2.2 热机效率（举一反三·讲义）物理新教材教科版九年级上册

本讲义聚焦“热机效率”核心知识点，从能量转化切入，通过情景设问引出效率概念，系统梳理热机效率的定义、公式、物理意义及提高途径，结合汽油机、火箭等实例构建知识脉络，形成完整学习支架。 以赛车换胎、神舟飞船发射等真实情景导入，培养科学探究能力，通过能量流向图和公式推导深化能量观念，例题变式联系科技成就渗透科学态度与责任，课中辅助教师引导学生主动建构知识，课后分层作业帮助学生巩固提升，查漏补缺。

2.2 热机效率模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 出示图片： 设问：“赛车进站时，技师们为什么要在几秒内完成换胎？这背后依赖的是怎样的能量转换？” “赛车引擎轰鸣、排气管发热，说明什么？能量有没有全部用于推动赛车前进？” “如果让你给这台赛车发动机打分，你会给它多少分？为什么？——引出‘效率’概念。” 知识归纳 【知识点1 热机效率】 1．汽车的能量流向 在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？对照此图，请和同学讨论，描述能量的转化情况。 2．热机效率 （1）定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。 （2）公式： ，，（F引是牵引力，s是热机移动的距，P是热机的功率，t是时间） 故热机效率的计算公式为：或 （3）物理意义：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，消耗的燃料更少。 （4）对热机效率的理解 ①有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比越大，热机效率越高； ②做相同的有用功，消耗的同种燃料少，热机效率越高； ③消耗相同的同种燃料，有用功越大，热机效率越高； ④功率和热机效率是两个不同的物理量，热机的效率是指有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功与总功的比值越大；功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，二者之间没有必然联系。 （5）提高热机效率的主要途径 ①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量； ②热机设计制造，提高技术和使用新材料； ③保证良好润滑，减少摩擦额外消耗的功； ④使燃料充分燃烧。 【例1】下图为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30％，飞轮每分钟转动1800圈（），下列说法正确的是（　　） A.图中所示冲程是做功冲程 B.汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 C.该汽油机在1s内做功30次 D.若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为 【答案】D 【解析】A．图中进气门、排气门均关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，不是做功冲程，故A 错误； B．热机效率 ，效率由有用功和燃料完全燃烧放出总热量的比值决定。只说消耗燃料少，未限定有用功不变，无法判断效率高低，故B 错误； C．飞轮转速：1800 圈 / 分钟 = 30 圈 / 秒。 四冲程汽油机：飞轮转 2 圈，完成 1 次做功。 每秒做功次数：，不是 30 次，故C 错误； D．5kg 汽油完全燃烧放热： 效率 30%，有用功为，故D 正确。 故选 D。 【变式1-1】如图所示，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员状态良好，发射取得圆满成功。火箭喷出高温燃气获得升空动力的过程如图甲，它和图________（选填“乙”或“丙”）所示冲程的能量转化相同，汽油机在该冲程将汽油燃烧释放的能量________（选填“绝大部分”或“一小部分”）转化为有用的机械能。如图丁所示是某辆汽车汽油机的能量流向图，由图丁可知该汽油机的热机效率为________。 【答案】 丙 一小部分 【解析】火箭升空时，将高温燃气的内能转化为火箭的机械能。乙图：两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程，能量转化为机械能→内能；丙图：两气门关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程，能量转化为内能→机械能，和火箭的能量转化一致，故填丙。 汽油机工作过程中，燃料释放的能量大部分通过废气散热、热传递等途径损耗，只有一小部分转化为有用的机械能。 热机效率是有用功占燃料总放热的百分比，由能量流向计算 【变式1-2】在2025年“九三阅兵”中，某新型导弹发射车方阵以整齐划一、威武雄壮的姿态通过天 安门广场，展示了我国国防科技的强大实力。在阅兵行进过程中，导弹发射车10 min在 平直路面上匀速行驶了1500 m，发动机消耗了0.75 kg柴油，产生的牵引力为5×103 N （柴油的热值取4×107 J/kg）。求： （1）新型导弹发射车的牵引力做功的功率； （2）柴油完全燃烧放出的热量； （3）新型导弹发射车发动机的效率。 【答案】（1） （2） （3） 【解析】（1）牵引力做的功 牵引力做功的功率 （2）柴油完全燃烧放出的热量 （3）发动机的效率 【变式1-3】某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L。已知汽油密度为，汽油的热值假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在以此速度行驶的过程中，受到的阻力是多大？ 【答案】3.22 × 10³ N 【解析】由密度公式 得汽油的质量 汽油完全燃烧释放的热量 由效率公式 得牵引力做的功 由功的公式 得牵引力 因汽车匀速直线行驶，阻力等于牵引力。 【知识点2 改变世界的热机】 1．从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，完成了人类的第一次工业革命。 2．为了获得更强大的动力、更高的效率，人们以极大的热情去探索，设计出种类繁多、构造各异的现代热机。 3． 在航空航天中，使用的是更加高效的喷气式发动机热机使登天揽月、日行万里的梦想成为现实，世界因此而改变。 【例2】下列运输工具的热机工作时不需要空气的是（　　） A.直升机 B.游艇 C.货车 D.火箭 【答案】D 【解析】热机工作需要氧气支持燃烧，不同热机的氧气来源不同。直升机、游艇、货车的热机都是内燃机，需要从空气中获取氧气来燃烧燃料；火箭发射自带氧化剂，不需要依靠空气中的氧气，在真空环境也能工作，故选D。 【变式2-1】如图是某兴趣小组制作的简易汽轮机模型。他们尝试用不同燃料进行实验，并记录数据如下表： 燃料 质量（g） 完全燃烧释放热量（J） 推动风车转动所做机械功（J） 酒精 5.0 植物油 5.0 已知该装置运行时，蒸汽推动风车所做的机械功与燃料完全燃烧释放热量的比值称为“有效转化效率”。请根据以上信息，判断下列说法错误的是（　　） A.植物油的热值比酒精大 B.该装置的本质不属于内燃机 C.使用植物油时装置的能量有效转化效率更高 D.该植物油的热值为 【答案】C 【解析】A．由数据表格可知，质量相同的酒精和植物油，完全燃烧时，植物油放出的热量比酒精多，由可知，植物油的热值比酒精大，故A正确，不符合题意； B．内燃机燃料在气缸内燃烧，该装置燃料在装置外的酒精灯内燃烧，通过热传递增大罐内气体的内能，因此不属于内燃机，故B正确，不符合题意； C．使用酒精时装置的能量有效转化效率为 使用植物油时装置的能量有效转化效率为 使用植物油时装置的能量有效转化效率与使用酒精时装置的能量有效转化效率相同，故C错误，符合题意； D．该植物油的热值为 故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式2-2】北京时间2026年4月24日14时35分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。下列有关说法正确的是（　　） A.火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同 B.火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 C.火箭发动机不属于热机 D.火箭发动机工作过程中的热机效率是100% 【答案】A 【解析】A．火箭发射升空过程中，将燃料燃烧释放的内能转化为火箭的机械能；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A正确； B．热值是燃料的一种特性，只和燃料的种类有关，与燃烧是否充分无关，故B错误； C．火箭发动机通过燃料燃烧获得内能，再将内能转化为机械能，属于热机，故C错误； D．任何热机工作时都不可避免存在热量散失、机械摩擦损耗能量，热机效率一定小于100%，故D错误。 故选A。 【变式2-3】在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。 【项目提出】 简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。 【项目分析】 （1）热机的原理 如图（a），将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的______能。此实验基本展示了热机的工作原理。 （2）热机的分类 外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水变成______，推动活塞做功。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中______的原理相同。 【项目实施】 （3）制作简易内燃机模型 如图（c），在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变______，此过程与四冲程内燃机______冲程的能量转化相同。 【评价交流】 若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。 综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。 【答案】机械 水蒸气 甲 小 做功 【解析】[1]将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体对塞子做功，瓶内气体的内能减小，瓶内气体的内能转化为塞子的机械能，此实验基本展示了热机的工作原理。 [2]外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水吸收热量，汽化成气态的水蒸气，水蒸气推动活塞做功，水蒸气的内能转化为活塞的机械能。 [3]图（b）中甲燃料燃烧，产生高温高压气体，气体对风车做功，将内能转化为风车的机械能，推动风车转动，图b中乙燃料燃烧，给水加热，水吸收热量，汽化成高温的水蒸气，水蒸气对风车做功，将内能转化为风车的机械能，推动风车转动，因此内燃机燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中甲的原理相同。 [4][5]在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，酒精燃烧，将化学能转化为内能，内能转化为塑料杯的机械能，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变小。四冲程内燃机的吸气和排气冲程没有能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程将内能转化为机械能，因此此过程与四冲程内燃机做功冲程的能量转化相同。 【知识点3 飞向太空】 1．人类很早就梦想着飞向太空。14世纪末，我国有一位官吏叫万户，精心制作了一个以47支火箭作动力的装置，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史上的先驱者。 原理：竹筒内装上火药，点燃火药，火药燃烧后产生的气体体积膨胀，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。这和现代火箭发动机的原理是一样的。 2．我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。 常用的火箭是多级火箭。如右图所示是一枚二级火箭的运行过程。火箭的第一级燃料用完以后就自动脱落，以减少质量；随后第二级点火发动，燃料用完后也将自动脱落，再点燃第三级，飞船进入预定轨道。 3．利用火箭可以发射人造卫星，还可发射载人宇宙飞船。 【例3】如图所示为喷气式飞机和火箭在飞行中的情景，下列关于它们的说法正确的是（　　） A.火箭使用的发动机，是利用空气来助燃的 B.喷气式飞机的发动机需要自带氧化剂来助燃的 C.火箭升空过程中，散失的能量越少，发动机效率越高 D.两者都是利用机械能转化为内能来飞行的 【答案】C 【解析】A．现代火箭发动机的特点是它自身既带燃料，又带氧化剂，靠氧化剂来助燃，不需要从周围的大气层中汲取氧气，故A错误； B．喷气式飞机本身也携带燃料，它需要利用外界的空气来帮助燃烧，故B错误； C．发动机效率是所做有用功和燃料完全燃烧放出热量的比值，因此散失的能量越少，额外功越小，则热机效率越高，故C正确； D．飞机和火箭都是利用高温、高压气体产生的反作用力来飞行的，是利用内能转化为机械能工作的，故D错误。 故选C。 【变式3-1】创新小组设计了一款新型气体燃料火箭，其工作流程如图所示。下列选项对各过程中能量转化的分析正确的是（　　） A.①中机械能转化为电能 B.②中化学能转化为电能 C.③中内能转化为化学能 D.④中机械能转化为内能 【答案】A 【解析】A．人通过手摇提供机械能，发电机将机械能转化为电能，故A正确； B．该过程消耗电能，将电能转化为氢气和氧气的化学能，故B错误； C．氢气燃烧释放热量，将化学能转化为内能，故C错误； D．燃气膨胀对外做功，将内能转化为火箭的机械能，故D错误。 故选A。 【变式3-2】北京时间2025年11月25日12时11分，搭载神舟二十二号飞船的长征二号F遥二十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。火箭通过燃烧液态氢燃料，喷出高压燃气获得推力。飞船位于火箭顶部，外部用整流罩保护以防大气摩擦高温损坏，离开大气层后整流罩与飞船分离，最终坠落在预定区域。 （1）火箭升空获得的机械能来自燃料燃烧所产生的___________能。 （2）整流罩分离后下落过程中，它的机械能___________，内能___________。（均选填“增大”“减小”或“不变”） （3）高压燃气把火箭推向太空过程中，其内能会___________（选填“增大”“减小”或“不变”），其原理与热机的___________冲程相同。 （4）火箭点火起飞时，采用喷水降温的方法保护发射平台。若系统喷出400t水，初温20℃，在20s内全部变成100℃的水，则水带走的热量为___________J。[水的比热容为] 【答案】（1）内 （2） 减小 增大 （3） 减小 做功 （4） 【解析】（1）火箭采用液态氢作为燃料，燃料燃烧产生高温高压的气体，推动火箭升空，将内能转化成火箭的机械能，火箭升空获得的机械能来自燃料燃烧所产生的内能。 （2）整流罩与飞船分离后下落过程中，进入大气层后，整流罩与空气摩擦，将部分机械能转化为内能，故它的机械能减小，内能增大。 （3）高压燃气把火箭推向太空的过程中，内能转化为机械能，因此其内能会减小；热机在做功冲程高温高压的燃气对活塞做功，燃气的内能减小，内能转化成机械能，火箭升空的原理与热机的做功冲程相同， （4）水带走的热量为 模块三 课后作业 一、单选题 1．下列关于燃料的热值与热机的效率的说法，正确的是（　　） A.100g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 【解析】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。 2．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 【解析】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。 3．汽车发动机一般是柴油机或汽油机，小明查看了某品牌汽车发动机的说明书后，将该汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表。若完全燃烧了10kg的汽油，下列说法正确的是（　　）（汽油的热值为） A.该汽车发动机的效率为100% B.冷却水带走的能量最多 C.燃料燃烧时把内能转化为化学能 D.能够输出的有用功为 【答案】D 【解析】A．在汽车工作中，总存在热损失，燃料燃烧放出的热量不可能全部用来做有用功，发动机的效率不可能达到100%，故A错误； B．如图所示，废气带走的能量最多，故B错误； C．燃料具有化学能，燃烧时会将化学能转化为内能，故C错误； D．由图可知，该内燃机的效率 完全燃烧10kg的汽油能够获得的能量 若完全燃烧10kg的汽油，能够输出有用功，故D正确。 故选D。 4．2026年5月17日，世界超级摩托车锦标赛（WSBK）捷克站WorldSSP组别赛事落下帷幕。国产张雪机车搭载自主研发的820RR-RS赛车，第五次斩获冠军，打破欧美日品牌数十年对该赛事的长期垄断。下列关于摩托车相关物理知识，说法正确的是（　　） A.摩托车依靠内燃机驱动，工作过程中将机械能转化为内能 B.内燃机做功冲程中，燃气内能逐渐增大 C.汽油不断消耗燃烧，其热值会不断变小 D.提升内燃机气缸外壳隔热保温效果，能够提高热机效率 【答案】D 【解析】A．摩托车依靠内燃机驱动，内燃机工作过程中，是将燃料燃烧获得的内能转化为机械能对外驱动车辆，故A错误； B.内燃机做功冲程中，燃气推动活塞对外做功，内能转化为机械能，燃气自身的内能逐渐减小，故B错误； C.热值是燃料本身的固有特性，热值大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，汽油不断消耗燃烧后，剩余汽油的热值不变，故C错误； D.热机效率是热机做有用功的能量与燃料完全燃烧释放总能量的比值。提升内燃机气缸外壳隔热保温效果，可以减少气缸向外散热的能量损失，增加了用来做有用功的能量占总能量的比例，能够提高热机效率，故D正确。 故选D。 5．涡轴-9发动机“玉龙”是我国完全自主研发的直升机涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。下列有关说法正确的是（　　） A.直升机升空的主要原理是流体流速大的地方压强大 B.燃烧室中燃料和压缩空气混合后，燃料的热值变大 C.燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机的工作效率越低 D.燃料燃烧后推动涡轮转动的过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相同 【答案】D 【解析】A．流体压强规律是流速越大的位置压强越小，直升机是靠机翼上、下方的压力差获得向上的升力来升空的，A错误； B．热值是燃料本身的特性，只和燃料种类有关，与是否和空气混合无关，B错误； C．燃料燃烧越充分，相同质量燃料放出的有效能量越多，发动机工作效率越高，C错误； D．高温高压气体推动涡轮转动，是内能转化为机械能，和四冲程汽油机做功冲程的能量转化完全相同，D正确。 故选D。 6．2024年11月25日，国内首台自主研制15兆瓦重型燃气轮机整机点火试验圆满成功。燃气轮机的本质是通过燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生高温高压气体推动叶片转动来发电。联合循环一小时获得2.52×1011J的电能，消耗6.3×103m3天然气（天然气的热值取8×107J/m3）。下列有关说法错误的是（　　） A.天然气属于不可再生能源 B.燃料燃烧时将化学能转化为内能 C.联合循环的热效率约为20% D.燃气轮机联合循环一小时天然气共释放出5.04×1011J的热量 【答案】C 【解析】A．天然气属于化石能源，化石能源消耗后短时间内无法再生，属于不可再生能源，故A正确； B．燃料燃烧是化学反应，过程中燃料的化学能转化为内能，故B正确； C．联合循环一小时，天然气完全燃烧释放的热量 热效率 故C错误，D正确。 本题要求选错误的，故选C。 7．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 【解析】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。 二、填空题 8．在纪念抗战胜利阅兵式上，国产新型战机“歼-35”飞行受阅。该战机携带的特制航空煤油，与普通航空燃油相比其优点是__________较大，可保障战机长时间飞行；该战机发动机的效率__________（选填“能”或“不能”）达到100%。 【答案】热值 不能 【解析】航空燃油需要保障战机长时间飞行，这要求燃料在相同质量下能释放更多的能量，因此其优点是热值较大。动机工作时，不可避免地会有能量损失（如克服摩擦做功、废气带走热量等），所以发动机的效率不能达到100%。 9．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发热主要能源，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 【解析】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。 10．如图所示是我国自行研制的大型客机C919，若它在高空水平定速巡航飞行10km消耗的航空煤油为80kg，受到的阻力为，航空煤油完全燃烧放出的热量是________J；飞机发动机的热机效率为________（航空煤油热值为） 【答案】 【解析】[1]航空煤油完全燃烧放出的热量 飞机水平定速巡航时，牵引力F与阻力f是一对平衡力，大小相等，即 飞行距离 牵引力所做的功 飞机发动机的热机效率 11．某燃气热水器热效率为84%，已知燃气的热值为，则共燃烧的燃气，可以将100L的水温度升高____℃。 【答案】40 【解析】燃气完全燃烧放出的热量 水吸收的热量 水的体积为 水的质量 水升高的温度 12．汽油在汽油机汽缸中燃烧不充分会产生积碳，影响汽油机性能。在汽油机维护保养后，其效率会提高。 （1）保养后汽油燃烧会更加充分，其热值___________（选填“变大”“变小”或“不变）； （2）的汽油完全燃烧放出的热量___________J。汽油机燃烧汽油后，实际放出的热量，输出有用的机械能，则汽油机的效率为___________；（已知） （3）如图是该汽油机保养前后的相关参数的柱状图，保养后的是___________（选填“甲”或“乙”）。 【答案】（1）不变 （2） 30% （3）甲 【解析】（1）热值是单位质量燃料完全燃烧时释放的热量，是燃料的固有属性，与燃烧是否充分无关。因此，即使保养后燃烧更充分，汽油的热值也不会改变。 （2）2kg的汽油完全燃烧放出的热量，热机效率是有用功和燃料完全燃烧放出热量之比，则汽油机的效率为 （3）汽油机保养后，燃料完全燃烧释放的热量不变，输出的有用机械能变大，由图可知，甲的有用机械能较大，因此保养后的是甲。 三、计算题 13．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？ 【答案】（1） （2） （3）10% 【解析】（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 14．守护我国南沙、西沙群岛的是渔政311船，它是我国目前吨位最大、设备最先进、航速最快的渔政执法船，该船满载时总质量为，最大航速为15m/s，当船以最大航速巡航时受到的海水阻力为，g取10N/kg，。求： （1）渔政船以最大航速匀速巡航50min通过的路程； （2）当船以最大航速匀速巡航50min发动机做的有用功； （3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航50min至少需要燃烧燃油的质量。 【答案】（1）45000m （2） （3）7500kg 【解析】（1）路程 （2）渔政船匀速巡航，水平方向受力平衡，牵引力与阻力大小相等 发动机做的有用功 （3）燃油完全燃烧放出的总热量 燃油质量 第 5 页 共 18 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 2.2 热机效率模块一 知识框架 模块二 知识精讲 情景导入 出示图片： 设问：“赛车进站时，技师们为什么要在几秒内完成换胎？这背后依赖的是怎样的能量转换？” “赛车引擎轰鸣、排气管发热，说明什么？能量有没有全部用于推动赛车前进？” “如果让你给这台赛车发动机打分，你会给它多少分？为什么？——引出‘效率’概念。” 知识归纳 【知识点1 热机效率】 1．汽车的能量流向 在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？对照此图，请和同学讨论，描述能量的转化情况。 2．热机效率 （1）定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之 ，叫做热机的效率。 （2）公式： ，，（F引是牵引力，s是热机移动的距，P是热机的功率，t是时间） 故热机效率的计算公式为：或 （3）物理意义：热机的效率是热机 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，消耗的燃料更 。 （4）对热机效率的理解 ①有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比越 ，热机效率越高； ②做相同的有用功，消耗的同种燃料 ，热机效率越高； ③消耗相同的同种燃料，有用功越 ，热机效率越高； ④功率和热机效率是两个不同的物理量，热机的效率是指 ，热机的效率越高说明有用功与总功的比值越 ；功率表示 ，功率越高说明做功越 ，二者之间没有必然联系。 （5）提高热机效率的主要途径 ①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量； ②热机设计制造，提高技术和使用新材料； ③保证良好润滑，减少摩擦额外消耗的功； ④使燃料充分燃烧。 【例1】下图为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30％，飞轮每分钟转动1800圈（），下列说法正确的是（　　） A.图中所示冲程是做功冲程 B.汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 C.该汽油机在1s内做功30次 D.若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为 【变式1-1】如图所示，神舟二十号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，航天员状态良好，发射取得圆满成功。火箭喷出高温燃气获得升空动力的过程如图甲，它和图________（选填“乙”或“丙”）所示冲程的能量转化相同，汽油机在该冲程将汽油燃烧释放的能量________（选填“绝大部分”或“一小部分”）转化为有用的机械能。如图丁所示是某辆汽车汽油机的能量流向图，由图丁可知该汽油机的热机效率为________。 【变式1-2】在2025年“九三阅兵”中，某新型导弹发射车方阵以整齐划一、威武雄壮的姿态通过天 安门广场，展示了我国国防科技的强大实力。在阅兵行进过程中，导弹发射车10 min在 平直路面上匀速行驶了1500 m，发动机消耗了0.75 kg柴油，产生的牵引力为5×103 N （柴油的热值取4×107 J/kg）。求： （1）新型导弹发射车的牵引力做功的功率； （2）柴油完全燃烧放出的热量； （3）新型导弹发射车发动机的效率。 【变式1-3】某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L。已知汽油密度为，汽油的热值假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在以此速度行驶的过程中，受到的阻力是多大？ 【知识点2 改变世界的热机】 1．从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，完成了人类的第一次工业革命。 2．为了获得更强大的动力、更高的效率，人们以极大的热情去探索，设计出种类繁多、构造各异的现代热机。 3． 在航空航天中，使用的是更加高效的喷气式发动机热机使登天揽月、日行万里的梦想成为现实，世界因此而改变。 【例2】下列运输工具的热机工作时不需要空气的是（　　） A.直升机 B.游艇 C.货车 D.火箭 【变式2-1】如图是某兴趣小组制作的简易汽轮机模型。他们尝试用不同燃料进行实验，并记录数据如下表： 燃料 质量（g） 完全燃烧释放热量（J） 推动风车转动所做机械功（J） 酒精 5.0 植物油 5.0 已知该装置运行时，蒸汽推动风车所做的机械功与燃料完全燃烧释放热量的比值称为“有效转化效率”。请根据以上信息，判断下列说法错误的是（　　） A.植物油的热值比酒精大 B.该装置的本质不属于内燃机 C.使用植物油时装置的能量有效转化效率更高 D.该植物油的热值为 【变式2-2】北京时间2026年4月24日14时35分，我国在西昌卫星发射中心使用长征二号丁运载火箭，成功将卫星互联网技术试验卫星发射升空，卫星顺利进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。下列有关说法正确的是（　　） A.火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同 B.火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 C.火箭发动机不属于热机 D.火箭发动机工作过程中的热机效率是100% 【变式2-3】在跨学科实践课上，某小组围绕“制作内燃机还是外燃机模型”进行了探究，最终完成了简易热机模型的设计与制作。 【项目提出】 简易热机模型的类型探究——内燃机与外燃机的比较与选择。 【项目分析】 （1）热机的原理 如图（a），将试管中的水加热一段时间后，塞子冲了出去，瓶内气体的内能转化为塞子的______能。此实验基本展示了热机的工作原理。 （2）热机的分类 外燃机：燃烧室在气缸外，如蒸汽机、燃烧燃料使水变成______，推动活塞做功。 内燃机：燃料在气缸内部燃烧，利用燃烧产生的高温高压气体推动活塞做功。其原理与图（b）中______的原理相同。 【项目实施】 （3）制作简易内燃机模型 如图（c），在塑料瓶的侧壁上打一个小孔，向瓶内喷入适量酒精，将塑料杯倒扣在瓶口，用点火器通过侧壁小孔点燃瓶内酒精，塑料杯被向上弹开，瓶内气体内能变______，此过程与四冲程内燃机______冲程的能量转化相同。 【评价交流】 若喷入酒精少，实验效果差；喷入酒精多，易引发瓶口及塑料杯燃烧，存在安全隐患。 综合安全性与可操作性的考虑，同学们最终选择了制作外燃机模型。 【知识点3 飞向太空】 1．人类很早就梦想着飞向太空。14世纪末，我国有一位官吏叫万户，精心制作了一个以47支火箭作动力的装置，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史上的先驱者。 原理：竹筒内装上火药，点燃火药，火药燃烧后产生的气体体积 ，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向 飞行。这和现代火箭发动机的原理是一样的。 2．我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。 常用的火箭是多级火箭。如右图所示是一枚二级火箭的运行过程。火箭的第一级燃料用完以后就自动脱落，以减少质量；随后第二级点火发动，燃料用完后也将自动脱落，再点燃第三级，飞船进入预定轨道。 3．利用火箭可以发射人造卫星，还可发射载人宇宙飞船。 【例3】如图所示为喷气式飞机和火箭在飞行中的情景，下列关于它们的说法正确的是（　　） A.火箭使用的发动机，是利用空气来助燃的 B.喷气式飞机的发动机需要自带氧化剂来助燃的 C.火箭升空过程中，散失的能量越少，发动机效率越高 D.两者都是利用机械能转化为内能来飞行的 【变式3-1】创新小组设计了一款新型气体燃料火箭，其工作流程如图所示。下列选项对各过程中能量转化的分析正确的是（　　） A.①中机械能转化为电能 B.②中化学能转化为电能 C.③中内能转化为化学能 D.④中机械能转化为内能 【变式3-2】北京时间2025年11月25日12时11分，搭载神舟二十二号飞船的长征二号F遥二十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射，约10分钟后，飞船与火箭成功分离并进入预定轨道，发射任务取得圆满成功。火箭通过燃烧液态氢燃料，喷出高压燃气获得推力。飞船位于火箭顶部，外部用整流罩保护以防大气摩擦高温损坏，离开大气层后整流罩与飞船分离，最终坠落在预定区域。 （1）火箭升空获得的机械能来自燃料燃烧所产生的___________能。 （2）整流罩分离后下落过程中，它的机械能___________，内能___________。（均选填“增大”“减小”或“不变”） （3）高压燃气把火箭推向太空过程中，其内能会___________（选填“增大”“减小”或“不变”），其原理与热机的___________冲程相同。 （4）火箭点火起飞时，采用喷水降温的方法保护发射平台。若系统喷出400t水，初温20℃，在20s内全部变成100℃的水，则水带走的热量为___________J。[水的比热容为] 模块三 课后作业 一、单选题 1．下列关于燃料的热值与热机的效率的说法，正确的是（　　） A.100g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 2．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 3．汽车发动机一般是柴油机或汽油机，小明查看了某品牌汽车发动机的说明书后，将该汽车发动机的能量流向制成如图所示的图表。若完全燃烧了10kg的汽油，下列说法正确的是（　　）（汽油的热值为） A.该汽车发动机的效率为100% B.冷却水带走的能量最多 C.燃料燃烧时把内能转化为化学能 D.能够输出的有用功为 4．2026年5月17日，世界超级摩托车锦标赛（WSBK）捷克站WorldSSP组别赛事落下帷幕。国产张雪机车搭载自主研发的820RR-RS赛车，第五次斩获冠军，打破欧美日品牌数十年对该赛事的长期垄断。下列关于摩托车相关物理知识，说法正确的是（　　） A.摩托车依靠内燃机驱动，工作过程中将机械能转化为内能 B.内燃机做功冲程中，燃气内能逐渐增大 C.汽油不断消耗燃烧，其热值会不断变小 D.提升内燃机气缸外壳隔热保温效果，能够提高热机效率 5．涡轴-9发动机“玉龙”是我国完全自主研发的直升机涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。下列有关说法正确的是（　　） A.直升机升空的主要原理是流体流速大的地方压强大 B.燃烧室中燃料和压缩空气混合后，燃料的热值变大 C.燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机的工作效率越低 D.燃料燃烧后推动涡轮转动的过程能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相同 6．2024年11月25日，国内首台自主研制15兆瓦重型燃气轮机整机点火试验圆满成功。燃气轮机的本质是通过燃料（主要为天然气）与空气燃烧产生高温高压气体推动叶片转动来发电。联合循环一小时获得2.52×1011J的电能，消耗6.3×103m3天然气（天然气的热值取8×107J/m3）。下列有关说法错误的是（　　） A.天然气属于不可再生能源 B.燃料燃烧时将化学能转化为内能 C.联合循环的热效率约为20% D.燃气轮机联合循环一小时天然气共释放出5.04×1011J的热量 7．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 二、填空题 8．在纪念抗战胜利阅兵式上，国产新型战机“歼-35”飞行受阅。该战机携带的特制航空煤油，与普通航空燃油相比其优点是__________较大，可保障战机长时间飞行；该战机发动机的效率__________（选填“能”或“不能”）达到100%。 9．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发热主要能源，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 10．如图所示是我国自行研制的大型客机C919，若它在高空水平定速巡航飞行10km消耗的航空煤油为80kg，受到的阻力为，航空煤油完全燃烧放出的热量是________J；飞机发动机的热机效率为________（航空煤油热值为） 11．某燃气热水器热效率为84%，已知燃气的热值为，则共燃烧的燃气，可以将100L的水温度升高____℃。 12．汽油在汽油机汽缸中燃烧不充分会产生积碳，影响汽油机性能。在汽油机维护保养后，其效率会提高。 （1）保养后汽油燃烧会更加充分，其热值___________（选填“变大”“变小”或“不变）； （2）的汽油完全燃烧放出的热量___________J。汽油机燃烧汽油后，实际放出的热量，输出有用的机械能，则汽油机的效率为___________；（已知） （3）如图是该汽油机保养前后的相关参数的柱状图，保养后的是___________（选填“甲”或“乙”）。 三、计算题 13．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？ 14．守护我国南沙、西沙群岛的是渔政311船，它是我国目前吨位最大、设备最先进、航速最快的渔政执法船，该船满载时总质量为，最大航速为15m/s，当船以最大航速巡航时受到的海水阻力为，g取10N/kg，。求： （1）渔政船以最大航速匀速巡航50min通过的路程； （2）当船以最大航速匀速巡航50min发动机做的有用功； （3）若渔政船的燃油机动力系统效率为30%，渔政船以最大航速匀速巡航50min至少需要燃烧燃油的质量。 第 8 页 共 11 页 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $