14.3 热机的效率 同步知识解读 2026-2027学年九年级物理全一册（人教版）

本讲义聚焦初中物理“热机的效率”核心知识点，系统梳理燃料的热值（定义、单位、公式、物理意义及比较实验）与热机效率（定义、公式、提高方法），形成从燃料能量特性到热机能量利用的完整知识支架。 资料通过8种题型系统归纳（含概念理解、公式计算、实验探究等），结合具体实验设计（如比较不同燃料热值）和实际应用案例（如热机效率计算），培养科学思维与探究能力，课中辅助教师高效授课，课后助力学生巩固知识、查漏补缺。

14.3 热机的效率（知识解读） 【新教材人教版】 题型归纳 【题型1 热值的概念、单位和物理意义】 2 【题型2 热值的公式及相关计算】 3 【题型3 比较不同燃料的热值大小】 4 【题型4 热机效率的定义】 7 【题型5 热机燃料燃烧能量走向示意图】 8 【题型6 加热效率的计算】 9 【题型7 热机效率的计算】 11 【题型8 提高热机的效率的方法】 12 【随堂巩固】 13 考点1 燃料的热值 1、燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2、燃料的热值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，它的大小只与燃料的种类有关。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）公式：Q=mq：其中M——燃料的质量——单位千克（kg）；q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）。 Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （5）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少；如木炭的热值为3.40×107J/kg，表示完全燃烧1kg的木炭，放出的热量是3.40×107J。 特别注意： （1）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的大小，在数值上才等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。 （2）热值是燃料本身的一种性质,它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ （4）进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 【题型1 】 【例1】下列关于燃料的热值与热机的效率的说法，正确的是（     ） A．无烟煤的热值比1kg无烟煤的热值大 B．燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多 C．一般情况下，汽油机比柴油机的效率高 D．工作相同时间，柴油机的效率越高，消耗的燃料越少 【变式1-1】如图是古代省油灯的示意图。它下层盛水，能减慢上层油的消耗。点灯后，水升温的过程中（     ） A．水含有的热量减少 B．水的内能改变是通过热传递的方式 C．灯点燃一段时间后灯油的热值变小 D．灯油和水内能相同时不再发生热传递 【变式1-2】张雪机车创造了中国摩托车制造商在WSBK赛事中的历史性突破。该机车大量使用密度较小的碳纤维材料，有助于_________（选填“增大”或“减小”）机车惯性；比赛过程中，油箱内的汽油用去一半，剩余汽油的热值将__________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式1-3】人类发展史也是燃料的利用史，干木柴、煤燃烧时的放热本领不同，是因为它们的______不同。完全燃烧的天然气放出的热量的42%被水吸收，则：可以使5kg的水温度上升_________℃。［天然气的热值为，水的比热容]。 【题型2 热值的公式及相关计算】 【例2】高能聚合油是一种安全，清洁，可再生的新型环保燃料。某高能聚合油灶具烧水的热效率为60%，用该高能聚合油灶具将15kg的水从20℃加热到100℃。已知水的比热容是，高能聚合油的热值约为。求： (1)水吸收的热量； (2)该过程完全燃烧高能聚合油的质量。 【变式2-1】沼气是一种清洁燃料，完全燃烧沼气，放出的热量为，则沼气的热值为（　　） A． B． C． D． 【变式2-2】小明在燃气灶上烧水，将质量为初始温度为的水，升高了，需要燃烧_________的天然气，这是通过__________的方式来改变水的内能。（不计热量损失）[，天然气的热值] 【变式2-3】湖南省第六批省级非物质文化遗产代表性项目名录公布，新田醋水豆腐制作工艺入选。醋水豆腐的制作需要经过八道工序之多，“煮浆”、“点脑”是最关键。某位工作人员在制作醋水豆腐中的“煮浆”过程，将大铁锅中质量为130kg，初温为10℃的豆浆煮到100℃，用了10kg的干木柴。求：（，） (1)煮浆过程中，豆浆吸收多少热量？ (2)木柴完全燃烧放出多少热量？ (3)用于干木柴煮浆的效率。 【题型3 】 【例3】下面是对比热容和热值研究的实验： (1)甲图是研究水和醋比热容大小的实验，实验中水和醋的质量相等，若加热相同的时间，水的温度变化小，说明醋的比热容________（填“更大”或“更小”）；若让两杯液体升高相同的温度，那么其中________（填“水”或“醋”）加热时间较长； (2)乙图是研究煤油和菜籽油热值大小的实验，在燃烧灯中应注入________相同的两种燃料，并用它们分别为等________的水加热； (3)待________后，比较两杯水的温度变化，其中温度变化大的一组装置说明其所用燃料的热值________（选填“大”或“小”）。 【变式3-1】如图所示，是“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验。取5g酒精和面巾纸碎片，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有30g水的试管加热。关于该实验，下列说法中正确的是（　　） A．必须同时点燃酒精和面巾纸碎片 B．需要记录的数据是加热前的水温和燃料燃尽时的水温 C．通过比较燃料燃烧的时间来比较燃料放出的热量多少 D．燃料充分燃烧后水吸收的热量与燃料质量的比值等于燃料的热值 【变式3-2】A、B是常用的两种液体燃料，其完全燃烧释放的热量Q与质量的关系如图所示，由此可知A燃料的热值________B燃料的热值（选填“大于”“小于”或“等于”）。这两种液体燃料在燃烧过程中，将化学能转化为________能。现有A燃料2kg，用去1kg，则剩余A燃料的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【变式3-3】在探究比较不同物质吸热情况的实验中。 加热时间/min 0 1 2 3 4 水的温度/℃ 30 34 38 42 46 煤油的温度/℃ 10 18 26 34 42 (1)实验中，必须取________相等的水和煤油放入两个相同的烧杯，用相同的酒精灯加热（如图所示）。 (2)实验中若对水和煤油加热相同时间，可通过比较________来判断水和煤油吸热能力的强弱。 (3)分析表中数据可知，质量相等的水和煤油，升高的温度相同时，_______吸收的热量更多。 (4)实验时能闻到酒精的气味，这是_______现象，酒精燃烧过程中热值________。 (5)我国北方楼房中的暖气用水作为介质，请你详细阐述这样做的原因：_______。 考点2 热机的效率 1、燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 2、锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置； （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3、热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 特别注意：对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，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。 4、提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。 （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。 （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术。 （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【题型4 】 【例4】热机是人们获得动力的重要机械。创新小组制作了如图所示的简易热机模型，在试管内倒入适量的水，加热试管，当试管内的水沸腾后，风扇在水蒸气的驱动下转动起来，整个过程消耗了的酒精。下列说法正确的是（）（     ） A．酒精在燃烧的过程中，其热值会变小 B．通过改进模型的结构，其效率可达100% C．整个过程消耗的酒精完全燃烧放出的热量为3×104J D．水蒸气驱动风扇转动时的能量转化与热机压缩冲程的相同 【变式4-1】如图是自制的简易热机模型，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个小孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，在瓶口喷入液态酒精并盖上纸杯。按下电火花发生器的按钮后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列说法正确的是（　　） A．纸杯被冲出，是机械能转化为内能，对应热机压缩冲程 B．气体推动纸杯过程中，瓶内气体内能减少 C．不断优化结构，可让该热机效率达到100% D．酒精燃烧越充分，酒精的热值就越大 【变式4-2】国家“西气东输”工程正源源不断地向我市输送清洁能源——天然气。已知天然气的热值为，则每输送的天然气，完全燃烧后就相当于向我市输送了___________的能量。柴油机的效率___________（选填“大于”、“等于”或“小于”）汽油机的效率。 【变式4-3】有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机提供更充足的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁。某台单缸四冲程汽油机在1s内汽油机对外做功10次，该汽油机的飞轮转速为_____r/min。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________（填“变大”“不变”或“变小”）。 【题型5 】 【例5】汽油机汽缸在某时刻的状态如图甲所示，这是____________冲程，如图乙是汽油机的能量流向图，可算出它的热机效率为____________。 【变式5-1】如图所示是某汽车工作时的能量流向图，由图中信息可知，该汽车汽油机工作过程中输出有用功的效率为（　　） A．6% B．30% C．36% D．28% 【变式5-2】2025年8月4日，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨07组卫星送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（    ） A．火箭发动机的效率最高可达到100% B．火箭升空过程中能量转化情况与汽油机的做功冲程相同 C．使燃料燃烧更充分可以提高燃料的热值 D．火箭飞入太空后，太空温度很低，其内能为零 【变式5-3】如图为汽油车的能量流向图，某品牌汽油车在一次行驶过程中消耗汽油30kg，汽油完全燃烧放出的热量为________J。若汽油机的热效率为30%，则有用机械能为________J（汽油的热值为）。 【题型6 】 【例6】某物理兴趣小组的同学用天然气灶给20kg的水加热，同时他们绘制了加热过程中水温随时间变化的图像，如图所示。若6min内完全燃烧了的天然气，求：［），］ (1)0.2m3的天然气完全燃烧放出的热量； (2)6min内水吸收的热量； (3)天然气灶烧水的加热效率。 【变式6-1】小兮看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是很想了解油的吸热能力。在老师指导下，他用酒精灯分别加热质量为100g、初温为20℃的油和水，记录的相关数据如下表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，酒精的热值为，水的比热容为。下列说法正确的是（     ） 加热时间（min） 消耗酒精（g） 末温（℃） 油 2 2 88 水 2 2 50 A．油的末温比水的高，所以吸热能力更强 B．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关 C．2min内油吸收的热量为 D．他使用的酒精灯的加热效率为21% 【变式6-2】自热火锅是户外活动常见的一种快餐，它里面的发热包将水从加热至95°C的过程中，水吸收的热量为_____J。若用加热效率为25%的固体酒精给相同的水加热升高同样温度，至少需要固体酒精_____g。（） 【变式6-3】煤具有易燃污染小、成本低等特点。用秸秆煤将一壶质量为的20℃的水加热到100℃，此过程消耗秸秆煤，秸秆煤的热值约为，水的比热容为。试求： (1)这些水吸收的热量是多少？ (2)秸秆煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)该过程的热效率是多少？ 【题型7 】 【例7】如图是我国自主研制的机械狗“上班”的情景。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗在水平路上可以实现负重40kg，10min移动1.2km。机器狗的运动利用液压系统，为使用安全，液压系统的液压油温度不能高于80˚C。为机械狗提供动力的是燃油发动机，其消耗120kg的燃油能提供的有用功。求： (1)机械狗负重移动的速度是多少； (2)4kg的液压油温度由30˚C升高到80˚C需要吸收的热量，则该液压油的比热容是多少。 (3)该发动机的效率是多少。（燃油的热值为）。 【变式7-1】小明家新购买了一款户外分体式燃气炉去户外野炊。野炊时，小明测量得出：用该燃气炉烧水过程中，把初温为20℃的2 kg水刚好加热到100℃，完全燃烧了0.025 m3的天然气。已知，，下列说法正确的是（    ） A．烧水过程中是通过做功使水的内能减小 B．水沸腾后上方冒出大量“白气”，说明分子在不停地做无规则运动 C．该燃气炉烧水的效率为33.6% D．水吸收的热量为 【变式7-2】完全燃烧0.5m3的页岩气放出的热量为_______J，这些热量的80%被质量为100kg，初温为20℃的水吸收，可使水温升高到_______℃。（q页岩气=4.2×107J/m3；c水=4.2×103J/(kg⋅℃)） 【变式7-3】汽车油耗是指车辆在行驶一定距离时所消耗的燃油量，通常以百公里油耗（L/100km）来表示。某次测试，汽车在一段平直的公路上匀速行驶了10km，受到的阻力是800N，消耗汽油490g。汽油的密度ρ汽=0.7×103kg/m3，热值q=4.6×107J/kg，求该过程中： (1)汽车的百公里油耗； (2)汽车牵引力做的功； (3)汽车发动机的效率。 【题型8 】 【例8】热机效率是热机性能的重要指标，下列措施中，可以提高热机效率的是（     ） A．增加热机的工作时间 B．减少热机部件的摩擦 C．使用热值更小的燃料 D．增加废气带走的热量 【变式8-1】如图在易拉罐内装适量水，瓶口密封安装一根吸管并正对风扇。点燃下方蜡烛后，前方的小风扇转动起来。下列说法不正确的是（　　） A．罐内的水在加热过程中，温度升高，内能增加 B．蜡烛用掉一部分后，蜡烛的热值不变 C．将蜡烛改成热值更大的燃料，装置效率提高 D．风扇被转动和热机做功冲程的能量转化相同 【变式8-2】同学们在物理课上用酒精做燃料制作了一个简易热机模型，工作了一段时间消耗了10g酒精，这些酒精完全燃烧能释放出____J的热量，同学们对热机进行改进后，热机的燃料燃烧得更充分，这会使热机的效率变_____。（酒精热值为） 【变式8-3】某社区开设了“银发食堂”，解决了老年人的吃饭问题，让居民乐享幸福“食”光。走进食堂能闻到饭菜的香味，这是________现象；燃烧天然气烹饪食物，食物内能的增加是通过________的方式实现的；当冬天气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率________（选填“升高”“不变”或“降低”）。 随堂巩固 【随堂巩固】 1．2026年5月11日8时14分，搭载天舟十号货运飞船的长征七号遥十一运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，约10分钟后，发射任务圆满成功。选择液氧煤油作为燃料，除了很环保之外，主要还是因为液氧煤油的（     ） A．沸点高 B．熔点高 C．比热容大 D．热值大 2．生活中处处有物理，妈妈在厨房中熬煮鱼汤时，小丽发现有很多现象可以用物理知识解释。以下说法正确的是（     ） A．熬煮鱼汤时，是通过做功的方式改变内能 B．熬煮鱼汤时，调大火力可以提高燃气的热值 C．能闻到鱼汤的香味，是因为分子在不停地做无规则运动 D．熬煮好的鱼汤周围冒着的“白气”是锅内的水汽化形成的水蒸气 3．青瓦是我国古建筑常用的建筑材料，制瓦工艺有上千年的历史。制瓦工艺分为成坯、晒制、高温烧制等诸多流程。下列说法中正确的是（     ） A．晒制过程中，瓦坯中的水会升华变为水蒸气 B．烧制青瓦时，通过热传递将温度传递给瓦片 C．烧制青瓦时，燃料燃烧越充分其热值会越大 D．揉捏泥料成型，说明力可以改变物体的形状 4．2026年3月，中科院研发出塑料热电薄膜衣物试验品，依据热电偶效应，靠薄膜两侧的温度差，内侧温度较高、外侧温度较低，从而形成电压，可用于给手机充电，把人体变成“行走的充电宝”。下列说法正确的是（　　） A．该薄膜将内能全部转化为电能，发电效率可达100% B．该薄膜在冬季发电效果比夏季更好，因为冬季人体与环境温差更大 C．选用导热性能好的材料制作薄膜，更利于保持温差提升发电量 D．发电过程中只有内能转化为电能，无其他形式能量变化 5．如图是将质量和初温均相同的水烧开时燃料的使用情况，下列错误的是（     ） A．该过程中，改变内能的方式是热传递 B．烟煤难以压缩，是因为分子之间只存在斥力 C．发生煤气泄漏能闻到煤气味，是因为分子在不断做无规则热运动 D．若加热的效率相同，根据燃料使用情况，说明煤气的热值最大 6．2026年２月7日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号F运载火箭，成功发射了可重复使用的试验航天器。火箭选用液态氢作燃料，氢的热值为，在航天器加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．以加速升空的试验航天器为参照物，发射台是静止的 B．航天器加速升空的过程中，航天器受到平衡力的作用 C．航天器加速升空的过程中，航天器的机械能不断增大 D．完全燃烧100g的液态氢，其释放的热量为 7．如图为某学生在科技节展示的小船，易拉罐中的水吸热后产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动，且小孔处会出现“白气”。加热水使小船运动的过程中（     ）    A．易拉罐中的水减少，水的比热容会变小 B．蜡烛由于燃烧，其热值会变小 C．通过做功的方式改变了易拉罐中的水的内能 D．水蒸气推动小船时的能量转化与热机做功冲程相同 8．如图甲、乙、丙三个装置相同，燃料的质量相等，试管中液体的初温和质量也相同，小明用图示装置进行两个实验。实验①是“探究不同物质吸热升温现象”，实验②是“比较不同燃料燃烧放出热量”。当燃料燃尽时，甲装置温度计示数为T甲，乙装置温度计示数为T乙，丙装置温度计示数为T丙，T甲>T乙>T丙，且装置中液体均未沸腾，下列说法正确的是（　　） A．为完成实验①，应选择甲、乙两图 B．为完成实验②，还需要秒表计时 C．若燃料1的热值为q1，燃料2的热值为q2，则q1>q2 D．若液体a的比热容为ca，液体b的比热容为cb，则ca>cb 9．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。市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满氢气，2h匀速骑行，氢气热值为。氢气完全燃烧产生的热量是______J，选用氢气做燃料是因为氢气的_____大。 10．2022年6月5日上午，神舟十四号载人飞船搭载长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员将在太空进行为期6个月的科学实验探究和生活。热机是指利用___________来做功的机械。长征二号F遥运载火箭用了液态氢作燃料，主要原因是液态氢的___________。 11．随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为，如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为__________，氢气燃烧时__________（选填“会”或“不会”）污染周围环境。 12．某品牌油电混动汽车在一平直公路上匀速行驶时，先用热效率为30%的汽油机输出动力，行驶5km后消耗汽油0.25kg，则该车受到的阻力大小为________N；在汽油机工作的同时，电池系统会回收汽油完全燃烧释放能量的12%，若把回收的这些能量用于电机驱动该车，让其在这条公路上仍以原来的速度匀速行驶，则还可以再多行驶________km。（已知汽油热值，电机系统工作时效率为80%，不考虑动力传输中能量损失） 13．某食堂利用生物质燃料颗粒当作能源，利用锅炉烧水时，消耗了5 kg生物质燃料颗粒，将100 kg的水在一个标准大气压下从20 ℃加热至沸腾，已知q生物质=1.4×107 J/kg，水的比热容c水=4.2×103 J/（kg·℃），则该食堂锅炉的加热效率为____。 13．小明用图甲所示装置进行热学探究。 ①取200g的碎冰放入烧杯中，用酒精灯加热至沸腾后得到水温T随时间t变化的图像，如图乙中的a。 ②使用同样的装置，换用等质量的食用油实验，得到图乙中的b。 ③用该酒精灯测量酒精的热值。 (1)冰熔化过程中温度_____；撤去酒精灯后，水逐渐停止沸腾，说明水沸腾时需要_____； (2)实验中，要使食用油和水升高相同的温度，需要对_____加热更长时间。水从20℃加热至沸腾，消耗2g酒精，若不计热损失和水的质量变化，则酒精的热值q=_____J/kg。已知水的比热容； (3)实验中将水从20℃加热至沸腾后继续加热2min才熄灭，则所测酒精的热值将____ （选填“偏大”“偏小”或“不变”），理由是____。 15．在“探究水沸腾时温度变化的特点”的实验中： (1)某时刻温度计的示数如图甲所示，为______℃。 (2)计时4min后，水开始沸腾，根据实验数据，描绘出水的温度随时间变化的图像如图乙所示，分析图像可知，水在沸腾前温度______（选填“升高”“降低”“不变”）。撤掉酒精灯，水仍能继续沸腾一段时间，是因为水仍然能从______（选填“石棉网”“酒精灯”）上吸热。 (3)实验后整理器材发现，灯中的酒精明显减少，引发同学们探究酒精的利用率，实验测得燃烧5g酒精，使水吸收4.5×104J的热量（水未沸腾），则酒精灯的热效率为______（酒精的热值为3×107J/kg）。 16．小区使用管道天然气为住户供气，所用天然气热值为。某天，小明家利用燃气热水器将20kg的水从20℃加热40℃，热水器的加热效率为80%。已知水的比热容。求： (1)水升温吸收的热量。 (2)消耗的天然气体积。 17．某研究小组利用自制太阳能热水器（如图所示）开展了太阳能的相关实验。他们控制太阳能热水器接收太阳光垂直照射的面积始终为，垂直于太阳光的表面上每秒钟接收的太阳能是，太阳能热水器内水的质量为，水的初温为，经时间后水的温度上升到。[水的比热容为] (1)太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ (2)自制太阳能热水器的加热效率为多少？ (3)如果这段时间内热水器接收到太阳辐射的热量由干木柴燃烧来提供，至少需要完全燃烧多少千克干木柴？（干木柴的热值为） 18．一辆重型油罐车，满载时总质量为kg，车轮与地面总接触面积为。油罐车在平直公路上匀速行驶12000m，耗时10min，牵引力大小为。油罐内装有深度为1.5m的柴油，柴油密度，热值，g取10N/kg。求： (1)油罐车在平直公路上行驶的速度； (2)油罐底部受到柴油的液体压强； (3)若油罐车内柴油完全燃烧放出的热量为，则车内柴油的质量。 2 / 30 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 14.3 热机的效率（知识解读） 【新教材人教版】 题型归纳 【题型1 热值的概念、单位和物理意义】 2 【题型2 热值的公式及相关计算】 4 【题型3 比较不同燃料的热值大小】 6 【题型4 热机效率的定义】 10 【题型5 热机燃料燃烧能量走向示意图】 12 【题型6 加热效率的计算】 14 【题型7 热机效率的计算】 16 【题型8 提高热机的效率的方法】 18 【随堂巩固】 20 考点1 燃料的热值 1、燃料的种类：燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。 燃料燃烧时能量转化：燃料在燃烧时将化学能转化为内能。 2、燃料的热值：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。 （1）对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。 （2）热值是燃料的一种属性，它的大小只与燃料的种类有关。 （3）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。 （4）公式：Q=mq：其中M——燃料的质量——单位千克（kg）；q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）。 Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。 （5）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少；如木炭的热值为3.40×107J/kg，表示完全燃烧1kg的木炭，放出的热量是3.40×107J。 特别注意： （1）“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的大小，在数值上才等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。 （2）热值是燃料本身的一种性质,它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。 3、比较不同燃料的热值大小 （1）准备实验器材：‌需要准备铁架台、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计各两只，‌以及适量的水和两种不同的燃料（‌如酒精和汽油）‌。‌ （2）设置实验装置：‌按照实验装置图依次将燃料盒、‌石棉网、‌烧杯、‌温度计自下而上固定好。‌ （3）控制变量：‌确保两种燃料的质量相同，‌燃烧的时间相同，‌加热相同质量的同种液体。‌ （4）进行实验：‌在两个烧杯中倒入质量相同、‌初温相同的水；‌在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油；‌分别点燃酒精和汽油，‌加热烧杯内的水，‌直到燃料燃尽。‌记录数据：‌燃料燃尽后，‌记录两烧杯内水升高的温度△t。‌ （5）分析结果：‌比较两装置中烧杯内水升高的温度△t，‌升高的温度越高，‌表明水吸收的热量越多，‌进而表明燃料的放热能力越强。‌ 【题型1 】 【例1】下列关于燃料的热值与热机的效率的说法，正确的是（     ） A．无烟煤的热值比1kg无烟煤的热值大 B．燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多 C．一般情况下，汽油机比柴油机的效率高 D．工作相同时间，柴油机的效率越高，消耗的燃料越少 【答案】D 【详解】A．热值是燃料的一种特性，热值大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃料的燃烧程度无关，所以1kg无烟煤的热值与10kg无烟煤的热值一样大，故A错误； B．根据知，在质量相同时，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多，故B错误； C．一般柴油机的压缩比比汽油机大得多，且柴油燃烧要比汽油燃烧更充分，所以柴油机的效率更高一些，故C错误； D．柴油机的效率高，有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值大，在输出功率相同时，工作相同时间，效率越高消耗燃料越少，故D正确。 故选D。 【变式1-1】如图是古代省油灯的示意图。它下层盛水，能减慢上层油的消耗。点灯后，水升温的过程中（     ） A．水含有的热量减少 B．水的内能改变是通过热传递的方式 C．灯点燃一段时间后灯油的热值变小 D．灯油和水内能相同时不再发生热传递 【答案】B 【详解】A．热量是过程量，不能说“含有热量”，只能说吸收或放出热量，故A不符合题意； B．点灯后，灯油燃烧释放的热量传递给了水，水的内能增加、温度升高，这是通过热传递的方式改变内能，故B符合题意； C．热值是燃料的固有属性，只与燃料的种类有关，与质量、是否燃烧无关，所以灯油的热值不会变小，故C不符合题意； D．热传递的条件是有温度差，不是内能大小，只有当灯油和水的温度相同时，才不再发生热传递，而不是内能相同，故D不符合题意。 故选B。 【变式1-2】张雪机车创造了中国摩托车制造商在WSBK赛事中的历史性突破。该机车大量使用密度较小的碳纤维材料，有助于_________（选填“增大”或“减小”）机车惯性；比赛过程中，油箱内的汽油用去一半，剩余汽油的热值将__________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 减小 不变 【详解】 惯性的大小仅与物体的质量有关，质量越小，惯性越小；已知碳纤维材料密度较小，在机车体积不变时，根据公式，使用该材料能减小机车的质量，进而减小机车惯性。 热值是燃料的固有特性，其大小只取决于燃料的种类，与燃料的质量、体积等均无关；油箱内汽油用去一半后，剩余汽油的种类未发生变化，因此热值不变。 【变式1-3】人类发展史也是燃料的利用史，干木柴、煤燃烧时的放热本领不同，是因为它们的______不同。完全燃烧的天然气放出的热量的42%被水吸收，则：可以使5kg的水温度上升_________℃。［天然气的热值为，水的比热容]。 【答案】 热值 40 【详解】燃料的放热本领由热值决定，热值是单位体积（或质量）燃料完全燃烧时释放的热量，不同燃料的热值不同，因此干木柴和煤的放热本领不同是因为它们的热值不同。 完全燃烧0.05m3的天然气放出的热量为 水吸收的热量为 可以使5kg的水温度上升 【题型2 热值的公式及相关计算】 【例2】高能聚合油是一种安全，清洁，可再生的新型环保燃料。某高能聚合油灶具烧水的热效率为60%，用该高能聚合油灶具将15kg的水从20℃加热到100℃。已知水的比热容是，高能聚合油的热值约为。求： (1)水吸收的热量； (2)该过程完全燃烧高能聚合油的质量。 【详解】（1）水升高的温度 根据水的吸热公式，可得水吸收的热量 （2）由热效率公式 可得高能聚合油完全燃烧放出的热量 根据燃料完全燃烧放热公式，可得完全燃烧高能聚合油的质量 【变式2-1】沼气是一种清洁燃料，完全燃烧沼气，放出的热量为，则沼气的热值为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【详解】根据热值公式，沼气的热值为 故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 【变式2-2】小明在燃气灶上烧水，将质量为初始温度为的水，升高了，需要燃烧_________的天然气，这是通过__________的方式来改变水的内能。（不计热量损失）[，天然气的热值] 【答案】 0.016 热传递 【详解】水吸收的热量 不计热量损失，天然气完全燃烧放出的热量 需要燃烧天然气的体积 水从天然气燃烧放出的热量中吸热，内能增加，温度升高，这是通过热传递的方式改变水的内能。 【变式2-3】湖南省第六批省级非物质文化遗产代表性项目名录公布，新田醋水豆腐制作工艺入选。醋水豆腐的制作需要经过八道工序之多，“煮浆”、“点脑”是最关键。某位工作人员在制作醋水豆腐中的“煮浆”过程，将大铁锅中质量为130kg，初温为10℃的豆浆煮到100℃，用了10kg的干木柴。求：（，） (1)煮浆过程中，豆浆吸收多少热量？ (2)木柴完全燃烧放出多少热量？ (3)用于干木柴煮浆的效率。 【详解】（1）根据得豆浆吸收的热量 （2）根据得完全燃烧10kg的干木柴放出的热量 （3）用干木柴煮浆的效率 【题型3 】 【例3】下面是对比热容和热值研究的实验： (1)甲图是研究水和醋比热容大小的实验，实验中水和醋的质量相等，若加热相同的时间，水的温度变化小，说明醋的比热容________（填“更大”或“更小”）；若让两杯液体升高相同的温度，那么其中________（填“水”或“醋”）加热时间较长； (2)乙图是研究煤油和菜籽油热值大小的实验，在燃烧灯中应注入________相同的两种燃料，并用它们分别为等________的水加热； (3)待________后，比较两杯水的温度变化，其中温度变化大的一组装置说明其所用燃料的热值________（选填“大”或“小”）。 【答案】(1) 更小 水 (2) 质量 质量 (3) 煤油和菜籽油全部燃烧 大 【详解】（1）由可知，质量相等的不同物质，加热相同时间即吸收热量相等时，水温度变化更小，说明水的比热容更大，因此醋的比热容更小； 若升高相同温度，比热容越大的物质，需要吸收的热量越多，对应加热时间更长，因此水的加热时间更长。 （2）探究热值大小时，根据控制变量法，要保证两种燃料的质量相同，同时被加热的水的质量也相同，才能通过水温变化比较燃料放热多少。 （3）根据控制变量法，质量相同的燃料，需要完全燃烧后，再比较水温变化；质量相同的燃料完全燃烧，放出热量越多，水升高的温度越大，由可知，燃料质量相同时，放热越多热值越大，因此温度变化大的一组燃料热值更大。 【变式3-1】如图所示，是“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验。取5g酒精和面巾纸碎片，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有30g水的试管加热。关于该实验，下列说法中正确的是（　　） A．必须同时点燃酒精和面巾纸碎片 B．需要记录的数据是加热前的水温和燃料燃尽时的水温 C．通过比较燃料燃烧的时间来比较燃料放出的热量多少 D．燃料充分燃烧后水吸收的热量与燃料质量的比值等于燃料的热值 【答案】B 【详解】A．本实验的目的是比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量，通过水温的变化来体现，与是否同时点燃无关，故A错误； B．燃料燃烧放出的热量被水吸收，导致水温升高。通过水温的变化可以比较燃料放出热量的多少。根据热量计算公式，需要测量水的初温 t0和燃料燃尽后的末温t，才能计算水温的变化量，从而比较水吸收热量的多少，故B正确； C．不同燃料的燃烧速度不同，燃烧时间长短不能代表放出热量的多少。比较放出热量的多少，应通过比较水温的变化量来进行，故C错误； D．燃料的热值是指 1kg 的某种燃料完全燃烧时放出的热量。在本实验中，燃料燃烧放出的热量有一部分散失到空气中，并没有全部被水吸收，所以水吸收的热量小于燃料完全燃烧放出的热量。因此，水吸收的热量与燃料质量的比值小于燃料的热值，故D错误。 故选B。 【变式3-2】A、B是常用的两种液体燃料，其完全燃烧释放的热量Q与质量的关系如图所示，由此可知A燃料的热值________B燃料的热值（选填“大于”“小于”或“等于”）。这两种液体燃料在燃烧过程中，将化学能转化为________能。现有A燃料2kg，用去1kg，则剩余A燃料的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 小于 内 不变 【详解】[1]如图，等质量的燃料A和燃料B完全燃烧，燃料A放出的热量更少，所以燃料A的热值小于燃料B的热值。 [2]燃料燃烧过程中，将储存的化学能转化为内能，释放热量。 [3]热值是燃料的特性，与燃料种类有关，与质量、放出的热量以及燃烧情况等无关，所以剩余A燃料的热值将不变。 【变式3-3】在探究比较不同物质吸热情况的实验中。 加热时间/min 0 1 2 3 4 水的温度/℃ 30 34 38 42 46 煤油的温度/℃ 10 18 26 34 42 (1)实验中，必须取________相等的水和煤油放入两个相同的烧杯，用相同的酒精灯加热（如图所示）。 (2)实验中若对水和煤油加热相同时间，可通过比较________来判断水和煤油吸热能力的强弱。 (3)分析表中数据可知，质量相等的水和煤油，升高的温度相同时，_______吸收的热量更多。 (4)实验时能闻到酒精的气味，这是_______现象，酒精燃烧过程中热值________。 (5)我国北方楼房中的暖气用水作为介质，请你详细阐述这样做的原因：_______。 【答案】(1)质量 (2)升高的温度 (3)水 (4)扩散 不变 (5)水的比热容较大，相同质量的水和其他比热容更小的物质相比，降低相同温度时，水放出的热量更多 【详解】（1）探究不同物质吸热能力时，根据控制变量法，需要控制水和煤油的质量相等，只改变物质种类。 （2）相同酒精灯加热相同时间，说明水和煤油吸收的热量相等，此时可以通过比较升高的温度判断吸热能力，根据公式可知，升高温度越小，吸热能力越强。 （3）由表格数据可知：质量相等的水和煤油升高相同温度时，水需要的加热时间更长，说明水吸收的热量更多。 （4）能闻到酒精气味，是酒精分子不停做无规则运动扩散到空气中，属于扩散现象。 热值是燃料本身的特性，只和燃料种类有关，和燃料质量无关，因此酒精燃烧过程中热值不变。 （5）水的比热容大，根据放热公式，相同质量的水和其他比热容更小的物质相比，降低相同温度时，水放出的热量更多，更适合作为暖气的传热介质。 考点2 热机的效率 1、燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 2、锅炉的效率 （1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置； （2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 3、热机效率 （1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 （2）计算公式： 对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。 （3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 （4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。 特别注意：对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，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。 4、提高热机效率的主要途径 （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。 （2）减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。 （3）在热机设计和制造上，采用先进的技术。 （4）保障良好的润滑，减少机械摩擦。 【题型4 】 【例4】热机是人们获得动力的重要机械。创新小组制作了如图所示的简易热机模型，在试管内倒入适量的水，加热试管，当试管内的水沸腾后，风扇在水蒸气的驱动下转动起来，整个过程消耗了的酒精。下列说法正确的是（）（     ） A．酒精在燃烧的过程中，其热值会变小 B．通过改进模型的结构，其效率可达100% C．整个过程消耗的酒精完全燃烧放出的热量为3×104J D．水蒸气驱动风扇转动时的能量转化与热机压缩冲程的相同 【答案】C 【详解】A．热值只和燃料的种类有关，和燃料的质量、燃烧情况无关，酒精在燃烧的过程中，其热值不变，故A错误； B．能量的损失不可避免，该模型的效率不可能达到100%，故B错误； C．整个过程消耗的酒精完全燃烧放出的热量为，故C正确； D．水蒸气驱动风扇转动时的能量转化是内能转化为机械能，热机压缩冲程的能量转化是机械能转化为内能，二者能量转化不同，故D错误。 故选C。 【变式4-1】如图是自制的简易热机模型，在矿泉水瓶的侧壁上钻一个小孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，在瓶口喷入液态酒精并盖上纸杯。按下电火花发生器的按钮后，酒精燃烧，纸杯飞出。下列说法正确的是（　　） A．纸杯被冲出，是机械能转化为内能，对应热机压缩冲程 B．气体推动纸杯过程中，瓶内气体内能减少 C．不断优化结构，可让该热机效率达到100% D．酒精燃烧越充分，酒精的热值就越大 【答案】B 【详解】A．纸杯被冲出，是内能转化为机械能，对应热机做功冲程，故A错误； B．气体推动纸杯过程中，内能转化为机械能，瓶内气体内能减少，故B正确； C．不断优化结构，热机仍会有能量损失，不能让该热机效率达到100%，故C错误； D．燃料的热值为燃料的一种特性，与燃烧是否充分无关，酒精燃烧越充分，酒精的热值不变，故D错误。 故选 B。 【变式4-2】国家“西气东输”工程正源源不断地向我市输送清洁能源——天然气。已知天然气的热值为，则每输送的天然气，完全燃烧后就相当于向我市输送了___________的能量。柴油机的效率___________（选填“大于”、“等于”或“小于”）汽油机的效率。 【答案】 大于 【详解】[1]根据燃料完全燃烧放热公式，代入天然气热值和输送体积，计算得 [2]柴油机的压缩比大于汽油机，燃料燃烧更充分，废气带走的能量等损失更少，因此柴油机的效率大于汽油机的效率。 【变式4-3】有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机提供更充足的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁。某台单缸四冲程汽油机在1s内汽油机对外做功10次，该汽油机的飞轮转速为_____r/min。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________（填“变大”“不变”或“变小”）。 【答案】 1200 变小 【详解】[1]四冲程汽油机每完成一个工作循环（做功1次），飞轮转2转。某台单缸四冲程汽油机在1s内汽油机对外做功10次，则1s内汽油机的飞轮转20转，则该汽油机的飞轮每分钟转1200转，即1200r/min。 [2]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。燃烧不充分时，消耗相同质量的燃料实际释放的热量减少，所做的有用功也随之减少，因此效率变小。 【题型5 】 【例5】汽油机汽缸在某时刻的状态如图甲所示，这是____________冲程，如图乙是汽油机的能量流向图，可算出它的热机效率为____________。 【答案】 做功 30% 【详解】图甲中两个气门关闭，活塞向下运动，把内能转化为机械能，所以图甲为汽油机的做功冲程； 该汽油机的热机效率是 【变式5-1】如图所示是某汽车工作时的能量流向图，由图中信息可知，该汽车汽油机工作过程中输出有用功的效率为（　　） A．6% B．30% C．36% D．28% 【答案】D 【详解】根据能量守恒定律，该汽车汽油机工作过程中输出有用功的效率等于总能量减去各项损耗能量的百分比之和。输出有用功的效率 故选D。 【变式5-2】2025年8月4日，我国在海南商业航天发射场使用长征十二号运载火箭，成功将卫星互联网低轨07组卫星送入预定轨道，如图所示。下列说法正确的是（    ） A．火箭发动机的效率最高可达到100% B．火箭升空过程中能量转化情况与汽油机的做功冲程相同 C．使燃料燃烧更充分可以提高燃料的热值 D．火箭飞入太空后，太空温度很低，其内能为零 【答案】B 【详解】A．火箭发动机工作时，会有能量损失（比如热量散失、克服摩擦消耗能量等），所以效率不可能达到 100%，故A错误； B．火箭升空过程中能量转化情况与汽油机的做功冲程相同，将内能转化为机械能，故B正确； C．燃料的热值与燃料燃烧的充分程度无关，使燃料燃烧更充分不能改变燃料的热值，故C错误； D．分子总是不停地做无规则运动，火箭飞入太空后，太空温度很低，其内能仍大于零，故D错误。 故选B。 【变式5-3】如图为汽油车的能量流向图，某品牌汽油车在一次行驶过程中消耗汽油30kg，汽油完全燃烧放出的热量为________J。若汽油机的热效率为30%，则有用机械能为________J（汽油的热值为）。 【答案】 【详解】[1]汽油完全燃烧放出的热量 [2]有用机械能 【题型6 】 【例6】某物理兴趣小组的同学用天然气灶给20kg的水加热，同时他们绘制了加热过程中水温随时间变化的图像，如图所示。若6min内完全燃烧了的天然气，求：［），］ (1)0.2m3的天然气完全燃烧放出的热量； (2)6min内水吸收的热量； (3)天然气灶烧水的加热效率。 【详解】（1）已知天然气体积，天然气热值，天然气完全燃烧放出的热量为 （2）由图可知，水的初温，6min时水的末温， 水的质量，水的比热容，水吸收的热量为 （3）加热效率 【变式6-1】小兮看见面点师傅将面拉成长条，放入滚烫的油中就炸出了香脆可口的油条，于是很想了解油的吸热能力。在老师指导下，他用酒精灯分别加热质量为100g、初温为20℃的油和水，记录的相关数据如下表所示。若单位时间内油吸收的热量与水吸收的热量相等，酒精的热值为，水的比热容为。下列说法正确的是（     ） 加热时间（min） 消耗酒精（g） 末温（℃） 油 2 2 88 水 2 2 50 A．油的末温比水的高，所以吸热能力更强 B．油的吸热能力与其吸收的热量多少有关 C．2min内油吸收的热量为 D．他使用的酒精灯的加热效率为21% 【答案】D 【详解】A．物质吸热能力由比热容反映，质量相同、吸收相同热量时，升高温度越小，比热容越大，吸热能力越强，油升温比水多，因此油吸热能力更弱，故A错误； B．吸热能力（比热容）是物质本身的固有属性，与吸收热量的多少无关，故B错误； C．2min内油吸收的热量等于水吸收的热量 故C错误； D．酒精完全燃烧放出总热量 加热效率 故D正确。 故选D。 【变式6-2】自热火锅是户外活动常见的一种快餐，它里面的发热包将水从加热至95°C的过程中，水吸收的热量为_____J。若用加热效率为25%的固体酒精给相同的水加热升高同样温度，至少需要固体酒精_____g。（） 【答案】 32 【详解】水的质量 水吸收的热量 由加热效率可得，酒精完全燃烧放出的总热量 由得，酒精的质量 【变式6-3】煤具有易燃污染小、成本低等特点。用秸秆煤将一壶质量为的20℃的水加热到100℃，此过程消耗秸秆煤，秸秆煤的热值约为，水的比热容为。试求： (1)这些水吸收的热量是多少？ (2)秸秆煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)该过程的热效率是多少？ 【详解】（1）水的质量为，初温，末温，水的比热容。 水吸收的热量是 （2）设秸秆煤的质量为，热值。 秸秆煤完全燃烧放出的热量是 （3）该过程的热效率是 【题型7 热机效率的计算】 【例7】如图是我国自主研制的机械狗“上班”的情景。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗在水平路上可以实现负重40kg，10min移动1.2km。机器狗的运动利用液压系统，为使用安全，液压系统的液压油温度不能高于80˚C。为机械狗提供动力的是燃油发动机，其消耗120kg的燃油能提供的有用功。求： (1)机械狗负重移动的速度是多少； (2)4kg的液压油温度由30˚C升高到80˚C需要吸收的热量，则该液压油的比热容是多少。 (3)该发动机的效率是多少。（燃油的热值为）。 【详解】（1）机械狗移动的路程 运动的时间 则机械狗的速度 （2）液压油的比热容 （3）燃油完全燃烧放出的总热量 则发动机的效率 【变式7-1】小明家新购买了一款户外分体式燃气炉去户外野炊。野炊时，小明测量得出：用该燃气炉烧水过程中，把初温为20℃的2 kg水刚好加热到100℃，完全燃烧了0.025 m3的天然气。已知，，下列说法正确的是（    ） A．烧水过程中是通过做功使水的内能减小 B．水沸腾后上方冒出大量“白气”，说明分子在不停地做无规则运动 C．该燃气炉烧水的效率为33.6% D．水吸收的热量为 【答案】D 【详解】A．烧水过程中是通过热传递使水的内能增加，故A错误； B．“白气”是水蒸气液化形成的肉眼可见的小水滴，属于宏观颗粒物，不是分子，不能说明分子的无规则运动，故B错误； CD．水吸收的热量为 天然气完全燃烧放出的热量 烧水效率 ，故C错误，D正确。 故选D。 【变式7-2】完全燃烧0.5m3的页岩气放出的热量为_______J，这些热量的80%被质量为100kg，初温为20℃的水吸收，可使水温升高到_______℃。（q页岩气=4.2×107J/m3；c水=4.2×103J/(kg⋅℃)） 【答案】 2.1×107 60 【详解】1. 完全燃烧的页岩气放出的热量 2.  水吸收的热量 由变形得 水的末温 【变式7-3】汽车油耗是指车辆在行驶一定距离时所消耗的燃油量，通常以百公里油耗（L/100km）来表示。某次测试，汽车在一段平直的公路上匀速行驶了10km，受到的阻力是800N，消耗汽油490g。汽油的密度ρ汽=0.7×103kg/m3，热值q=4.6×107J/kg，求该过程中： (1)汽车的百公里油耗； (2)汽车牵引力做的功； (3)汽车发动机的效率。 【详解】（1）该车百公里耗油质量 汽车的百公里油耗 该车百公里油耗为7L/100km。 （2）小汽车匀速行驶时，牵引力 牵引力做的功 （3）完全燃烧汽油放出的热量 汽车发动机的效率 【题型8 】 【例8】热机效率是热机性能的重要指标，下列措施中，可以提高热机效率的是（     ） A．增加热机的工作时间 B．减少热机部件的摩擦 C．使用热值更小的燃料 D．增加废气带走的热量 【答案】B 【详解】A．增加热机工作时间，只会增加总做功和总消耗燃料的量，不会改变有用功占总能量的比值，无法提高热机效率，故A不符合题意； B．减少热机部件的摩擦，可以减少克服摩擦消耗的额外能量，让更多能量用来做有用功，提高了有用功占总能量的比例，因此可以提高热机效率，故B符合题意； C．热机效率和燃料热值无关，热值只反映燃料放热能力，不改变能量利用率，使用热值更小的燃料不会提高效率，故C不符合题意； D． 增加废气带走的热量，意味着能量损失更多，有用功占总能量的比例降低，热机效率下降，故D不符合题意。 故选B。 【变式8-1】如图在易拉罐内装适量水，瓶口密封安装一根吸管并正对风扇。点燃下方蜡烛后，前方的小风扇转动起来。下列说法不正确的是（　　） A．罐内的水在加热过程中，温度升高，内能增加 B．蜡烛用掉一部分后，蜡烛的热值不变 C．将蜡烛改成热值更大的燃料，装置效率提高 D．风扇被转动和热机做功冲程的能量转化相同 【答案】C 【详解】A．罐内的水在加热过程中，通过热传递的方式吸收热量，温度升高，内能增加，故A正确； B．热值与燃料的质量、燃烧程度等均无关，用掉一部分后，蜡烛的热值不变，故B正确； C．将蜡烛改成热值更大的燃料，虽然燃料完全燃烧放出的热量增加，但装置效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，由于不知道有用功如何变化，所以不能确定装置效率一定提高，故C错误； D．风扇被转动时，是内能转化为机械能，热机做功冲程也是内能转化为机械能，二者能量转化相同，故D正确。 本题选择不正确的，故选C。 【变式8-2】同学们在物理课上用酒精做燃料制作了一个简易热机模型，工作了一段时间消耗了10g酒精，这些酒精完全燃烧能释放出____J的热量，同学们对热机进行改进后，热机的燃料燃烧得更充分，这会使热机的效率变_____。（酒精热值为） 【答案】 高 【详解】消耗酒精的质量 酒精完全燃烧释放的热量为 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总能量之比，燃料燃烧更充分则燃烧损失的能量减少，有用功的能量占总能量的比例增大，因此热机的效率变高。 【变式8-3】某社区开设了“银发食堂”，解决了老年人的吃饭问题，让居民乐享幸福“食”光。走进食堂能闻到饭菜的香味，这是________现象；燃烧天然气烹饪食物，食物内能的增加是通过________的方式实现的；当冬天气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率________（选填“升高”“不变”或“降低”）。 【答案】 扩散 热传递 降低 【详解】闻到饭菜香味是分子无规则运动导致的，属于扩散现象。 燃烧天然气时，火焰的热量传递给食物，使食物内能增加，这种改变内能的方式为热传递。 冬天气温下降，散失到空气中的热量增多，意味着燃料燃烧放出的热量中被有效利用的占比减小，因此燃料的利用率降低。 随堂巩固 【随堂巩固】 1．2026年5月11日8时14分，搭载天舟十号货运飞船的长征七号遥十一运载火箭，在我国文昌航天发射场点火发射，约10分钟后，发射任务圆满成功。选择液氧煤油作为燃料，除了很环保之外，主要还是因为液氧煤油的（     ） A．沸点高 B．熔点高 C．比热容大 D．热值大 【答案】D 【详解】火箭发射需要燃料在质量相同时尽可能放出更多的能量，热值是描述燃料放热能力的物理量，热值越大的燃料，完全燃烧相同质量时放出的热量越多，因此选择液氧煤油作为火箭燃料的主要原因是它的热值大。 其他选项分析：沸点、熔点不是选择火箭燃料的核心依据；比热容大是水常用作冷却剂的原因，和燃料选择无关，故选D。 2．生活中处处有物理，妈妈在厨房中熬煮鱼汤时，小丽发现有很多现象可以用物理知识解释。以下说法正确的是（     ） A．熬煮鱼汤时，是通过做功的方式改变内能 B．熬煮鱼汤时，调大火力可以提高燃气的热值 C．能闻到鱼汤的香味，是因为分子在不停地做无规则运动 D．熬煮好的鱼汤周围冒着的“白气”是锅内的水汽化形成的水蒸气 【答案】C 【详解】A．熬煮鱼汤时，是通过热传递的方式将燃气的内能转移给鱼汤，改变鱼汤的内能，故A错误； B．热值是燃料的固有特性，仅与燃料种类有关，与火力大小无关，故B错误； C．能闻到鱼汤的香味是扩散现象，这是分子在不停地做无规则运动的体现，故C正确； D．鱼汤周围的“白气”是锅内温度较高的水蒸气遇冷液化形成的小水滴，水蒸气肉眼不可见，故D错误。 故选C。 3．青瓦是我国古建筑常用的建筑材料，制瓦工艺有上千年的历史。制瓦工艺分为成坯、晒制、高温烧制等诸多流程。下列说法中正确的是（     ） A．晒制过程中，瓦坯中的水会升华变为水蒸气 B．烧制青瓦时，通过热传递将温度传递给瓦片 C．烧制青瓦时，燃料燃烧越充分其热值会越大 D．揉捏泥料成型，说明力可以改变物体的形状 【答案】D 【详解】A．瓦坯中的水原本是液态，变为水蒸气是汽化现象；升华是指固态物质直接变为气态，故A错误； B．热传递过程中传递的是热量，不是温度，故B错误； C．热值是燃料的固有特性，只和燃料的种类有关，与燃烧是否充分无关，故C错误； D．揉捏泥料改变了泥料的形状，说明力可以改变物体的形状，故D正确。 故选D。 4．2026年3月，中科院研发出塑料热电薄膜衣物试验品，依据热电偶效应，靠薄膜两侧的温度差，内侧温度较高、外侧温度较低，从而形成电压，可用于给手机充电，把人体变成“行走的充电宝”。下列说法正确的是（　　） A．该薄膜将内能全部转化为电能，发电效率可达100% B．该薄膜在冬季发电效果比夏季更好，因为冬季人体与环境温差更大 C．选用导热性能好的材料制作薄膜，更利于保持温差提升发电量 D．发电过程中只有内能转化为电能，无其他形式能量变化 【答案】B 【详解】A．内能不可能全部转化为电能，发电效率不可能达到100%。故A错误； B．薄膜依靠两侧温度差形成电压，冬季人体与环境的温差比夏季大，能形成的电压更大，发电效果更好。故B正确； C．如果薄膜导热性能太好，会很快使内外侧温度趋于一致，难以保持温差，反而不利于提升发电量。故C错误； D．发电过程中，除了内能转化为电能，还会有部分内能通过热传递损失，并非只有内能和电能的转化。故D错误。 故选B。 5．如图是将质量和初温均相同的水烧开时燃料的使用情况，下列错误的是（     ） A．该过程中，改变内能的方式是热传递 B．烟煤难以压缩，是因为分子之间只存在斥力 C．发生煤气泄漏能闻到煤气味，是因为分子在不断做无规则热运动 D．若加热的效率相同，根据燃料使用情况，说明煤气的热值最大 【答案】B 【详解】A．烧水过程中，燃料燃烧的热量传递给水，是通过热传递改变水的内能，故A正确。 B．分子间同时存在引力和斥力，烟煤难以压缩是因为压缩时分子间距较小，斥力大于引力，并非“只存在斥力”，故B错误。 C．煤气泄漏能闻到煤气味，属于扩散现象，本质是分子在不断做无规则热运动，故C正确。 D．加热的水的质量相同，即Q吸相同；加热效率相同时，燃料完全燃烧放出的总热量也相同；根据热值公式，需要的燃料质量越小，热值越大。由图可知烧开相同水需要煤气的质量最小，因此煤气热值最大，故D正确。 本题选错误的，故选B。 6．2026年２月7日，我国在酒泉卫星发射中心使用长征二号F运载火箭，成功发射了可重复使用的试验航天器。火箭选用液态氢作燃料，氢的热值为，在航天器加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　） A．以加速升空的试验航天器为参照物，发射台是静止的 B．航天器加速升空的过程中，航天器受到平衡力的作用 C．航天器加速升空的过程中，航天器的机械能不断增大 D．完全燃烧100g的液态氢，其释放的热量为 【答案】C 【详解】A．以加速升空的航天器为参照物，发射台相对航天器的位置不断变化，因此发射台是运动的，故A错误。 B．物体受平衡力时保持静止或匀速直线运动状态，航天器加速升空，运动状态改变，受到的不是平衡力，故B错误。 C．航天器加速升空过程中，质量不变，速度增大则动能增大，高度升高则重力势能增大，机械能为动能与势能之和，因此机械能不断增大，故C正确。 D．100g=0.1kg，完全燃烧液态氢释放的热量 故D错误。 故选C 。 7．如图为某学生在科技节展示的小船，易拉罐中的水吸热后产生的大量水蒸气从小孔中冲出时，小船就能向前运动，且小孔处会出现“白气”。加热水使小船运动的过程中（     ）    A．易拉罐中的水减少，水的比热容会变小 B．蜡烛由于燃烧，其热值会变小 C．通过做功的方式改变了易拉罐中的水的内能 D．水蒸气推动小船时的能量转化与热机做功冲程相同 【答案】D 【详解】A．水减少后，物质种类和状态不变，因此水的比热容不变，故A不符合题意； B．蜡烛燃烧过程中，种类不变，热值不变，故B不符合题意； C．蜡烛燃烧放出热量，易拉罐内的水吸收热量，是通过热传递的方式改变水的内能，故C不符合题意； D．水蒸气从小孔冲出推动小船时，将水蒸气的内能转化为小船的机械能，热机的做功冲程也是将内能转化为机械能，二者能量转化相同，故D符合题意。 故选D。 8．如图甲、乙、丙三个装置相同，燃料的质量相等，试管中液体的初温和质量也相同，小明用图示装置进行两个实验。实验①是“探究不同物质吸热升温现象”，实验②是“比较不同燃料燃烧放出热量”。当燃料燃尽时，甲装置温度计示数为T甲，乙装置温度计示数为T乙，丙装置温度计示数为T丙，T甲>T乙>T丙，且装置中液体均未沸腾，下列说法正确的是（　　） A．为完成实验①，应选择甲、乙两图 B．为完成实验②，还需要秒表计时 C．若燃料1的热值为q1，燃料2的热值为q2，则q1>q2 D．若液体a的比热容为ca，液体b的比热容为cb，则ca>cb 【答案】C 【详解】A．探究不同物质吸热升温现象，需要控制燃料相同，被加热的液体不同，所以应选择甲、丙两图进行实验，故A错误； B．‌比较不同燃料燃烧放出热量，是通过观察液体升高的温度来比较燃料完全燃烧放出热量的多少，不需要秒表计时，故B错误； C．比较不同燃料的热值，要让质量相同的不同燃料完全燃烧，通过被加热液体升高的温度来反映燃料放出热量的多少。甲、乙装置中液体相同，燃料不同，燃料燃尽时，，说明燃料1放出的热量比燃料2多，根据，在燃料质量相等的情况下，燃料1放出的热量多，则燃料1的热值大于燃料2的热值，故C正确； D．‌甲、丙装置中燃料相同，加热时间相同，即两种液体吸收的热量相同，液体的末温高于液体的末温，且两种液体的初温和质量相同，根据在、相同的情况下，越大，比热容越小，所以，故D错误。 故选C。 9．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。市场上的某品牌氢能自行车，一次性充满氢气，2h匀速骑行，氢气热值为。氢气完全燃烧产生的热量是______J，选用氢气做燃料是因为氢气的_____大。 【答案】 热值 【详解】根据燃料完全燃烧放热公式可得 氢气被选作燃料，核心原因是它的热值大，相同质量的氢气完全燃烧时，相比其他燃料能释放出更多的热量，符合新能源高效供能的需求。 10．2022年6月5日上午，神舟十四号载人飞船搭载长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射，3名航天员将在太空进行为期6个月的科学实验探究和生活。热机是指利用___________来做功的机械。长征二号F遥运载火箭用了液态氢作燃料，主要原因是液态氢的___________。 【答案】 内能 热值高 【详解】 热机是利用内能来做功的机械，工作时将内能转化为机械能；运载火箭需要燃料燃烧释放大量能量以提供动力，液态氢的热值高，完全燃烧相同质量的液态氢能释放更多热量，给火箭提供更大的动力。 11．随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为，如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为__________，氢气燃烧时__________（选填“会”或“不会”）污染周围环境。 【答案】 4.2×109 不会 【详解】[1]氢燃料完全燃烧释放的热量 [2]氢气燃烧的产物是水，不会对周围环境产生污染。 12．某品牌油电混动汽车在一平直公路上匀速行驶时，先用热效率为30%的汽油机输出动力，行驶5km后消耗汽油0.25kg，则该车受到的阻力大小为________N；在汽油机工作的同时，电池系统会回收汽油完全燃烧释放能量的12%，若把回收的这些能量用于电机驱动该车，让其在这条公路上仍以原来的速度匀速行驶，则还可以再多行驶________km。（已知汽油热值，电机系统工作时效率为80%，不考虑动力传输中能量损失） 【答案】 690/ 1.6 【详解】汽油完全燃烧放出的热量 汽油机做的有用功 汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，则 回收的能量为 电机的有用功为 可额外行驶的距离 13．某食堂利用生物质燃料颗粒当作能源，利用锅炉烧水时，消耗了5 kg生物质燃料颗粒，将100 kg的水在一个标准大气压下从20 ℃加热至沸腾，已知q生物质=1.4×107 J/kg，水的比热容c水=4.2×103 J/（kg·℃），则该食堂锅炉的加热效率为____。 【答案】48% 【详解】水吸收的热量 生物质燃料完全燃烧放出的热量 锅炉的加热效率为 13．小明用图甲所示装置进行热学探究。 ①取200g的碎冰放入烧杯中，用酒精灯加热至沸腾后得到水温T随时间t变化的图像，如图乙中的a。 ②使用同样的装置，换用等质量的食用油实验，得到图乙中的b。 ③用该酒精灯测量酒精的热值。 (1)冰熔化过程中温度_____；撤去酒精灯后，水逐渐停止沸腾，说明水沸腾时需要_____； (2)实验中，要使食用油和水升高相同的温度，需要对_____加热更长时间。水从20℃加热至沸腾，消耗2g酒精，若不计热损失和水的质量变化，则酒精的热值q=_____J/kg。已知水的比热容； (3)实验中将水从20℃加热至沸腾后继续加热2min才熄灭，则所测酒精的热值将____ （选填“偏大”“偏小”或“不变”），理由是____。 【答案】(1) 不变 吸热 (2) 水 (3) 偏小 实际消耗酒精放出的热量大于水加热至沸腾时吸收的热量 【详解】（1）[1]冰是晶体，熔化过程中温度不变。 [2]撤去酒精灯后，水无法继续吸热，水逐渐停止沸腾，说明水沸腾时需要吸热。 （2）[1]由图得，食用油温度升高较快，则实验中，要使食用油和水升高相同的温度，需要对水加热更长时间。 [2]200g的碎冰熔化成水，水的质量不变。水从20℃加热至沸腾，消耗2g酒精，若不计热损失和水的质量变化，有 酒精的热值 （3）[1][2]因为水沸腾后温度不变，将水从20℃加热至沸腾后继续加热2min才熄灭，则实际消耗酒精放出的热量大于水加热至沸腾时吸收的热量，因此计算出的热量偏小。 15．在“探究水沸腾时温度变化的特点”的实验中： (1)某时刻温度计的示数如图甲所示，为______℃。 (2)计时4min后，水开始沸腾，根据实验数据，描绘出水的温度随时间变化的图像如图乙所示，分析图像可知，水在沸腾前温度______（选填“升高”“降低”“不变”）。撤掉酒精灯，水仍能继续沸腾一段时间，是因为水仍然能从______（选填“石棉网”“酒精灯”）上吸热。 (3)实验后整理器材发现，灯中的酒精明显减少，引发同学们探究酒精的利用率，实验测得燃烧5g酒精，使水吸收4.5×104J的热量（水未沸腾），则酒精灯的热效率为______（酒精的热值为3×107J/kg）。 【答案】(1)94 (2) 升高 石棉网 (3)30% 【详解】（1）该温度计的分度值为，刻度值上大下小为零上温度，示数为。 （2）由图乙的温度变化曲线可知，水沸腾前吸热，温度不断升高；撤掉酒精灯后，石棉网余温高于水的沸点，水仍然可以从石棉网吸收热量，因此会继续沸腾一段时间。 （3）酒精质量 燃烧5g酒精放出的热量 酒精灯的热效率 16．小区使用管道天然气为住户供气，所用天然气热值为。某天，小明家利用燃气热水器将20kg的水从20℃加热40℃，热水器的加热效率为80%。已知水的比热容。求： (1)水升温吸收的热量。 (2)消耗的天然气体积。 【详解】（1）水升温吸收的热量 （2）天然气完全燃烧放出的热量 消耗天然气的体积 17．某研究小组利用自制太阳能热水器（如图所示）开展了太阳能的相关实验。他们控制太阳能热水器接收太阳光垂直照射的面积始终为，垂直于太阳光的表面上每秒钟接收的太阳能是，太阳能热水器内水的质量为，水的初温为，经时间后水的温度上升到。[水的比热容为] (1)太阳能热水器内的水吸收的热量是多少？ (2)自制太阳能热水器的加热效率为多少？ (3)如果这段时间内热水器接收到太阳辐射的热量由干木柴燃烧来提供，至少需要完全燃烧多少千克干木柴？（干木柴的热值为） 【详解】（1）太阳能热水器内的水吸收的热量 （2）太阳能热水器接收太阳光垂直照射的面积，照射时间，热水器接收到的总太阳能 则自制太阳能热水器的加热效率 （3）根据题意，干木柴完全燃烧放出的热量等于热水器接收到的总太阳能，即 由可得，需要完全燃烧干木柴的质量 18．一辆重型油罐车，满载时总质量为kg，车轮与地面总接触面积为。油罐车在平直公路上匀速行驶12000m，耗时10min，牵引力大小为。油罐内装有深度为1.5m的柴油，柴油密度，热值，g取10N/kg。求： (1)油罐车在平直公路上行驶的速度； (2)油罐底部受到柴油的液体压强； (3)若油罐车内柴油完全燃烧放出的热量为，则车内柴油的质量。 【详解】（1）由题可知，油罐车行驶的时间 根据速度公式，油罐车的速度 （2）油罐底部受到柴油的液体压强为 （3）已知柴油完全燃烧放出的热量，根据热值公式，柴油的质量为 2 / 30 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $