14.3 热机的效率暑假专项练习 -2026-2027学年人教版物理九年级全一册

**基本信息** 聚焦热机效率核心考点，以“概念理解-计算应用-优化方法”为逻辑主线，通过典型题例强化能量观念与科学推理。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |燃料的热值概念的理解|单选6、填空4|结合航天、生活实例考查热值含义及特性|从燃料放热本质引入，建立热值与能量释放的关联| |热机的效率概念的理解|单选6、填空4|通过效率定义辨析、能量流向图分析考查概念|从热值过渡到热机能量转化效率，明确有用功与总能量关系| |热机的效率的计算|单选5、填空4、计算4|结合汽车、飞机等场景考查效率公式应用|基于概念理解，通过公式η=W有/Q放进行定量计算| |提高热机的效率的方法|单选4、填空3|从燃烧充分性、能量损失角度考查优化措施|由计算结果反思效率提升途径，体现科学态度与责任|

►第十四章 内能的利用 第2节热机的效率 ■知识点01 燃料的热值概念的理解 ■知识点02 热机的效率概念的理解 ■知识点03 热机的效率的计算 ■知识点04 提高热机的效率的方法 知识点01 燃料的热值概念的理解 一．单项选择题 1．2025年12月，长征八号甲火箭首次采用以煤炭为原料的煤基航天煤油，标志着中国航天燃料的重大突破。火箭以煤基航天煤油作燃料是因为它（　　） A．热值较高 B．比热容较大 C．密度小 D．易凝固 2．释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2500kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是（　　） A．热值 B．热量 C．内能 D．比热容 3．妈妈用燃气灶烧水时告诉小丽：“液化石油气比天然气更‘经烧’，同样烧开一壶水用的石油气更少。”这里的“经烧”主要是指液化石油气的（　　） A．价格更便宜 B．热值更大 C．密度更小 D．火焰温度更高 4．“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”具有很大的（　　） A．密度 B．热值 C．内能 D．比热容 5．图中三种燃料，下列说法正确的是（　　） A．若发生煤气泄漏，能闻到煤气味，是因为分子在不断做无规则热运动 B．将质量和初温均相同的水烧开，煤气所需量最少，说明煤气放出内能最大 C．钻“干木材”取火，改变内能的方式是热传递 D．烟煤难以压缩，是因为分子之间只存在斥力 6．2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭成功将三名航天员送入中国空间站，如图。下列说法正确的是（　　） A．点火后，以发射塔为参照物，火箭是静止的 B．点火后，大量“白气”涌向四周是液化现象 C．运载火箭采用偏二甲肼作为燃料，是因为它的比热容大 D．火箭发动机工作时，将机械能转化为内能 二．填空题 7．我国自行研制的长征系列运载火箭已将众多卫星送入太空，火箭主要采用液氢作为燃料，这是因为液氢的　 　 大，燃烧时可释放更多能量，从而使火箭获得更多的机械能。升空过程中消耗了部分液氢，剩余液氢的热值　 　 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 8．如图为中国古代二级火箭—“火龙”。发射时，点燃龙身下部的4个火箭（药）筒，推进火龙向前飞行，火药烧完后，龙身内的火箭被点燃飞出。这种火箭已经应用了火箭并联（4个火药筒）、串联（两级火箭接力）原理。火药燃烧时产生的高温高压燃气推动火箭前进的过程，是内能转化为　 　 能的过程。现代火箭所用燃料燃烧时产生的推力更大，现代火箭燃料与火药相比更具有较大　 　 。 9．请补全下面知识结构图。 （1）　 　 ； （2）　 　 ； （3）　 　 。 10．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”）。 知识点02 热机的效率概念的理解 一．单项选择题 1．某热机的效率为30%，表示该热机（　　） A．每消耗100g燃料能对外做功30J B．能将30%的内能转化为机械能 C．每分钟对外做功30J D．对外做功30J时消耗100kg燃料 2．关于热机效率，以下说法中正确的是（　　） A．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高 B．热机效率越高，热机做的有用功就一定越多 C．新能源汽车发动机的效率可以达到100% D．消耗的燃料相同时，热机做的有用功越多，热机的效率越高 3．甲、乙两台热机，甲的效率比乙高，则下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功比乙多 B．甲做功比乙快 C．在相同的时间内，甲消耗的燃料比乙少 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙少 4．某同学家新买了辆小汽车，关于汽车下列有关说法错误的是（　　） A．汽车长时间行驶轮胎会发热，这是通过做功改变内能 B．随着科技发展，汽车内燃机效率可以达到100% C．汽车冷却液主要成分是水，这是利用了水的比热容大 D．汽车启动时，小明闻到汽油味说明汽油分子在不停地做无规则运动 5．提高热机效率对缓解能源紧缺非常重要。下列有关热机效率的说法正确的是（　　） A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率 B．实现“零排放”的新型燃料汽车的热机效率为100% C．使用的燃料热值越高，热机的效率越高 D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 6．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，图甲是汽油机的某冲程，图乙是该汽油机的能流图。下列有关说法错误的是（　　） A．甲图是压缩冲程，气缸内气体的内能增大，温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是28% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．热机的工作原理是将内能转化为机械能 二．填空题 7．四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是 　 　 冲程。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油机的效率将 　 　 （选填“升高”“不变”或“降低”），说明在做功相同的情况下，消耗的汽油质量将比正常工作时 　 （选填“增加”“不变”或“减少”）。 8．现在有的汽车采用涡轮增压发动机，它和普通发动机相比，能利用废气的能量压缩空气，增加气缸的进气量，使燃料燃烧更充分，动力更强。涡轮增压发动机和普通发动机消耗相同体积的汽油，燃料的热值　 　 ，转化来的机械能　 　 。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 9．汽油机广泛应用于燃油轿车。 （1）汽油机中常用汽油作为燃料，汽油的热值约为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg汽油释放出热量约为 　 J。 （2）图（a）是四冲程汽油机工作过程中的 　 　 冲程。 （3）图（b）是某燃油轿车发动机的能量分配图，若某段时间里发动机输出做功为8×107J，则在这段时间里来自燃料的能量为 　 J。 10．现代生活中最重要的交通运输工具——汽车，与我们的生活走得越来越近了。 （1）若一台汽油机飞轮的转速是1200r/min，这台汽油机的活塞每秒钟完成　 　 次做功冲程，在做功冲程中，推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为　 　 W； （2）汽油的热值4.6×107J/kg含义：　 　 。 （3）汽油机的效率很低，主要原因之一是　 　 带走了大量的能量。 （4）如图甲所示，用手反复弯折铁丝，铁丝会变热，此过程的能量转化方式与图乙中的　C　 （填字母）能量转化是一致的。 知识点03 热机的效率的计算 一．单项选择题 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% 2．如图是甲、乙两汽油机某段时间内的能量流向图，此过程两者相比，乙汽油机（　　） A．效率低 B．汽油完全燃烧释放的能量少 C．消耗的汽油质量大 D．汽油的热值大 3．一台汽油机，在某段工作时间内消耗2kg汽油，对外输出有用机械能为2.76×107J，可知该汽油机工作时的效率为（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）（　　） A．30% B．40% C．48% D．60% 4．一般来说，柴油机的效率高于汽油机的效率，这表明（　　） A．柴油机做功多 B．柴油机做功快 C．柴油机消耗柴油少 D．柴油机将内能转化为机械能的比例大 5．某内燃机的能量流向图如图所示，该内燃机的效率为（　　） A．34% B．28% C．31% D．7% 二．填空题（共4小题） 6．已知汽油热值为4.6×107J/kg，则小汽车牵引力做了1.38×106J机械功的过程中消耗了0.1kg的汽油，则该汽油机的效率为　 　 。 7．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，已知这段过程汽车牵引力所做的有用功为3.6×106J，消耗汽油0.3kg，汽油完全燃烧放出的热量为　 J，则该汽车的热机效率为　 　 。[] 8．如图甲所示，为某四冲程汽油机的 　 　 冲程，若飞轮转速是1200r/min，则每分钟做功 　 　 次，图乙为该汽油机能量转化比例图，该汽油机的效率为 　 　 %。 9．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600r/min，则1s可以完成 　 　 个工作循环，运行时各种能量的损耗为：汽缸散热损失占15%，废气带走的能量占40%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 　 　 。 三．计算题 10．随着国家的发展，我国人民的生活水平不断提高，汽车已进入千家万户，某品牌国产汽车以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶46km，消耗汽油2kg，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值q＝4.6×107J/kg，求该汽车匀速行驶46km过程中： （1）汽车发动机的牵引力； （2）2kg汽油完全燃烧产生的热量； （3）发动机的效率。 11．为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，2025年9月3日，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式。如图所示是首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车10min匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q柴油＝4×107J/kg，当地大气压为1个标准大气压]求： （1）战车的牵引力在这10min里做的功； （2）这辆战车发动机的热机效率； （3）若发动机所做额外功的20%的能量，全部被初温为10℃、质量为5kg的水吸收，水温可以升高多少℃。 12．如图所示，是我国自主研制的机械狗。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗的运动利用液压系统，为其提供动力的是CatC9燃油发动机。 （1）为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于80℃。4kg的液压油温度由30℃升高到80℃需要吸收4.8×105J的热量，则该液压油的比热容是多少？ （2）机械狗使用发动机消耗120kg的燃油能提供1.44×109J的有用功，燃油完全燃烧释放的热量是多少？（燃油的热值为4×107J/kg） （3）该发动机的效率是多少？ 13．如图是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机。飞机使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3120kW，飞机飞行5min消耗燃油0.156t。燃油的热值取4×107J/kg。求： （1）飞机飞行5min发动机所做的有用功； （2）0.156t燃油完全燃烧放出的热量； （3）飞机发动机的效率； （4）0.156t燃油完全燃烧放出的热量被标准大气压下30t温度为20℃的水全部吸收，可以使水升高多少℃。（结果保留一位小数） 知识点04 提高热机的效率的方法 一．单项选择题 1．我国首款大型液氧甲烷火箭“朱雀三号”2025年成功首飞。为提高火箭发动机效率，下列措施合理的是（　　） A．让燃料燃烧更充分 B．增加燃料携带量 C．采用更高热值的燃料 D．增大喷管排气速度 2．要提高热机的效率，可行的方法是（　　） A．多利用热值大的燃料 B．减少各种热损失，保证良好的润滑 C．多燃烧燃料 D．提高热机的功率 3．提高热机效率对减少能源消耗，环境保护有重要意义。下列方法中能提高热机效率的是（　　） A．尽量增加废气带走的热量 B．延长热机的工作时间 C．增大各零部件之间的摩擦 D．尽量使燃料充分燃烧 4．从20世纪初至今，燃气灶的加热效率从30%增加到60%以上。以下做法不能提高加热效率的是（　　） A．使用智能燃气灶根据烹饪需求实时调整火力大小 B．优化燃烧室设计，确保燃料与空气的混合更加充分 C．使用热值更小的燃料 D．回收烟气中的热量，用于预热进入燃烧室的空气 二．填空题 5．现在有的小汽车采用涡轮增压发动机，它和普通发动机相比，能利用废气的能量压缩空气，增加汽缸的进气量，这样燃料燃烧 ，发动机效率更 。（填“高”或“低”） 6．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，尾气的柴油味越 （填“浓”或“淡”），柴油机越节能；尾气温度越 （填“高”或“低”），柴油机越节能。 7．某品牌电动汽车使用的永磁同步电机在理想情况下工作的效率达97%，其物理意义是 。虽然新能源不断被开发利用，但汽油仍然是当今社会主要的发热能源，为了提高汽油机的工作效率，可采取方法是 （选填字母标号）。 A.换用热值更大的燃料 B.对汽油机进行改进，减少能量损失 学科网（北京）股份有限公司 $ ►第十四章 内能的利用 第2节热机的效率 ■知识点01 燃料的热值概念的理解 ■知识点02 热机的效率概念的理解 ■知识点03 热机的效率的计算 ■知识点04 提高热机的效率的方法 知识点01 燃料的热值概念的理解 一．单项选择题 1．2025年12月，长征八号甲火箭首次采用以煤炭为原料的煤基航天煤油，标志着中国航天燃料的重大突破。火箭以煤基航天煤油作燃料是因为它（　　） A．热值较高 B．比热容较大 C．密度小 D．易凝固 【答案】A 【解答】解：火箭运行需要燃料在质量较小的情况下，释放出尽可能多的能量，热值表示燃料的放热能力，热值越高的燃料，完全燃烧相同质量时放出的热量越多，因此火箭以煤基航天煤油作燃料是因为它热值较高，燃料的性能与比热容、密度、凝固点无关，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 2．释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2500kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是（　　） A．热值 B．热量 C．内能 D．比热容 【答案】A 【解答】解：一袋饼干的营养成分表上标有“2500kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是热值，故A符合题意，BCD不符合题意。 故选：A。 3．妈妈用燃气灶烧水时告诉小丽：“液化石油气比天然气更‘经烧’，同样烧开一壶水用的石油气更少。”这里的“经烧”主要是指液化石油气的（　　） A．价格更便宜 B．热值更大 C．密度更小 D．火焰温度更高 【答案】B 【解答】解：相同条件下，烧开同样一壶水，需要吸收的热量相同，液化石油气更“经烧”，说明放出相同热量时，需要完全燃烧的液化石油气质量更少，所以“经烧”是指液化石油气的热值更大，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选：B。 4．“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”具有很大的（　　） A．密度 B．热值 C．内能 D．比热容 【答案】B 【解答】解：在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大，故B正确。 故选：B。 5．图中三种燃料，下列说法正确的是（　　） A．若发生煤气泄漏，能闻到煤气味，是因为分子在不断做无规则热运动 B．将质量和初温均相同的水烧开，煤气所需量最少，说明煤气放出内能最大 C．钻“干木材”取火，改变内能的方式是热传递 D．烟煤难以压缩，是因为分子之间只存在斥力 【答案】A 【解答】解：A．发生煤气泄漏时能闻到气味，是扩散现象，本质是分子在不断做无规则热运动，故A正确； B．将相同质量和初温的水烧开，水吸收的总热量是固定的；煤气需要的质量最少，只能说明煤气的热值更大，即单位质量煤气完全燃烧放出的热量更多，不是煤气放出内能最大，故B错误； C．改变物体内能的两种方式是做功和热传递，钻“干木材”取火是通过做功的方式改变内能，故C错误； D．分子间存在引力和斥力，烟煤难以压缩，是因为此时分子间斥力起主要作用，并非只存在斥力，故D错误。 故选：A。 6．2025年10月31日，搭载神舟二十一号载人飞船的长征二号F遥二十一运载火箭成功将三名航天员送入中国空间站，如图。下列说法正确的是（　　） A．点火后，以发射塔为参照物，火箭是静止的 B．点火后，大量“白气”涌向四周是液化现象 C．运载火箭采用偏二甲肼作为燃料，是因为它的比热容大 D．火箭发动机工作时，将机械能转化为内能 【答案】B 【解答】解：A、点火后，以发射塔为参照物，火箭位置发生变化，是运动的，故A错误； B、点火后，大量“白气”涌向四周是液化现象，故B正确； C、选择火箭燃料时首先应该考虑燃料热值的大小，偏二甲肼做燃料具有较高的热值，不是因为其比热容大，故C错误； D、火箭发射过程的能量转化是内能转化为机械能，故D错误； 故选：B。 二．填空题 7．我国自行研制的长征系列运载火箭已将众多卫星送入太空，火箭主要采用液氢作为燃料，这是因为液氢的　 　 大，燃烧时可释放更多能量，从而使火箭获得更多的机械能。升空过程中消耗了部分液氢，剩余液氢的热值　 　 （选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】热值；不变。 【解答】解：火箭主要采用液氢作为燃料，利用了液氢的热值大，与其它燃料相比，相同质量的液氢完全燃烧时可以放出更多的热量。 热值是燃料的一种性质，与燃烧情况、质量大小无关。升空过程中消耗了部分液氢，液氢质量减少，其热值不变。 故答案为：热值；不变。 8．如图为中国古代二级火箭—“火龙”。发射时，点燃龙身下部的4个火箭（药）筒，推进火龙向前飞行，火药烧完后，龙身内的火箭被点燃飞出。这种火箭已经应用了火箭并联（4个火药筒）、串联（两级火箭接力）原理。火药燃烧时产生的高温高压燃气推动火箭前进的过程，是内能转化为　 　 能的过程。现代火箭所用燃料燃烧时产生的推力更大，现代火箭燃料与火药相比更具有较大　 　 。 【答案】机械；热值。 【解答】解：火药燃烧时产生的高温高压燃气推动火箭前进，这个过程是内能转化为机械能的过程。 现代火箭采用的燃料，要具有较高的热值，完全燃烧相同质量燃料与火药相比，可以放出更多的热量； 故答案为：机械；热值。 9．请补全下面知识结构图。 （1）　 　 ； （2）　 　 ； （3）　 　 。 【答案】（1）机械能；（2）化学能；（3）热量。 【解答】解：（1）动能和势能统称为机械能； （2）燃料燃烧是将化学能转化为内能； （3）热量是热传递过程中传递能量的多少。 故答案为：（1）机械能；（2）化学能；（3）热量。 10．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。 【解答】解：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。 热值是燃料的一种属性，只与燃料的种类有关，所以木炭燃烧一半后，未燃烧的木炭热值不变。 故答案为：热传递；不变。 知识点02 热机的效率概念的理解 一．单项选择题 1．某热机的效率为30%，表示该热机（　　） A．每消耗100g燃料能对外做功30J B．能将30%的内能转化为机械能 C．每分钟对外做功30J D．对外做功30J时消耗100kg燃料 【答案】B 【解答】解：A．热机效率与消耗燃料的质量和对外做功的具体数值没有直接的对应关系，不能得出每消耗100g燃料就对外做功30J，故A不正确； 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。效率为30%表示用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的30%，故B正确； C．每分钟做功量取决于输入功率和热机工作状态，与效率无直接关系，故C不正确； D．由于不知道燃料的种类等信息，对外做功30J时不一定消耗100kg燃料，故D不正确。 故选：B。 2．关于热机效率，以下说法中正确的是（　　） A．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高 B．热机效率越高，热机做的有用功就一定越多 C．新能源汽车发动机的效率可以达到100% D．消耗的燃料相同时，热机做的有用功越多，热机的效率越高 【答案】D 【解答】解：A．热机效率，做功同样多，即W有用相同，消耗燃料越多，Q总越大，计算得到的效率η越低，故A错误； B．热机效率是比值，不是有用功的绝对值。效率高不代表有用功一定多，例如消耗少量燃料，即使效率高，总有用功也比消耗大量燃料、效率稍低的热机少，故B错误； C．热机工作过程中不可避免地由于机件之间的摩擦而产生额外功，因此热机效率不可能达到100%，故C错误； D．消耗燃料相同，说明燃料完全燃烧放出的总能量Q总相同，有用功越多，越大，热机效率越高，故D正确。 故选：D。 3．甲、乙两台热机，甲的效率比乙高，则下列说法正确的是（　　） A．甲做的有用功比乙多 B．甲做功比乙快 C．在相同的时间内，甲消耗的燃料比乙少 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙少 【答案】D 【解答】解：热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，做相同的有用功，甲损失的能量比乙少。 故选：D。 4．某同学家新买了辆小汽车，关于汽车下列有关说法错误的是（　　） A．汽车长时间行驶轮胎会发热，这是通过做功改变内能 B．随着科技发展，汽车内燃机效率可以达到100% C．汽车冷却液主要成分是水，这是利用了水的比热容大 D．汽车启动时，小明闻到汽油味说明汽油分子在不停地做无规则运动 【答案】B 【解答】解：A．汽车长时间行驶轮胎会发热，汽车克服地面的摩擦对轮胎做功，使轮胎的内能增加，这是通过做功的方式改变轮胎内能的，故A正确； B．热机在工作过程中，不可避免地要克服机械间的摩擦而做额外功，因此热机效率不可能达到100%，故B错误； C．汽车发动机工作时产生大量的热，这些热如果不迅速转移，就可能损害发动机，因此利用水的比热容大的特点，即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，把这些热迅速吸收，使发动机的温度不致升得太高，故C正确； D．小明闻到汽油味，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故D正确。 故选：B。 5．提高热机效率对缓解能源紧缺非常重要。下列有关热机效率的说法正确的是（　　） A．尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率 B．实现“零排放”的新型燃料汽车的热机效率为100% C．使用的燃料热值越高，热机的效率越高 D．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 【答案】A 【解答】解：A、尽量减少热机内部各部件间的摩擦，可以减少能量损失，所以可以提高热机效率，故A正确； B、目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，但是热机工作过程中不可避免地由于机件间的摩擦而产生额外功，因此热机效率不能达到100%，故B错误； C、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，比值越大，效率越高，与燃料的热值无关，故C错误； D、一般柴油机的压缩比比汽油机大得多，且气缸内柴油燃烧要比汽油燃烧更充分，所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率，故D错误。 故选：A。 6．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，图甲是汽油机的某冲程，图乙是该汽油机的能流图。下列有关说法错误的是（　　） A．甲图是压缩冲程，气缸内气体的内能增大，温度升高 B．由乙图可知该汽油机的效率是28% C．汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 D．热机的工作原理是将内能转化为机械能 【答案】C 【解答】解：A．根据图甲可知，两个气门关闭、活塞上行，为压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，机械能转化为内能，气体的温度升高，故A正确； B．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，由图可知，输出有用功所占比例为100%−36%−30%−6%＝28%，即该汽油机的效率为28%，故B正确； C．燃料的热值是燃料的一种特性，决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，而汽车尾气中的“汽油味”越浓说明燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的利用率。故C错误； D．热机的工作原理是将内能转化为机械能，故D正确。 故选：C。 二．填空题 7．四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是 　 　 冲程。当汽油燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时汽油机的效率将 　 　 （选填“升高”“不变”或“降低”），说明在做功相同的情况下，消耗的汽油质量将比正常工作时 　 （选填“增加”“不变”或“减少”）。 【答案】做功；降低；增加。 【解答】解：四冲程热机工作过程中，将内能转化为机械能的是做功冲程； 冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低； 在做功同样多的情况下，根据η知： 燃料完全燃烧放出的热量多， 又由Q放＝mq知消耗的汽油质量将比正常工作时增加。 故答案为：做功；降低；增加。 8．现在有的汽车采用涡轮增压发动机，它和普通发动机相比，能利用废气的能量压缩空气，增加气缸的进气量，使燃料燃烧更充分，动力更强。涡轮增压发动机和普通发动机消耗相同体积的汽油，燃料的热值　 　 ，转化来的机械能　 　 。（均选填“变大”“变小”或“不变”） 【答案】不变；变大。 【解答】解：热值是燃料的一种特性，与物质的种类有关，使用涡轮增压发动机，可以提高利用率，但燃料的热值不变。 “涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而提高了热机效率，所以在吸入相同体积空气时，使用涡轮增压的汽车与普通汽车相比，牵引力可做的功更多。 故答案为：不变；变大。 9．汽油机广泛应用于燃油轿车。 （1）汽油机中常用汽油作为燃料，汽油的热值约为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg汽油释放出热量约为 　 J。 （2）图（a）是四冲程汽油机工作过程中的 　 　 冲程。 （3）图（b）是某燃油轿车发动机的能量分配图，若某段时间里发动机输出做功为8×107J，则在这段时间里来自燃料的能量为 　 J。 【答案】（1）4.6×107；（2）压缩；（3）3.2×108。 【解答】解：（1）完全燃烧1kg汽油释放出热量为：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×1kg＝4.6×107J； （2）由图（a）可知，进、排气门都关闭，活塞向上运行，所以此冲程为压缩冲程； （3）由图（b）可知，输出做功的效率为25%， 则在这段时间里来自燃料的能量为：Q'放3.2×108J。 故答案为：（1）4.6×107；（2）压缩；（3）3.2×108。 10．现代生活中最重要的交通运输工具——汽车，与我们的生活走得越来越近了。 （1）若一台汽油机飞轮的转速是1200r/min，这台汽油机的活塞每秒钟完成　 　 次做功冲程，在做功冲程中，推动活塞一次做功1500J，那么这台汽油机的功率为　 　 W； （2）汽油的热值4.6×107J/kg含义：　 　 。 （3）汽油机的效率很低，主要原因之一是　 　 带走了大量的能量。 （4）如图甲所示，用手反复弯折铁丝，铁丝会变热，此过程的能量转化方式与图乙中的　C　 （填字母）能量转化是一致的。 【答案】（1）10；15000；（2）完全燃烧1kg的汽油能放出4.6×107J的热量；（3）废气；（4）C。 【解答】解：（1）在内燃机的一个工作循环中，曲轴转动2圈，活塞往复运动2次，对外做功1次，飞轮转速是1200r/min＝20r/s，则每秒对外做功10次，即这台汽油机的活塞每秒钟完成10次做功冲程。 这台汽油机在1s内做功： W＝1500J×10＝15000J； 其功率：P15000W。 （2）汽油的热值为4.6×107J/kg，其含义是完全燃烧1kg的汽油能放出4.6×107J的热量。 （3）汽油机工作时，由于废气带走了大量的能量，散失到空中，所以汽油机的效率很低。 （4）用手弯折铁丝，对铁丝做功，内能增加，温度升高，铁丝会变热，即这是通过做功的方式改变内能。该过程能量转化与内燃机的压缩冲程能量转化是一致的，在图C中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，将机械能转化为内能，故此过程能量转化与C图能量转化是一致的。 故答案为：（1）10；15000；（2）完全燃烧1kg的汽油能放出4.6×107J的热量；（3）废气；（4）C。 知识点03 热机的效率的计算 一．单项选择题 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 【解答】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，由图可知，输出有用机械能所占比例为：100%﹣36%﹣30%﹣6%＝28%，即该汽油机的效率为28%，故ABC错误，D正确。 故选：D。 2．如图是甲、乙两汽油机某段时间内的能量流向图，此过程两者相比，乙汽油机（　　） A．效率低 B．汽油完全燃烧释放的能量少 C．消耗的汽油质量大 D．汽油的热值大 【答案】B 【解答】解：A．由甲、乙两汽油机某段时间内的能量流向图可知，甲汽油机燃料完全燃烧释放的总能量＝机械能+损失能量＝3000J+9000J＝12000J；乙汽油机燃料完全燃烧释放的总能量＝机械能+损失能量＝3000J+7000J＝ 10000J；热机效率η； 甲汽油机的效率η甲25%；乙汽油机的效率η乙30%，因此乙汽油机的效率更高，故A错误； B．甲汽油机汽油完全燃烧释放的能量是12000J，乙汽油机汽油完全燃烧释放的能量是10000J，所以乙汽油机汽油完全燃烧释放的能量更少，故B正确； C．燃料完全燃烧释放的能量Q放＝mq，消耗的汽油质量m，乙汽油机汽油完全燃烧释放的能量更少，所以乙汽油机消耗汽油的质量更小，故C错误； D．汽油的热值是燃料的特性，甲、乙汽油机用的是同种汽油，所以汽油的热值相同，故D错误。 故选：B。 3．一台汽油机，在某段工作时间内消耗2kg汽油，对外输出有用机械能为2.76×107J，可知该汽油机工作时的效率为（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）（　　） A．30% B．40% C．48% D．60% 【答案】A 【解答】解：2kg汽油完全燃烧放出的热量为：； 汽油机对外输出的有用机械能为W有＝2.76×107J，则该汽油机工作时的效率为： η30%，故A正确，BCD错误。 故选：A。 4．一般来说，柴油机的效率高于汽油机的效率，这表明（　　） A．柴油机做功多 B．柴油机做功快 C．柴油机消耗柴油少 D．柴油机将内能转化为机械能的比例大 【答案】D 【解答】解：热机做功的多少与消耗燃料的多少与其工作的时间有直接关系，但与热机的效率没有关系。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，效率越高，说明热机将内能转化为机械能的比例越大，因此，选项ABC说法错误，只有D说法正确。 故选：D。 5．某内燃机的能量流向图如图所示，该内燃机的效率为（　　） A．34% B．28% C．31% D．7% 【答案】A 【解答】解：根据内燃机的能量流向图可知，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的34%，因此该内燃机的效率为34%。 故选：A。 二．填空题（共4小题） 6．已知汽油热值为4.6×107J/kg，则小汽车牵引力做了1.38×106J机械功的过程中消耗了0.1kg的汽油，则该汽油机的效率为　 　 。 【答案】30%。 【解答】解：0.1kg汽油完全燃烧放出的热量为：； 小汽车牵引力做的机械功为有用功，W有用＝1.38×106J； 汽油机的效率为：。 故答案为：30%。 7．某汽车在一段平直的公路上匀速行驶，已知这段过程汽车牵引力所做的有用功为3.6×106J，消耗汽油0.3kg，汽油完全燃烧放出的热量为　 J，则该汽车的热机效率为　 　 。[] 【答案】1.2×107；30%。 【解答】解：已知这段过程汽车牵引力所做的有用功为3.6×106J，消耗汽油0.3kg，则汽油完全燃烧放出的热量为： ， 该汽车的热机效率为： 。 故答案为：1.2×107；30%。 8．如图甲所示，为某四冲程汽油机的 　 　 冲程，若飞轮转速是1200r/min，则每分钟做功 　 　 次，图乙为该汽油机能量转化比例图，该汽油机的效率为 　 　 %。 【答案】做功；600；30。 【解答】解：（1）甲图中，气门都关闭，活塞向下移动，火花塞喷出电火花，是汽油机的做功冲程； （2）飞轮转速为1200r/min，每分钟可完成600个工作循环，每分钟做功600次； （3）汽油机的效率等于有用机械能与燃料完全燃烧放出热量的比值，则汽油机的效率为30%。 故答案为：做功；600；30。 9．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3600r/min，则1s可以完成 　 　 个工作循环，运行时各种能量的损耗为：汽缸散热损失占15%，废气带走的能量占40%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 　 　 。 【答案】30；35%。 【解答】解：（1）飞轮转速为3600r/min＝60r/s，即飞轮1s转动60r，因为飞轮转动2r对外做功1次、完成1个工作循环，所以1s对外做功30次，完成30个工作循环。 （2）运行时各种能量的损耗为：汽缸散热损失占15%，废气带走的能量占40%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为：η＝1﹣15%﹣40%﹣10%＝35%。 故答案为：30；35%。 三．计算题 10．随着国家的发展，我国人民的生活水平不断提高，汽车已进入千家万户，某品牌国产汽车以20m/s的速度在平直公路上匀速行驶46km，消耗汽油2kg，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值q＝4.6×107J/kg，求该汽车匀速行驶46km过程中： （1）汽车发动机的牵引力； （2）2kg汽油完全燃烧产生的热量； （3）发动机的效率。 【答案】（1）汽车发动机的牵引力为600N； （2）2kg汽油完全燃烧产生的热量为9.2×107J； （3）发动机的效率为30%。 【解答】解：（1）已知汽车发动机的功率P＝12kW＝12000W，行驶速度v＝20m/s， 由PFv可知汽车发动机的牵引力为： F600N； （2）这些汽油完全燃烧放出的热量为： Q放＝qm＝4.6×107J/kg×2kg＝9.2×107J； （3）汽车发动机做的有用功为： W＝Fs＝600N×46×103m＝2.76×107J， 则发动机的效率为： η100%100%＝30%。 答：（1）汽车发动机的牵引力为600N； （2）2kg汽油完全燃烧产生的热量为9.2×107J； （3）发动机的效率为30%。 11．为纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年，2025年9月3日，我国在天安门广场举行了盛大的阅兵仪式。如图所示是首次亮相的某款无人驾驶战车，在平直的长安街上接受检阅。若战车10min匀速行驶了3km，这个过程中受到的阻力为1200N，发动机总共消耗0.3kg柴油。[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q柴油＝4×107J/kg，当地大气压为1个标准大气压]求： （1）战车的牵引力在这10min里做的功； （2）这辆战车发动机的热机效率； （3）若发动机所做额外功的20%的能量，全部被初温为10℃、质量为5kg的水吸收，水温可以升高多少℃。 【答案】（1）战车发动机在这10min里做的功为3.6×106J； （2）战车发动机的热机效率为30%； （3）水温可以升高80℃。 【解答】解：（1）因为战车做匀速直线运动，所以牵引力F与阻力f是一对平衡力，根据平衡条件可得战车的牵引力为：F＝f＝1200N； 战车发动机在这10min里做的功为：W＝Fs＝1200N×3000m＝3.6×106J； （2）燃料完全燃烧放出的热量为：， 战车发动机的热机效率为：； （3）发动机所做额外功为：， 则水吸收的热量为：， 根据公式Q吸＝c水m水Δt可得水升高的温度为：； 则水的末温为：t末＝t0+Δt＝10℃+80℃＝90℃＜100℃，故水温可以升高80℃。 答：（1）战车发动机在这10min里做的功为3.6×106J； （2）战车发动机的热机效率为30%； （3）水温可以升高80℃。 12．如图所示，是我国自主研制的机械狗。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗的运动利用液压系统，为其提供动力的是CatC9燃油发动机。 （1）为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于80℃。4kg的液压油温度由30℃升高到80℃需要吸收4.8×105J的热量，则该液压油的比热容是多少？ （2）机械狗使用发动机消耗120kg的燃油能提供1.44×109J的有用功，燃油完全燃烧释放的热量是多少？（燃油的热值为4×107J/kg） （3）该发动机的效率是多少？ 【答案】（1）该液压油的比热容是2.4×103J/（kg•℃）。 （2）燃油完全燃烧释放的热量为4.8×109J； （3）该发动机的效率是30%。 【解答】解：（1）液压油的质量m压＝4kg，初温t0＝30℃，末温t＝80℃，吸收的热量， 液压油的比热容为：； （2）燃油的质量m燃＝120kg，燃油的热值，燃油完全燃烧释放的热量为： （3）发动机提供的有用功， 则发动机的效率为。 答：（1）该液压油的比热容是2.4×103J/（kg•℃）。 （2）燃油完全燃烧释放的热量为4.8×109J； （3）该发动机的效率是30%。 13．如图是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机。飞机使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3120kW，飞机飞行5min消耗燃油0.156t。燃油的热值取4×107J/kg。求： （1）飞机飞行5min发动机所做的有用功； （2）0.156t燃油完全燃烧放出的热量； （3）飞机发动机的效率； （4）0.156t燃油完全燃烧放出的热量被标准大气压下30t温度为20℃的水全部吸收，可以使水升高多少℃。（结果保留一位小数） 【答案】（1）飞机飞行5min发动机所做的有用功为3.744×109J； （2）0.156t燃油完全燃烧放出的热量为6.24×109J； （3）飞机发动机的效率为60%； （4）0.156t燃油完全燃烧放出的热量被标准大气压下30t温度为20℃的水全部吸收，可以使水升高49.5℃。 【解答】解：（1）每台发动机的输出功率P＝3120kW＝3.12×106W，则四台发动机的输出功率为： P总＝4P＝4×3.12×106W＝1.248×107W； 飞行时间t＝5min＝300s，则飞机飞行5min发动机所做的有用功为： W＝P总t＝1.248×107W×300s＝3.744×109J； （2）燃油的质量m＝0.156t＝156kg，0.156t燃油完全燃烧放出的热量为： ； （3）飞机发动机的效率为：； （4）0.156t燃油完全燃烧放出的热量被水全部吸收，则水吸收的热量为：； 由Q吸＝cmΔt可得，水升高的温度为：Δt49.5℃。 答：（1）飞机飞行5min发动机所做的有用功为3.744×109J； （2）0.156t燃油完全燃烧放出的热量为6.24×109J； （3）飞机发动机的效率为60%； （4）0.156t燃油完全燃烧放出的热量被标准大气压下30t温度为20℃的水全部吸收，可以使水升高49.5℃。 知识点04 提高热机的效率的方法 一．单项选择题 1．我国首款大型液氧甲烷火箭“朱雀三号”2025年成功首飞。为提高火箭发动机效率，下列措施合理的是（　　） A．让燃料燃烧更充分 B．增加燃料携带量 C．采用更高热值的燃料 D．增大喷管排气速度 【答案】A 【解答】解：A．让燃料燃烧更充分，能使燃料释放的能量得到更有效的利用，减少能量损耗，从而提高火箭发动机效率，故A正确； B．增加燃料携带量，只是增加了燃料完全燃烧放出的总能量，但有用功占比不一定提高，不能直接提高发动机效率，故B不正确； C．采用更高热值的燃料，只能说明单位质量的燃料完全燃烧放出的热量更多，但发动机效率是有用功与总能量的比值，与燃料热值高低并无直接关联，故C不正确； D．增大喷管排气速度主要影响推力大小，与发动机效率无关，故D不正确。 故选：A。 2．要提高热机的效率，可行的方法是（　　） A．多利用热值大的燃料 B．减少各种热损失，保证良好的润滑 C．多燃烧燃料 D．提高热机的功率 【答案】B 【解答】解：A、采取热值大的燃料，其利用率不一定高，所以不一定能提高热机的效率，故A不合题意。 B、保证良好的润滑，减小摩擦，可以减少因摩擦损失的能量，所以可以提高热机的效率，故B符合题意。 C、多燃烧燃料，其利用率不一定高，所以不一定能提高热机的效率，故C不合题意。 D、提高热机的功率，增大热机在单位时间内做的功，其效率不一定提高，故D不合题意。 故选：B。 3．提高热机效率对减少能源消耗，环境保护有重要意义。下列方法中能提高热机效率的是（　　） A．尽量增加废气带走的热量 B．延长热机的工作时间 C．增大各零部件之间的摩擦 D．尽量使燃料充分燃烧 【答案】D 【解答】解：（1）热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以减少热量的损失可以提高热机的效率，使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率； （2）增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率。 综上所述，D符合题意，ABC不符合题意。 故选：D。 4．从20世纪初至今，燃气灶的加热效率从30%增加到60%以上。以下做法不能提高加热效率的是（　　） A．使用智能燃气灶根据烹饪需求实时调整火力大小 B．优化燃烧室设计，确保燃料与空气的混合更加充分 C．使用热值更小的燃料 D．回收烟气中的热量，用于预热进入燃烧室的空气 【答案】C 【解答】解：A．使用智能燃气灶时，根据烹饪需求实时调整火力大小，可以节约燃气，提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故A正确； B．优化燃烧室设计，确保燃料与空气的混合更加充分，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故B正确； C．热值是燃料的一种特性，热值越小，相同质量的燃料在相同条件下，完全燃烧放出的热量越少；使用热值更小的燃料完成同一项任务需要的燃料更多，不能提高加热效率，故C错误； D．回收烟气中的热量，用于预热进入燃烧室的空气，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率，故D正确。 故选：C。 二．填空题 5．现在有的小汽车采用涡轮增压发动机，它和普通发动机相比，能利用废气的能量压缩空气，增加汽缸的进气量，这样燃料燃烧 ，发动机效率更 。（填“高”或“低”） 【答案】更充分；高。 【解答】解：涡轮增压发动机‌通过利用废气的能量来压缩空气，从而增加进气量，使燃料燃烧更充分，可以利用的能量更多，即做的有用功更多，发动机效率更高。 故答案为：更充分；高。 6．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，尾气的柴油味越 （填“浓”或“淡”），柴油机越节能；尾气温度越 （填“高”或“低”），柴油机越节能。 【答案】淡；低。 【解答】解：尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低。 尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能。 故答案为：淡；低。 7．某品牌电动汽车使用的永磁同步电机在理想情况下工作的效率达97%，其物理意义是 。虽然新能源不断被开发利用，但汽油仍然是当今社会主要的发热能源，为了提高汽油机的工作效率，可采取方法是 （选填字母标号）。 A.换用热值更大的燃料 B.对汽油机进行改进，减少能量损失 【答案】97%的电能转化为机械能；B。 【解答】解：效率的物理意义是有效利用的能量占总输入能量的百分比。永磁同步电机效率为97%，即输入电能的97%转化为机械能，其余3%以热能等形式损耗。 汽油机效率提升的关键在于减少能量损失（如摩擦、散热）。选项B通过改进技术减少能量损失，直接提高效率；选项A换用高热值燃料增加总热量，但效率定义为有用功与总热量的比值，并未提升该比值。 故答案为：97%的电能转化为机械能；B。 学科网（北京）股份有限公司 $