2.2热机效率 学练案 2026-2027学年教科版九年级上册物理

该初中物理导学案围绕“热机效率”展开，涵盖热机效率的定义、公式、说明、提高方法及热机在不同领域的应用，通过设问“热机能否将燃料化学能全部转化为有用功”导入，连接内能与热机工作原理，搭建学习支架。 资料特色为知识点系统讲解与多样习题结合，含选择、计算及微专题，融入氢能源汽车、国产柴油机效率突破等中国科技成就，助力学生建立能量观念，提升科学思维，培养科学态度与责任，适合自主学习与教师教学评估。

2.2热机效率 知识点一：热机效率 设问：热机工作时，是利用燃料燃烧时所释放的内能来对外做功的，那么，热机能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？ 1．热机的效率：热机所做的 与燃料 之比叫做热机的效率，用来描述热机的性能。 2．定义式： 3．说明：（1）热机效率用百分数表示；（2）热机效率永远小于100％ 4．热机的效率一般是比较低的，蒸汽机的效率只有 ；汽油机的效率为 ；柴油机的效率为 。 5．提高热机的效率的方法： （1）使燃料尽量充分燃烧； （2）尽量减少各种热量损失(用绝热隔热材料)； （3）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量； 6．锅炉的效率：锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比；表达式： 知识点二：改变世界的热机 1．形形色色的热机 （1） 曾是纺织、采矿、冶炼和铁路交通运输的主要动力装置； （2） 广泛应用在现代大型火力发电厂、大型舰船上； （3）在汽车、农用机械中，广泛使用着汽油机和柴油机等属于 ； （4）在航空航天中已经使用更加高效的 和 。 2．热机对人类的贡献：（1）极大地提高了生产力；（2）极大地改变了交通方式。 知识点三：飞向太空（认真阅读，感受中国在航空航天领域取得的巨大成就，有兴趣的可以查阅更多资料） 1. 下列关于热机效率的说法正确的是( ) A. 热机的功率越大，效率越高 B. 热机消耗的燃料越少，效率越高 C. 燃料的热值越大，效率越高 D. 完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高 2. 某内燃机的能量流向图如图所示。这台内燃机的效率为( ) A. 7% B. 28% C. 31% D. 34% 3. 国产新能源汽车中，有一种插电式混合动力汽车，同时使用电动机和内燃机，其内燃机热效率最高可达43% ，且使用各种燃料时，其效率均高于同等燃油汽车。分析该种新能源汽车，不属于提升其热机效率的方法是 ( ) A. 尽量使用热值大的燃料 B. 优化冲程控制，让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全 C. 使用黏度低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦 D. 车型设计中，空调压缩机、发电机都没有存在的必要，直接去掉进而减重 4. 2024年4月，两辆氢能源汽车实现了从北京到上海1 500公里长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某款氢能源汽车在公路上行驶30 km，用时0.4 h ，受到的牵引力为1.4×103 N，消耗氢气0.8 kg ，则此过程中牵引力做的有用功为__________J，0.8 kg 氢气完全燃烧放出的热量为___________J ，利用氢能的效率为_______。(q氢气=1.4×108 J/kg) 5. 如图是我国自主研发的首款大型水陆两栖飞机——鲲龙AG600 ，该飞机在空中飞行时能获得0.8×105 N的水平推力，若它以500 km/h 的速度沿水平方向匀速航行500 km ,需要完全燃烧热值为4.3×107 J/kg 的航空煤油，则： （1）飞机在空中飞行的时间是多久？ （2）若发动机的效率为25% ，航空煤油完全燃烧放出的热量为多少？ （3）需要航空煤油的质量为多少？（保留整数） 6. 自中国企业正式发布全球首款热效率突破50% 的商用化柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，关于内燃机效率，下列说法正确的是( ) A. 内燃机效率越高则做功越快 B. 一般情况下，汽油机的效率比柴油机高 C. 做同样多的功，若柴油机效率提高，则消耗的柴油变少 D. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率，随着技术的进步，内燃机的效率能达到100% 7. 某辆汽车在某次低速行驶和高速行驶时，它受到的阻力大小和行驶100 km路程油耗如表中数据（100 km 油耗指的是汽车行驶100 km 路程要消耗的燃油体积），则相比于低速行驶，汽车高速行驶时，热机 ( ) A. 效率高 B. 效率低 C. 效率与低速时相同 D. 数据不足，无法比较其效率高低 8. ［多选］某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞的横截面积为30 cm2 ，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm ，满负荷工作时做功冲程燃气的平均气压为9.0×105 Pa，飞轮转速为1 800 r/min ，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1 min 消耗汽油15 mL(ρ汽油=0.8×103 kg/m3,q汽油=4.6×107 J/kg) ，则下列计算正确的是 ( ) A. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2 700 N B. 一个做功冲程中，燃气对活塞做的功为135 J C. 汽油机的功率为4 050 W D. 汽油机的效率为36% 9.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能、提高热机功率的技术。它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转，再将新鲜空气压缩后送入热机的进气口。这样做的好处是______（填“增大”或“减小”）排出废气所带走的能量，______（填“提高”或“降低”）热机的效率。 10.两台汽油机，相同时间内甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30% ，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是_____，它们的功率之比是______。 11.伴随着国家对汽车以旧换新补贴政策的持续出台，汽车销量日益提升，据不完全统计某市在2024年汽车的保有量就达到了500万辆，其中燃油车占比约为80%。每辆燃油车每年平均消耗汽油为1.86 t ，汽油机的效率平均为30%，汽油的热值为4.6×107 J/kg 。 （1）汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外，最主要的流失形式是______________（填“机械损失”“散热损失”“燃料的不完全燃烧”或“废气带走能量”）。 （2）如果能把汽油机的效率提高1% ，该市2024年可以节约汽油__________t 。 12. 汽油发动机工作时，汽油必须和吸进的空气成适当的比例，才能形成可以有效燃烧的混合气，这就是空燃比（可燃混合气中空气质量与燃油质量之比）。某总排量为2.0 L的四冲程发动机的空燃比为22:1 ，混合气的密度为1.5 kg/m^3 ，则发动机做一次功，汽油燃烧产生的热量为________J ，当发动机曲轴每分钟转速为3 000转时，此时汽车输出的功率为60 kW ，则该发动机每秒钟做功____次，此时该发动机的效率是____%。（汽油的热值为4.6×107J/kg ） 13.小明同学看到爸爸启动汽车时，发动机的转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。若汽车用的是单缸四冲程汽油机，一个工作循环对外做功为1 200 J ，则根据图中信息可知，此时发动机每分钟做功__________J 。截至2024年底，我国燃油汽车保有量约为3.5亿辆。假设每辆汽车每年耗油0.64 t，汽车内燃机的效率平均值取30% ，如果能把内燃机效率提高2%，这些汽车每年可以节约_______t 燃油。 14. 近几年我国汽车业发展迅猛，如图所示是我国自主研制生产的一款环保混合动力汽车。一辆混合动力汽车在测试时平稳行驶了一段路程，共消耗汽油0.5kg。已知q汽油=4.6×107J/kg。 （1）求这段测试路程中，汽油完全燃烧放出的热量。 （2）这辆混合动力汽车平稳行驶时，内燃机输出的有效能量包括两部分，既可以牵引汽车向前运动，又可以向蓄电池充电。若这段测试路程中，所受牵引力做功为9×106J，该汽车内燃机的效率为40%，求蓄电池增加的电能。（忽略蓄电池和电动机的热损失及其他损失） 热机效率计算微专题 1.小红一家到某基地露营时，用火炉将质量为2kg、初温为20℃ 的水加热到60℃，燃烧了0.1kg木炭。已知：水的比热容c水=4.2×103J/(kg⋅℃) ，木炭的热值q=3.36×107J/kg 。求： （1）水吸收的热量；（2）木炭完全燃烧放出的热量；（3）该火炉烧水的热效率。 2.为估算家中天然气灶烧水的效率，小明进行了如下操作：①查看家中的天然气表，示数为706.505 m3（家中已用天然气）； ②将1 kg 的水倒入烧水壶中并测出水温为20 ℃ ； ③打开天然气灶进行烧水，在标准大气压下把水刚加热到100 ℃时，查看天然气表，示数为706.525 m3 ；④查阅资料知道，水的比热容为4.2×103 J/(kg⋅℃)，天然气的热值为4×107 J/m3 ，假设天然气完全燃烧，通过计算回答： （1）将壶中的水烧开，水需要吸收多少热量? （2）将壶中的水烧开时，天然气完全燃烧放出了多少热量? （3）小明家中天然气灶烧水的效率是多少? 3. 无人驾驶汽车是一种智能汽车，主要依靠车内以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶。某无 人驾驶汽车沿水平路面匀速直线行驶了3×104 m ，发动机提供的牵引力为1.12×103 N，消耗柴油2 kg 。 [c水=4.2×103 J/(kg⋅℃),q柴油=4.3×107 J/kg] （1）求消耗的柴油完全燃烧释放的热量； （2）求汽车发动机的效率（结果保留到1% ）； （3）若2 kg柴油完全燃烧释放的热量全部被水吸收，可将多少千克水从20 ℃加热到70 ℃（结果保留整数）？ 4.汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分，环保、节能、安全是汽车研发和使用时必须关注的问题。如图甲所示，小明家新买了一辆汽车，若该汽车在某高速公路上以100 km/h的速度匀速直线行驶100 km油耗为8 L ，已知汽车在该路段上所受阻力恒为675 N（汽油的密度ρ=0.75×103 kg/m3 ，汽油的热值为4.5×107 J/kg）。求： （1）该汽车高速公路上匀速直线行驶100 km 消耗汽油的质量为多少？ （2）据此计算该汽车发动机的效率为多少？ （3）小明爸爸在给他讲车的性能时，总是说“排量”，却很少说“功率”，为此他从网上查到了排量的定义：活塞从上止点移动到下止点所通过的“工作容积”称为汽缸排量，如图乙所示。若该汽车四缸发动机的单缸排量为0.5 L（汽缸内上止点到下止点的距离为20 cm，单个汽缸横截面积为25 cm2），单缸飞轮转速为40 r/s ，做功冲程燃气对活塞的平均压强为5×105 Pa ，此时汽车发动机单缸的输出功率为多少？ 5.太阳能热水器是一种常见的利用太阳能的装置。某品牌太阳能热水器，在晴天能接收到的太阳能平均辐射强度（用R表示）为R=300 J/(m2⋅s) ，它表示该热水器的集热管每平方米面积上，一秒内接收到的太阳能为300 J 。已知该太阳能热水器集热管接收阳光照射时的有效面积为2 m^2，贮水箱中盛有100 L 的水。 [ρ水=1.0×103 kg/m3,c水=4.2×103 J/(kg⋅℃)] （1）若让该热水器在阳光下照射70 min ，将所接收到的太阳能全部用来加热水，不计热量损失，则贮水箱中的水温可升高多少（水未沸腾）？ （2）若需要使贮水箱中的水从30 ℃升高到50 ℃，且该太阳能热水器的效率为60% ，需要该太阳能热水器在晴天工作多少小时（保留一位小数）？ 6.为了提倡环保型新能源开发，某学校学生宿舍使用太阳能热水器。晴天时，该热水器接收日照，10 h可以使水温升至70 ℃ ；阴雨天时，在吸收太阳能的同时还可以利用电辅助加热使水温达到需求。该学校物理兴趣小组在某个晴天获得的相关信息如表所示，其中太阳辐射功率是指1 h内投射到1 m2 面积上的太阳能[c水=4.2×103 J/(kg⋅℃) ，忽略水向空气中的散热］。 （1）求该热水器中的水从20 ℃升高到70 ℃ 需要吸收的热量； （2）求这个晴天该太阳能热水器的能量转化效率； （3）由于晴天经热水器加热后的水的温度过高不可直接洗浴，所以安装了如图所示的混水阀。该天晚上某同学洗澡时调节热水流量是0.06 L/s，冷水流量是0.065 L/s ，则该同学洗澡时的水温为多少？（不计热损失） 学科网（北京）股份有限公司 $