第04讲 热机的效率（暑假预习讲义）新九年级物理新教材沪科版（五四学制）

第04讲 热机的效率 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 热值 热机的效率 1. 从天然气替代煤气的历史变迁引出燃料的热值概念及公式。 2. 从燃料燃烧过程中能量转化的效率引出热机的效率概念。 3. 从热机大量使用对环境造成的影响引导学生了解科学、技术、社会、环境之间的密切关系，关注热机使用的社会效益，增强社会责任感。 学习重点：燃料的热值与热机的效率。 学习难点：对热机效率的理解。 情｜境｜启｜思 热机广泛应用在社会生活的各个方面，推动了社会的发展。常见的热机如汽车发动机、发电用的汽轮机、飞机上的航空发动机（图10-4-1） 使用不同类型的燃料工作，它们利用燃料的效率有什么不同呢？ 概｜念｜构｜建 1. 燃料的热值 （1）研究发现，质量（或体积）相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 （2）燃料的热值 ①在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫做这种燃料的热值，用q表示，单位是焦/千克，符号是J/kg。热值q可表示为：q=Q/m 所以，燃料完全燃烧放出的热量Q=mq。 ②气体燃料的热值：气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示，热值q可表示为：q=Q/V 单位是焦/米³，符号是J/m³。 2. 热机的效率 热机工作时，用来做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。 其中W做功表示用来做功的能量，单位是焦（J），Q放表示燃料完全燃烧放出的能量，单位是焦（J），η表示热机效率，通常用百分率表示。 热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。 深｜研｜精｜炼 知识点01 燃料的热值 1. 人类使用燃料的历程 在历史上很长一段时期，木柴和煤炭是人类的主要生活燃料。20世纪末，煤气成为城市居民日常使用的生活燃料，煤气生产出来后储存在巨大的“煤气包”（下图）中，并通过管道输送到千家万户；进入21世纪以后，更清洁环保的天然气逐步替代煤气成为居民的主要生活燃料，遍布城市各处的“煤气包”也陆续退出历史舞台。人类使用燃料的历程：木柴和煤炭→ → 。 2．燃料的热值 通常情况下，体积相同的煤气和天然气完全燃烧，天然气放出的热量比煤气放出的热量多。研究发现，质量或体积相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 （1）定义：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫作这种燃料的热值。计算公式：q = Q是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。 （2）物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的 。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 （3）热值是燃料本身的一种 ，只与燃料的 有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （4）气态燃料的热值：气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示： q= V表示气体燃料的体积，单位是m3；Q表示放出的热量，单位是J； q表示气体燃料的热值，单位是 （J/m3 ）。 （5）燃料燃烧放出热量：Q放＝ ； Q放＝ （气态）； （6）表是一些常见燃料的热值。 由表可以看出， 的热值最大。表明完全燃烧相同质量的氢燃料，可以放出更多的 ；故氢燃料（液态氢）常作为火箭发动机的燃料。 【例1】火箭发动机使用液氢作燃料，这是利用液氢的（    ） A．密度大 B．热值高 C．比热容大 D．热量多 【探究归纳】 1. 明确热值的两个关键点 2. 三步快解燃料燃烧的相关计算问题 【即练1】2024年3月21日上午，我国首列氢能源列车成功进行了运行试验，标志着氢能在轨道交通领域的应用取得了新突破。 （1）氢能源列车主要是利用氢燃料的（　　） A．热值大 B．热值小 C．比热容大 D．比热容小 （2）已知液氢的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义为1kg的液氢__________时，放出的热量为_____。列车运行过程中，随着液氢燃料质量减少，其热值________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【即练2】小莘散步结束，坐车回家，听到发动机的轰鸣声……汽车需要加油，下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．天然气的热值是3.5×107J/m3，完全燃烧2m3天然气能放出7.0×107J的热量 D．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 知识点02 热机的效率 1. 热机的效率 （1）汽车发动机的能量分配图 热机工作时对外做功的能量只是从高温物体吸收的一部分能量；高温物体的相当一部分能量散失了。对于内燃机而言，由于其排出的废气温度较高，带走很大一部分能量；此外，还有一部分能量损耗在散热及克服摩擦做功上。图10-4-4为某汽车发动机的能量分配图。 （2）热机的效率 热机工作时，用来 的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 公式表示： （4）一些热机的效率 蒸汽机的效率很低，只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%，柴油机的效率则可达30%～45%。 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更 的燃料，节约能源。 2. 提高热机效率的主要途径 热机的效率是热机性能的重要指标。在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。 （1）使燃料充分燃烧； （2）尽量减少各种热量损失，设法利用 的能量；大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 （4）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 3. 热机的使用对环境的影响 第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成 （图 10-4-5）。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致 效应加剧、全球气候变暖。 为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能减排的生活方式。 4. STSE 2022年，北京冬季奥运会将火炬变为“微火”（图10-4-3），与往届奥运会大量使用液化天然气或丙烷等作为火炬燃料不同，北京冬季奥运会首次使用氢作为火炬燃料。氢燃烧时，只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的低碳、可持续的“绿色环保”理念。 【例1】下列关于热机效率的说法中正确的是（　　） A．热机的效率是描述热机性能的重要指标 B．通过技术的改进，热机的效率可以达到100% C．汽车排出的尾气越浓，汽油机的效率越高 D．热机是将燃料燃烧获取的化学能转化为机械能的装置 【探究归纳】计算热机效率的一般步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q 【即练1】如图是某汽油机的能量流向图，根据图中给出的信息，回答下列问题： （1）该汽油机的效率为________，若按此汽油机效率计算，当汽油完全燃烧放出的热量为3×107J时汽车用来做功的能量为_________J。 （2）燃料燃烧时，燃料质量减小，其热值会________。 A．增大 B．减小 C．不变 【即练2】一台汽车的发动机的效率是40%，这台汽车在一次行驶中，用去2kg柴油。求： （1）2kg柴油完全燃烧放出的热量是多少？（柴油的热值为4.3×107J/kg） （2）该过程发动机做了多少有用功？ 1．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有（　　） A．较大的热值 B．较低的沸点 C．较大的比热容 D．较高的凝固点 2. 汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳，影响发动机性能。在发动机维护保养后，汽油燃烧会更加充分，其热值（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定 3. 下列关于热值和热机效率的说法中正确的是（　　） A．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫做这种燃料的热值 B．通过减小摩擦，可以增大热机效率 C．燃料燃烧时内能转化为化学能 D．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 4．内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　） A．7% B．28% C．31% D．34% 5．下列措施可以提高热机效率的是（　　） A．燃烧更多的燃料 B．使用热值更大的燃料 C．使燃料燃烧更充分 D．提高热机的功率 6．有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（汽油的热值是4.6×107J/kg）。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为________J。 7. 新疆能源资源丰富多样，主要包括石油、天然气、煤炭等，石油经过一定的技术，提炼出汽油，作为重要的燃料。已知汽油的热值为，表示完全燃烧1千克的汽油放出的_____为；若消耗1千克汽油，发动机获得的机械能是，则该发动机的效率是_______；若使用中汽油不完全燃烧，则它的热值________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 8. 师傅对汽车进行了能耗测试，让汽车模拟行驶一段距离，消耗汽油4kg，并通过专用设备读取了能量流程图，如图所示。请完成计算：该汽车发动机的效率为__________，4kg汽油完全燃烧放出的热量为________J，测试过程中汽车输出的有用功为________J，油箱中剩余汽油的热值为________J/kg。（已知） 9. 汽油机工作时把燃料的化学能转化为燃气的______能，再转化为汽车的机械能。如图所示，是四冲程汽油机的_______冲程；汽车在行驶过程中，闻到尾气有汽油味，说明汽油没有完全燃烧，则汽油的热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”），若该汽油机使用热值更高的燃料，则汽油机的效率_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 10. 2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1500km长距离运输的首次测试，选用氢为燃料是因为氢的______大；液态氢完全燃烧放出的热量为，若不计热量损失，能使2t的水温度升高______℃。 11. 下表是小明在物理课上记录的部分类型的热机效率，老师指出表格中仅有序号②的数据正确。 序号 热机类型 热机效率 ① 外燃机 蒸汽机 30%～45% ② 内燃机 汽油机 20%～30% ③ 柴油机 45%～150% （1）仔细查阅课本后，小明知道了表中数据记录的错误：序号①外燃机的“热机效率”比内燃机__________了；序号③热机的“热机效率”__________。 （2）对于燃烧同一型号汽油的汽油机，用来做功的能量相同时，热机效率越高，所消耗汽油的质量越__________。 （3）汽车尾气温度是反映热机效率的一个重要的间接指标，一般情况下，汽车尾气温度越高，说明该汽车的内燃机的效率越__________。 12. 某款新能源电动汽车的电机功率为100kW。若该车以恒定功率在平直公路上匀速行驶30分钟，消耗电能2×108J。 （1）求该电动汽车牵引力所做的功W； （2）求该电动汽车在行驶过程中的效率η； （3）若某款油车发动机的效率为25%，求该油车做相同的功消耗的汽油质量m。（结果保留一位小数）【】 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 热机的效率 内容导航 01 预习航标→ 析目标·明方向：预习导航精准定向 02 教材全解 → 析教材·学新知：情境概念深度构 情境启思：从生活或问题出发，激发兴趣 概念构建：梳理核心概念，形成知识框架 考点精讲：聚焦常考要点，讲清逻辑 例题精析：典型题目带路，学会解题思路 即练固基：趁热打铁练一练，巩固刚学内容 03过关检测 → 练考点·强落实：过关检测分层提 关键词 学习目标导航 热值 热机的效率 1. 从天然气替代煤气的历史变迁引出燃料的热值概念及公式。 2. 从燃料燃烧过程中能量转化的效率引出热机的效率概念。 3. 从热机大量使用对环境造成的影响引导学生了解科学、技术、社会、环境之间的密切关系，关注热机使用的社会效益，增强社会责任感。 学习重点：燃料的热值与热机的效率。 学习难点：对热机效率的理解。 情｜境｜启｜思 热机广泛应用在社会生活的各个方面，推动了社会的发展。常见的热机如汽车发动机、发电用的汽轮机、飞机上的航空发动机（图10-4-1） 使用不同类型的燃料工作，它们利用燃料的效率有什么不同呢？ 概｜念｜构｜建 1. 燃料的热值 （1）研究发现，质量（或体积）相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 （2）燃料的热值 ①在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫做这种燃料的热值，用q表示，单位是焦/千克，符号是J/kg。热值q可表示为：q=Q/m 所以，燃料完全燃烧放出的热量Q=mq。 ②气体燃料的热值：气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示，热值q可表示为：q=Q/V 单位是焦/米³，符号是J/m³。 2. 热机的效率 热机工作时，用来做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。 其中W做功表示用来做功的能量，单位是焦（J），Q放表示燃料完全燃烧放出的能量，单位是焦（J），η表示热机效率，通常用百分率表示。 热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。 深｜研｜精｜炼 知识点01 燃料的热值 1. 人类使用燃料的历程 在历史上很长一段时期，木柴和煤炭是人类的主要生活燃料。20世纪末，煤气成为城市居民日常使用的生活燃料，煤气生产出来后储存在巨大的“煤气包”（下图）中，并通过管道输送到千家万户；进入21世纪以后，更清洁环保的天然气逐步替代煤气成为居民的主要生活燃料，遍布城市各处的“煤气包”也陆续退出历史舞台。人类使用燃料的历程：木柴和煤炭→煤气→天然气。 2．燃料的热值 通常情况下，体积相同的煤气和天然气完全燃烧，天然气放出的热量比煤气放出的热量多。研究发现，质量或体积相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 （1）定义：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫作这种燃料的热值。计算公式：q = Q是燃料放出的热量，单位是J；m是质量，单位是kg；q是热值，单位是J/kg。 （2）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3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 （3）热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （4）气态燃料的热值：气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示： q= V表示气体燃料的体积，单位是m3；Q表示放出的热量，单位是J； q表示气体燃料的热值，单位是焦/米3（J/m3 ）。 （5）燃料燃烧放出热量：Q放＝qm；Q放＝qV（气态）； （6）表是一些常见燃料的热值。 由表可以看出，氢的热值最大。表明完全燃烧相同质量的氢燃料，可以放出更多的热量；故氢燃料（液态氢）常作为火箭发动机的燃料。 【例1】火箭发动机使用液氢作燃料，这是利用液氢的（    ） A．密度大 B．热值高 C．比热容大 D．热量多 【答案】B 【详解】热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，放出的热量越多，在选择火箭燃料时首先要考虑燃料的热值大小。火箭发动机采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。故选B。 【探究归纳】 1. 明确热值的两个关键点 2. 三步快解燃料燃烧的相关计算问题 【即练1】2024年3月21日上午，我国首列氢能源列车成功进行了运行试验，标志着氢能在轨道交通领域的应用取得了新突破。 （1）氢能源列车主要是利用氢燃料的（　　） A．热值大 B．热值小 C．比热容大 D．比热容小 （2）已知液氢的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义为1kg的液氢__________时，放出的热量为_____。列车运行过程中，随着液氢燃料质量减少，其热值________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】(1)A (2) 完全燃烧 1.4×108J 不变 【详解】（1）氢能源列车利用氢作燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以放出更多的热量，故BCD不符合题意，A符合题意。故选A。 （2）热值是指1kg的某种燃料完全燃烧后释放的能量；液氢的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义为1kg的液氢完全燃烧时，放出的热量为1.4×108J；燃料的热值是燃料的特性，不会随着质量的改变而改变，列车运行过程中，随着液氢燃料质量减少，其热值不变。 【即练2】小莘散步结束，坐车回家，听到发动机的轰鸣声……汽车需要加油，下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．天然气的热值是3.5×107J/m3，完全燃烧2m3天然气能放出7.0×107J的热量 D．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 【答案】C 【详解】AD．热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故AD错误； B．根据Q=mq可知，放出的热量与热值、质量有关，故B错误； C．天然气的热值是3.5×107J/m3，完全燃烧2m3天然气能放出的热量 Q放=Vq=2m3×3.5×107J/m3=7.0×107J，故C正确。故选C。 知识点02 热机的效率 1. 热机的效率 （1）汽车发动机的能量分配图 热机工作时对外做功的能量只是从高温物体吸收的一部分能量；高温物体的相当一部分能量散失了。对于内燃机而言，由于其排出的废气温度较高，带走很大一部分能量；此外，还有一部分能量损耗在散热及克服摩擦做功上。图10-4-4为某汽车发动机的能量分配图。 （2）热机的效率 热机工作时，用来做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。 公式表示： （4）一些热机的效率 蒸汽机的效率很低，只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%，柴油机的效率则可达30%～45%。 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 2. 提高热机效率的主要途径 热机的效率是热机性能的重要指标。在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。 （1）使燃料充分燃烧； （2）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量；大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 （4）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 3. 热机的使用对环境的影响 第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨（图 10-4-5）。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。 为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能减排的生活方式。 4. STSE 2022年，北京冬季奥运会将火炬变为“微火”（图10-4-3），与往届奥运会大量使用液化天然气或丙烷等作为火炬燃料不同，北京冬季奥运会首次使用氢作为火炬燃料。氢燃烧时，只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的低碳、可持续的“绿色环保”理念。 【例1】下列关于热机效率的说法中正确的是（　　） A．热机的效率是描述热机性能的重要指标 B．通过技术的改进，热机的效率可以达到100% C．汽车排出的尾气越浓，汽油机的效率越高 D．热机是将燃料燃烧获取的化学能转化为机械能的装置 【答案】A 【详解】A．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，热机的效率是热机性能的重要指标，故A正确； B．热机工作时由于要克服机械间的摩擦做额外功、同时也存在热损失，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%，故B不正确； C．热机工作时，燃料燃烧放出的废气会带走大部分能量，汽车排出的尾气越浓，燃料燃烧越不充分，放出的热量越少，汽油机的效率越低，故C不正确； D．热机是通过燃料的燃烧获取的内能并转化为机械能的装置，故D不正确。 故选A。 【探究归纳】计算热机效率的一般步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q 【即练1】如图是某汽油机的能量流向图，根据图中给出的信息，回答下列问题： （1）该汽油机的效率为________，若按此汽油机效率计算，当汽油完全燃烧放出的热量为3×107J时汽车用来做功的能量为_________J。 （2）燃料燃烧时，燃料质量减小，其热值会________。 A．增大 B．减小 C．不变 【答案】(1) 30%；9×106J；(2)C 【详解】（1）效率η是指有用功占燃料完全燃烧时释放热量的百分比，所以由图可知， 根据可得，汽油完全燃烧放出的热量为时汽车用来做功的能量 （2）热值是燃料的一种特性，表示单位质量燃料完全燃烧放出的热量，它只与燃料的种类有关，与质量、体积、是否燃烧无关，所以燃料燃烧时，燃料质量减小，其热值不变，故AB不符合题意，C符合题意。故选C。 【即练2】一台汽车的发动机的效率是40%，这台汽车在一次行驶中，用去2kg柴油。求： （1）2kg柴油完全燃烧放出的热量是多少？（柴油的热值为4.3×107J/kg） （2）该过程发动机做了多少有用功？ 【答案】(1)8.6×107J (2)3.44×107J 【详解】（1）2kg柴油完全燃烧放出的热量为 （2）发动机效率公式为，则有用功 1．运载火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有（　　） A．较大的热值 B．较低的沸点 C．较大的比热容 D．较高的凝固点 【答案】A 【详解】A．液态氢具有较大的热值，这意味着单位质量的氢燃料完全燃烧时能释放出更多的热量，可以为火箭提供更大的推力，故A符合题意； B．虽然液态氢的沸点较低（-252.8℃），但这只是其物理特性，与作为燃料的优越性无直接关系，故B不符合题意； C．比热容表示物质吸热或放热的能力，但火箭燃料需要的是燃烧时释放大量能量，而不是储存热量的能力，故C不符合题意； D．凝固点高低与燃料性能无关，且氢的凝固点极低（-259℃），这反而增加了储存难度，故D不符合题意。 故选A。 2. 汽油在发动机气缸中燃烧不充分会产生积碳，影响发动机性能。在发动机维护保养后，汽油燃烧会更加充分，其热值（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定 【答案】C 【详解】热值是燃料的特性，与燃料的种类有关，与是否完全燃烧无关。维护后燃烧更充分，说明相同质量的汽油燃烧，释放的热量更多，但热值不变。故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 3. 下列关于热值和热机效率的说法中正确的是（　　） A．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫做这种燃料的热值 B．通过减小摩擦，可以增大热机效率 C．燃料燃烧时内能转化为化学能 D．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 【答案】B 【详解】A．热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，A 中未强调 “完全燃烧”，故A错误； B．减小摩擦可以减少额外功，能转化出更多有用功，根据热机效率 ，额外功减少，热机效率增大，故B正确； C．燃料燃烧时是化学能转化为内能，故C错误； D．热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，故D错误。 故选B。 4．内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　） A．7% B．28% C．31% D．34% 【答案】D 【详解】内燃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，所以，结合能量流向图可知，该内燃机的效率为34%。故选D。 5．下列措施可以提高热机效率的是（　　） A．燃烧更多的燃料 B．使用热值更大的燃料 C．使燃料燃烧更充分 D．提高热机的功率 【答案】C 【详解】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料利用率和减少热量损失均可以提高热机效率，使燃料燃烧更充分可以提高燃料的利用率，因此可以提高热机效率；但热机效率与燃烧燃料的质量、燃料的热值和热机的功率等因素无关，故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 6．有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（汽油的热值是4.6×107J/kg）。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为________J。 【答案】1.38×105 【详解】汽油燃烧放出的热量Q放=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J 输出的机械能为E=ηQ放=30%×4.6×105J=1.38×105J 7. 新疆能源资源丰富多样，主要包括石油、天然气、煤炭等，石油经过一定的技术，提炼出汽油，作为重要的燃料。已知汽油的热值为，表示完全燃烧1千克的汽油放出的_____为；若消耗1千克汽油，发动机获得的机械能是，则该发动机的效率是_______；若使用中汽油不完全燃烧，则它的热值________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 热量 50% 不变 【详解】已知汽油的热值为，表示完全燃烧1千克的汽油放出的热量为； 消耗1千克汽油放出的热量为，则发动机的效率为 热值是燃料的固有特性，仅由燃料的种类决定，与燃料的燃烧程度无关，所以汽油不完全燃烧，它的热值不变。 8. 师傅对汽车进行了能耗测试，让汽车模拟行驶一段距离，消耗汽油4kg，并通过专用设备读取了能量流程图，如图所示。请完成计算：该汽车发动机的效率为__________，4kg汽油完全燃烧放出的热量为________J，测试过程中汽车输出的有用功为________J，油箱中剩余汽油的热值为________J/kg。（已知） 【答案】 30% 【详解】[1]根据如图所示汽车能量流程图，该汽车的效率为 [2]4kg汽油完全燃烧放出的热量为 [3]测试过程中汽车输出的有用功为 [4]热值是燃料的自身属性，不随质量的变化而改变，故油箱中剩余汽油的热值为 9. 汽油机工作时把燃料的化学能转化为燃气的______能，再转化为汽车的机械能。如图所示，是四冲程汽油机的_______冲程；汽车在行驶过程中，闻到尾气有汽油味，说明汽油没有完全燃烧，则汽油的热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”），若该汽油机使用热值更高的燃料，则汽油机的效率_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 内 做功 不变 不变 【详解】[1]汽油机工作时消耗燃料，把燃料的化学能转化为燃气的内能，再转化为汽车的机械能。 [2]图中两个气门都关闭，活塞下移，火花塞点火花，表明该冲程是做功冲程。 [3]热值是燃料本身的一种特性，只由燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，汽油没有完全燃烧，则汽油的热值不变。 [4]汽油机的效率由汽油机的结构决定，与燃料的热值无关，则汽油机的效率不变。 10. 2024年4月19日，两辆以氢为燃料的汽车，实现了从北京到上海1500km长距离运输的首次测试，选用氢为燃料是因为氢的______大；液态氢完全燃烧放出的热量为，若不计热量损失，能使2t的水温度升高______℃。 【答案】 热值 10 【详解】氢的热值大，与其他燃料相比，相同条件下燃烧放出的热量更多。 不计热量损失，水吸收的热量等于氢完全燃烧放出的热量 能使2t的水温度升高 11. 下表是小明在物理课上记录的部分类型的热机效率，老师指出表格中仅有序号②的数据正确。 序号 热机类型 热机效率 ① 外燃机 蒸汽机 30%～45% ② 内燃机 汽油机 20%～30% ③ 柴油机 45%～150% （1）仔细查阅课本后，小明知道了表中数据记录的错误：序号①外燃机的“热机效率”比内燃机__________了；序号③热机的“热机效率”__________。 （2）对于燃烧同一型号汽油的汽油机，用来做功的能量相同时，热机效率越高，所消耗汽油的质量越__________。 （3）汽车尾气温度是反映热机效率的一个重要的间接指标，一般情况下，汽车尾气温度越高，说明该汽车的内燃机的效率越__________。 【答案】(1) 高 超过了100% (2)小 (3)低 【详解】（1）外燃机（如蒸汽机）的热机效率一般低于内燃机，所以序号①外燃机的“热机效率”比内燃机记录高了；热机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，其值一定小于100%，而序号③中柴油机热机效率“45%～150%”超过了100%，所以序号③热机的“热机效率”记录错误。 （2）用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，用来做功的能量相同时，热机效率越高，所需总能量越少，由可知所消耗汽油的质量越小。 （3）汽车尾气温度越高，说明燃料燃烧放出的能量中，有更多的能量以热量的形式通过尾气散失了，用来做有用功的能量占比就越小，所以该汽车的内燃机的效率越低。 12. 某款新能源电动汽车的电机功率为100kW。若该车以恒定功率在平直公路上匀速行驶30分钟，消耗电能2×108J。 （1）求该电动汽车牵引力所做的功W； （2）求该电动汽车在行驶过程中的效率η； （3）若某款油车发动机的效率为25%，求该油车做相同的功消耗的汽油质量m。（结果保留一位小数）【】 【答案】(1)1.8×108J (2)90% (3)15.7kg 【详解】（1）电动汽车功率 电动汽车行驶时间 电动汽车牵引力做功 （2）电动汽车在行驶过程中的效率 （3）汽油完全燃烧放出的热量 汽油质量 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $