10.4 热机的效率（举一反三·讲义）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

10.4 热机的效率 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 燃料的热值】 2 【知识点2 热机的效率】 4 课后作业 7 模块二 知识精讲 情景导入 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？知识归纳 【知识点1 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”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】关于燃料及其热值，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，热值就越大 B．1kg燃料燃烧所释放的热量就是它的热值 C．热值是燃料的特性，一般是不变的 D．燃料燃烧时放出的热量越多其热值就越大 【答案】C 【详解】A．燃料的热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，故A错误； B．热值是指1kg的某种燃料在完全燃烧时所释放的热量，若没有“完全燃烧”这一前提，1kg燃料燃烧释放的热量不等于其热值，故B错误； C．热值是燃料本身的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，一般是不变的，故C正确； D．根据公式可知，燃料燃烧放出的热量不仅与热值有关，还与燃料的质量及燃烧情况有关，放出的热量多，其热值不一定大，故D错误。 故选C。 【变式1-1】2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。火箭燃料采用液氢主要是因为液氢具有较大的（     ） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 【答案】C 【详解】火箭燃料选择液氢，核心原因在于其热值大。液氢的热值远高于其他常见燃料，这意味着在携带相同质量的燃料时，液氢能释放出更多的能量，从而为火箭提供更大的推力和更高效的升空能力，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。 【变式1-2】氢能源汽车以液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有较大的（     ） A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量 【答案】B 【详解】发射火箭常用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有较大热值，等质量的液氢和其他燃料完全燃烧，液氢放出的热量更多，故选B。      【知识点2 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： （3）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2】氢燃料被认为是21世纪最理想的能源，氢燃料新能源公交车逐渐在很多城市投放使用。氢的热值为1.4×108J/kg，求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ (2)燃烧0.5kg的氢燃料可以使恒定功率为的公交车匀速行驶5分钟，则氢燃料公交车的效率为多少？ 【答案】(1) (2) 【详解】（1）氢燃料完全燃烧放出的热量 （2）0.5kg的氢燃料完全燃烧放出的热量 由P=W/t得，公交车所做的功 氢燃料公交车的效率 【变式2-1】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 【详解】A．热机效率即，做功同样多，即相同，消耗燃料越多，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．任何热机工作时都不可避免存在能量损耗，因此效率永远小于，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相同，有用功越多，越大，热机效率越高，故D正确。 故选D。 【变式2-2】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4.6×107J/kg） 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 【详解】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。 模块三 课后作业 1．如图所示是“长征二号F遥十三运载火箭”发射神舟十三号载人飞船时的情景。长征二号F运载火箭加注液氢作为燃料，主要是因为液氢的热值高，以下四个选项中说法正确的是（     ） A．液氢在加注运载火箭之前，热值较小 B．液氢在加注运载火箭之后，热值减小 C．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值减小 D．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值不变 【答案】D 【详解】热值是燃料本身的固有特性，热值的大小只与燃料的种类有关，和燃料的位置、质量、是否燃烧均无关。液氢的种类不变，因此无论它是否加注、燃烧过程中质量如何减小，热值都保持不变，因此ABC错误，D正确。故选D。 2．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。 3．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。 4．关于燃料的热值，以下说法中正确的是（     ） A．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 B．某种燃料在燃烧时放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值 C．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关 D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 【答案】C 【详解】热值是燃料本身的固有特性，是单位质量的燃料完全燃烧时放出的热量。热值的大小只与燃料的种类有关，和燃料的质量、燃烧是否充分等燃烧状况都无关。故C正确，ABD错误。 故选C。 5. 把一瓶汽油倒去一半，则剩下的汽油（　　） A．比热容变为原来的一半，热值不变 B．热值变为原来的一半，比热容不变 C．热值和比热容都变为原来的一半 D．比热容和热值均不变 【答案】D 【详解】比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与质量无关，倒去一半汽油后，物质种类和状态不变，比热容不变；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与质量无关，倒去一半汽油后，燃料种类不变，热值不变。故选D。 6．2026年4月7日长征八号运载火箭以“一箭十八星”方式，将千帆星座第七批组网卫星送入预定轨道。该火箭发动机以液氢为主要燃料。下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．火箭燃料燃烧一部分后，热值变小 C．液氢燃料温度低至-253℃，内能为零 D．火箭发动机不属于热机 【答案】A 【详解】A．热机效率指有用功占燃料总放热的比值，燃料燃烧越充分，有效利用的能量越多，发动机效率越高，故A正确； B．热值是燃料本身的特性，只和燃料种类有关，和质量多少无关，燃料燃烧一部分后热值不变，故B错误； C．一切物体在任何温度下都具有内能，低温的液氢内能不为零，故C错误； D．火箭发动机工作时将燃料燃烧的内能转化为机械能，属于热机，故D错误。 故选A。 7．有甲、乙两种不同的燃料，甲燃料的质量为2kg，乙燃料的质量为1kg，当甲、乙温度都升高，吸收的热量如图1所示；甲、乙的燃料完全燃烧后放出的热量如图2所示，则下列说法正确的是（　　） A．甲燃料的比热容等于乙的比热容 B．甲燃料的热值大于乙的热值 C．甲、乙物体温度都降低，甲、乙放出的热量一样多 D．相同质量的甲、乙燃料完全燃烧，甲放出的热量比乙的多 【答案】C 【详解】A．，当甲、乙温度都升高，根据图1可知，甲乙吸收的热量相同，根据可知，，即甲的比热容小于乙的比热容，故A错误； B．，根据图2可知，完全燃烧后甲、乙放出的热量之比为 根据，甲乙的热值之比为 故甲燃料的热值小于乙的热值，故B错误； C．，，甲、乙物体温度都降低，根据，甲、乙放出的热量一样多，故C正确； D．甲燃料的热值小于乙的热值，根据，相同质量的甲、乙燃料完全燃烧，甲放出的热量比乙的少，故D错误。 故选C。 8．（多选题）如图所示为甲、乙两台汽油机的数据。两者从图中数据相比，下列说法正确的是（     ） A．乙汽油机效率较大 B．乙汽油机的燃料燃烧放出的能量多 C．甲汽油机产生的有用机械能少 D．两汽油机产生的有用机械能一样多 【答案】AD 【详解】A．热机效率为有用机械能占燃料燃烧放出总能量的百分比，甲效率为25%，乙效率为30%，因此乙汽油机效率较大，故A正确； B．甲损耗能量1800J，占总能量的75%，得甲总能量 乙损耗能量1400J，占总能量的70%，得乙总能量 ，因此甲燃料燃烧放出的能量更多，故B错误； CD．甲的有用机械能 乙的有用机械能 两者有用机械能相等，故C错误，故D正确。 故选AD。 9．（多选题）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙所示分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（ ） A．甲图是压缩冲程，内能转化为机械能 B．由图乙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．若该汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内汽油机完成120次冲程 【答案】BD 【详解】A．甲图中两气门关闭，活塞上行，火花塞未点火，为压缩冲程，其将机械能转化为内能，故A错误； B．根据乙图，有用机械能占比，即热机效率为28%，故B正确； C．热值是燃料属性，与燃烧是否充分无关，故C错误； D．四冲程汽油机，每完成一个工作循环，4个冲程，飞轮转2圈。因此飞轮转速，每秒完成30个工作循环，共120个冲程，故D正确。 故选 BD。 10．人类使用燃料的历程，经历了从木柴、煤炭到天然气的演变，其中一个重要原因是不同燃料的______不同，完全燃烧相同质量的不同燃料时，放出的热量存在差异。 【答案】热值 【详解】当燃料质量相同时，不同燃料完全燃烧放出的热量存在差异，根据公式可知，这是因为不同燃料的热值不同，因此题干空处应填写“热值”。 11. 如图所示是国家非物质文化遗产“打铁花”的表演场景。演出前，表演者需将生铁加热使之熔化成铁水，这是通过_____（选填“做功”或“热传递”）的方式改变生铁的内能。若将该生铁加热至所需温度，需要燃烧焦炭2kg，则焦炭完全燃烧产生的热量为_____J（焦炭的热值为J/kg）。 【答案】 热传递 【详解】改变内能的方式有做功和热传递，加热生铁熔化的过程，是通过热传递改变生铁的内能。 焦炭完全燃烧产生的热量 12．如图所示是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率为______；若完全燃烧400g燃料共放出J热量，则该燃料的热值为______J/kg。 【答案】 35% 【详解】热机效率是有用机械能占燃料燃烧内能的比例。已知机械自身消耗 25%，废气带走 40%，所以热机效率 该燃料的热值 13．汽油的热值为，燃烧过程中汽油的热值_______（选填“增大”“不变”或“减小”）；某汽车发动机的热效率为40%，在平直公路上匀速行驶时，牵引力为920N，则燃烧0.5kg的汽油最多能让这辆汽车行驶________km。 【答案】 不变 【详解】热值是燃料的固有特性，仅由燃料的种类决定，与燃料的燃烧状态、质量等因素无关，因此燃烧过程中汽油的热值不变； 完全燃烧0.5kg汽油放出的热量 由热效率公式得汽车获得的有用功 根据功的公式得汽车行驶的距离 14. 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消耗的航空煤油为，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】 【详解】[1]航空煤油完全燃烧放出的热量 [2]飞机水平定速巡航时，牵引力与阻力是一对平衡力，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 15．把质量为2kg、温度为20℃的水加热到80℃，水吸收的热量为______ J，若用天然气来提供这些热量（不计热量损失），则需要完全燃烧_____ m3的天然气[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×107J/m3]。 【答案】 0.014 【详解】温度变化 水吸收的热量 不计热损失，天然气完全燃烧放出的热量 天然气的体积 16. 如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。若比较不同燃料的热值应选择_________两个装置，当温度计的示数变化相同时，燃料剩下的越多，则燃料的热值_________（选填“越大”或“越小”）。若比较不同物质的吸热能力，当燃料燃烧相同时间，温度计示数变化越大的那杯液体吸热能力更________（选填“强”或“弱”）。 【答案】 B、C 越大 弱 【详解】若比较不同燃料的热值，应用质量相同的不同燃料加热相同物质，应选择B、C两个装置。 当温度计的示数变化相同时，物质吸收的热量相同，燃料释放的热量相同，燃料剩下的越多，燃料燃烧的量越少，由得，燃料的热值越大。 若比较不同物质的吸热能力，当燃料燃烧相同时间，物质吸收的热量相同，物质的质量相同，温度计示数变化越大的那杯液体吸热能力更弱。 17. 暑假期间小明一家从广州自驾前往珠海某地进行研学旅行，全程140km，驾车前往历时2h，消耗汽油10L。汽油的热值取，汽油的密度取，汽车发动机全程的平均功率为25kW，求这个过程中： (1)汽车的平均速度； (2)汽油完全燃烧放出的热量； (3)汽车发动机的效率。 【答案】(1)70km/h (2) (3)50% 【详解】（1）汽车的平均速度 （2）汽油的体积 汽油的质量 汽油完全燃烧放出的热量 （3）汽车发动机做的有用功 效率为 18. 一水壶中水的质量为2.5kg，在液化石油气炉上从20℃煮至沸腾（标准大气压），在这过程中，共燃烧了液化石油气50g【水的比热，液化石油气燃烧热值】，求： (1)水共吸收了多少热量？ (2)液化石油气炉的效率。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）由题可知，水的质量，初温，标准大气压下水的沸点，温度变化量 所以水吸收的热量 （2）由题可知，液化石油气的质量 其完全燃烧放出的热量 所以液化石油气炉的效率 19. 现代社会中，大部分交通工具的发动机都是热机。 (1)为了更好地理解热机工作原理，小曹同学自制如图实验器材，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。纸筒飞出后瓶内气体内能______，它是通过______方式改变的内能。 (2)小曹一家十一长假开车外出旅游，在某段行程中汽车消耗了10kg的汽油。 ①求这些汽油完全燃烧放出的热量（汽油的热值）； ②若小曹家汽车热机效率是30%，求在这段行程中汽油机做的有用功（均需要写出计算过程）。 (3)某型号汽油机的结构如图甲，小曹同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表。 ①图甲为汽油机的______冲程； ②请根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为______%； (4)热机效率与机械的效率：某次升旗时，由于该滑轮与拉绳之间存在摩擦，小曹用恒为30N的拉力将重20N的国旗匀速提升了10m，则该滑轮的机械效率为______；比较完两种效率的计算，我们发现热机的效率和机械的效率计算方法本质上是______的。（选“A．相同”或“B．不相同”） (5)火箭发动机也是热机，航天器发动机用氢做燃料，这是因为氢的______（选填“A．热值”或“B．比热容”）较大，通过技术改进______（选填“能”或“不能”）使火箭发动机的效率达到100%。 【答案】(1) 减小；做功；(2)，；(3) 做功；30；(4) 66.7%；A；(5) A；不能 【详解】（1）当按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，酒精燃烧释放热量，瓶内气体温度升高，内能增大，而纸筒飞出后，瓶内气体对纸筒做功，自身内能减小，是通过‌做功‌的方式改变内能。   （2）这些汽油完全燃烧放出的热量为 这段行程中汽油机做的有用功为 （3）图甲中，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞处有火光，为汽油机的‌做功‌冲程。 由图乙可知，汽油机的效率为 （4）[1]使用定滑轮，绳子自由端移动的距离 根据机械效率公式可得，该滑轮的机械效率为 热机效率是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，机械效率是有用功与总功的比值，二者计算方法本质上是‌相同‌的，都是有用功与总功（或有用能量与总能量）的比值，故选A。 （5）航天器发动机用氢燃料，这是因为氢的‌热值‌较大，相同质量的氢和其他燃料相比，完全燃烧时氢放出的热量更多。 由于燃料不可能完全燃烧、废气会带走一部分热量、机器散热、摩擦等都会使热量散失，所以通过技术改进‌不能‌使火箭发动机的效率达到。 20. 如图甲所示，2025年4月24日，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。 (1)载人飞船随火箭发射过程中，载人飞船相对于地球是______（选填“运动”或“静止”）的； (2)长征二号遥二十运载火箭的燃料选用密度小、______（选填“比热容”或“热值”）大的气体燃料，采用降低温度和压缩体积的方法使其______；（填物态变化名称） (3)2025年4月30日，神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图乙所示，神舟十九号返回舱进入地球时，看上去像一个大火球，是因为返回舱通过大气层时，与大气层摩擦，机械能转化为______能，通过______的方法改变了返回舱的内能； (4)如图丙所示，“喷水降温降噪系统”采用喷水减少火箭发射台的内能，主要利用水的______（选填“比热容”或“热值”）大的特点；某火箭发射时携带了液态氢燃料，这些燃料完全燃烧能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾（不计热量损耗）______；[，，当地大气压为1标准大气压]（请写出计算步骤） (5)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车发动机做有用功，消耗了燃料，求该发动机的效率。（请写出计算步骤） 【答案】(1)运动；(2) 热值；液化；(3) 内；做功；(4)比热容；；(5)燃料完全燃烧放出的热量为 则该发动机的效率 【详解】（1）载人飞船随火箭发射过程中，载人飞船相对于地球的位置改变，是运动的。 （2）等质量的不同种燃料，热值大的燃料完全燃烧放出的热量更多，所以长征二号遥二十运载火箭的燃料选用热值大的气体燃料； 降低温度和压缩体积都可以使得气体燃料变成液态，即发生液化。 （3）做功和热传递均可以改变物体的内能。返回舱通过大气层时，与大气层摩擦，克服摩擦做功，机械能转化为内能，是通过做功的方法改变了返回舱的内能。 （4）如图丙所示，“喷水降温降噪系统”采用喷水减少火箭发射台的内能，主要利用水的比热容大的特点，与等质量的其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量较多； 燃料完全燃烧放出的热量为 可以加热水的质量为 （5）见答案。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 10.4 热机的效率 目录 知识框架 1 知识精讲 1 【知识点1 燃料的热值】 2 【知识点2 热机的效率】 3 课后作业 5 模块二 知识精讲 情景导入 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？知识归纳 【知识点1 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”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】关于燃料及其热值，下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，热值就越大 B．1kg燃料燃烧所释放的热量就是它的热值 C．热值是燃料的特性，一般是不变的 D．燃料燃烧时放出的热量越多其热值就越大 【变式1-1】2024年10月30日，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。火箭燃料采用液氢主要是因为液氢具有较大的（     ） A．内能 B．热量 C．热值 D．比热容 【变式1-2】氢能源汽车以液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有较大的（     ） A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量 【知识点2 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： （3）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2】氢燃料被认为是21世纪最理想的能源，氢燃料新能源公交车逐渐在很多城市投放使用。氢的热值为1.4×108J/kg，求： (1)质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？ (2)燃烧0.5kg的氢燃料可以使恒定功率为的公交车匀速行驶5分钟，则氢燃料公交车的效率为多少？ 【变式2-1】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 【变式2-2】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4.6×107J/kg） 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 模块三 课后作业 1．如图所示是“长征二号F遥十三运载火箭”发射神舟十三号载人飞船时的情景。长征二号F运载火箭加注液氢作为燃料，主要是因为液氢的热值高，以下四个选项中说法正确的是（     ） A．液氢在加注运载火箭之前，热值较小 B．液氢在加注运载火箭之后，热值减小 C．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值减小 D．液氢燃烧时，质量逐渐减小，热值不变 2．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 3．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 4．关于燃料的热值，以下说法中正确的是（     ） A．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 B．某种燃料在燃烧时放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值 C．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关 D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 5. 把一瓶汽油倒去一半，则剩下的汽油（　　） A．比热容变为原来的一半，热值不变 B．热值变为原来的一半，比热容不变 C．热值和比热容都变为原来的一半 D．比热容和热值均不变 6．2026年4月7日长征八号运载火箭以“一箭十八星”方式，将千帆星座第七批组网卫星送入预定轨道。该火箭发动机以液氢为主要燃料。下列说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．火箭燃料燃烧一部分后，热值变小 C．液氢燃料温度低至-253℃，内能为零 D．火箭发动机不属于热机 7．有甲、乙两种不同的燃料，甲燃料的质量为2kg，乙燃料的质量为1kg，当甲、乙温度都升高，吸收的热量如图1所示；甲、乙的燃料完全燃烧后放出的热量如图2所示，则下列说法正确的是（　　） A．甲燃料的比热容等于乙的比热容 B．甲燃料的热值大于乙的热值 C．甲、乙物体温度都降低，甲、乙放出的热量一样多 D．相同质量的甲、乙燃料完全燃烧，甲放出的热量比乙的多 8．（多选题）如图所示为甲、乙两台汽油机的数据。两者从图中数据相比，下列说法正确的是（     ） A．乙汽油机效率较大 B．乙汽油机的燃料燃烧放出的能量多 C．甲汽油机产生的有用机械能少 D．两汽油机产生的有用机械能一样多 9．（多选题）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙所示分别是某单缸四冲程汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（ ） A．甲图是压缩冲程，内能转化为机械能 B．由图乙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．若该汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内汽油机完成120次冲程 10．人类使用燃料的历程，经历了从木柴、煤炭到天然气的演变，其中一个重要原因是不同燃料的______不同，完全燃烧相同质量的不同燃料时，放出的热量存在差异。 11. 如图所示是国家非物质文化遗产“打铁花”的表演场景。演出前，表演者需将生铁加热使之熔化成铁水，这是通过_____（选填“做功”或“热传递”）的方式改变生铁的内能。若将该生铁加热至所需温度，需要燃烧焦炭2kg，则焦炭完全燃烧产生的热量为_____J（焦炭的热值为J/kg）。 12．如图所示是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率为______；若完全燃烧400g燃料共放出J热量，则该燃料的热值为______J/kg。 13．汽油的热值为，燃烧过程中汽油的热值_______（选填“增大”“不变”或“减小”）；某汽车发动机的热效率为40%，在平直公路上匀速行驶时，牵引力为920N，则燃烧0.5kg的汽油最多能让这辆汽车行驶________km。 14. 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消耗的航空煤油为，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） 15．把质量为2kg、温度为20℃的水加热到80℃，水吸收的热量为______ J，若用天然气来提供这些热量（不计热量损失），则需要完全燃烧_____ m3的天然气[水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×107J/m3]。 16. 如图所示，A、B、C三个实验装置完全相同，燃料质量都为10g，烧杯内液体的质量都相同。若比较不同燃料的热值应选择_________两个装置，当温度计的示数变化相同时，燃料剩下的越多，则燃料的热值_________（选填“越大”或“越小”）。若比较不同物质的吸热能力，当燃料燃烧相同时间，温度计示数变化越大的那杯液体吸热能力更________（选填“强”或“弱”）。 17. 暑假期间小明一家从广州自驾前往珠海某地进行研学旅行，全程140km，驾车前往历时2h，消耗汽油10L。汽油的热值取，汽油的密度取，汽车发动机全程的平均功率为25kW，求这个过程中： (1)汽车的平均速度； (2)汽油完全燃烧放出的热量； (3)汽车发动机的效率。 18. 一水壶中水的质量为2.5kg，在液化石油气炉上从20℃煮至沸腾（标准大气压），在这过程中，共燃烧了液化石油气50g【水的比热，液化石油气燃烧热值】，求： (1)水共吸收了多少热量？ (2)液化石油气炉的效率。 19. 现代社会中，大部分交通工具的发动机都是热机。 (1)为了更好地理解热机工作原理，小曹同学自制如图实验器材，他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，纸筒即刻飞出。纸筒飞出后瓶内气体内能______，它是通过______方式改变的内能。 (2)小曹一家十一长假开车外出旅游，在某段行程中汽车消耗了10kg的汽油。 ①求这些汽油完全燃烧放出的热量（汽油的热值）； ②若小曹家汽车热机效率是30%，求在这段行程中汽油机做的有用功（均需要写出计算过程）。 (3)某型号汽油机的结构如图甲，小曹同学阅读了某牌号汽车发动机说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的图表。 ①图甲为汽油机的______冲程； ②请根据图乙给出的信息，该汽油机的效率为______%； (4)热机效率与机械的效率：某次升旗时，由于该滑轮与拉绳之间存在摩擦，小曹用恒为30N的拉力将重20N的国旗匀速提升了10m，则该滑轮的机械效率为______；比较完两种效率的计算，我们发现热机的效率和机械的效率计算方法本质上是______的。（选“A．相同”或“B．不相同”） (5)火箭发动机也是热机，航天器发动机用氢做燃料，这是因为氢的______（选填“A．热值”或“B．比热容”）较大，通过技术改进______（选填“能”或“不能”）使火箭发动机的效率达到100%。 20. 如图甲所示，2025年4月24日，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。 (1)载人飞船随火箭发射过程中，载人飞船相对于地球是______（选填“运动”或“静止”）的； (2)长征二号遥二十运载火箭的燃料选用密度小、______（选填“比热容”或“热值”）大的气体燃料，采用降低温度和压缩体积的方法使其______；（填物态变化名称） (3)2025年4月30日，神舟十九号载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆。如图乙所示，神舟十九号返回舱进入地球时，看上去像一个大火球，是因为返回舱通过大气层时，与大气层摩擦，机械能转化为______能，通过______的方法改变了返回舱的内能； (4)如图丙所示，“喷水降温降噪系统”采用喷水减少火箭发射台的内能，主要利用水的______（选填“比热容”或“热值”）大的特点；某火箭发射时携带了液态氢燃料，这些燃料完全燃烧能将多少千克初温为20℃的水加热至沸腾（不计热量损耗）______；[，，当地大气压为1标准大气压]（请写出计算步骤） (5)氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车发动机做有用功，消耗了燃料，求该发动机的效率。（请写出计算步骤） 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $