14.3 热机的效率-【学海风暴】2026-2027学年九年级上册物理同步备课（人教版·新教材）

第3节 课前预习导航 一、燃料的热值 1.燃料的热值：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。它在数 值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 Q (1)定义式：q= m (2)热值的单位：J/kg。 (3)氢的热值为1.4×108J/kg,它表示 1kg氢完全燃烧时放出的热量是1.4×108J。 易错警园 燃料的热值是燃料的一种特性，不同的燃 料，热值一般不同。燃料的热值只与燃料的种 类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧均无关。 2.燃料完全燃烧时放出热量的计算 (1)固体和液体燃料：如果用m表示完全 燃烧的燃料质量，用q表示该种燃料的热值， 用Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则 Q数=mq。其中m的单位是kg,q的单位是 J/kg,Q放的单位是J。 (2)气体燃料：如果用V表示完全燃烧的 气体燃料体积，用q表示该种燃料的热值，用 Q放表示燃料完全燃烧时所放出的热量，则Q =Vg。其中V的单位是m3,g的单位是J/m3, Q放的单位是J。 二、热机的效率 1.热机的效率：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热机的效 率。用W表示有用功，用Q表示燃料完全燃烧 W 放出的热量，则热机的效率)一Q7总是小子1。 2.热机效率小于1的原因：(1)燃料未能 完全燃烧；(2)废气带走很大一部分能量； 热机的效率 (3)一部分能量消耗在散热上；(4)克服摩擦做 功消耗一部分能量等。 3.提高热机效率的途径：(1)使燃料充分 燃烧；(2)尽量减少各种热损失；(3)在热机的 设计和制造上，采用先进的技术；(4)使用后， 注意保养，保证良好的润滑等。 名厢点晴 热机效率表示了使用热机时对燃料的 利用率的高低，因此热机效率是描述热机性 能的一个重要指标。例如：两辆相同型号的 汽车，以相同的速度行驶相同的路程，耗油 少的那辆，效率就比较高。 已经典例题剖析 【例】右图所示的是新农 村建设中广泛使用的一种小 型农用柴油机，其铭牌上的部 分信息如下表所示，其中活塞行程是指一个冲 程中活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲 程内燃机，压缩冲程中气缸内气体内能的增加 是通过 的方式实现的。正常工作 1min,柴油机输出的有用功为 J,消耗 柴油 kg。做功冲程中燃气对活塞的平 均压力为 N。(q柴油=4.0×10'J/kg) 型号 ××X 活塞行程 100mm 转速 2 400 r/min 输出功率 8kW 效率 40% 【解题点拨】在柴油机的压缩冲程中，活塞 压缩气体做功，使气体的内能增大，机械能转 化为内能；已知输出功率P和工作时间t,根据 W=Pt可计算出柴油机输出的有用功，根据效 W 率公式7一Q 计算出燃料完全燃烧放出的热 上册第十四章 量，再利用公式Q:=mq计算出消耗柴油的质 量；由于飞轮每转两周对外做功一次，可计算 出飞轮转2400周对外做功的次数，根据有用 功和做功的次数可计算出一个做功冲程中燃 气对活塞做的功，再由公式W=Fs算出做功 冲程中燃气对活塞的平均压力。 参考答案0【例】做功4.8×1050.03 4000 已课内基础闯关 考点①燃料的热值 1.(2025一2026抚州临川一中检测)小明参加一 次长跑，身体消耗的能量为6.6×10J,这些 能量需要完全燃烧0.55kg的干木柴才能得 到，则干木柴的热值为 J/kg。用掉一半干木柴后，干木柴的热值将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。 2.(2025无锡，有改动)取5.6g酒精和5.6g 花生米，点燃后分别对80g的水加热，直至 充分燃烧。数据记录在下表中，可见质量相 等的酒精和花生米充分燃烧所放出的热量 (选填“相等”或“不相等”)，所 测的花生米的热值为 J/kg。 酒精和花生米中， 的热值大。 〔c水=4.2×103J/(kg·℃)，不计热量损失〕 燃料 加热前的水温/℃加热后的水温/℃ 5.6g酒精 22 70 5.6g花生米 22 52 考点②热机的效率 3.一台柴油机的热机效率为25%，这表示的意 义是：柴油机用来做 的那部 分能量在燃料完全燃烧放出的能量中所占 的比例为 4.(2025广安)五一假期，小莉一家出去旅游。 汽车通过一条长2400m的隧道，用时120s, 26 九年级物理RJ版 消耗0.1kg的汽油，汽车通过隧道的过程中 牵引力做的有用功为1.38×10J。(汽油的 热值q=4.6×10J/kg)求： (1)汽车通过隧道的平均速度。 (2)完全燃烧0.1kg汽油放出的热量。 (3)汽车通过隧道的过程中发动机的效率？。 已课外拓展提高 一、填空题 1.质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值是 (选填“相同”或“不同”)的。若完 全燃烧420g的酒精放出的热量全部被水吸 收，则可使 kg的水温度从30℃升 高到90℃。〔酒精的热值为3.0×10J/kg, 水的比热容为4.2×103J/(kg·℃) 变式在1个标准大气压下，用酒精灯给 质量为2kg、温度为12℃的水加热，则 完全燃烧25.2g酒精可使水的温度〔不 计热量损失，酒精的热值为3×10？J/ kg,c水=4.2X103J/(kg·℃)〕() A.升高到88℃ B.升高90℃ C.升高到102℃ D.升高到100℃ 2.自热食品成为当下一种时尚快餐，很受年轻 人喜爱。它里面的发热包将600g水从 10℃加热至沸腾（标准大气压下），在这个 过程中提供给水的热量至少为 J。如果用酒精灯给600g水加热，升 高同样温度，至少需要 g酒精。 〔c水=4.2×103J/(kg·℃)，q酒精=3X 102 J/kg 3.下图所示的是汽油机的能量流向图，根据图 中给出的信息可知，该汽油机的效率为 。若工作效率按此计算，当汽油完 全燃烧放出的热量为2.3×10？J时，汽车获 得的机械能是 J。 燃料完全燃烧释放的热量(100%) 废气(33%)→ 输 冷却水(30%) 出 摩擦与辐射(7%) 用 功 二、选择题 4.(2025山东)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 5.(多选)某品牌无人驾驶汽车在一段平直公 路上匀速行驶6.9km,用时5min45s,消耗 燃油1.5kg。已知该辆汽车的牵引力是 2000N,燃油的热值为4.6×10J/kg,假设 燃油完全燃烧。通过计算可知，下列选项正 确的是 ( A.汽车的行驶速度是20km/h B.消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9× 107J C.汽车牵引力做功的功率是30kW D.汽车发动机的效率是20% 三、计算题 6.(2025一2026九江湖口检 测)右图所示的是最新一款 无人驾驶汽车原型图。该 款车以某速度在一段平直的公路上匀速行 驶了一段距离时，消耗汽油1kg,汽油机的 效率为30%。〔汽油的热值为4.5×10J/ kg,c水=4.2×103J/(kg·℃)] (1)1kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)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 出热量的42%，若这些废气的能量全部被质 量为100kg的水吸收，能使水的温度升高多 少？（水未沸腾） (3)如果汽油机的效率不变，汽车匀速运动 时的阻力为900N,消耗1kg汽油时，汽车 通过的路程是多少？ 色核心素养提升 科学思维(2025烟台，有改动)汽油机是燃 油汽车的动力来源之一。下图所示的是某 台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应 填写的内容是：① ;② 。 若汽油的热值为4.6×10J/kg, 则该工作过程中消耗的汽油质量为 kg。 损失的能量为1.2×105J 燃料完全燃 烧释放的能 有用的②能 量为①J 为4.1×10J 上册第十四章腾一段时间后，塞子被试管内的水蒸气推出，水蒸气 对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。图 乙中进气门关闭，排气门打开，活塞由下向上运动，是 排气冲程，没有能量的转化：图丙中进气门、排气门关 闭，火花塞点火，活塞由上向下运动，是做功冲程，此 冲程是将内能转化为机械能。 3.减小乙3×10【解析】压缩空气推动锤头运动 时，压缩空气膨胀对锤头做功，压缩空气的内能减小， 转化为锤头的机械能。汽油机的工作过程中，做功冲 程将内能转化为机械能，因此，这一过程发生的能量 转化与汽油机的做功冲程相同，即与图乙相同。单缸 四冲程汽油机一个工作循环中，飞轮转动2周，燃气 对外做功1次，所以这台汽油机1min内燃气对外做 功900次，一次做功2000J,则1min内做的功W。= 90X2000J=1.8×10,做功功率P=W是= 1.8×10J=3×10w。 60s 4.A【解析】四冲程内燃机一个工作循环，活塞往复两 次，飞轮转动两周，完成四个冲程，对外做功一次，当 飞轮的转速为2400r/min时，它在1min内完成4800 个冲程，对外做功1200次，所以1s内完成80个冲 程，对外做功20次，A正确，B、C、D错误。 5.C 6.B【解析】图甲中，往瓶内打气，瓶内气体推动瓶塞做 功，将内能转化为机械能：图乙中，向下压活塞，活塞 对空气做功，空气的内能增大，温度升高，将机械能转 化为内能；图丙中，两气门都关闭，活塞向上运动，是 汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能；图丁中，两 气门都关闭，活塞向下运动，是汽油机的做功冲程，将 内能转化为机械能。综上所述，图丙所示的是压缩冲 程，其工作原理与图乙所示的实验原理相同；图丁所 示的是做功冲程，其工作原理与图甲所示的实验原理 相同。 核心素养提升 进气降低【解析】由图可知，在进气冲程中，压缩 空气进入气缸，压缩空气对活塞做功，将内能转化为 机械能，此过程中钢瓶内压缩空气的内能减少，温度 降低；在排气冲程中，由于惯性，活塞向上运动，把废 气排出气缸。由此可知，图中发动机对外做功的是进 气冲程。 第3节热机的效率 心课内基础闯关 1.1.2×10不变【解析】干木柴的热值g=Q m 6.6×10」=1.2×102J/kg。热值是燃料的一种特 0.55kg 性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以用 掉一半干木柴后，其热值不变。 2.不相等1.8×10酒精 3.有用功25% 4.解：(1)汽车通过隧道的平均速度 s2400m v==1208 =20m/s (2)完全燃烧0.1kg汽油放出的热量 Q=gm=4.6×103J/kg×0.1kg=4.6×105J (3)汽车通过隧道的过程中牵引力做的有用功W= 1.38×105J W 汽车通过隧道的过程中发动机的效率7一Q×100% =1.38×10J 4.6×105J ×100%=30% ②课外拓展提高 1.相同50 变式D【解析】25.2g酒精完全燃烧放出的热量Q拉 =m精q酒精=25.2×10-3kg×3×107J/kg=7.56× 10J,不计热量损失，水吸收的热量Q魔=Q做= 7.56×10J小，水升高的温度△=Q: C水m水 7.56×105J =90℃，理论上水的末温 4.2×103J/(kg·℃)×2kg t=12℃+90℃=102℃。因为在1个标准大气压 下，水的沸点为100℃，所以水的温度只能升高到 100℃. 2.2.268×1057.56 3.30%6.9×10【解析】由题图可知，输出的有用功 在总能量中所占的比例为100%一33%一30%一7% =30%,所以该汽油机的效率为30%。汽车获得的机 械能W有用=7Q数=30%×2.3×10J=6.9×10J。 4.C 6900m 5.BD【解析】汽车的行驶速度v=,=5X60s十45s =20m/s=72km/h,A错误。1.5kg燃油完全燃烧 放出的热量Q做=mg=1.5kg×4.6×10J/kg= 6.9×102J,B正确。汽车牵引力做的有用功W有用= Fs=2000N×6900m=1.38×10J,汽车牵引力做功 的功率P=W腿= t 1.38×10】=4×10w= 5×60s+45s _W有超×100% 40kW,C错误。汽车发动机的效率1=Q: 1.38×1021×100%=20%,D正确。 6.9×10J 6.解：(1)1kg汽油完全燃烧放出的热量Q微=m9=1kg ×4.5×102J/kg=4.5×10J (2)水吸收的热量Q限=7Q散=42%×4.5×10？J= 1.89×102J 由Q吸=c水m△t得，水升高的温度△t= Q吸一 C水m水 1.89×107J 4.2×103J/(kg·℃)×100kg =45℃ 5 上册详解详析 (3)汽车匀速运动，牵引力等于其所受阻力，则F=f =900N 汽车做的有用功W=1Q做=30%×4.5×10？J= 1.35×10J 汽车通过的路程=g=1501=1.5×10m= 900N 15 km ②核心素养提升 1.61×105机械3.5×10-3【解析】汽油机中燃料 完全燃烧放出的热量等于损失的能量和有用的机械 能之和，燃料完全燃烧放出的热量Q做=W横失十W有用 =1.2×105J+4.1×104J=1.61×105J,则消耗汽油 的质量m=Q:=1.61X10】 94.6×10J/kg =3.5X10-3kg。 第4节跨学科实践：制作简易热机模型 )实践专项训练 1.C【解析】水的蒸发快慢与温度有关，蒸蛋器内部温 度越高，水蒸发越快，A正确。水吸收热量，内能增 大，是通过热传递方式实现的，B正确。比热容是物质 的一种特性，与温度无关，水的温度升高以后，水的比 热容不变，C错误。此实验将内能转化为机械能，与 热机工作时做功冲程的能量转化相同，D正确。 2.(1)内能机械能(2)笔尖喷出的蒸汽太少(3)在 易拉罐的上半部分盖上保温层 专题一热量的相关计算 1.解：(1)铁制品放出的热量Q做=c铁m铁△1铁=0.46× 103J/(kg·℃)×20×10-3kg×(820℃-20℃) =7360J (2)不考虑周围环境的影响和热损失，液体吸收的热 量Q吸=Q放=7360J 由Q吸=cm△t可知，该液体的比热容 7360J m预△微368X10-9kg×(20℃-10℃)=2X C液 Q吸 103J/(kg·℃) 2.解：(1)0.3kg氢燃料完全燃烧放出的热量 Q做=mq=0.3kg×1.4X108J/kg=4.2×102J (2)这些热量全部被水吸收，则Q殿=Q:=4.2×10?J 水升高的温度 4.2×10J △= Q吸 =50℃ c水m*4.2X103J/(kg·℃)×200kg 3.解：(1)水吸收的热量Q暖=c水m*(1-to)=4.2×10 J/(kg·℃)×4kg×(70℃-20℃)=8.4×105J (2)煤气完全燃烧放出的热量Q散=mq煤气=0.05kg× 4.2×10J/kg=2.1×10°J =Q题×100%= (3)煤气炉的效率刀=Q 8.4×105J 2.1×105J 100%=40% 4.解：(1)CD段水吸收的热量 Q水服=c水m水(t水一t0*)=4.2×103J/(kg·℃)× 6 九年级物理RJ版 0.5kg×(10℃-0℃)=2.1×104J (2)在CE段，水升高的温度△1开= Q水吸 C水m水 6.3×10J 4.2×103J/(kg·℃)×0.5kg =30℃ (3)AB段冰的加热时间是CD段水的加热时间的 半，所以在AB段冰吸收的热量 1 Q*段=2Qk段=2×2.1X10J=1.05×10'J 冰升高的温度△t冰=0℃-(-10℃)=10℃ 则冰的比热容c冰= Q冰吸一= 1.05×104J m*△/*0.5kgX10元=2.1X 103J/(kg·℃) 5.解：(1)汽车对地面的压力 F=Ga=mag=(13000kg+3000kg)×10N/kg= 1.6×105N F1.6×105N 汽车对地面的压强力=S=0.4m =4X105Pa (2)因为汽车做匀速直线运动，所以汽车的牵引力F =f=0.01G。=0.01×1.6×105N=1600N 汽车牵引力做的功 W=F's=1600N×400m=6.4×105J 汽车牵引力做功的功率 p=W-6.4X10J=1.6x10w 40s (3)天然气完全燃烧放出的热量 Qt=mq=0.025kg×6.4×10J/kg=1.6×10°J 汽车发动机的效率？=Q ×100%=6.4X103J W 1.6×10°J 100%=40% 6.解：(1)汽油的质量 m=pV=0.75×103kg/m3×1.6×10-3m3=1.2kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q做=mg=1.2kg×4.5×10J/kg=5.4×102J 有可得，汽 (2)已知汽油机的效率为20%，根据)=Q 车在行驶过程中做的有用功 W有m=7Q做=20%×5.4×10J=1.08×102J (3)汽车行驶的路程s=3km=3×103m 根据W=Fs可知，汽车的牵引力 _W有题=1.08×10J-3.6X10N F=- 3×103m 因为汽车匀速行驶，所以汽车在行驶过程中受到的阻 力f=F=3.6×103N 7.解：(1)发动机所做的功 W=Pt=20×103W×2300s=4.6×10J (2)消耗的汽油完全燃烧放出的热量 w_4.6×10J=1.84×10J Q放= 25% 消耗汽油的质量m= =Qk=1.84X10】 q4.6×10J/kg =4 kg