重力做功为1×104J B．叉车提升货物过程中，克服货物的重力做功为1×103J C．叉车水平行驶过程中，叉车的重力势能转化为货物的动能 D．叉车提升货物过程中，若燃烧汽油放热5×103J，则热机的效率为20% 【答案】BD 【详解】A．功是力和力的方向上移动的距离的乘积，叉车水平行驶过程中，货物在重力方向没有移动距离，因此货物重力对货物做功为零，故A错误； B．货物重力 叉车提升货物的过程中，克服货物重力做功为 故B正确； C．叉车水平行驶过程中，叉车的质量不变，高度不变，故重力势能不变，所以叉车的重力势能没有转化为货物的动能，故C错误； D．叉车提升货物过程中，克服货物重力做功为1000J，则热机的效率为 故D正确。 故选BD。 2.如图是我国最新的燃气轮机，它的额定功率为50兆瓦（MW），工作原理是：压气机从大气中吸入空气并将其压缩，压缩过程中________能转化为________能；燃料与压缩后的空气被送入燃烧室混合后燃烧，为燃气轮机提供巨大能量。该燃气轮机正常工作100s做功________J，燃料箱内剩余燃料的热值将________。 【答案】 机械 内 不变 【详解】[1][2]压气机压缩空气时，对空气做功，将机械能转化为空气的内能。 [3]根据可得，燃气轮机正常工作100s做功为 [4]热值是燃料的一种特性，热值的大小与质量无关，因此燃料箱内剩余燃料的热值不变。 3.如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度—时间的图像如图乙所示。[] (1)实验中花生米燃烧放出的热量的多少是通过______来显示； (2)实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，使花生米燃烧充分。根据乙图像，粗略测得花生米的热值为______J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值______真实值。（填“大于”、“等于”或“小于”） 【答案】(1)水升高的温度 (2) 小于 【详解】（1）根据转换法，通过水升高的温度来间接表示花生米燃烧放出热量的多少。 （2）[1]水吸收的热量为 不计热损失，则有，则粗略测得花生米的热值为 [2]在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，说明花生米没有充分燃烧，且由于花生米燃烧放出的热量没有全部被水吸收，这会导致测得的热值小于真实值。 22 / 27 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 完成时间： 月 日 今日打卡：☐ 已完成 用时： min 自评勋章： 暑假预习作业06 热机的效率 目 录 01 知识积累 02 题型速练 一、燃料的热值及相关计算（共5小题）（易错★★） 二、热机效率基础概念（共5小题） 三、热机效率物理意义（共4小题） 四、热机效率影响因素与生活应用（共4小题）（易错★★） 五、热机效率基础计算（共5小题） 六、比较不同热机的效率高低（共4小题）（难★） 七、与热机效率相关图像分析（共4小题）（难★★★） 03 巩固提升练 04 能力培优练 知识梳理 先预习，再听课，快乐过暑假 一、热值与热机效率核心物理意义 1.热值物理意义：表示燃料燃烧放热本领的强弱。热值越大，相同质量（或体积）的燃料完全燃烧放出热量越多，放热能力越强。 2.热机效率物理意义：表示燃料释放的内能转化为有用机械能的利用率。效率越高，能量利用率越高，燃料利用越充分，能源浪费越少。 3.核心区别：热值是燃料属性，与机器无关；效率是热机性能，与燃料无关。 二、燃料热值的两种计算方法 方法 公式 适用范围 固体、液体燃料公式 Q放=mq 煤炭、酒精、汽油、煤油等质量型燃料 气体燃料公式 Q放=Vq 天然气、煤气等体积型气体燃料 注意：热值公式计算中，q为定值，只与燃料种类有关；质量、体积、燃烧是否充分，不改变燃料热值大小。 三、热值、热机效率变化规律（三变量关系） 1.当燃料质量/体积一定时，热值越大，燃料完全燃烧放出热量越多。 2.当燃料放热总量一定时，热机做的有用功越多，热机效率越高。 3.当有用功一定时，消耗燃料越少、总放热越少，热机效率越高。 4.燃料燃烧不充分，只会减少实际放热量、降低效率，不会改变燃料热值。 四、热机能量损耗与效率提升（简答） 1.热机能量损失四大途径 ①废气带走绝大部分热量（主要损耗）； ②机身向外散热； ③克服机械摩擦损耗能量； ④燃料未完全燃烧损失能量。 2.提高热机效率的常用方法 ①让燃料充分燃烧； ②减少机械摩擦损耗； ③减少机身散热； ④利用废气余热； ⑤定期保养、减小机械阻力。 题型速练 一题一思，查漏补缺，轻松迎开学 一、燃料的热值及相关计算（共5小题） 1.燃料的热值 （1）定义：我们把某种燃料______燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。 （2）定义式：______。其中，q表示燃料的热值，Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量。 （3）单位：焦每千克，符号是______。 （4）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为，它表示1kg的木炭完全燃烧所放出的热量是。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （5）①固体（或液体）燃料完全燃烧产生热量的计算公式：______。Q表示热量（J），q表示热值（J/kg），m表示固体（或液体）燃料的质量（kg）。 ②气体燃料完全燃烧产生热量的计算公式：______。Q表示热量（J），q表示热值，V表示气体燃料的体积。 2.如图是《天工开物》中记载的古人炒蒸油料的场景。在“炒蒸油料”过程中，油料温度升高是通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式改变油料的内能。在加热过程中，木炭燃烧一半后，未燃烧的木炭热值将______（选填“变小”“变大”或“不变”）。 3.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。如图，展示的是我国最大的垃圾焚烧发电站，日处理生活垃圾6000t，如果1t垃圾焚烧时能产生的电能，垃圾焚烧发电站每天获取的电能相当于完全燃烧_______天然气所放出的能量（）。家用燃气热水器“烧水”时，是通过_______的方式来增大水的内能，天然气燃烧越充分，放出的热量越多，天然气的热值_______（填“变大”或“不变”）。 4.小明在厨房帮妈妈做饭，发现很多物理现象： (1)妈妈做包子的时候，面皮在手的捏压下变成花瓣般的褶状，说明力能改变物体的______。 (2)包子蒸熟后能闻到香味，这是______现象。 (3)若水壶中有2kg、20℃的水，则水的体积为______，天然气的热值是，假设无热量损失，把这壶水烧开（在标准大气压下），需要______的天然气。（） 5.关于燃料的热值及能量守恒，以下说法正确的是（    ） A．燃料的质量越大，热值越大 B．燃烧某种燃料放出的热量，则这种燃料的热值为 C．燃料的热值与燃料的质量和燃烧状况无关 D．因为能量守恒，所以“永动机”可以制成 二、热机效率基础概念（共5小题） 1.热机的效率 (1)定义：用来做______的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 (2)定义式：______。其中表示热机的效率，表示做有用功的能量，表示燃料完全燃烧放出的能量。 (3)热机效率总小于______，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100%。 2.如图所示，手扶拖拉机刚启动时排气管处冒黑烟，这是因为拖拉机中热机内的柴油没有完全燃烧，此时柴油比热容________（选填“变大”变小”或“不变”），拖拉机中热机的效率较________（选填“高”或“低”）。 3.某天，小明爸爸开着汽车在高速公路上以100km/h的速度匀速行驶92km，耗油约为6kg，若汽车匀速行驶时所受阻力为900N，则这些汽油完全燃烧，可放出______J热量；牵引力做功_________J，该汽车热机的效率______；汽油机的做功冲程是将______能转化为______能；汽油机用水作为冷却剂，这是利用了水______的性质。（q汽=4.6×107J/kg） 4.要提高热机的效率，下列做法不可行的是（ ） A．尽量减少废气带走的热量 B．尽量保持机械部件之间有良好的润滑 C．尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能 D．尽量减少散热损失 5.关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高说明做功越多 C．在做功同样多的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 D．热机损失的能量中，废气带走的最少 三、热机效率物理意义（共4小题） 1.如图某热机输出能量饼状图（有用的能量用灰色底表示），下列说法正确的是（　　） A．热机燃料完全燃烧释放的热量是1000J B．热机的效率约为33% C．热机的效率为75% D．有750J的化学能转化为内能 2.卡车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的__________较大的缘故。柴油的热值是4.3×107 J/kg, 1kg的柴油完全燃烧放出的热量是_________J，目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中_____带走的热量最多，设法利用这部分的能量，提高燃料利用率的重要措施。 3.热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月，我国发布全球首款热机的效率突破50%的商业化柴油机，这一成果的意义犹如人类历史上首次百米赛跑突破10s。立志成为汽车设计师的小雷，想要使内燃机的热机效率达到80%。考虑影响热机效率的因素，你认为小雷可以在哪些方面改进创新？假如小雷的设想实现了（写出一条即可） 4.我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。与普通柴油机平均45%-46%的热效率水平相比，下列说法正确的是（　　） ①同样消耗柴油，该柴油机内能转化为的机械能更多 ②同样消耗柴油，该柴油机释放的热量更多 ③该柴油机效率大，但功率不一定大 ④通过不断的结构优化，热机的效率可以达到100% A．只有①④正确 B．只有②③正确 C．只有②④正确 D．只有①③正确 四、热机效率影响因素与生活应用（共4小题） 1.为了合理利用能源，人们一直在努力提高热机的效率，以下是一些提高热机的效率的方法：①提高热机的功率；②尽量减少各种热损；③加润滑油减少机器各部件之间的摩擦；④使用热值高的燃料。其中合理的一组是（　　） A．①④ B．②③ C．②④ D．①③ 2.下列说法中正确的是（　　） A．通常内燃机的效率比蒸汽机的效率高，达到50% B．热机的效率越高，所做的有用功就越多 C．热机的效率越高，将内能转化为机械能的比例越大 D．在一定条件下，不同形式的能量可以相互转化 3.赛车是珠海的特色品牌，如图所示，赛车的汽油机正在进行的是 ___________冲程，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧100g汽油放出的热量为 ___________J。热机使用效率往往不高，请你写出一条提高热机效率的方法：___________。 4.如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为 ___________。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧1kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是 ___________J。要提高热机的效率，下列说法正确的是 ___________（至少有一个正确选项）。 A．设法利用废气的能量提高燃料的利用率 B．尽量使燃料完全充分燃烧 C．尽量使用热值大的燃料 D．在活塞上涂润滑油减少摩擦 五、热效率基础计算（共5小题） 1.如图所示，在试管中装些水，用软木塞塞住。加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出去，这一过程与汽油机的______冲程的能量转化过程相同。酒精的热值是3.0×107J/kg，从开始加热到木塞冲出，燃烧10g酒精，酒精燃烧放出的热量是______J，若水蒸气对木塞做功是3×103J，该装置作为热机的效率是______。 2.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。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。 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。 3.在道路管网改造工程中，小型挖掘机发挥了重要作用。如图所示是某小型履带式挖掘机，其自身质量为2×103kg，履带与水平地面的总接触面积为2m2。某次在平直场地上作业，挖掘机以20kW的额定功率在1min内向前运动了120m。（g取10N/kg，柴油的热值取4×107J/kg）求： (1)该次作业过程中，挖掘机的平均速度； (2)挖掘机静止时对水平地面的压强； (3)该次作业消耗了60g柴油，该发动机的效率。 4.一台汽油机在做功冲程中，燃气对活塞的平均压力为 F，活塞移动的距离为 L，热机的效率为η ，求： （1）完成一次做功冲程获得的有用功为多少？ （2）若这辆汽车匀速直线行驶时所受阻力为 f，则完成一次做功冲程可让汽车行驶的距离为多少？（用物理量符号表示） 5.近年来，我国汽车产业进步显著，有些国产汽车已完全可以与洋品牌不相上下。有一款自主品牌轿车在高速公路上以某一速度匀速行驶时，实验测得，它受到阻力是828N，在水平路面上匀速行驶100km，已知汽油的热值为4.6×107J/kg。求： （1）汽车行驶的过程中克服阻力做了多少功； （2）若该汽车热机的效率为30%，则该汽车行驶100km过程中需要的汽油质量为多少千克? 六、比较不同热机的效率高低（共4小题） 1. “汽车涡轮增压”的原理如图所示：发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到汽缸中，获得更高的燃烧效率。关于汽车的涡轮增压，下列说法错误的是（　　） A．加油时能闻到汽油味是因为分子在不停地运动 B．充足的空气能使汽油充分燃烧，热值变大 C．增压系统压缩气体时对气体做功，气体的内能变大 D．涡轮增压汽车与普通汽车相比，效率提高了 2.关于热机，下列说法中正确的是 A．热机是把内能转化为机械能的机器 B．汽油机排出的废气没有做功的本领 C．两台热机相比，效率比较高的机器对燃料的利用率比较高 D．柴油机在吸气冲程中，进气门打开排气门关闭，将空气吸入汽缸 3.下列关于热机的说法中，错误的是（　　） A．热机是将内能转化为机械能的机器 B．汽油机的压缩冲程是机械能转化为内能 C．热机的效率一定小于100% D．柴油机的点火方式为点燃式 4.甲热机的效率比乙热机的效率高说明用去相同质量的燃油，甲热机做的有用功比乙热机做的有用功________（填“多”或“少”）；甲热机工作时汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为________。 七、与热机效率相关图像分析（共4小题） 1.如图是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量与其质量的关系图像，从图中可看出A燃料的热值_____B燃料的热值（选填“大于”“小于”或“等于”）。在一标准大气压下，若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为，其中有的热量被质量为、初始温度为的水吸收，已知，则水的温度将升高_____℃。 2.随着社会的发展，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是使用汽油机为汽车提供动力的，对于汽油机，它的能量转化如图所示： （1）请你将图中能量的名称填写完整：___________、___________； （2）该汽油机的效率是___________。 3.如图甲是表示汽油机的______冲程；若汽油机的飞轮速度为1800转/min，则该汽油机2s对外做功______次；某品牌汽车汽油机的能量流程图如图乙所示，该热机的效率约为______。 4.如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A．消耗的汽油更多 B．效率更低 C．功率较小 D．使用的汽油的热值更小 必考核心原理（易错重灾区） 1.热值是燃料的固有属性：只与燃料种类有关，与质量、体积、燃烧情况、放热多少、是否充分燃烧均无关。 2.热机效率永远小于100%：存在废气散热、机身散热、机械摩擦、未完全燃烧等能量损耗，无法实现能量百分百利用。 3.热值大≠放热多：放热多少由热值、质量、燃烧是否完全三个因素共同决定。 4.效率高≠功率大：效率是能量利用率，功率是做功快慢，二者无必然联系。 经典易错辨析（中考陷阱） 1 燃料燃烧越充分，热值越大（×）——热值不变，只会提高效率、增加实际放热。 2 热机效率越高，做功越快（×）——效率与做功快慢无关。 3 燃料质量越大，热值越大（×）——热值与质量无关。 4 可以造出效率100%的热机（×）——违背热学规律，永远无法实现。 5 天然气热值高，所以燃烧放热一定多（×）——还与燃烧体积有关。 一、单项选择题 1.下列说法正确的是（ ） A．减少热机的工作时间，可以提高热机的效率 B．一杯煤油倒去一半，其热值减小为原来的一半 C．体温计可以用沸水消毒 D．热水变凉的过程中，水放热，水的内能减小 2.下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A．汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C．如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功10次，共有40个冲程 D．在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 3.生活中的许多现象与我们学过的物理知识有关，下列说法不正确的是（   ） A．秋季，白中校园桂花飘香，说明分子在不停地做无规则运动 B．热机的效率越高说明做功越快 C．北湖公园修建的人工湖能调节气温，是利用水的比热容大 D．用煤气灶烧水时即使煤气燃烧更充分其热值也不变 4.以下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．为了实现碳中和，我们应该将热机的效率提高到100% C．热机只能使用汽油和柴油作为燃料 D．提高热机的效率有利于节能减排保护环境 5.关于内能、热量、热值，下列说法正确的是（　　） A．热传递过程中，温度从高温物体传给低温物体 B．物体吸收热量，温度一定升高 C．使用热值高的燃料，热机的效率不一定就高 D．物体温度越高，所含有的热量越多 6.关于热值和热机效率，下列说法不正确的是（       ） A．1kg汽油完全燃烧放出的热量，在数值上等于汽油的热值 B．相同质量的燃料完全燃烧释放的热量越多，热值越大 C．热机效率越高，热机做的有用机械功越多 D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 二、多项选择题 7. 5月3日，长征五号遥八运载火箭携带嫦娥六号月球探测器发射成功，如图所示。下列有关说法正确的是（　　） A．选用液态氢作火箭燃料，主要是因为液态氢具有较大的热值 B．火箭发射过程中将燃料的化学能直接转化为机械能 C．火箭上升过程中与空气摩擦，通过做功的方式增加了内能 D．火箭所用燃料的热值越大，其热机的效率越高 8.节能环保理念要求人们尽可能提高热机的效率，下列措施能提高效率的是（　　） A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间 三、填空题 9.某汽车在公路上行驶一段距离，牵引力所做的有用功为，消耗汽油。已知汽油的热值为，则汽油完全燃烧放出的热量为___________，该汽车的热机效率为___________。四冲程汽油机的___________冲程为汽车提供动力。 10.汽车是我们生活中最重要的交通运输工具之一。某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是。汽油的热值是，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是________；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，此汽油机的效率是__________。 11.图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全，为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。若固体酒精完全燃烧，放出的热量是________J，固体酒精炉的热效率是_________。【已知固体酒精的热值为，水的比热容是】 四、实验题 12.请根据所学知识解决以下问题： (1)如图甲所示为“观察不同物质吸热升温的现象”实验。实验过程中，沙子和水吸收热量的多少可通过____________（选填“升高的温度”/“加热时间”）比较；质量相同的沙子和水，吸收相同的热量，______（选填“沙子”/“水”，下同）升温快；由此可以推理，质量相同的沙子和水升高相同的温度，______需要吸收的热量多。 (2)小明学习了燃料的热值后，自己设计一个实验来比较煤油和菜籽油的热值。他实验的装置如图乙、丙所示，试管中水的质量相同，煤油和菜籽油的质量相同，每隔1分钟记录了试管中水的温度，如下表。 加热时间/min 0 1 3 5 7 … 燃料烧完 乙管水温/℃ 25 27 32 36 40 … 50 丙管水温/℃ 25 26 29 32 34 … 42 ①为完成实验，除温度计和秒表外，还需要的测量工具为_______。 ②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________。 ③不计热量散失，根据表中数据，菜籽油的热值为______J/kg。（煤油的热值为4.6×107J/kg）。 五、综合题 13.无人驾驶汽车是一种智能汽车，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8400m，消耗柴油2.1kg，汽车受到的牵引力是2000N，c水=4.2×103J/（kg·℃)，(q柴油=4.7×107J/kg，q氢气=1.4×108J/kg），求： (1)消耗的柴油完全燃烧释放的热量； (2)若2.1kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20℃加热到70℃； (3)近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，如果该汽车使用氢气作为燃料，且氢气完全燃烧产生热量的40%用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少kg的氢气？ (4)提高热机的效率具有哪些积极意义？请你写出一条。 14.水上摩托运动是集高科技、观赏、竞技和惊险刺激于一体，富有现代文明特征的高速水上运动，如图所示，摩托艇加满燃油时，人和摩托艇总质量400kg，油箱容积为10L，加满一次燃油最多能使摩托艇以20m/s速度匀速航行1h。（g取10N/kg，，）求： （1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程； （2）若摩托艇以20m/s速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，求摩托艇克服阻力做功的功率； （3）以20m/s速度匀速航行时摩托艇热机的效率。 15.阅读短文，回答问题。 热机 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。热机的效率是热机问世以来科学家、发明家和工程师们一直研究的重要问题。现在的内燃机和喷气机的效率提高了很多，但从节约能源的要求来看，热机的效率还不能令人满意。最好的空气喷气发动机，在比较理想的情况下其效率也只有60%，应用最广的内燃机，其效率只能达到40%。 长征二号F是一种大型两级捆绑助推器运载火箭，是我国主要用于发射神舟载人飞船和大型目标飞行器到近地轨道的运载火箭，使用偏二甲肼的液体燃料，既增大了火箭发动机的动力，也能提高发动机的效率。 （1）长征二号F运载火箭选用偏二甲肼的液体燃料是由于其具有较大的_________； （2）火箭发射载人飞船时，与大气层摩擦过程中通过_________的方式，使火箭的温度升高，内能________（选填“增加”、“减少”或“不变”）； （3）请你写出一条提高热机效率的途径：________（合理即可）。 1.叉车托着质量为100kg的货物，在5s内沿着水平方向行驶10m，如图甲所示；接着在10s内把货物匀速竖直提升1m，如图乙所示。下列说法正确的是（    ） A．叉车水平行驶过程中，货物的重力做功为1×104J B．叉车提升货物过程中，克服货物的重力做功为1×103J C．叉车水平行驶过程中，叉车的重力势能转化为货物的动能 D．叉车提升货物过程中，若燃烧汽油放热5×103J，则热机的效率为20% 2.如图是我国最新的燃气轮机，它的额定功率为50兆瓦（MW），工作原理是：压气机从大气中吸入空气并将其压缩，压缩过程中________能转化为________能；燃料与压缩后的空气被送入燃烧室混合后燃烧，为燃气轮机提供巨大能量。该燃气轮机正常工作100s做功________J，燃料箱内剩余燃料的热值将________。 3.如图甲所示，小明用该装置粗测花生米的热值，过程如下：用电子秤取30g水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取0.7g花生米穿在细铁丝上，点燃花生米，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度—时间的图像如图乙所示。[] (1)实验中花生米燃烧放出的热量的多少是通过______来显示； (2)实验过程中老师提醒小明要适当转动花生米，使花生米燃烧充分。根据乙图像，粗略测得花生米的热值为______J/kg。在实验中小明看到花生米燃烧冒大量的黑烟，这会导致测得的热值______真实值。（填“大于”、“等于”或“小于”） 13 / 14 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $