第3节 热机的效率（模型与方法）物理人教版九年级全一册

本讲义聚焦初中物理“热机的效率”核心知识点，系统梳理热值概念理解、计算及比较，热机效率的定义、能量流向、计算，加热效率及综合应用等内容，构建从基础概念到综合实践的学习支架。 该资料以11个模型为框架，通过技巧口诀、实验设计（如控制变量法比较燃料热值）培养科学思维与探究能力，结合环境保护内容渗透科学态度。课中辅助教师系统教学，课后分层练测与真题演练助力学生查漏补缺，提升实战能力。

第3节 热机的效率 ( 模型破解 规范思维路径，强化科学逻辑 …………………………………………………… … ………… 01 ~ 32 模型 0 1. 热值概念的理解 ………………………………………………………………………………… 01 模型02. 热值的计算 ……………………………………………………………………………………… 03 模型03. 比较不同燃料的热值 …………………………………………………………………………… 05 模型04. 热机效率的理解 ………………………………………………………………………………… 09 模型05. 热机燃料能量的流向 …………………………………………………………………………… 11 模型0 6 . 加热效率的计算 ………………………………………………………………………………… 14 模型0 7 . 热机效率的计算 ………………………………………………………………………………… 17 模型0 8 . 比较不同热机的效率的高度 …………………………………………………………………… 21 模型 09 . 提高热机效率的方法 …………………………………………………………………………… 23 模型1 0 . 燃料的利用与环境保护 ………………………………………………………………………… 26 模型11. 热机效率、热值、比热容、压强、功等综合计算 …………………………………………… 29 真题演练 熟悉考试形式，提升实战能力 ………… …… ……………………………………… … ……… 32 ~ 38 分层练测 实现精准提效，最终整体达标 ………………………………………………………………… 38 ~ 51 基础夯实 …………………………………………………………………………………… 38 ~ 44 培优拔高 …………………………………………………………………………………… 44 ~ 51 ) 模型01.热值概念的理解 ( 技巧： 热值解题核心： ‌ 只认 “ 完全燃烧 ” 与 “ 燃料种类 ” ，公式选对状态（固液用 m 、气用 V ），牢记 q 是特性不随质量 / 体积 / 燃烧程度改变 ‌ 。 ‌‌ 定义本质 ‌ ： 1kg （固 / 液）或 1m 3 （气）燃料 ‌ 完全燃烧 ‌ 放出的热量，强调 “ 完全燃烧 ” 四字。 ‌ 特性归属 ‌ ：热值 q 是燃料 的特 性 ‌ ， ‌ 只与燃料种类有关 ‌ ，与质量、体积、是否燃烧、燃烧是否充分均无关。 ‌ 物理意义 ‌ ：反映燃料化学能转内能的本领，数值越大，单位量燃料放热越多。 ) ( 口诀： 热值燃料天生性，只认种类不认形。 ‌ ‌ 质量体积全无关，燃烧与否也不灵。 ‌ ‌ 完全燃烧是前提，放热比质即定义。 ‌ ‌ 固液公式 mq 算，气体体积 Vq 行。 ‌ ‌ 单位焦每千克米，特性不变记心中。 提醒： 规避 陷阱 ‌ ： “ 燃料燃烧越充分热值越大 ” （错，热值不变）、 “ 没燃烧热值为零 ” （错， 特 性存在）、 “ 放热多热值大 ” （错，缺质量 / 完全燃烧条件）。 ‌ 计算步骤 ‌ ： 先判状态（固液 / 气）选公式 → 统一单位（ kg/m³/J ） → 确认 “ 完全燃烧 ” 条件 → 代入计算；若求效率，需区分 Q 吸 = cmΔt 与 Q 放 = mq / Vq 。 ‌‌ ) 【例1】（多选）下列关于燃料的热值说法正确的是（ ） A.燃料燃烧越充分，其热值越大 B.燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C.一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值不变 D.焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 【答案】CD 【解析】A.燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A错误； B.根据Q=mq可知，放出的热量与热值、质量有关，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量不一定越少，故B错误； C.一瓶酒精用去三分之一后，质量变化、热值不变，故C正确； D.焦炭的热值是3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热量是3.0×107J，故D正确。 故选CD。 【变式1-1】我国探索太空的火箭一般使用液氢作为燃料，主要是因为液氢（ ） A.密度大 B.热值大 C.沸点低 D.比热容大 【答案】B 【解析】火箭发射需要燃料燃烧释放大量能量，液氢的热值很大，相同质量的液氢完全燃烧比其他燃料放出更多热量，适合作为火箭燃料。 故选B。 【变式1-2】（多选）由热值的计算公式可知，m是燃料的质量，Q是燃料完全燃烧放出的热量，下列说法不正确的是（ ） A.热值的大小与Q成正比，与m成反比 B.未燃烧的木柴没有热值 C.1kg煤炭燃烧放出的热量一定比1kg木柴燃烧放出的热量多 D.热值的大小与Q、m都无关，由燃料的种类决定 【答案】ABC 【解析】AD.热值是燃料的一种特性，其大小由燃料种类决定，与燃料完全燃烧放出的热量Q、质量m无关，故A错误，符合题意，D正确，不符合题意； B.热值是燃料本身的一种性质，与燃料是否燃烧、是否完全燃烧无关，未燃烧的木柴依然有热值，故B错误，符合题意； C.煤炭的热值大于木柴的热值，但燃料燃烧放出的热量不仅与热值有关，还与两种燃料的质量及燃烧情况有关。虽然两种燃料的质量都是1kg，但如果煤炭不完全燃烧，木柴完全燃烧，那么1kg煤炭燃烧放出的热量不一定比1kg木柴燃烧放出的热量多，故C错误，符合题意。 故选ABC。 【变式1-3】我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。下表是一些燃料的热值。下列选项正确的是（ ） 燃料 热值 燃料 热值 焦炭 3.0×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg 酒精 3.0×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg A.0.5kg的汽油的热值是2.3×107 J/kg B.热值为3.0×107 J/kg的燃料一定是酒精 C.燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大 D.0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107J 【答案】D 【解析】A.热值是燃料的一种特性，其大小与其质量大小无关；所以0.5kg的汽油的热值还是4.6×107 J/kg，故A错误； B.由表中数据可知，焦炭和酒精的热值相同，为3.0×107 J/kg，所以热值为3.0×107 J/kg的燃料不一定是酒精，故B错误； C.某种燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比叫热值，燃料不完全燃烧时放出的热量不是热值，故C错误； D.0.5kg汽油完全燃烧放出的热量： Q放=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J 故D正确。故选D。 模型02.热值的计算 ( 技巧： 固体 / 液体燃料：用公式 Q 放 = mq ， m 单位统一为 kg ，热值 q 单位为 J/kg 。 气体燃料：用公式 Q 放 = Vq ， V 单位统一为 m 3 ，热值 q 单位为 J/m 3 。 ) ( 口诀： 定类选公式，全燃是前提，单位要对齐，效率看占比。 提醒： 物性认知误区：热值是燃料的固有属性，只和燃料种类有关，与燃料质量、体积、是否完全燃烧完全无关。哪怕燃料用掉一半，剩余燃料的热值也不会改变。 定义表述误区：热值的核心前提是 “ 完全燃烧 ” ，不能错误表述为 “ 1g 燃料完全燃烧的热量等于热值 ” ，要注意单位匹配， 1g 燃料的放热量是热值的千分之一。 ) 【例2】沼气是一种清洁燃料，完全燃烧0.21m3沼气，放出的热量为4.2×106J，则沼气的热值为（ ） A.2.0×107J/m3 B.2.0×106J/m3 C.1.0×107J/m3 D.1.0×106J/m3 【答案】A 【解析】根据热值公式，沼气的热值为： 故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 【变式2-1】合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的热值_________，如果这些热量的42%被水吸收，则可以使________kg的水温度从20℃升高到100℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)] 【答案】6.8×106；不变8.5 【解析】燃料油完全燃烧释放出的热量： Q放=mq=0.17kg×4.0×107J/kg=6.8×106J 热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，因此燃烧时燃料油的热值不变； 水吸收的热量： Q吸=ηQ放=42%×6.8×106J=2.856×106J 根据Q吸=cm水Δt可知水的质量为： 【变式2-2】一壶中水的质量为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。在这过程中，[水的比热c水=4.2×103J/(kg·℃)，液化石油气的热值4.2×107J/kg]。求： （1）水共吸收了多少热量？ （2）这些液化石油气完全燃烧共放出多少热量？ 【答案】（1）8.4×105J；（2）2.1×106J 【解析】（1）此过程中水升高的温度： Δt=100℃-20℃=80℃ 此过程中水吸收的热量： Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg·℃) ×2.5kg×80℃=8.4×105J （2）液化石油气完全燃烧放出的热量： Q放=m气q=50×10-3kg×4.2×107J/kg=2.1×106J 【变式2-3】在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为1.26×107J/kg的干木柴1kg，能使40kg、30℃的水温度升高到（ ） A105℃ B.100℃ C90℃ D．无法确定 【答案】B 【解析】根据热值公式Q放=mq可知，完全燃烧放出热量： Q放=mq=1 kg×1.26×107J/kg=1.26×107J 不计热量损失，水吸收的热量： Q吸=Q放=1.26×107J 根据比热容公式Q=cmΔt可知，水升高温度： 理论末温： t=t0+Δt=30℃+75℃=105℃ 但一个标准大气压下水的沸点为100℃，水沸腾时持续吸热，温度保持不变，因此水的温度最终只能升高到100℃。 故选B。 模型03.比较不同燃料的热值 ( 技巧： 控制变量法应用： 比较不同燃料热值时，需仅改变燃料种类，保持被加热液体的质量、初温完全一致，实验装置相同，选择对应实验组图（如甲、乙）。 转换法判断依据： 通过比较温度计示数的提升量，而非热时间，来反映燃料完全燃烧放出热量的多少。 实验细节 的 把控： 需等待燃料全部燃烧后再记录数据，选用比热容更小的被加热液体，让温度变化更明显，实验现象更易观察。 口诀： 控变同液等质燃，温变判热换法显， 公式代换找关联，特 性无关质与燃 。 ) ( 提醒： 错误表述1： “ 燃料燃烧放热越多，热值越大 ”—— 忽略了燃料质量和完全燃烧的前提。 错误表述2： “ 燃料燃烧不充分时热值会变小 ”—— 热值是燃料的特性，不会随燃烧程度改变。 错误表述3： “ 煤油的热值比酒精大，所以煤油放出的热量一定更多 ”—— 未控制质量相同的条件。 ) 【例3】（多选）如图所示，利用甲、乙、丙三个装置进行探究“不同物质的吸热能力”和“不同燃料的热值”两个实验，下列说法中正确的是（ ） A.为了研究“不同燃料的热值”，利用甲、丙图装置进行实验 B.甲、乙和丙三个装置中，被加热液体a和液体b的质量都要相同 C.不同物质吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的 D.两个探究实验中都用到了控制变量法和转换法 【答案】BD 【解析】A.若要研究“不同燃料的热值”，应使用相同质量的不同燃料加热相同质量的同种物质，故应利用甲、乙两图的装置进行实验，故A错误； B.利用甲、乙两图的装置研究“不同燃料的热值”时，应使被加热物质的质量和种类都相同，利用甲、丙两图的装置研究“不同物质的吸热能力”时，应使被加热物质的质量相同而种类不同，故甲、乙和丙三个装置中，被加热液体a和液体b的质量都要相同，故B正确； C.研究“不同物质的吸热能力”时，使用相同的燃料进行加热，加热相同时间，燃料放出的热量相同，则被加热物质吸收的热量相同，故不同物质吸热的多少是通过加热时间来反映的，故C错误； D.研究“不同燃料的热值”时，使用相同质量的不同燃料加热相同质量的同种物质，用到了控制变量法，通过被加热物质的温度变化量来反映热值的大小，用到了转换法；研究“不同物质的吸热能力”时，使用相同燃料加热质量相同而种类不同的物质，用到了控制变量法，用加热时间的长短来反映吸热多少，用到了转换法，故D正确。 故选BD。 【变式3-1】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 【析解】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Q放=mq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。 【变式3-2】小明同学利用下图所示的装置来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。 （1）除上图所示的实验器材外，本实验还需要的测量工具有__________。 （2）煤油和菜籽油完全燃烧放出热量的多少是通过___________________（选填“温度计升高的温度”或“加热时间”）来反映的。 （3）为了保证实验结论的可靠性，小明同学选择了两套相同的装置，他还必须控制煤油和菜籽油的_________相同，以及水的质量、初温相同。 （4）实验中记录下烧杯中水的初温，待燃料燃尽后再记录水的末温，并将数据填在下表中。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 【解释】根据表中的数据，你认为热值较小的燃料是__________（选填“煤油”或“菜籽油”）。 【答案】（1）天平；（2）温度计升高的温度；（3）质量；（4）菜籽油 【解析】（1）实验需要控制燃料质量、水的质量相等，现有器材中没有测量质量的工具，因此还需要天平。 （2）燃料完全燃烧放出的热量被水吸收，相同质量的水吸收热量越多，温度升高幅度越大，因此放热多少是通过温度计升高的温度反映的。 （3）根据控制变量法，比较两种燃料的热值，必须控制煤油和菜籽油的质量相同，同时保证水的质量、初温相同，才能通过水温变化比较热值大小。 （4）据表格数据：相同质量的两种燃料完全燃烧后，菜籽油加热的水升温更小，说明菜籽油放出的热量更少；根据热值公式，质量相同时，放热越小，热值越小，因此热值较小的是菜籽油。 【变式3-3】如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的初温、质量都相同，请你解答下列问题： （1）比较不同物质比热容的实验、应选择_________两个装置（选填装置序号）和秒表来完成该实验，加热过程中，液体吸收热量的多少是通过比较___________________（选填“液体升高温度的多少”或“加热时间的长短”）来判断的：我们把这种方法叫___________； （2）比较不同燃料热值的实验，应选_________两个装置（选填装置序号），取少量燃料，使之完全燃烧后通过比较___________________来判断不同燃料热值的大小； （3）图丁是根据比较不同物质比热容的实验数据绘制的图像，若烧杯内的液体分别是水和食用油，则食用油的图像是________（选填“A”或“B”），其比热容是_________J/(kg·℃)； [已知水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] （4）通过分析可知________（选填“A”或“B”）液体更适合做汽车发动机的冷却液。 【答案】（1）甲、丙；加热时间的长短；转换法；（2）甲、乙；液体升高的温度；（3）A；2.1×103； （4）B 【解析】（1）比较不同物质比热容，需要控制热源（燃料）相同，改变液体种类，因此选择甲、丙装置；相同热源相同时间放出热量相等，所以液体吸收热量的多少可以通过加热时间的长短判断；这种将不易观测的物理量转换为易观测物理量的方法叫转换法。 （2）比较不同燃料的热值，需要控制烧杯内液体的种类、质量相同，改变燃料种类，因此选择甲、乙装置；质量相同的燃料完全燃烧，热值越大放出热量越多，液体温度升高越大，因此通过比较液体升高的温度比较热值大小。 （3）水的比热容大于食用油，吸收相同热量（加热相同时间）时，比热容小的食用油升温更快，因此升温更快的A是食用油。由图丁可知：质量相同的两种液体，升高相同温度Δt=80℃，A的加热时间是10min，B的加热时间是20min，说明A吸收的热量 根据Q=cmΔt可得： 即： （4）比热容越大的物质，相同质量升高相同温度时吸收热量更多，冷却效果更好；B的比热容更大，因此B更适合做汽车发动机的冷却液。 模型04.热机效率的理解 ( 技巧： 定义本质： 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总能量的比值，公式为 ，其数值永远小于 100% 。 能量流向： 梳理热机工作时的能量损耗路径（废气带走热量、机械摩擦、散热等），明确哪部分是有用功、哪部分是总放热。 分类公式： 通过 W = Pt 算出时间内的有用机械功，再结合空燃比、飞轮转速算出总消耗燃料质量，用 Q 放 = m q / Vq 求总放热，最后代入效率公式计算。 口诀： 热机效率是比值，有用功比总放热， 无单位、小于1，燃料利用看高低。 提醒： 关键误区： 热值是燃料的 特 性，仅和燃料种类有关，与燃料质量、是否完全燃烧无关，不要将热值和热机效率概念混淆。 易混概念： 热机效率和功率是完全独立的物理量，功率代表单位时间做功的快慢，和效率没有直接关联，不能通过增大功率来提升热机效率。 ) 【例4】热机广泛应用于现代生活，为了节约能源，各国科学家不断攻坚克难，提高热机效率，关于热机效率的说法正确的是（　　） A.热机做有用功越多，其效率一定越高 B.热机做有用功越快，其效率一定越高 C.热机消耗燃料越少，其效率一定越高 D.无论怎么改进热机，其效率都小于1 【答案】D 【解析】A.热机效率由有用功和燃料完全燃烧放出的能量共同决定。仅知道热机做有用功越多，若燃料完全燃烧放出的能量也很大，根据公有，其效率不一定高，故A错误； B.热机做有用功越快，说的是热机的功率大，功率是表示做功快慢的物理量，而热机效率与做功快慢无关，故B错误； C.热机消耗燃料越少，若做的有用功也很少，根据效率公式，其效率不一定高，因为不知道有用功和燃料完全燃烧放出能量的比例关系，故C错误； D.在热机工作时，由于存在热量散失、克服摩擦做功等情况，燃料不可能完全燃烧，燃烧放出的能量也不能全部用来做有用功，即有用功总是小于燃料完全燃烧放出的能量，所以热机效率始终小于1，故D正确。 故选D。 【变式4-1】汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越________（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为_________。 【答案】高；35% 【解析】汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽油燃烧越充分，燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。 一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为： η=100%-25%-30%-10%=35% 【变式4-2】下列关于热机、热值的说法错误的是（ ） A.汽油机的吸气冲程中，被吸入气缸的是燃料和空气的混合气体 B.某种燃料完全燃烧释放的热量与燃料的质量之比叫这种燃料的热值，单位是J/kg C.随着科技水平的发展，热机的工作效率将达到100% D.内燃机工作中一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程 【答案】C 【解析】A.汽油机的吸气冲程中，吸入的是汽油与空气的混合气体，这是汽油机的工作原理，故A正确，不符合题意； B.热值的定义是某种燃料完全燃烧释放的热量与其质量之比，单位是J/kg，符合物理概念，故B正确，不符合题意； C.热机效率受能量损失（如摩擦、散热等）限制，不可能达到100%，故C错误，符合题意； D.内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，这是基本结构，故D正确，不符合题意。 故选C。 【变式4-3】汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法不正确的是（ ） A.甲图是压缩冲程，机械能转化为内能 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.冬天，有些汽车会利用尾气中的余热给车内供暖，这是利用热传递的方法改变内能 【答案】C 【解析】A.根据图甲可知，两个气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程，活塞对汽缸内的气体做功，机械能转化为内能，故A正确，不符合题意； 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η=100%-36%-30%-6%=28% 即该汽油机的效率为28%，故B正确，不符合题意； C.热值是燃料本身的一种特性，只与燃料种类有关，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，燃料的热值不变，故C错误，符合题意； D.冬天，有些汽车会利用尾气中的余热给车内供暖，车内的空气吸收热量温度升高，因此这是利用热传递的方法改变内能，故D正确，不符合题意。 故选C。 模型05.热机燃料能量的流向 ( 技巧： 先牢记热机燃料燃烧释放能量的 4 个核心去向：对外做有用功的能量、废气带走的能量、克服摩擦消耗的能量、机械散热损失的能量，这是所有题型的解题根基。 能量流向填空类 ： 先明确能量转化起点是燃料的化学能，燃烧后转化为内能，再拆分出 4 个去向，注意区分 “ 有用机械能 ” 和各类损耗内能，避免混淆能量形式。 热机效率计算类 ： 用公式 ，总能量减去所有损耗能量即可得到有用功占比，例如已知废气、 散热、摩擦损耗占比，用 1 减去三者占比就能算出热机效率。 概念 分析 判断类 ： 牢记热值是燃料 的 特性，仅与燃料种类有关，和燃烧是否充分无关；热机效率永远小于 100% ，普通热机效率仅 30%~45% ，工作时间长短不改变效率数值。 口诀： 燃料燃烧放热量，四路去向要分清。 废气带走最大头，散热冷却紧随跟。 摩擦机械有损耗，剩余才是有用功。 ) ( 提醒： 热机燃料完全燃烧释放的能量分为四个明确流向： ① 废气带走的大部分能量； ② 克服机械摩擦消耗的能量； ③ 向外散热损失的能量； ④ 转化为对外做有用功的能量，漏记或顺序颠倒都是高频错题点。 热机效率是有用功的能量与燃料完全燃烧放出总能量的比值，不能误把 “ 输入发动机的部分能量 ” 当作总能量计算，这是计算题里最常见的错误。 ) 【例5】如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（ ） A.有用机械能所占比例最大 B.废气带走的能量占比为25% C.该汽油机的效率为35% D.减少机械摩擦能提高汽油机效率 【答案】D 【解析】A.根据图乙，机械自身消耗能量占35%，废气带走能量占40%，有用机械能占比为： 100%-35%-40%=25% 有用机械能所占比例不是最大，故A错误； B.由图乙可知，废气带走的能量占比为40%，不是25%，故B错误； C.汽油机的效率等于有用机械能占燃料完全燃烧放出内能的比例，即25%，不是35%，故C错误； D.减少机械摩擦，可以减少机械自身消耗的能量，使更多内能转化为有用机械能，能提高汽油机效率，故D正确。 故选D。 【变式5-1】下图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（ ） A.有用机械能所占比例最大 B.废气带走的能量占比为25% C.该汽油机的效率为35% D.减少机械摩擦能提高汽油机效率 【答案】D 【解析】AB.由图乙可知，废气带走的能量占比最大，为40%，故AB错误； C.该汽油机的效率为： η=100%-35%-40%=25% 故C错误； D.减少机械摩擦可以降低能量的损失，能提高汽油机效率，故D正确。 故选D。 【变式5-2】如图所示是某辆汽车汽油机的能量流向图，由图可知该汽油机的热机效率为_________，汽油机工作消耗0.5kg的汽油可以用来做_________J的功。若汽油燃烧不充分，汽油的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】30%；6.9×106；不变 【解析】如图为某汽油机工作时的能量流向图，可得汽油机的效率为： η=100%-33%-30%-7%=30% 0.5kg汽油完全燃烧放出的热量是： Q=mq=0.5kg×4.6×107=2.3×107J 该汽油机消耗0.5kg汽油可输出有用功： W有=ηQ=30%×2.3×107J=6.9×106J 热值是燃料的属性，与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃料是否完全燃烧无关，所以当汽油燃烧不充分时，汽油的热值仍然不变。 【变式5-3】（多选题）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具。图（a）是某单缸四冲程汽油机的某一冲程工作示意图、图（b）是该汽油机的能量流向图。下列说法正确的是（ ） A.图（a）是压缩冲程，这一冲程的能量转化情况是机械能转化为内能 B.由图（b）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3600转/min，则在1 s内汽油机完成了120个冲程 【答案】ABD 【解析】A.图（a）中，进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，是四冲程汽油机的压缩冲程；压缩冲程中，活塞对气缸内气体做功，将活塞的机械能转化为气体的内能，故A正确； B.由图（b）可得，该汽油机的效率为：η=100%-6%-30%-36%=28%，故B正确； C.热值是燃料本身的固有特性，只与燃料的种类有关，与燃料燃烧是否充分无关，因此燃料燃烧不充分时热值不变，故C错误； D.将飞轮转速换算单位：，四冲程汽油机每转2个冲程， 每秒钟冲程数为60×2=120，故D正确。 故选ABD。 模型06.加热效率的计算 ( 技巧： 加热效率核心定义为有效利用热量与总输入能量的比值，即 ，数值恒小于 100% 。 总能量为燃料燃烧放热，公式为 （气体燃料用 Vq 替代 mq ）。 口诀： 效率本质是比值，有效能量比总入。 提醒： 不要把燃料燃烧放出的总热量直接等同于水吸收的热量，忽略散热、设备吸热等损耗。 沸腾过程中温度不变， Δt 不能取0，需结合加热时长补算该阶段的吸热量。 气体燃料加热时，总放热公式要用 Q 放 = Vq ，不能误用固体燃料的 mq 公式。 ) 【例6】（多选）如图所示是厨房用的高压锅在工作时的场景，下列说法正确的是（ ） A.限压阀上的小孔喷出大量“白气”，“白气”的形成属于汽化现象 B.使用高压锅，食物容易被煮熟，是因为锅内气体压强大，液体沸点高 C.利用新型天然气灶，燃气烧水的利用效率能达到100% D.高压锅的限压阀被气流顶起的过程与四冲程汽油机做功冲程的能量转化过程相同 【答案】BD 【解析】A.限压阀上的小孔喷出大量“白气”，“白气”是水蒸气遇冷液化形成的小水珠，属于液化现象，故A错误； B.液体的沸点与气压有关：气压越高，沸点越高；使用高压锅，食物容易被煮熟，是因为锅内气体压强大，液体沸点高，故B正确； C.任何热机、炉灶的能量利用效率都不可能达到100%，因为烧水过程中会有热量散失到空气中、被锅具吸收等，存在能量损耗，故C错误； D.高压锅的限压阀被气流顶起的过程，是高温、高压的水蒸气对限压阀做功，将内能转化为机械能；汽油机做功冲程是燃气对活塞做功，将内能转化为机械能，两者的能量转化过程相同，故D正确。 故选BD。 【变式6-1】如图所示为便携卡式炉，它采用丁烷作为燃料。若在水壶中装入2kg初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗丁烷25g。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，q丁烷=4.8×107J/kg，下列说法正确的是（ ） A.加热过程中，水的温度升高，比热容增大 B.水吸收的热量为8.4×105J C.25g丁烷完全燃烧放出的热量为1.2×109J D.该卡式炉的加热效率为52.5% 【答案】D 【解析】A.比热容是物质本身的特性，与温度变化无关，故A错误； B.水吸收的热量为： Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃) ×2kg×(100℃-25℃)=6.3×105J 故B错误； C.丁烷燃烧放出的热量为； Q放=m丁熔q丁烷=25×10-3kg×4.8×107J/kg=1.2×106J 故C错误； D.该卡式炉的加热效率： 故D正确。 故选D。 【变式6-2】“喝开水”通常指的是饮用经过煮沸的水，它可以促进新陈代谢、维持身体水分平衡等。如图所示，1标准大气压下，用煤气灶将壶中2kg、初温为20℃的水恰好加热至沸腾的过程中，煤气灶的加热效率为60%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值为2.0×107J/kg，则下列说法正确的是（　　） A.加热过程中，水的内能和比热容均不变 B.水吸收的热量为6.72×104J C.消耗的煤气完全燃烧放出的热量为1.2×106J D.消耗煤气的体积为0.056m3 【答案】D 【解析】A.加热过程中，水吸收了热量，温度升高，内能增大；比热容是物质的一种特性，大小与物质的种类和状态有关，在加热过程中，水的种类和状态均不变，故水的比热容不变，故A错误； B.一个标准大气压下水的沸点为100℃，则水吸收的热量为： Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃) ×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J 故B错误； CD.由可知，煤气燃烧放出的热量为： 由Q放=Vq可知，消耗煤气的体积为： 故D正确，C错误。 故选D。 【变式6-3】如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明_______________________（选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速________（选填“大”或“小”），压强________（选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有质量为2kg的水。若天然气的热值q=4.2×107J/m3，根据Q＝qV，完全燃烧体积V=1.0×10-2m3的天然气放出热量为_________ J，其中40%的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水的温度升高了________℃。 【答案】（1）分子做无规则运动；（2）大；小于；（3）4.2×105；20 【详解】（1）拧动点火装置，若燃气未点燃，臭味分子通过空气传到人的鼻子，使人闻到臭味，这是一种扩散现象，表明分子做无规则运动。 （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，是因为天然气喷入后，进口处的天然气流速增大，压强减小，小于大气压，在大气压的作用下不会外泄。 （3）完全燃烧的天然气放出热量为： Q放=Vq=1.0×10-2m3×4.2×107J/m3=4.2×105J 水吸收的热量为： Q吸=ηQ放=40%×4.2×105J=1.68×105J 根据Q吸=cmΔt可得水的温度升高了： 模型07.热机效率的计算 ( 技巧： 四程结合类题型 ‌ ： 牢记“4个冲程→飞轮转2圈→对外做功1次”的对应关系，先根据飞轮转速算出单位时间内做功次数，再计算总耗油量和总放热。 汽车行驶类题型 ‌ ： 汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，有用功就是牵引力做的功，直接用 W = Fs 计算即可。 技术参数类题型 ‌ ： 遇到排气量、空燃比等参数，先根据混合密度算出总混合气质量，再按空燃比拆分出燃油质量，后续按常规步骤计算。 口诀： 定有用、找总热，单位统一再相除， 冲程转数别忘比，结果 小于1 当然 。 提醒： 热机效率数值一定小于1，结果不要忘记乘以100%转化为百分数。 热值只和燃料种类有关，不要误将效率、质量等参数代入热值计算。 ) 【例7】歼20是我们自主研制的第五代战斗机，在军事领域发挥着重要作用。歼-20在高空飞行时在恒定的水平推力F作用下，以720km/h的速度沿水平方向匀速航行30min，需要燃烧航空煤油3t。发动机做的功是5.76×1010J。已知航空煤油的热值为4×107J/kg，求： （1）歼-20在上述航行的距离； （2）歼-20发动机的热机效率。 【答案】（1）360km；（2）48% 【解析】（1）歼-20在上述航行的距离： s=υt=720km/h×0.5h=360km （2）煤油完全燃烧放出的热量： Q放=mq=3×103kg×4×107J/kg=1.2×1011J 歼-20发动机的热机效率： 【变式7-1】如图所示是一台单缸四冲程汽油机的某一冲程，该冲程发生的能量转化是_____________，若它每秒对外做功20次，则该汽油机的飞轮转速为_________r/min。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg汽油放出的热量可以对外做功_________J。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【答案】机械能转化为内能；2400；1.38×108 【解析】由图可知，两个气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，该冲程发生的能量转化是机械能转化为内能。 汽油机一个工作循环，飞轮和曲轴转2圈，完成4个冲程，对外做功1次，因此若汽油机每秒对外做功20次，则每秒飞轮转40圈，每分钟飞轮转2400圈，因此该汽油机的飞轮转速为2400r/min。 完全燃烧10kg汽油放出的热量： Q放=mq=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J 该汽油机的效率为30%，则可以对外做功： W=ηQ放=30%×4.6×108J=1.38×108J 【变式7-2】如图是我国自主研制的机械狗“上班”的情景。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗在水平路上可以实现负重40kg，10min移动1.2km。机器狗的运动利用液压系统，为使用安全，液压系统的液压油温度不能高于80˚C。为机械狗提供动力的是燃油发动机，其消耗120kg的燃油能提供1.44×109J的有用功。求： （1）机械狗负重移动的速度是多少； （2）4kg的液压油温度由30˚C升高到80˚C需要吸收4.8×105J的热量，则该液压油的比热容是多少。 （3）该发动机的效率是多少。（燃油的热值为4×107J/kg） 【答案】（1）2m/s；（2）2.4×103J/(kg·℃)；（3）30% 【解析】（1）机械狗移动的路程： s=1.2km=1.2×103m 运动的时间： t=10min=10×60s=600s 则机械狗的速度： （2）液压油的比热容： （3）燃油完全燃烧放出的总热量： Q放=m燃油q=120kg×4×107J/kg=4.8×109J 则发动机的效率： 【变式7-3】发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图1所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程顺序是____________（按“甲、乙、丙、丁”重新排序）。 （2）甲图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将内能转化为________能。 （3）图2是汽油机的能量流向图，其效率为________（用图中的物理量符号表示）； 汽油的热值为4.6×107J/kg，现有汽油2kg，取其中一半完全燃烧，放出的热量是_________J，剩余汽油的热值是__________J/kg。 （4）如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机________（填字母） A.热机效率较大 B.热机效率较小 C.产生的有用机械能较少 D.产生的有用机械能较多 【答案】（1）乙、丁、甲、丙；（2）机械；（3）；4.6×107；4.6×107；（4）B 【解极】（1）甲：气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程； 乙：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，是吸气冲程； 丙：排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，是排气冲程； 丁：气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程。 因此正常工作四个冲程顺序是：乙、丁、甲、丙。 （2）甲是做功冲程，该冲程将内能转化为机械能，为汽车提供动力。 （3）热机效率是有用机械能与总内能的比值，总燃气内能为E，有用机械能为E2，因此效率为： 2kg汽油一半的质量为1kg，完全燃烧放热： Q=mq=1kg×4.6×107J/kg=4.6×107J 热值是燃料的固有特性，和质量无关，因此剩余汽油热值仍为4.6×107J/kg。 （4）甲汽油机总能量： 甲汽油机效率η甲=25%，则有用机械能： W甲=η甲E甲=25%×2400J=600J 乙汽油机总能量： 乙汽油机效率η乙=30%，则有用机械能： W乙=η乙E乙=30%×2000J=600J 因此甲汽油机热机效率更小，有用机械能和乙相等，故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 模型08.比较不同热机的效率的高低 ( 技巧： 热机效率的定义为 ‌ 有用功能量与燃料完全燃烧释放总能量的比值 ‌ ，即 ，比值越大效 率越高，这是所有比较类题目的核心出发点。 口诀： 蒸汽机，效率低，六到十五垫底的； 汽油机，二十起，三十封顶是常态； 柴油机，更给力，三四五区间第一； 比效率，看比值，有用功比总放热； 同耗油，比做功，功多的人效率红； 同做功，比用油，油少的人占上风； 减摩擦，烧充分，损耗越小效率升。 提醒： 热机效率与功率、燃料热值、总做功量无直接关联，功率大不代表效率高，热值大的燃料对应的热机效率也未必更高。 ) 【例8】 “汽车涡轮增压”的原理如图所示：发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到汽缸中，获得更高的燃烧效率。关于汽车的涡轮增压，下列说法错误的是（　　） A.加油时能闻到汽油味是因为分子在不停地运动 B.充足的空气能使汽油充分燃烧，热值变大 C.增压系统压缩气体时对气体做功，气体的内能变大 D.涡轮增压汽车与普通汽车相比，效率提高了 【答案】B 【解析】A.加油时能闻到汽油味，是汽油分子发生的扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动，故A正确； B.热值是燃料本身的固有特性，只和燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关，充足空气只能让汽油燃烧更充分，不会改变汽油的热值，故B错误； C.压缩气体时，叶轮对气体做功，机械能转化为气体的内能，气体内能增大，故C正确； D.涡轮增压技术让汽油燃烧更充分，提高了能量的利用率，因此相比普通汽车，涡轮增压汽车的热机效率更高，故D正确。 本题选择说法错误的，故选B。 【变式8-1】甲热机的效率比乙热机的效率高说明用去相同质量的燃油，甲热机做的有用功比乙热机做的有用功________（填“多”或“少”）；甲热机工作时汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为________。 【答案】多；35% 【解析】甲乙热机用去相同质量的燃油，即放出的能量是相同的，根据可知，甲热机的效率比乙热机的效率高，则甲热机做的有用功比乙热机做的有用功多。 各种能量损耗的总和是： η′=25%+30%+10%=65% 所以它的热机效率为： η=1-η′=100%-65%=35% 【变式8-2】关于热机，下列说法中正确的是（ ） A.热机是把内能转化为机械能的机器 B.汽油机排出的废气没有做功的本领 C.两台热机相比，效率比较高的机器对燃料的利用率比较高 D.柴油机在吸气冲程中，进气门打开排气门关闭，将空气吸入汽缸 【答案】ACD 【解析】A.把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置被称为热机，故A正确； B.一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，有做功的本领，故B错误； C.当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高，即效率比较高的机器对燃料的利用率较高，故C正确； D.柴油机的吸气冲程是进气门打开排气门关闭，注意柴油机吸入汽缸的是空气，而汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的燃料混合物，故D正确。 所以ACD选项符合题意。 【变式8-3】如图所示依次为甲、乙、丙三部汽油机内，同种燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出的机械能的柱状图。根据图中的信息，下列选项正确的是（ ） A.三部汽油机中，乙的效率最高 B.丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低 C.在消耗的燃料质量相同时，乙输出的机械能比甲少 D.在输出的机械能相同时，乙比丙消耗的燃料少 【答案】AD 【解析】AB.如图所示，假设纵坐标轴的单位长度为1。则甲的效率为： 乙的效率为： 丙的效率为： 所以三部汽油机中，乙的效率最高，甲、丙的效率相同，故A正确，B错误； C.乙的效率比甲高，所以在消耗的燃料质量相同时，乙输出的机械能比甲多，故C错误； D.乙的效率比丙高，所以在输出的机械能相同时，乙比丙消耗的燃料少，故D正确。 故选AD。 模型09.提高热机效率的方法 ( 技巧： 让燃料充分燃烧 ‌ ： 通过改进燃烧技术、优化空燃比，减少未完全燃烧的燃料浪费，最大化释放燃料热能。 ) ( 减少各类能损耗 ‌ ： 使用隔热材料降低散热，通过润滑保养减小机件摩擦，回收利用废气带走的大量余热（如涡轮增压技术）。 优化热机 的 结构 ‌ ： 采用先进制造工艺改进热机循环方式，减少能量转换环节的无用损耗。 口诀： 燃充： 让燃料充分完全燃烧，释放全部可用热量。 损减： 减少各类热损失，包括散热、废气带走的热量。 技优： 采用先进技术优化热机结构设计。 滑润： 做好部件润滑，减小机械摩擦损耗。 提醒： 牢记热机效率核心公式 ，遇到单缸四冲程汽油机题目时，注意 “ 4个冲程 → 飞轮转2圈 → 对外做1次功 ” 的比例关系，避免做功次数计算错误。 ) 【例9】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。 【变式9-1】（多选）我们生活与生产的进步离不开强大的动力支持 自17世纪人类首次发明蒸汽机以来，为了不断提升效率，内燃机随之应运而生，而后电动机也被研发出来。下列理解不正确的是（ ） A.如果要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失 B.热机效率越高，热机做的有用功越多 C.随着科技的进步，热机效率可以100% D.汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 【答案】BCD 【解析】A.热机效率是指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。要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，比如减少废气带走的热量、减少机械摩擦损失的能量等，故A正确，不符合题意； B.热机效率高，只能说明热机用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的比例大，但热机做的有用功多少还与燃料完全燃烧放出的总能量有关。若燃料完全燃烧放出的总能量少，即使效率高，有用功也不一定多，故B错误，符合题意； C.由于热机在工作过程中，不可避免地会有能量损失，比如废气带走能量、机械摩擦消耗能量等，所以热机效率永远不可能达到100%，故C错误，符合题意； D.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。汽车尾气中“汽油味”越浓，说明燃料燃烧越不充分，但这不会改变燃料的热值，故D错误，符合题意。 故选BCD。 【变式9-2】为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更加强劲。下列有关说法正确的是（ ） A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B.若给该发动机安装消音器，是从传播过程中减弱了噪声 C.该款新型汽车的使用仍然会造成大气污染 D.该新型汽车发动机的热机效率可达100% 【答案】AC 【解析】A.尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧的比较完全，故A正确； B.给该发动机安装消音器，是控制噪声的产生，是从声源处减弱了噪声，故B错误； C.该发动机的尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，但仍会排放废气，造成大气污染，故C正确； D.汽车在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故D错误。 故选AC。 【变式9-3】18世纪初到19世纪中叶，热机的出现和广泛使用促进了工业的迅速发展。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也有所不同。 （1）下列汽油机工作的四个冲程中，属于机械能转化为内能的冲程是____________，若该汽油机的燃气每秒对外做功20次，则该汽油机的飞轮转速为________r/min。 （2）在跨学科实践中，小华调查“家用燃料的变迁与合理使用”时发现，爷爷、奶奶小时候使用柴草作为家用燃料，爸爸妈妈小时候用煤炭、煤气，如今小华家使用天然气。使用天然气作为家用燃料，主要是因为天然气_________（选填“比热容”、“热值”）较大。 （3）燃料在热机内，不完全燃烧时，它的热值是_________（选填“不变”或“变小”），如图所示的内燃机能流图可以看出，它的能量损失所占的百分比是：废气内能35%，散热损失30%，机械损失5%，则内燃机的热机效率η是_________。已知汽油的热值约为4.6×107J/kg ，假设汽油机工作消耗5kg汽油（假设完全燃烧），可以用来做__________J的机械功。 （4）（多选）下列措施不能提高热机效率的是：_________（填序号） ①尽量使燃料充分燃烧 ②尽量选用功率更大的发动机 ③尽量减少废气带走的热量 ④尽量使用热值更高的燃料 【答案】（1）压缩冲程；2400；（2）热值；（3）不变；30%；6.9×107；（4）②④ 【解析】（1）汽油机工作的四个冲程中，压缩冲程是活塞压缩气体，将机械能转化为内能； 汽油机一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两圈，对外做功一次。已知燃气每秒对外做功20次，则每秒飞轮转40圈，1分钟（60秒）飞轮转40×60=2400圈，即飞轮转速为2400 r/min。 （2）天然气作为家用燃料，主要是因为天然气的热值较大，相同质量的天然气完全燃烧放出的热量比其他燃料多。 （3）热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧无关，所以燃料在热机内不完全燃烧时，它的热值不变； 热机效率：η=1-35%-30%-5%=30% 5kg汽油完全燃烧放出的热量： Q=mq=5kg×4.6×107J/kg=2.3×108J 根据热机效率公式，可得用来做机械功的能量： W=ηQ=30%×2.3×108J=6.9×107J （4）① 尽量使燃料充分燃烧，可以提高燃料的利用率，从而提高热机效率； ② 功率是表示做功快慢的物理量，选用功率更大的发动机，与热机效率无关； ③ 尽量减少废气带走的热量，可减少能量损失，从而提高热机效率； ④ 热机效率是指热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，使用热值更高的燃料，若不能充分利用，热机效率也不一定提高。 因此不能提高热机效率的是②④。 模型10.燃料的利用和环境保护 ( 技巧： 污染来源：煤、石油燃烧会排放二氧化硫、氮氧化物、烟尘等，易引发酸雨、雾霾，还会产生噪声污染。 保护措施：改进燃烧设备、推广清洁能源、集中供热、安装消声器、植树造林等。 口诀： 化石燃料污染大，二氧化硫酸雨下。 粉尘雾霾伤呼吸，温室效应气候差。 清洁能源来替代，太阳能风水力佳。 ) ( 植树造林吸碳汇，绿色出行护大家。 提醒： 注意 CO 2 不是形成酸雨的污染物，酸雨是由 SO 2 、 NO 2 等气体溶于雨水形成， CO 2 只会加剧温室效应，这类选项极易混淆判断。 ) 【例10】下列关于热机的是说法中，错误的是（ ） A.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程 B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性 C.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率 D.热机的大量使用会造成环境污染 【答案】C 【解析】A选项：热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程，因此A表述正确。 B选项：为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性，因此B表述正确。 C选项：用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出热量的比值叫热机效率，增大热机功率并不能增大热机的效率，因此C表述错误。 D选项：热机的使用，使人类对化石能源的依赖很强，现在大气污染的主要途径就是利用化石能源，因此D表述正确。 故符合题意的选C。 【变式10-1】下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ） A.热机排出的尾气没有内能 B.热机的效率能达到100% C.热机的大量使用会造成环境污染 D.汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【答案】C 【解析】A.热机排出的尾气温度比较高，含有较多内能，故A错误； B.由于摩擦、散热等因素的存在，无论采用何种方法，都不可能使热机效率达到100%，故B错误； C.热机是通过燃烧汽油或柴油来提供动力的，而汽油和柴油的燃烧会产生较多污染物污染环境，故C正确； D.汽油机的做功冲程中，缸内气体推动活塞对外做功，是将内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 【变式10-2】某汽油机的能量流向如图。在未来的汽车市场，零碳内燃机采用绿氢等零碳燃料，在全生命周期可实现零碳排放，前景可观。下列有关说法正确的是（ ） A.零碳内燃机比普通内燃机更环保 B.由图可知该汽油机的效率是6% C.冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，降低了燃料的利用率 D.汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越充分，燃料的热值会降低 【答案】A 【解析】A.零碳内燃机采用绿氢等零碳燃料，在全生命周期可实现零碳排放，则零碳内燃机比普通内燃机更环保，故A正确； B.由图可知该汽油机的效率是： 故B错误； C.冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，使汽车法发动机产生的热量再利用，提高了燃料的利用率，故C错误； D.汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越不充分，或降低燃料的利用率，而燃料的热值时燃料本身的一种特性，与燃料的燃烧充分程度无关，则燃料的热值不变，故D错误。 故选A。 【变式10-3】随着“双碳”目标推进，燃料发生了大规模的更替，新能源汽车也逐步替代传统燃油汽车，请你结合具体情境展开分析。 （1）我国大力推广新能源汽车，主要是为了减少__________污染。 A.大气 B.声 （2）如图是传统燃油机的_________冲程，该冲程的能量转化是_________能转化为_________能。 【答案】（1）A；（2）做功；内；机械 【解析】（1）传统燃油汽车燃烧汽油或柴油，会排放大量有害气体，如二氧化碳，温室气体，加剧全球变暖、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等，会造成空气污染，而新能源汽车（如电动汽车）不直接燃烧化石燃料，运行时无尾气排放，因此，推广新能源汽车的主要目的是减少大气污染，助力“双碳”目标，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 （2）图可知，该冲程两个气门关闭，活塞下行，火花塞点火，是传统燃油机的做功冲程，在做功冲程中燃料燃烧产生高温高压气体，气体膨胀推动活塞运动，将内能转化为机械能。 模型11.热机效率、热值、比热容、压强、功等综合计算 ( 技巧： 能量守恒搭桥 ‌ ： 热机类综合题中， 燃料燃烧释放的热量一部分用来做机械功， 一部分散失， 通过 W 机械 = ηQ 放 建立力学和热学的等式关系。 分步拆解降维 ‌ ： 把综合题拆成压强、功、热量等多个独立小问题，逐个套用对应模块的公式计算，再通过能量或受力关系串联结果。 排除干扰条件 ‌ ： 识别题 目中多余的干扰物理量，比如功的计算中不需要的物体质量、压强计算中无关的液体深度，避免被无效条件误导。 口诀： 吸热看 cmΔt ，放热找 mq / Vq ； 效率比有用/总，压强分固液公式； 功是力距乘，功率除时间。 提醒： 特 性混淆 ‌ ：比热容只与物质种类、状态有关；热值只与燃料种类有关，均与质量、温度变化无关。 ‌ 效率陷阱 ‌ ：热机效率分子是 ‌ 有用功（机械能） ‌ ，分母是 ‌ 燃料完全燃烧释放的总热量 ‌ ，绝非 Q 吸 ​ / Q 放 ​ （除非特指炉子烧水）。 ‌ 压强适用 ‌ ： p = ρgh   仅适用于液体及规则柱体固体，不规则固体必须用 计算。 ‌‌ ) 【例11】汽油通常从石油中提炼而成，10kg汽油完全燃烧放出的热量是________J。如图为某汽油机工作时的能量流向图，其消耗10kg汽油输出的有用功可以让质量为1000kg、初温为20℃的水升高到_______ ℃。（汽油的热值q=4.8×107J/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃) 【答案】4.8×108J；60 【解析】10kg汽油完全燃烧放出的热量： Q放=m汽油q=10kg×4.8×107J/m3=4.8×108J 由汽油机工作时的能量流向图可得汽油机的效率： η=100%-33%-25%-7%=35% 该汽油机消耗10kg汽油可输出有用功： W=ηQ放=35%×4.8×108J=1.68×108J 由题知，水吸收的热量： Q吸=W=1.68×108J 由Q吸=cmΔt可得水升高的温度： 水温升高到： t=t0+Δt=20℃+40℃=60℃ 【变式11-1】某品牌汽车在平直公路上匀速行驶了16km，消耗汽油的质量为1.6kg，汽车受到的阻力为1150N。（g取10N/kg，汽油的热值q=4.6×107J/kg）求： （1）匀速行驶过程中，汽车牵引力做的功。 （2）汽车发动机的效率。 【答案】（1）1.84×107J；（2）25% 【详解】（1）汽车匀速行驶时，牵引力F等于阻力f=1150N 牵引力做的功为： W=Fs=1150N×16×103m=1.84×107J （2）汽油完全燃烧释放的热量： Q放=mq=1.6kg×4.6×107J/m3=7.36×107J 发动机效率为有用功与总热量的比值 【变式11-2】小明家新买来一台容积为80L的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103J/(kg•℃)，1L=1.0×10-3m3。求： （1）水箱中水的质量； （2）水箱中水吸收的热量； （3）该热水器的热效率。 【答案】（1）40kg；（2）3.36×106J；（3）80% 【详解】（1）把“进水量”设置为40L，则水箱中水的体积： V=40=40dm3=40×10-3m3 水箱中水的质量： m=ρV=1×103kg/m3×40×10-3m3=40kg （2）由题意可得，水吸收的热量： Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg•℃) ×40kg×(40℃-20℃)=3.36×106J （3）使用天然气的体积： V气=130.06m3-129.96m3=0.1m3 天然气完全燃烧释放的热量： Q放=V气q=0.1m3×4.2×107J/m3=4.2×106J 该热水器的热效率： 【变式11-3】阅读短文，回答问题。 涡轮喷气发动机 如题图甲所示为某轴流式涡喷发动机，其结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。其中压气机与涡轮装在同一条转轴上。工作时，空气首先进入发动机的进气道，当飞机飞行时，可以看作气流以飞行速度流向发动机，由于飞机飞行的速度是变化的，而进入压气机气流速度有一定限制，因而进气道的功能就是通过可调管道来调整气流速度，使进入进气道的气体全部通过可调管道。空气流过压气机时被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室。这部分气体在燃烧室中与燃料燃烧，产生的高温高压气流推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出推动飞机飞行。 一架搭载某涡轮喷气发动机的飞机，其部分参数如下表。其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。 热效率η1 40% 推进效率η2 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg （1）喷气发动机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为_________能，从而提供动力。空气流过压气机时内能________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）关于涡轮喷气发动机，下列说法中正确的是________。 A.进气道中吸入的是空气和燃气的混合气体 B.燃烧室中，内能转化为机械能 C.尾喷管中喷出的高速气流对飞机做功 （3）已知上述飞机所受空气阻力与运行速度的关系如图乙所示，当飞机以200m/s的水平速度匀速巡航时，在巡航10 min的过程中，飞机受到的阻力为________N，牵引力做的功为________J，需要________kg的航空燃油。 【答案】（1）机械；增大；（2）C；（3）3.6×104；4.32×109；360 【解析】（1）喷气发动机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为机械能，从而提供动力，推动涡轮，一边带动压气机正常工作、一边从尾喷管喷出推动飞机飞行。 空气流过压气机时被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室，空气流过压气机时，被压气机做功，内能增大。 （2）A.由材料得，进气道中吸入的是空气，故A错误； B.燃烧室中，化学能转化为内能，故B错误； C.尾喷管中喷出的气流推动飞机飞行，对飞机做功，故C正确。 故选C。 （3）由图乙，f=0.9υ2，当υ=200m/s时，υ2=4×104(m/s)2，则飞机受到的阻力为： f=0.9υ2=0.9×4×104(m/s)2=3.6×104N 由公式W=Fs可得，牵引力做功为： W=Fs=fs=3.6×104N×1.2×105m=4.32×109J 由可得，推力做的功为： 由可得，航空燃油燃烧释放的热量为： 则所需燃油的质量为： 1.（2026·甘肃武威）张雪机车创造了中国摩托车制造商在WSBK赛事中的历史性突破。该机车大量使用密度较小的碳纤维材料，有助于________（选填“增大”或“减小”）机车惯性；比赛过程中，油箱内的汽油用去一半，剩余汽油的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】减小；不变 【解析】惯性的大小仅与物体的质量有关，质量越小，惯性越小；已知碳纤维材料密度较小，在机车体积不变时，根据公式m=ρV，使用该材料能减小机车的质量，进而减小机车惯性。 热值是燃料的固有特性，其大小只取决于燃料的种类，与燃料的质量、体积等均无关；油箱内汽油用去一半后，剩余汽油的种类未发生变化，因此热值不变。 2.（2026·四川雅安）我国在太原卫星发射中心使用长征六号运载火箭成功发射了千帆极轨06组卫星，标志着我国在航天领域不断攀登新高峰。火箭喷出高温燃气获得动力升空的过程与图中________（选填“甲”或“乙”）的能量转化相同；航天器发动机用液态氢作燃料，这是因为氢的__________（选填“热值”或“比热容”）大。 【答案】乙；热值 【解析】甲图：两气门关闭，活塞向上运动，机械能转化为内能，是压缩冲程。乙图：两气门关闭，火花塞点火，高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能，是做功冲程。 火箭升空时，燃料燃烧释放内能，转化为火箭的机械能，能量转化和乙的一致。 液态氢热值大，和其他燃料相比，相同质量的氢完全燃烧能释放更多热量，适合做火箭燃料。比热容是用来描述物质吸放热能力强弱的物理量，与燃料放热能力无关。 3.（2026·安徽）某燃气热水器工作时，相关参数如图所示。据图可知，该热水器以此状态工作时，每小时消耗天然气1.0m3，若天然气完全燃烧，热水器以此状态工作0.1h，所消耗的天然气释放的热量是________J。（天然气的热值q取4.0×107J/m3） 【答案】4×106 【解析】热水器工作0.1h消耗的天然气体积：已知每小时消耗天然气1.0m3，因此： V=1.0m3/h×0.1h=0.1m3 天然气的热值q=4.0×107J/m3，所消耗的天然气释放的热量是： Q放=Vq=4.0×107J/m3×0.1m3=4×106J 4.（2026·四川达州）如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧3×10-3kg的酒精可放出________J的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（q酒精=3×107J/kg） 【答案】9×104；做功 【解析】完全燃烧3×10-3kg酒精放出的热量为： Q放=m酒精q=3×10-3kg×3.0×107J/kg=9×104J 实验中，水受热汽化为水蒸气，高温蒸汽推动风车转动，能量转化为内能转化为机械能，内燃机的做功冲程为燃气的内能转化为活塞机械能，因此和做功冲程能量转化一致。 5.（2026·湖南省）2025年11月25日，“长征”2号F遥22运载火箭托举“神舟”22号飞船在酒泉卫星发射中心顺利升空。火箭在上升过程中短暂遮挡部分太阳圆面，形成如图所示的“神箭凌日”画面。关于此过程，说法正确的是（ ） A.飞船重力势能变小 B.火箭的热机效率为100% C.飞船相对于火箭始终是运动的 D.“神箭凌日”现象是由光的直线传播形成的 【答案】D 【解析】A.火箭上升过程中，飞船质量不变，高度增大，重力势能变大，故A错误； B.热机工作时，不可避免存在热量散失、克服机械摩擦做功等能量损失，热机效率一定小于100%，故B错误； C.飞船被火箭托举升空，飞船与火箭之间的相对位置没有发生变化，此过程飞船相对于火箭是静止的，故C错误； D.“神箭凌日”是火箭遮挡住了直线传播的太阳光，从而在太阳圆面上留下火箭的黑影，该现象是由光的直线传播形成的，故D正确。 故选D。 6.（2026·四川遂宁）被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”《天工开物》记载了我国古代生产技术成就。如： ①碎煤有两种，用以炊烹，用以冶煅 ②取诸麻、菜子入釜，文火慢炒，透出香气 ③榨汁入缸，看水花为火色。其花煎至细嫩，如煮羹沸 下列对相关记载分析正确的是（ ） A.“用以炊烹”煤炭燃烧时热值在不断减小 B.“透出香气”是因为分子在运动 C.“文火慢炒”是通过做功的方式改变内能 D.“如煮羹沸”羹在沸腾时吸热，温度升高 【答案】B 【解析】A.热值是燃料的固有特性，仅与燃料的种类有关，与燃烧过程无关，煤炭燃烧时热值不会减小，故A错误； B.“透出香气”是因为香气分子在空气中做无规则运动，扩散到周围空间，说明分子在不停地运动，故B正确； C.“文火慢炒”是通过热传递的方式，将火焰的热量传递给麻、菜子，从而改变其内能，并非做功方式，故C错误； D.液体沸腾的特点是持续吸热但温度保持不变，因此羹在沸腾时吸热，温度不会升高，故D错误。 故选B。 7.（2026·辽宁）甲、乙两种四冲程汽油机的剖面如图所示，工作时汽油机的曲轴可视为匀速转动，当甲、乙汽油机曲轴的转速均为2000r/min时，乙汽油机做功冲程中燃气对活塞的平均压力为7×103N，每个冲程活塞移动的距离为0.1m（大于甲汽油机），下列说法正确的是（ ） A.乙汽油机在一个做功冲程中燃气对活塞做功700J B.做功同样多时效率高的汽油机消耗的燃料多 C.1min内甲汽油机完成做功冲程的次数比乙多 D.吸气冲程甲、乙汽油机活塞运动的平均速度υ甲<υ乙 【答案】AD 【解析】A.乙汽油机在一个做功冲程中燃气对活塞做功： W=Fs=7×103N×0.1m=700J 故A正确； B.由可知，有用功W相同时，效率越高，燃料完全燃烧放出的热量Q越少，消耗的燃料越少，故B错误； C.四冲程汽油机曲轴每转2圈完成1次做功冲程，甲、乙转速相同，则1min内完成做功冲程的次数相同，故C错误； D.甲、乙曲轴转速相同，完成一个冲程（曲轴转半圈）所用的时间t相同，已知S甲<S乙，由可知υ甲<υ乙，故D正确。 故选AD。 8.（2026·四川成都）锻造钢制零件时常将零件加热至高温后浸入水中快速冷却，即“淬火”。某课外研究小组在实验室模拟“淬火”过程如下：在17℃的室温环境下，用酒精灯将质量为100g的钢片均匀加热至高温后立即浸没于100g水中，水温升至40℃后缓慢下降。加热钢片消耗酒精1.4g，酒精完全燃烧。不考虑水的汽化，忽略钢片转移至水中过程热量损失，假设钢片放出的热量完全被水吸收。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，钢的比热容为0.46×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg。下列计算结果正确的是（ ） A.水吸收的热量为1.68×104J B.酒精燃烧释放的热量为4.2×107J C.钢片吸热后温度升高233℃ D.加热钢片过程中能量转化效率为23% 【答案】C 【解析】第一个过程是用酒精灯给钢片加热，此过程中酒精灯燃烧放出热量，钢片吸收热量；第二个过程是钢片放入水中，钢片放出热量，水吸收热量，且不计热量损失，第一个过程中钢片的末温等于第二个过程中钢片的初温，根据Q放=mq和Q吸=cm(t-t0)及进行计算。 A.由题意可知，室温为17℃，因此钢片和水的初温均为17℃，水吸收的热量为： Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃) ×100×10-3kg×(40℃-17℃)=9.66×103J 故A错误； B.酒精燃烧释放的热量为： Q放=m酒精q=1.4×10-3kg×3.0×107J/kg=4.2×104J 故B错误； C.因为忽略钢片转移至水中过程热量损失，钢片浸没于水中时放出的热量等于水吸收的热量，即： Q钢放=Q吸=9.66×103J 所以根据Q钢放=c钢m钢(t初-t末)可得钢片初始高温为： 即用酒精灯给钢片加热后，钢片的末温为250℃，因此钢片吸热后温度升高值为： Δt=t末1-t0=250℃-17℃=233℃ 故C正确； D.加热钢片过程中，钢片吸收的热量为： Q钢吸=c钢m钢Δt =0.46×103J/(kg·℃) ×100×10-3kg×233℃=10718J 加热钢片的能量转化效率为： 故D错误。 故选C。 9.（2026·湖北）现存于湖北省博物馆的曾侯乙铜鉴缶（图甲）被誉为我国最早的保温箱和冰箱，冬天在外层鉴腹内装入热水，可让内层铜缶内的酒升温，夏天则装入冰块让酒降温。为研究其温酒的热效率，在内外两个金属容器中分别加入0.4kg酒和适量热水（图乙），记录它们的温度随时间变化情况（图丙）。[c酒=3.0×103J/(kg·℃)] （1）0~15min水的内能_________（填变化趋势），酒吸收的热量Q酒=_________J。 （2）0~15min水放出的热量Q水=2×105J，热效率=_________%，热效率不能达到100%是因为____________________。 （3）夏天给酒降温，若铜鉴缶的外壁出现水珠，这是_________现象（填物态变化名称）。 【答案】（1）不断减小；6×104；（2）30；有一部分热量散失到空气中（容器吸收了部分热量）； （3）液化 【解析】（1）由图丙可知，0~15min水的温度不断降低，所以内能不断减小。 由图丙可知，酒的初温是0℃，末温是50℃，酒吸收的热量为： Q酒=c酒mΔt=3.0×103J/(kg·℃)×0.4kg×(50℃-0℃)=6×104J （2）热效率为： 热效率达不到100%的原因：有一部分热量散失到空气中（容器吸收了部分热量）。 （3）空气中的水蒸气遇冷变成小水珠，属于液化现象。 10.（2026·黑龙江齐齐哈尔）新能源汽车因环保、节能等优势，越来越受到人们的青睐。如图所示是某品牌新能源四轮纯电动汽车，该汽车满载时，总质量为1.8×103kg。每个轮胎与水平路面的受力面积均为500cm2。该汽车充满电后储存电能90kW•h，理论上可实现让该汽车在平直路面上以72km/h的速度匀速直线行驶6h，行驶过程中牵引力的大小恒定为600N。求： （1）该汽车满载时的总重力； （2）该汽车静止在水平路面上，满载时对路面的压强； （3）理论上该纯电动汽车将电能转化为机械能的效率。 【答案】（1）1.8×104N；（2）9×104Pa；（3）80% 【解析】（1）汽车满载时的总重力： G=mg=1.8×103kg×10N/kg=1.8×104N （2）汽车静止在水平路面，满载时对路面的压力等于自身重力，即： F=G=1.8×104N 四个轮胎的总受力面积： S=4×500×10-4m2=0.2m2 满载对路面的压强： （3）汽车行驶的总路程： s=υt=72km/h×6h=432km=4.32×105m 牵引力做的功（转化的机械能）： W=F牵s=600N×4.32×105m=2.592×108J 汽车储存的总电能，转换单位得： W电=90kW·h=90×3.6×106J=3.24×108J 电能转化为机械能的效率： 【基础夯实】 1.汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越________（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为_________。 【答案】高；35% 【解析】汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽油燃烧越充分，燃烧放出的热量越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。 一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为： η=100%-25%-30%-10%=35% 2.重庆物产丰富，资源富饶，有着全国最大的页岩气田。若完全燃烧0.014m3的页岩气（设页岩气的热值为3.0×107J/m3），能放出________J的热量；这些热量被5kg的水全部吸收，水的温度将上升________℃。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] 【答案】4.2×105；20 【解析】完全燃烧0.014m3的页岩气放出的热量为： Q放=Vq=0.014m3×3×107/m3=4.2×105J 水吸收的热量： Q吸= Q放=4.2×105J 根据公式Q吸=cmΔt可知，水的温度将上升： 3.某汽车在公路上行驶一段距离，牵引力所做的有用功为3.6×106J，消耗汽油0.3kg。已知汽油的热值为4×107J/kg，则0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为_________J，该汽车的热机效率为_________。四冲程汽油机的________冲程为汽车提供动力。 【答案】1.2×107；30%；做功 【解析】0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为： Q放=mq=0.3kg×4×107J/kg=1.2×107J 该汽车的热机效率为： 四冲程汽油机的做功冲程将内能转化为机械能，为汽车提供动力。 4.某款环保能源汽车——氢能重卡，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的恒定输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。汽车牵引力做的功为_________J；若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油________kg（q柴油=4.0×107J/kg）。 【答案】3.6×108；12 【解析】汽车恒定的输出功率为：P=300kW=3×105W 匀速直线行驶了20min，汽车牵引力做的功为：W=Pt=3×105W×20×60s=3.6×108J 汽车发动机的效率为75%，则这次行驶过程中消耗的氢能为： 若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，则需要完全燃烧柴油的质量为： 5.关于热值和热机效率，下列说法不正确的是（       ） A.1kg汽油完全燃烧放出的热量，在数值上等于汽油的热值 B.相同质量的燃料完全燃烧释放的热量越多，热值越大 C.热机效率越高，热机做的有用机械功越多 D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 【答案】C 【解析】A.热值的定义是1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，因此1kg汽油完全燃烧放出的热量在数值上等于汽油的热值，故A正确，不符合题意； B.热值是燃料本身的一种特性，相同质量的不同燃料，完全燃烧释放的热量越多，说明其热值越大，故B正确，不符合题意； C.热机效率是有用机械功与燃料完全燃烧放出热量的比值，效率高低不仅取决于有用功，还与总热量有关，效率高不一定有用机械功多，故C错误，符合题意； D.使燃料燃烧更充分，能让燃料释放的热量更多，在额外功不变的情况下，有用功占比会提高，从而提高热机效率，故D正确，不符合题意。 故选C。 6.如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A.消耗的汽油更多 B.效率更低 C.功率较小 D.使用的汽油的热值更小 【答案】B 【解析】A.消耗的汽油的质量未知，无法判断，故A错误； B.由图可知，甲汽油机的损失的能量是80000J，所占的比例是80%，总能量 甲的机械能为： W甲有效=100000J-80000J=20000J 机械能所占的比例是20%；乙汽油机的损失的能量是90000J，机械能30000J，总能量为W乙总=120000J，机械能所占的比例是25%，即甲的机械效率是20%，乙的机械效率是25%，甲的机械效率较小，故B正确； C.两台汽油机的功率由于缺乏数据无法比较，故C错误； D.题中没有给出消耗的汽油的质量，因此热值的大小也无法比较，故D错误。 故选B。 7.下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B.使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C.如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功10次，共有40个冲程 D.在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 【答案】C 【解析】A.汽油机是靠汽缸顶部的火花塞来点火的，而柴油机的顶部是喷油嘴，其点火方式是压燃式，故A正确，不符合题意； B.使燃料燃烧更充分，做的有用功更多，可以提高热机效率，故B正确，不符合题意； C.如果四冲程内燃机的转速是600r/min，即1s内飞轮转10圈，四冲程内燃机飞轮转两圈，内燃机完成一个工作循环，经历四个冲程，做功一次，那么1s内飞轮转10圈，内燃机完成5个工作循环，经历20个冲程，做功5次，故C错误，符合题意； D.根据热机效率的公式，在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，Q值越小，根据Q放=mq可知，消耗的燃料越少，故D正确，不符合题意。 故选C。 8.节能环保理念要求人们尽可能提高热机的效率，下列措施能提高效率的是（　　） A.尽量使燃料充分燃烧 B.尽量减少热机部件间的摩擦 C.尽量减少废气带走的热量 D.尽量增加热机的工作时间 【答案】ABC 【解析】A.使燃料充分燃烧可以释放更多的热量利用起来，可以提高效率，故A符合题意； B.减少热机部件间的摩擦可以减少无用功对热量的损耗，提高效率，故B符合题意； C.减少废气带走的热量可以增大可利用的热量，提高效率，故C符合题意； D.尽量增加热机的工作时间不能增加释放的热量，也不能减少无用的热量损耗，不能提高效率，故D不符合题意。 故选ABC。 9.小明利用如图甲所示装置研究某种燃料的热值。他取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为30g，点燃后对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿的总质量为25.8g，并根据实验数据绘制水温随时间变化的图像，如图乙中a所示。 （1）已知实验过程中燃料均匀燃烧放热，所放的热量仅60%能被水吸收，则4min内水吸收的热量为________J，则该燃料的热值为________J/kg。[水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg℃)，整个过程中忽略水的质量变化] （2）若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘制的水温随时间变化的图像如图乙中所示，则这杯水的质量________（选填“大于”“等于”或“小于”）上一杯水的质量。 （3）用此方法计算的燃料的热值比实际值________（选填“偏大”或“偏小”）。理由：___________________________________。 【答案】（1）5040；2×106；（2）等于；（3）偏小；燃料不能完全燃烧且有热损失 【解析】（1）加热时间反映吸收的热量，4min内水吸收的热量等于2min内水吸热的2倍，则4min内水吸收的热量为： Q吸=2Q吸′=2cm(t-t0)=2×4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×(99℃-93℃)=5040J 燃料的质量： m′=30g-25.8g=4.2g 已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，则燃料燃烧放出的热量： 则该燃料的热值为： （2）由图像可知，相同时间内，两杯水吸收的热量相同，且温度变化相同，2min内水升高的温度都为6℃，根据Q=cmΔt可知两杯水的质量相等。 （3）在加热的过程中，由于燃料不能完全燃烧且有热损失，测量放出的热量偏少，由Q放=qm可知，热值的测量值偏小。 10.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8400m，消耗柴油2.1kg，汽车受到的牵引力是2000N，c水=4.2×103J/（kg·℃），（q柴油=4.7×107J/kg，q氢气=1.4×108J/kg），求： （1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量； （2）若2.1kg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℃； （3）近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，如果该汽车使用氢气作为燃料，且氢气完全燃烧产生热量的40%用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少kg的氢气？ （4）提高热机的效率具有哪些积极意义？请你写出一条。 【答案】（1）8.4×107J；（2）400kg；（3）0.3kg （4）减少有害气体的排放量，降低对空气的污染或减少燃料的消耗，节约能源 【解析】（1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量为： Q放=mq=2.1kg×4.7×107J/kg=9.87×107J （2）根据题意，水吸收的热量等于柴油完全燃烧释放的热量，即： Q吸= Q放=9.87×107J 则水的质量为： （3）汽车行驶过程中牵引力做的有用功为： W有=Fs=2000N×8400m=1.67×107J 根据热机效率公式，氢气完全燃烧需要释放的总热量为： 则该过程需要消耗氢气： （4）提高热机的效率，意味着在获得相同有用功的情况下，可以消耗更少的燃料，从而达到节约能源的目的；或者在消耗相同燃料的情况下，可以获得更多的有用功。同时，燃料消耗的减少也意味着废气排放的减少，有助于减轻环境污染。 【培优拔高】 1.汽车是我们生活中最重要的交通运输工具之一。某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa。汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是__________；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，此汽油机的效率是__________。 【答案】1800J；19.6% 【解析】气体一次膨胀对活塞的压力为： F=pS=5×105Pa×120×10-4m2=6×103N 气体一次膨胀对活塞做的功是： W=FL=6×103N×30×10-2m=1800J 汽油机的效率是： 2.赛车是珠海的特色品牌，如图所示，赛车的汽油机正在进行的是________冲程，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧100g汽油放出的热量为________J。热机使用效率往往不高，请你写出一条提高热机效率的方法：___________________________。 【答案】压缩；4.6×106；见解析 【解析】由图可知，两个气门关闭，活塞上行，此时为压缩冲程。 完全燃烧100g汽油放出的热量 Q=mq=0.1kg×4.6×107J/kg=4.6×106J 要提高热机的效率就要让燃料充分燃烧，减少热量的损失，即减少机械摩擦损失、减少机械散热和废气带走热量。 3.如图甲是表示汽油机的________冲程；若汽油机的飞轮速度为1800转/min，则该汽油机2s对外做功________次；某品牌汽车汽油机的能量流程图如图乙所示，该热机的效率约为_________。 【答案】压缩；30；35% 【解析】如图甲，两个气门都关闭，活塞向上，是压缩冲程，该冲程将机械能转化为内能。 汽油机的飞轮速度为1800转/min，即30r/s，由于汽油机一个工作循环，飞轮和曲轴转两圈，4个冲程，对外做功1次，因此该汽油机2s对外做功30次。 热机效率是输出有用功占燃料释放总热量的比值，如图乙所示，该热机的效率约为： η=100%-33%-25%-7%=35% 4.图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全，为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。若固体酒精完全燃烧，放出的热量是________J，固体酒精炉的热效率是_________。【已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，冰的比热容是4.2×103J/（kg·℃）】 【答案】2.1×105；35% 【解析】固体酒精完全燃烧，放出的热量是： Q放=m酒精q酒精=40×10-3kg×1.5×107J/kg=6×105J 水吸收的热量为： Q吸=c水m水Δt水=4.2×103J/（kg•℃）×1kg×（70℃-20℃）=2.1×105J 固体酒精炉的热效率是： 5.为了合理利用能源，人们一直在努力提高热机的效率，以下是一些提高热机的效率的方法：①提高热机的功率；②尽量减少各种热损；③加润滑油减少机器各部件之间的摩擦；④使用热值高的燃料。其中合理的一组是（　　） A.①④ B.②③ C.②④ D.①③ 【答案】B 【解析】热机效率是指热机工作时，有用功与燃料完全燃烧释放出热量之比，与热机的功率无关，功率是表示物体做功快慢的物理量，同样的，燃料的热值高低也不能影响热机的效率；而通过减少各种热损、加润滑油等可以减少能量损失，增大有用功与燃料完全燃烧释放出热量之比，从而提高热机效率。故ACD不符合题意，B符合题意。 故选B。 6.汽油的热值为4.6×107J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的中学生，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m。如果质量为m的汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和中学生克服重力做的功相等。下列说法正确的是（　　） A.汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油燃烧放出的热量为4.6×107J B.汽油的热值与汽油的质量和燃烧放出的热量均无关 C.该中学生克服重力做了1.8×104J的功 D.通过计算可知汽油的质量m约为0.39g 【答案】BCD 【解析】A.汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油完全燃烧放出的热量为4.6×107J，故A错误； B.汽油的热值是燃料本身的一种特性，与汽油的质量和燃烧放出的热量无关，故B正确； C.该中学生克服重力所做的功： W=Gh=mgh=60kg×10N/kg×10×3m=1.8×104J 故C正确； D.汽油完全燃烧放出的热量： Q放=W=1.8×104J 汽油的质量： 故D正确。 故选BCD。 7.小李用相同的酒精灯分别加热质量均为100g的水和甲液体，4min内各消耗酒精1g，用得到的实验数据绘制出了如图所示的图像。相同时间内两液体吸收的热量相等，q酒=3×107J/kg；c水=4.2×103J/（kg·℃）。下列说法正确的是（　　） A.甲液体和水升高相同的温度时，甲液体比水吸收的热量更多 B.甲液体在4min内吸收的热量为3×104J C.甲液体的比热容为2.1×103J/（kg·℃） D.酒精灯的加热效率为42% 【答案】CD 【解析】A.水和甲液体的质量相同，水的比热容大于甲的比热容，由Q吸=cmΔt可知，两液体升高相同的温度，比热容大的水，吸收热量较多，故A错误； B.由图知，8min内，水的初温为10℃、末温为40℃，水吸收的热量为： Q吸=c水m水Δt=4.2×103J/(kg•℃)×0.1kg×(40℃-10℃)=1.26×104J 4min内，水吸收的热量为： 由题知，相同时间内另一种液体吸收的热量与水吸收的热量相等，所以4min内甲液体吸收的热量也是6.3×103J，故B错误； C.由图知，4min内，甲液体的初温为20℃、末温为50℃，由Q吸=cmΔt可得： 故C正确； D.消耗酒精1g放出的热量Q放=m酒精q=1×10-3kg×3×107J/kg=3×104J 酒精灯的加热效率为： 故D正确。 故选CD。 8.如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为________。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧1kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是________J。要提高热机的效率，下列说法正确的是___________（至少有一个正确选项）。 A.设法利用废气的能量提高燃料的利用率 B.尽量使燃料完全充分燃烧 C.尽量使用热值大的燃料 D.在活塞上涂润滑油减少摩擦 【答案】40%；1.84×107；ABD 【解析】由图可知，有用机械能在总的能量中所占的比例为： 100%-20%-40%=40% 即该内燃机的效率为η=40%。 完全燃烧1kg的汽油放出的热量为： Q放=mq=1kg×4.6×107J/kg=4.6×107J 该汽车获得的机械能为： W=ηQ放=40%×4.6×107J=1.84×107J A.设法利用废气的能量，减少能量损失，提高燃料的利用率，可以提高热机的效率，故A正确； B.尽量使燃料完全充分燃烧，使燃烧放出的热量增加，使有用的能量与燃料完全燃烧放出的能量比增加，即提高了热机的效率，故B正确； C.根据热机效率的定义（有用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比），尽量使用热值大的燃料，不会提高热机的效率，故C错误； D.在活塞上涂润滑油减少摩擦，减少能量损失，可以提高热机的效率，故D正确。 故选ABD。 9.请根据所学知识解决以下问题： （1）如图甲所示为“观察不同物质吸热升温的现象”实验。实验过程中，沙子和水吸收热量的多少可通过____________（选填“升高的温度”/“加热时间”）比较；质量相同的沙子和水，吸收相同的热量，________（选填“沙子”/“水”，下同）升温快；由此可以推理，质量相同的沙子和水升高相同的温度，________需要吸收的热量多。 （2）小明学习了燃料的热值后，自己设计一个实验来比较煤油和菜籽油的热值。他实验的装置如图乙、丙所示，试管中水的质量相同，煤油和菜籽油的质量相同，每隔1分钟记录了试管中水的温度，如下表。 加热时间/min 0 1 3 5 7 … 燃料烧完 乙管水温/℃ 25 27 32 36 40 … 50 丙管水温/℃ 25 26 29 32 34 … 42 ①为完成实验，除温度计和秒表外，还需要的测量工具为__________。 ②通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是_________。 ③不计热量散失，根据表中数据，菜籽油的热值为_________J/kg。（煤油的热值为4.6×107J/kg）。 【答案】（1）加热时间；沙子；水；（2）天平；煤油；3.128×107J 【解析】（1）实验使用相同热源加热，相同时间内热源放出热量相等，因此沙子和水吸收热量的多少可通过加热时间比较。 沙子的比热容较小，故质量相同的沙子和水吸收相同的热量，沙子升温较快。 水的比热容较大，故质量相同的沙子和水升高相同的温度，水吸收的热量比较多。 （2）由表格信息可知，除了需测量温度和时间外，也需测量物质的质量，所以还需要的测量工具为天平。 同质量的煤油和菜籽油燃烧完后，乙管水温升高较多，说明该组实验中水吸收的热量较多，由此可知，煤油释放的热量较多，其热值较大。 由表格数据可知，乙管中水吸收的热量： Q乙吸=c水m乙水Δt乙= c水m乙水(50℃-25℃)= c水m乙水×25℃ 煤油释放的热量Q煤油=m煤油q煤油，且Q乙吸=Q煤油，所以： 丙管中水吸收的热量： Q丙吸=c水m丙水Δt丙= c水m丙水(42℃-25℃)= c水m乙水×17℃ 菜籽油释放的热量Q菜籽油=m菜籽油q菜籽油，且Q丙吸=Q菜籽油，所以： 又因为m乙水=m丙水，m煤油=m菜籽油 所以，所以： 10.水上摩托运动是集高科技、观赏、竞技和惊险刺激于一体，富有现代文明特征的高速水上运动，如图所示，摩托艇加满燃油时，人和摩托艇总质量400kg，油箱容积为10L，加满一次燃油最多能使摩托艇以20m/s速度匀速航行1h。（g取10N/kg，ρ煤油=0.8×103kg/m3，q煤油=4.5×107J/kg）求： （1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程； （2）若摩托艇以20m/s速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，求摩托艇克服阻力做功的功率； （3）以20m/s速度匀速航行时摩托艇热机的效率。 【答案】（1）7.2×104m；（2）4×104W；（3）40% 【解析】（1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程为 s=υt=20m/s×3600s=7.2×104m （2）摩托艇以此速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，即 f=0.5G=0.5mg=0.5×400kg×10N/kg=2000N 因为摩托艇匀速航行，所以摩托艇受平衡力，牵引力和阻力是一对平衡力，大小相等， 所以摩托艇克服阻力做功功率为： （3）根据知燃油的质量为： m=ρV=0.8×103kg/m3×10×10-3m3=8kg 燃油完全燃烧放出的热量为： Q放=mq=8kg×4.5×107J/kg=3.6×108J 克服阻力做的有用功为 W=Pt=4×104W×3600s=1.44×108J 此时摩托艇的效率为 答：（1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程为7.2×104m； （2）摩托艇以此速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，摩托艇克服阻力做功的功率为40000W； （3）此时摩托艇热机的效率为40%。 第 1 页 共 51 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第3节 热机的效率 ( 模型破解 规范思维路径，强化科学逻辑 …………………………………………………… … ………… 01 ~ 18 模型 0 1. 热值概念的理解 ………………………………………………………………………………… 01 模型02. 热值的计算 ……………………………………………………………………………………… 03 模型03. 比较不同燃料的热值 …………………………………………………………………………… 0 3 模型04. 热机效率的理解 ………………………………………………………………………………… 05 模型05. 热机燃料能量的流向 …………………………………………………………………………… 07 模型0 6 . 加热效率的计算 ………………………………………………………………………………… 08 模型0 7 . 热机效率的计算 ………………………………………………………………………………… 10 模型0 8 . 比较不同热机的效率的高度 …………………………………………………………………… 12 模型 09 . 提高热机效率的方法 …………………………………………………………………………… 1 3 模型1 0 . 燃料的利用与环境保护 ………………………………………………………………………… 15 模型11. 热机效率、热值、比热容、压强、功等综合计算 …………………………………………… 16 真题演练 熟悉考试形式，提升实战能力 ………… …… ……………………………………… … ……… 18 ~ 21 分层练测 实现精准提效，最终整体达标 ………………………………………………………………… 21 ~ 26 基础夯实 …………………………………………………………………………………… 21 ~ 23 培优拔高 …………………………………………………………………………………… 23 ~ 26 ) 模型01.热值概念的理解 ( 技巧： 热值解题核心： ‌ 只认 “ 完全燃烧 ” 与 “ 燃料种类 ” ，公式选对状态（固液用 m 、气用 V ），牢记 q 是特性不随质量 / 体积 / 燃烧程度改变 ‌ 。 ‌‌ 定义本质 ‌ ： 1kg （固 / 液）或 1m 3 （气）燃料 ‌ 完全燃烧 ‌ 放出的热量，强调 “ 完全燃烧 ” 四字。 ‌ 特性归属 ‌ ：热值 q 是燃料 的特 性 ‌ ， ‌ 只与燃料种类有关 ‌ ，与质量、体积、是否燃烧、燃烧是否充分均无关。 ‌ 物理意义 ‌ ：反映燃料化学能转内能的本领，数值越大，单位量燃料放热越多。 ) ( 口诀： 热值燃料天生性，只认种类不认形。 ‌ ‌ 质量体积全无关，燃烧与否也不灵。 ‌ ‌ 完全燃烧是前提，放热比质即定义。 ‌ ‌ 固液公式 mq 算，气体体积 Vq 行。 ‌ ‌ 单位焦每千克米，特性不变记心中。 提醒： 规避 陷阱 ‌ ： “ 燃料燃烧越充分热值越大 ” （错，热值不变）、 “ 没燃烧热值为零 ” （错， 特 性存在）、 “ 放热多热值大 ” （错，缺质量 / 完全燃烧条件）。 ‌ 计算步骤 ‌ ： 先判状态（固液 / 气）选公式 → 统一单位（ kg/m³/J ） → 确认 “ 完全燃烧 ” 条件 → 代入计算；若求效率，需区分 Q 吸 = cmΔt 与 Q 放 = mq / Vq 。 ‌‌ ) 【例1】（多选）下列关于燃料的热值说法正确的是（ ） A.燃料燃烧越充分，其热值越大 B.燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C.一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值不变 D.焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 【变式1-1】我国探索太空的火箭一般使用液氢作为燃料，主要是因为液氢（ ） A.密度大 B.热值大 C.沸点低 D.比热容大 【变式1-2】（多选）由热值的计算公式可知，m是燃料的质量，Q是燃料完全燃烧放出的热量，下列说法不正确的是（ ） A.热值的大小与Q成正比，与m成反比 B.未燃烧的木柴没有热值 C.1kg煤炭燃烧放出的热量一定比1kg木柴燃烧放出的热量多 D.热值的大小与Q、m都无关，由燃料的种类决定 【变式1-3】我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。下表是一些燃料的热值。下列选项正确的是（ ） 燃料 热值 燃料 热值 焦炭 3.0×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg 酒精 3.0×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg A.0.5kg的汽油的热值是2.3×107 J/kg B.热值为3.0×107 J/kg的燃料一定是酒精 C.燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大 D.0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107J 模型02.热值的计算 ( 技巧： 固体 / 液体燃料：用公式 Q 放 = mq ， m 单位统一为 kg ，热值 q 单位为 J/kg 。 气体燃料：用公式 Q 放 = Vq ， V 单位统一为 m 3 ，热值 q 单位为 J/m 3 。 口诀： 定类选公式，全燃是前提，单位要对齐，效率看占比。 提醒： 物性认知误区：热值是燃料的固有属性，只和燃料种类有关，与燃料质量、体积、是否完全燃烧完全无关。哪怕燃料用掉一半，剩余燃料的热值也不会改变。 定义表述误区：热值的核心前提是 “ 完全燃烧 ” ，不能错误表述为 “ 1g 燃料完全燃烧的热量等于热值 ” ，要注意单位匹配， 1g 燃料的放热量是热值的千分之一。 ) 【例2】沼气是一种清洁燃料，完全燃烧0.21m3沼气，放出的热量为4.2×106J，则沼气的热值为（ ） A.2.0×107J/m3 B.2.0×106J/m3 C.1.0×107J/m3 D.1.0×106J/m3 【变式2-1】合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的热值_________，如果这些热量的42%被水吸收，则可以使________kg的水温度从20℃升高到100℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)] 【变式2-2】一壶中水的质量为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。在这过程中，[水的比热c水=4.2×103J/(kg·℃)，液化石油气的热值4.2×107J/kg]。求： （1）水共吸收了多少热量？ （2）这些液化石油气完全燃烧共放出多少热量？ 【变式2-3】在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为1.26×107J/kg的干木柴1kg，能使40kg、30℃的水温度升高到（ ） A105℃ B.100℃ C90℃ D．无法确定 模型03.比较不同燃料的热值 ( 技巧： 控制变量法应用： 比较不同燃料热值时，需仅改变燃料种类，保持被加热液体的质量、初温完全一致，实验装置相同，选择对应实验组图（如甲、乙）。 转换法判断依据： 通过比较温度计示数的提升量，而非热时间，来反映燃料完全燃烧放出热量的多少。 实验细节 的 把控： 需等待燃料全部燃烧后再记录数据，选用比热容更小的被加热液体，让温度变化更明显，实验现象更易观察。 ) ( 口诀： 控变同液等质燃，温变判热换法显， 公式代换找关联，特 性无关质与燃 。 提醒： 错误表述1： “ 燃料燃烧放热越多，热值越大 ”—— 忽略了燃料质量和完全燃烧的前提。 错误表述2： “ 燃料燃烧不充分时热值会变小 ”—— 热值是燃料的特性，不会随燃烧程度改变。 错误表述3： “ 煤油的热值比酒精大，所以煤油放出的热量一定更多 ”—— 未控制质量相同的条件。 ) 【例3】（多选）如图所示，利用甲、乙、丙三个装置进行探究“不同物质的吸热能力”和“不同燃料的热值”两个实验，下列说法中正确的是（ ） A.为了研究“不同燃料的热值”，利用甲、丙图装置进行实验 B.甲、乙和丙三个装置中，被加热液体a和液体b的质量都要相同 C.不同物质吸热的多少是通过温度计示数的变化来反映的 D.两个探究实验中都用到了控制变量法和转换法 【变式3-1】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”）。 【变式3-2】小明同学利用下图所示的装置来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。 （1）除上图所示的实验器材外，本实验还需要的测量工具有__________。 （2）煤油和菜籽油完全燃烧放出热量的多少是通过___________________（选填“温度计升高的温度”或“加热时间”）来反映的。 （3）为了保证实验结论的可靠性，小明同学选择了两套相同的装置，他还必须控制煤油和菜籽油的_________相同，以及水的质量、初温相同。 （4）实验中记录下烧杯中水的初温，待燃料燃尽后再记录水的末温，并将数据填在下表中。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 【解释】根据表中的数据，你认为热值较小的燃料是__________（选填“煤油”或“菜籽油”）。 【变式3-3】如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯内液体的初温、质量都相同，请你解答下列问题： （1）比较不同物质比热容的实验、应选择_________两个装置（选填装置序号）和秒表来完成该实验，加热过程中，液体吸收热量的多少是通过比较___________________（选填“液体升高温度的多少”或“加热时间的长短”）来判断的：我们把这种方法叫___________； （2）比较不同燃料热值的实验，应选_________两个装置（选填装置序号），取少量燃料，使之完全燃烧后通过比较___________________来判断不同燃料热值的大小； （3）图丁是根据比较不同物质比热容的实验数据绘制的图像，若烧杯内的液体分别是水和食用油，则食用油的图像是________（选填“A”或“B”），其比热容是_________J/(kg·℃)； [已知水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] （4）通过分析可知________（选填“A”或“B”）液体更适合做汽车发动机的冷却液。 模型04.热机效率的理解 ( 技巧： 定义本质： 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总能量的比值，公式为 ，其数值永远小于 100% 。 能量流向： 梳理热机工作时的能量损耗路径（废气带走热量、机械摩擦、散热等），明确哪部分是 ) ( 有用功、哪部分是总放热。 分类公式： 通过 W = Pt 算出时间内的有用机械功，再结合空燃比、飞轮转速算出总消耗燃料质量，用 Q 放 = m q / Vq 求总放热，最后代入效率公式计算。 口诀： 热机效率是比值，有用功比总放热， 无单位、小于1，燃料利用看高低。 提醒： 关键误区： 热值是燃料的 特 性，仅和燃料种类有关，与燃料质量、是否完全燃烧无关，不要将热值和热机效率概念混淆。 易混概念： 热机效率和功率是完全独立的物理量，功率代表单位时间做功的快慢，和效率没有直接关联，不能通过增大功率来提升热机效率。 ) 【例4】热机广泛应用于现代生活，为了节约能源，各国科学家不断攻坚克难，提高热机效率，关于热机效率的说法正确的是（　　） A.热机做有用功越多，其效率一定越高 B.热机做有用功越快，其效率一定越高 C.热机消耗燃料越少，其效率一定越高 D.无论怎么改进热机，其效率都小于1 【变式4-1】汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越________（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为_________。 【变式4-2】下列关于热机、热值的说法错误的是（ ） A.汽油机的吸气冲程中，被吸入气缸的是燃料和空气的混合气体 B.某种燃料完全燃烧释放的热量与燃料的质量之比叫这种燃料的热值，单位是J/kg C.随着科技水平的发展，热机的工作效率将达到100% D.内燃机工作中一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程 【变式4-3】汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法不正确的是（ ） A.甲图是压缩冲程，机械能转化为内能 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.冬天，有些汽车会利用尾气中的余热给车内供暖，这是利用热传递的方法改变内能 模型05.热机燃料能量的流向 ( 技巧： 先牢记热机燃料燃烧释放能量的 4 个核心去向：对外做有用功的能量、废气带走的能量、克服摩擦消耗的能量、机械散热损失的能量，这是所有题型的解题根基。 能量流向填空类 ： 先明确能量转化起点是燃料的化学能，燃烧后转化为内能，再拆分出 4 个去向，注意区分 “ 有用机械能 ” 和各类损耗内能，避免混淆能量形式。 热机效率计算类 ： 用公式 ，总能量减去所有损耗能量即可得到有用功占比，例如已知废气、 散热、摩擦损耗占比，用 1 减去三者占比就能算出热机效率。 概念 分析 判断类 ： 牢记热值是燃料 的 特性，仅与燃料种类有关，和燃烧是否充分无关；热机效率永远小于 100% ，普通热机效率仅 30%~45% ，工作时间长短不改变效率数值。 口诀： 燃料燃烧放热量，四路去向要分清。 废气带走最大头，散热冷却紧随跟。 摩擦机械有损耗，剩余才是有用功。 提醒： 热机燃料完全燃烧释放的能量分为四个明确流向： ① 废气带走的大部分能量； ② 克服机械摩擦消耗的能量； ③ 向外散热损失的能量； ④ 转化为对外做有用功的能量，漏记或顺序颠倒都是高频错题点。 热机效率是有用功的能量与燃料完全燃烧放出总能量的比值，不能误把 “ 输入发动机的部分能量 ” 当作总能量计算，这是计算题里最常见的错误。 ) 【例5】如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（ ） A.有用机械能所占比例最大 B.废气带走的能量占比为25% C.该汽油机的效率为35% D.减少机械摩擦能提高汽油机效率 【变式5-1】下图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（ ） A.有用机械能所占比例最大 B.废气带走的能量占比为25% C.该汽油机的效率为35% D.减少机械摩擦能提高汽油机效率 【变式5-2】如图所示是某辆汽车汽油机的能量流向图，由图可知该汽油机的热机效率为_________，汽油机工作消耗0.5kg的汽油可以用来做_________J的功。若汽油燃烧不充分，汽油的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【变式5-3】（多选题）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具。图（a）是某单缸四冲程汽油机的某一冲程工作示意图、图（b）是该汽油机的能量流向图。下列说法正确的是（ ） A.图（a）是压缩冲程，这一冲程的能量转化情况是机械能转化为内能 B.由图（b）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3600转/min，则在1 s内汽油机完成了120个冲程 模型06.加热效率的计算 ( 技巧： 加热效率核心定义为有效利用热量与总输入能量的比值，即 ，数值恒小于 100% 。 总能量为燃料燃烧放热，公式为 （气体燃料用 Vq 替代 mq ）。 口诀： 效率本质是比值，有效能量比总入。 提醒： 不要把燃料燃烧放出的总热量直接等同于水吸收的热量，忽略散热、设备吸热等损耗。 沸腾过程中温度不变， Δt 不能取0，需结合加热时长补算该阶段的吸热量。 气体燃料加热时，总放热公式要用 Q 放 = Vq ，不能误用固体燃料的 mq 公式。 ) 【例6】（多选）如图所示是厨房用的高压锅在工作时的场景，下列说法正确的是（ ） A.限压阀上的小孔喷出大量“白气”，“白气”的形成属于汽化现象 B.使用高压锅，食物容易被煮熟，是因为锅内气体压强大，液体沸点高 C.利用新型天然气灶，燃气烧水的利用效率能达到100% D.高压锅的限压阀被气流顶起的过程与四冲程汽油机做功冲程的能量转化过程相同 【变式6-1】如图所示为便携卡式炉，它采用丁烷作为燃料。若在水壶中装入2kg初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗丁烷25g。已知c水=4.2×103J/(kg·℃)，q丁烷=4.8×107J/kg，下列说法正确的是（ ） A.加热过程中，水的温度升高，比热容增大 B.水吸收的热量为8.4×105J C.25g丁烷完全燃烧放出的热量为1.2×109J D.该卡式炉的加热效率为52.5% 【变式6-2】“喝开水”通常指的是饮用经过煮沸的水，它可以促进新陈代谢、维持身体水分平衡等。如图所示，1标准大气压下，用煤气灶将壶中2kg、初温为20℃的水恰好加热至沸腾的过程中，煤气灶的加热效率为60%。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值为2.0×107J/kg，则下列说法正确的是（　　） A.加热过程中，水的内能和比热容均不变 B.水吸收的热量为6.72×104J C.消耗的煤气完全燃烧放出的热量为1.2×106J D.消耗煤气的体积为0.056m3 【变式6-3】如图是燃气灶烧水的情境和该燃气灶灶头的示意图。 （1）天然气本身无色无味，为了安全和警示，通常会向天然气中加入臭味剂。拧动点火装置，若燃气未点燃，会闻到臭味，表明_______________________（选填“分子间有引力”“分子间有斥力”或“分子做无规则运动”）； （2）拧动点火装置，天然气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃，天然气不会从进口处外泄，原因是：天然气的喷入导致进口处的天然气流速________（选填“大”或“小”），压强________（选填“大于”“小于”或“等于”）大气压强； （3）壶中装有质量为2kg的水。若天然气的热值q=4.2×107J/m3，根据Q＝qV，完全燃烧体积V=1.0×10-2m3的天然气放出热量为_________ J，其中40%的热量被水吸收，已知水未沸腾，比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，则水的温度升高了________℃。 模型07.热机效率的计算 ( 技巧： 四程结合类题型 ‌ ： 牢记“4个冲程→飞轮转2圈→对外做功1次”的对应关系，先根据飞轮转速算出单位时间内做功次数，再计算总耗油量和总放热。 汽车行驶类题型 ‌ ： 汽车匀速行驶时牵引力等于阻力，有用功就是牵引力做的功，直接用 W = Fs 计算即可。 技术参数类题型 ‌ ： 遇到排气量、空燃比等参数，先根据混合密度算出总混合气质量，再按空燃比拆分出燃油质量，后续按常规步骤计算。 口诀： 定有用、找总热，单位统一再相除， 冲程转数别忘比，结果 小于1 当然 。 提醒： 热机效率数值一定小于1，结果不要忘记乘以100%转化为百分数。 热值只和燃料种类有关，不要误将效率、质量等参数代入热值计算。 ) 【例7】歼20是我们自主研制的第五代战斗机，在军事领域发挥着重要作用。歼-20在高空飞行时在恒定的水平推力F作用下，以720km/h的速度沿水平方向匀速航行30min，需要燃烧航空煤油3t。发动机做的功是5.76×1010J。已知航空煤油的热值为4×107J/kg，求： （1）歼-20在上述航行的距离； （2）歼-20发动机的热机效率。 【变式7-1】如图所示是一台单缸四冲程汽油机的某一冲程，该冲程发生的能量转化是_____________，若它每秒对外做功20次，则该汽油机的飞轮转速为_________r/min。若该汽油机的效率为30%，完全燃烧10kg汽油放出的热量可以对外做功_________J。（汽油的热值为4.6×107J/kg） 【变式7-2】如图是我国自主研制的机械狗“上班”的情景。机械狗在救援、安防、物流等方面有着重要的作用。机械狗在水平路上可以实现负重40kg，10min移动1.2km。机器狗的运动利用液压系统，为使用安全，液压系统的液压油温度不能高于80˚C。为机械狗提供动力的是燃油发动机，其消耗120kg的燃油能提供1.44×109J的有用功。求： （1）机械狗负重移动的速度是多少； （2）4kg的液压油温度由30˚C升高到80˚C需要吸收4.8×105J的热量，则该液压油的比热容是多少。 （3）该发动机的效率是多少。（燃油的热值为4×107J/kg） 【变式7-3】发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。 （1）如图1所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个气缸正常工作四个冲程顺序是____________（按“甲、乙、丙、丁”重新排序）。 （2）甲图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将内能转化为________能。 （3）图2是汽油机的能量流向图，其效率为________（用图中的物理量符号表示）； 汽油的热值为4.6×107J/kg，现有汽油2kg，取其中一半完全燃烧，放出的热量是_________J，剩余汽油的热值是__________J/kg。 （4）如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机________（填字母） A.热机效率较大 B.热机效率较小 C.产生的有用机械能较少 D.产生的有用机械能较多 模型08.比较不同热机的效率的高低 ( 技巧： 热机效率的定义为 ‌ 有用功能量与燃料完全燃烧释放总能量的比值 ‌ ，即 ，比值越大效 率越高，这是所有比较类题目的核心出发点。 口诀： 蒸汽机，效率低，六到十五垫底的； 汽油机，二十起，三十封顶是常态； 柴油机，更给力，三四五区间第一； 比效率，看比值，有用功比总放热； 同耗油，比做功，功多的人效率红； 同做功，比用油，油少的人占上风； 减摩擦，烧充分，损耗越小效率升。 提醒： 热机效率与功率、燃料热值、总做功量无直接关联，功率大不代表效率高，热值大的燃料对应的热机效率也未必更高。 ) 【例8】 “汽车涡轮增压”的原理如图所示：发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推进到汽缸中，获得更高的燃烧效率。关于汽车的涡轮增压，下列说法错误的是（　　） A.加油时能闻到汽油味是因为分子在不停地运动 B.充足的空气能使汽油充分燃烧，热值变大 C.增压系统压缩气体时对气体做功，气体的内能变大 D.涡轮增压汽车与普通汽车相比，效率提高了 【变式8-1】甲热机的效率比乙热机的效率高说明用去相同质量的燃油，甲热机做的有用功比乙热机做的有用功________（填“多”或“少”）；甲热机工作时汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为________。 【变式8-2】关于热机，下列说法中正确的是（ ） A.热机是把内能转化为机械能的机器 B.汽油机排出的废气没有做功的本领 C.两台热机相比，效率比较高的机器对燃料的利用率比较高 D.柴油机在吸气冲程中，进气门打开排气门关闭，将空气吸入汽缸 【变式8-3】如图所示依次为甲、乙、丙三部汽油机内，同种燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出的机械能的柱状图。根据图中的信息，下列选项正确的是（ ） A.三部汽油机中，乙的效率最高 B.丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低 C.在消耗的燃料质量相同时，乙输出的机械能比甲少 D.在输出的机械能相同时，乙比丙消耗的燃料少 模型09.提高热机效率的方法 ( 技巧： 让燃料充分燃烧 ‌ ： 通过改进燃烧技术、优化空燃比，减少未完全燃烧的燃料浪费，最大化释放燃料热能。 减少各类能损耗 ‌ ： 使用隔热材料降低散热，通过润滑保养减小机件摩擦，回收利用废气带走的大量余热（如涡轮增压技术）。 优化热机 的 结构 ‌ ： 采用先进制造工艺改进热机循环方式，减少能量转换环节的无用损耗。 口诀： 燃充： 让燃料充分完全燃烧，释放全部可用热量。 损减： 减少各类热损失，包括散热、废气带走的热量。 技优： 采用先进技术优化热机结构设计。 滑润： 做好部件润滑，减小机械摩擦损耗。 ) ( 提醒： 牢记热机效率核心公式 ，遇到单缸四冲程汽油机题目时，注意 “ 4个冲程 → 飞轮转2圈 → 对外做1次功 ” 的比例关系，避免做功次数计算错误。 ) 【例9】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 【变式9-1】（多选）我们生活与生产的进步离不开强大的动力支持 自17世纪人类首次发明蒸汽机以来，为了不断提升效率，内燃机随之应运而生，而后电动机也被研发出来。下列理解不正确的是（ ） A.如果要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失 B.热机效率越高，热机做的有用功越多 C.随着科技的进步，热机效率可以100% D.汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 【变式9-2】为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更加强劲。下列有关说法正确的是（ ） A.尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B.若给该发动机安装消音器，是从传播过程中减弱了噪声 C.该款新型汽车的使用仍然会造成大气污染 D.该新型汽车发动机的热机效率可达100% 【变式9-3】18世纪初到19世纪中叶，热机的出现和广泛使用促进了工业的迅速发展。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也有所不同。 （1）下列汽油机工作的四个冲程中，属于机械能转化为内能的冲程是____________，若该汽油机的燃气每秒对外做功20次，则该汽油机的飞轮转速为________r/min。 （2）在跨学科实践中，小华调查“家用燃料的变迁与合理使用”时发现，爷爷、奶奶小时候使用柴草作为家用燃料，爸爸妈妈小时候用煤炭、煤气，如今小华家使用天然气。使用天然气作为家用燃料，主要是因为天然气_________（选填“比热容”、“热值”）较大。 （3）燃料在热机内，不完全燃烧时，它的热值是_________（选填“不变”或“变小”），如图所示的内燃机能流图可以看出，它的能量损失所占的百分比是：废气内能35%，散热损失30%，机械损失5%，则内燃机的热机效率η是_________。已知汽油的热值约为4.6×107J/kg ，假设汽油机工作消耗5kg汽油（假设完全燃烧），可以用来做__________J的机械功。 （4）（多选）下列措施不能提高热机效率的是：_________（填序号） ①尽量使燃料充分燃烧 ②尽量选用功率更大的发动机 ③尽量减少废气带走的热量 ④尽量使用热值更高的燃料 模型10.燃料的利用和环境保护 ( 技巧： 污染来源：煤、石油燃烧会排放二氧化硫、氮氧化物、烟尘等，易引发酸雨、雾霾，还会产生噪声污染。 保护措施：改进燃烧设备、推广清洁能源、集中供热、安装消声器、植树造林等。 口诀： 化石燃料污染大，二氧化硫酸雨下。 粉尘雾霾伤呼吸，温室效应气候差。 清洁能源来替代，太阳能风水力佳。 植树造林吸碳汇，绿色出行护大家。 提醒： 注意 CO 2 不是形成酸雨的污染物，酸雨是由 SO 2 、 NO 2 等气体溶于雨水形成， CO 2 只会加剧温室效应，这类选项极易混淆判断。 ) 【例10】下列关于热机的是说法中，错误的是（ ） A.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程 B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性 C.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率 D.热机的大量使用会造成环境污染 【变式10-1】下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（ ） A.热机排出的尾气没有内能 B.热机的效率能达到100% C.热机的大量使用会造成环境污染 D.汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【变式10-2】某汽油机的能量流向如图。在未来的汽车市场，零碳内燃机采用绿氢等零碳燃料，在全生命周期可实现零碳排放，前景可观。下列有关说法正确的是（ ） A.零碳内燃机比普通内燃机更环保 B.由图可知该汽油机的效率是6% C.冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，降低了燃料的利用率 D.汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越充分，燃料的热值会降低 【变式10-3】随着“双碳”目标推进，燃料发生了大规模的更替，新能源汽车也逐步替代传统燃油汽车，请你结合具体情境展开分析。 （1）我国大力推广新能源汽车，主要是为了减少__________污染。 A.大气 B.声 （2）如图是传统燃油机的_________冲程，该冲程的能量转化是_________能转化为_________能。 模型11.热机效率、热值、比热容、压强、功等综合计算 ( 技巧： 能量守恒搭桥 ‌ ： 热机类综合题中， 燃料燃烧释放的热量一部分用来做机械功， 一部分散失， 通过 W 机械 = ηQ 放 建立力学和热学的等式关系。 分步拆解降维 ‌ ： 把综合题拆成压强、功、热量等多个独立小问题，逐个套用对应模块的公式计算，再通过能量或受力关系串联结果。 排除干扰条件 ‌ ： 识别题 目中多余的干扰物理量，比如功的计算中不需要的物体质量、压强计算中无关的液体深度，避免被无效条件误导。 口诀： 吸热看 cmΔt ，放热找 mq / Vq ； 效率比有用/总，压强分固液公式； 功是力距乘，功率除时间。 提醒： 特 性混淆 ‌ ：比热容只与物质种类、状态有关；热值只与燃料种类有关，均与质量、温度变化无关。 ‌ 效率陷阱 ‌ ：热机效率分子是 ‌ 有用功（机械能） ‌ ，分母是 ‌ 燃料完全燃烧释放的总热量 ‌ ，绝非 Q 吸 ​ / Q 放 ​ （除非特指炉子烧水）。 ‌ 压强适用 ‌ ： p = ρgh   仅适用于液体及规则柱体固体，不规则固体必须用 计算。 ‌‌ ) 【例11】汽油通常从石油中提炼而成，10kg汽油完全燃烧放出的热量是________J。如图为某汽油机工作时的能量流向图，其消耗10kg汽油输出的有用功可以让质量为1000kg、初温为20℃的水升高到_______ ℃。（汽油的热值q=4.8×107J/m3，c水=4.2×103J/(kg·℃) 【变式11-1】某品牌汽车在平直公路上匀速行驶了16km，消耗汽油的质量为1.6kg，汽车受到的阻力为1150N。（g取10N/kg，汽油的热值q=4.6×107J/kg）求： （1）匀速行驶过程中，汽车牵引力做的功。 （2）汽车发动机的效率。 【变式11-2】小明家新买来一台容积为80L的天然气热水器。小明学习了热效率的知识后，尝试估测该热水器的热效率，他把“进水量”设置为40L，“出水温度”设置为40℃后，开始加热。当水温达到40℃时，自动停止加热。已知当时自来水的温度是20℃，加热前天然气表的示数为129.96m3，停止加热后变为130.06m3，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3，水的比热容c水=4.2×103J/(kg•℃)，1L=1.0×10-3m3。求： （1）水箱中水的质量； （2）水箱中水吸收的热量； （3）该热水器的热效率。 【变式11-3】阅读短文，回答问题。 涡轮喷气发动机 如题图甲所示为某轴流式涡喷发动机，其结构由进气道、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管组成。其中压气机与涡轮装在同一条转轴上。工作时，空气首先进入发动机的进气道，当飞机飞行时，可以看作气流以飞行速度流向发动机，由于飞机飞行的速度是变化的，而进入压气机气流速度有一定限制，因而进气道的功能就是通过可调管道来调整气流速度，使进入进气道的气体全部通过可调管道。空气流过压气机时被压气机的旋转叶片压缩后进入燃烧室。这部分气体在燃烧室中与燃料燃烧，产生的高温高压气流推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出推动飞机飞行。 一架搭载某涡轮喷气发动机的飞机，其部分参数如下表。其中热效率是指涡轮喷气发动机获得的机械能与燃料完全燃烧产生的内能之比，而推进效率则是指涡轮喷气发动机传递给飞机的推进功（推力所做的功）与其获得的机械能之比。 热效率η1 40% 推进效率η2 60% 航空燃油热值q 5.0×107J/kg （1）喷气发动机工作过程中燃料的化学能先转化为内能，内能再转化为_________能，从而提供动力。空气流过压气机时内能________（选填“增大”“减小”或“不变”）。 （2）关于涡轮喷气发动机，下列说法中正确的是________。 A.进气道中吸入的是空气和燃气的混合气体 B.燃烧室中，内能转化为机械能 C.尾喷管中喷出的高速气流对飞机做功 （3）已知上述飞机所受空气阻力与运行速度的关系如图乙所示，当飞机以200m/s的水平速度匀速巡航时，在巡航10 min的过程中，飞机受到的阻力为________N，牵引力做的功为________J，需要________kg的航空燃油。 1.（2026·甘肃武威）张雪机车创造了中国摩托车制造商在WSBK赛事中的历史性突破。该机车大量使用密度较小的碳纤维材料，有助于________（选填“增大”或“减小”）机车惯性；比赛过程中，油箱内的汽油用去一半，剩余汽油的热值将________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 2.（2026·四川雅安）我国在太原卫星发射中心使用长征六号运载火箭成功发射了千帆极轨06组卫星，标志着我国在航天领域不断攀登新高峰。火箭喷出高温燃气获得动力升空的过程与图中________（选填“甲”或“乙”）的能量转化相同；航天器发动机用液态氢作燃料，这是因为氢的__________（选填“热值”或“比热容”）大。 3.（2026·安徽）某燃气热水器工作时，相关参数如图所示。据图可知，该热水器以此状态工作时，每小时消耗天然气1.0m3，若天然气完全燃烧，热水器以此状态工作0.1h，所消耗的天然气释放的热量是________J。（天然气的热值q取4.0×107J/m3） 4.（2026·四川达州）如图所示，在热机的原理实验中，完全燃烧3×10-3kg的酒精可放出________J的热量；加热过程中观察到风车慢慢转动，其能量转化方式与内燃机的________冲程类似。（q酒精=3×107J/kg） 5.（2026·湖南省）2025年11月25日，“长征”2号F遥22运载火箭托举“神舟”22号飞船在酒泉卫星发射中心顺利升空。火箭在上升过程中短暂遮挡部分太阳圆面，形成如图所示的“神箭凌日”画面。关于此过程，说法正确的是（ ） A.飞船重力势能变小 B.火箭的热机效率为100% C.飞船相对于火箭始终是运动的 D.“神箭凌日”现象是由光的直线传播形成的 6.（2026·四川遂宁）被誉为“中国17世纪的工艺百科全书”《天工开物》记载了我国古代生产技术成就。如： ①碎煤有两种，用以炊烹，用以冶煅 ②取诸麻、菜子入釜，文火慢炒，透出香气 ③榨汁入缸，看水花为火色。其花煎至细嫩，如煮羹沸 下列对相关记载分析正确的是（ ） A.“用以炊烹”煤炭燃烧时热值在不断减小 B.“透出香气”是因为分子在运动 C.“文火慢炒”是通过做功的方式改变内能 D.“如煮羹沸”羹在沸腾时吸热，温度升高 7.（2026·辽宁）甲、乙两种四冲程汽油机的剖面如图所示，工作时汽油机的曲轴可视为匀速转动，当甲、乙汽油机曲轴的转速均为2000r/min时，乙汽油机做功冲程中燃气对活塞的平均压力为7×103N，每个冲程活塞移动的距离为0.1m（大于甲汽油机），下列说法正确的是（ ） A.乙汽油机在一个做功冲程中燃气对活塞做功700J B.做功同样多时效率高的汽油机消耗的燃料多 C.1min内甲汽油机完成做功冲程的次数比乙多 D.吸气冲程甲、乙汽油机活塞运动的平均速度υ甲<υ乙 8.（2026·四川成都）锻造钢制零件时常将零件加热至高温后浸入水中快速冷却，即“淬火”。某课外研究小组在实验室模拟“淬火”过程如下：在17℃的室温环境下，用酒精灯将质量为100g的钢片均匀加热至高温后立即浸没于100g水中，水温升至40℃后缓慢下降。加热钢片消耗酒精1.4g，酒精完全燃烧。不考虑水的汽化，忽略钢片转移至水中过程热量损失，假设钢片放出的热量完全被水吸收。已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，钢的比热容为0.46×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107J/kg。下列计算结果正确的是（ ） A.水吸收的热量为1.68×104J B.酒精燃烧释放的热量为4.2×107J C.钢片吸热后温度升高233℃ D.加热钢片过程中能量转化效率为23% 9.（2026·湖北）现存于湖北省博物馆的曾侯乙铜鉴缶（图甲）被誉为我国最早的保温箱和冰箱，冬天在外层鉴腹内装入热水，可让内层铜缶内的酒升温，夏天则装入冰块让酒降温。为研究其温酒的热效率，在内外两个金属容器中分别加入0.4kg酒和适量热水（图乙），记录它们的温度随时间变化情况（图丙）。[c酒=3.0×103J/(kg·℃)] （1）0~15min水的内能_________（填变化趋势），酒吸收的热量Q酒=_________J。 （2）0~15min水放出的热量Q水=2×105J，热效率=_________%，热效率不能达到100%是因为____________________。 （3）夏天给酒降温，若铜鉴缶的外壁出现水珠，这是_________现象（填物态变化名称）。 10.（2026·黑龙江齐齐哈尔）新能源汽车因环保、节能等优势，越来越受到人们的青睐。如图所示是某品牌新能源四轮纯电动汽车，该汽车满载时，总质量为1.8×103kg。每个轮胎与水平路面的受力面积均为500cm2。该汽车充满电后储存电能90kW•h，理论上可实现让该汽车在平直路面上以72km/h的速度匀速直线行驶6h，行驶过程中牵引力的大小恒定为600N。求： （1）该汽车满载时的总重力； （2）该汽车静止在水平路面上，满载时对路面的压强； （3）理论上该纯电动汽车将电能转化为机械能的效率。 【基础夯实】 1.汽车发动机输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越________（选填“高”或“低”）。一台汽车发动机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为_________。 2.重庆物产丰富，资源富饶，有着全国最大的页岩气田。若完全燃烧0.014m3的页岩气（设页岩气的热值为3.0×107J/m3），能放出________J的热量；这些热量被5kg的水全部吸收，水的温度将上升________℃。[c水=4.2×103J/（kg·℃）] 3.某汽车在公路上行驶一段距离，牵引力所做的有用功为3.6×106J，消耗汽油0.3kg。已知汽油的热值为4×107J/kg，则0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为_________J，该汽车的热机效率为_________。四冲程汽油机的________冲程为汽车提供动力。 4.某款环保能源汽车——氢能重卡，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300kW的恒定输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20min，汽车发动机的效率为75%。汽车牵引力做的功为_________J；若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油________kg（q柴油=4.0×107J/kg）。 5.关于热值和热机效率，下列说法不正确的是（       ） A.1kg汽油完全燃烧放出的热量，在数值上等于汽油的热值 B.相同质量的燃料完全燃烧释放的热量越多，热值越大 C.热机效率越高，热机做的有用机械功越多 D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 6.如图显示的是甲、乙两台汽油机的参数，与乙汽油机相比，甲汽油机（　　） A.消耗的汽油更多 B.效率更低 C.功率较小 D.使用的汽油的热值更小 7.下列与小汽车有关的说法错误的是（　　） A.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴 B.使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C.如果四冲程内燃机的转速是600r/min，那么它每秒做功10次，共有40个冲程 D.在对外做功相同的情况下，热机的效率越高，消耗的燃料越少 8.节能环保理念要求人们尽可能提高热机的效率，下列措施能提高效率的是（　　） A.尽量使燃料充分燃烧 B.尽量减少热机部件间的摩擦 C.尽量减少废气带走的热量 D.尽量增加热机的工作时间 9.小明利用如图甲所示装置研究某种燃料的热值。他取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为30g，点燃后对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿的总质量为25.8g，并根据实验数据绘制水温随时间变化的图像，如图乙中a所示。 （1）已知实验过程中燃料均匀燃烧放热，所放的热量仅60%能被水吸收，则4min内水吸收的热量为________J，则该燃料的热值为________J/kg。[水的比热容为c水＝4.2×103 J/(kg℃)，整个过程中忽略水的质量变化] （2）若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘制的水温随时间变化的图像如图乙中所示，则这杯水的质量________（选填“大于”“等于”或“小于”）上一杯水的质量。 （3）用此方法计算的燃料的热值比实际值________（选填“偏大”或“偏小”）。理由：___________________________________。 10.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8400m，消耗柴油2.1kg，汽车受到的牵引力是2000N，c水=4.2×103J/（kg·℃），（q柴油=4.7×107J/kg，q氢气=1.4×108J/kg），求： （1）消耗的柴油完全燃烧释放的热量； （2）若2.1kg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℃； （3）近年来我国的氢能源汽车产业快速发展，如果该汽车使用氢气作为燃料，且氢气完全燃烧产生热量的40%用于牵引力做功，则该过程需要消耗多少kg的氢气？ （4）提高热机的效率具有哪些积极意义？请你写出一条。 【培优拔高】 1.汽车是我们生活中最重要的交通运输工具之一。某单缸汽油发动机气缸的活塞面积是120cm2，做功冲程中活塞移动的距离是30cm，气体的平均压强是5×105Pa。汽油的热值是4.6×107J/kg，每次做功耗油0.2g，气体一次膨胀对活塞做的功是__________；若每次做功过程中汽油的90%完全燃烧，此汽油机的效率是__________。 2.赛车是珠海的特色品牌，如图所示，赛车的汽油机正在进行的是________冲程，已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧100g汽油放出的热量为________J。热机使用效率往往不高，请你写出一条提高热机效率的方法：___________________________。 3.如图甲是表示汽油机的________冲程；若汽油机的飞轮速度为1800转/min，则该汽油机2s对外做功________次；某品牌汽车汽油机的能量流程图如图乙所示，该热机的效率约为_________。 4.图所示为某种固体酒精炉，固体酒精炉比液体酒精炉使用时更安全，为了测定该固体酒精炉的热效率，在炉中放入40g的固体酒精，当固体酒精燃烧完后，锅中1kg的水温度从20℃升高到了70℃。若固体酒精完全燃烧，放出的热量是________J，固体酒精炉的热效率是_________。【已知固体酒精的热值为1.5×107J/kg，冰的比热容是4.2×103J/（kg·℃）】 5.为了合理利用能源，人们一直在努力提高热机的效率，以下是一些提高热机的效率的方法：①提高热机的功率；②尽量减少各种热损；③加润滑油减少机器各部件之间的摩擦；④使用热值高的燃料。其中合理的一组是（　　） A.①④ B.②③ C.②④ D.①③ 6.汽油的热值为4.6×107J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的中学生，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m。如果质量为m的汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和中学生克服重力做的功相等。下列说法正确的是（　　） A.汽油的热值为4.6×107J/kg，表示1kg汽油燃烧放出的热量为4.6×107J B.汽油的热值与汽油的质量和燃烧放出的热量均无关 C.该中学生克服重力做了1.8×104J的功 D.通过计算可知汽油的质量m约为0.39g 7.小李用相同的酒精灯分别加热质量均为100g的水和甲液体，4min内各消耗酒精1g，用得到的实验数据绘制出了如图所示的图像。相同时间内两液体吸收的热量相等，q酒=3×107J/kg；c水=4.2×103J/（kg·℃）。下列说法正确的是（　　） A.甲液体和水升高相同的温度时，甲液体比水吸收的热量更多 B.甲液体在4min内吸收的热量为3×104J C.甲液体的比热容为2.1×103J/（kg·℃） D.酒精灯的加热效率为42% 8.如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为________。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧1kg的汽油，按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是________J。要提高热机的效率，下列说法正确的是___________（至少有一个正确选项）。 A.设法利用废气的能量提高燃料的利用率 B.尽量使燃料完全充分燃烧 C.尽量使用热值大的燃料 D.在活塞上涂润滑油减少摩擦 9.请根据所学知识解决以下问题： （1）如图甲所示为“观察不同物质吸热升温的现象”实验。实验过程中，沙子和水吸收热量的多少可通过____________（选填“升高的温度”/“加热时间”）比较；质量相同的沙子和水，吸收相同的热量，________（选填“沙子”/“水”，下同）升温快；由此可以推理，质量相同的沙子和水升高相同的温度，________需要吸收的热量多。 （2）小明学习了燃料的热值后，自己设计一个实验来比较煤油和菜籽油的热值。他实验的装置如图乙、丙所示，试管中水的质量相同，煤油和菜籽油的质量相同，每隔1分钟记录了试管中水的温度，如下表。 加热时间/min 0 1 3 5 7 … 燃料烧完 乙管水温/℃ 25 27 32 36 40 … 50 丙管水温/℃ 25 26 29 32 34 … 42 ①为完成实验，除温度计和秒表外，还需要的测量工具为__________。 ②通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是_________。 ③不计热量散失，根据表中数据，菜籽油的热值为_________J/kg。（煤油的热值为4.6×107J/kg）。 10.水上摩托运动是集高科技、观赏、竞技和惊险刺激于一体，富有现代文明特征的高速水上运动，如图所示，摩托艇加满燃油时，人和摩托艇总质量400kg，油箱容积为10L，加满一次燃油最多能使摩托艇以20m/s速度匀速航行1h。（g取10N/kg，ρ煤油=0.8×103kg/m3，q煤油=4.5×107J/kg）求： （1）摩托艇加满一次燃油最多航行的路程； （2）若摩托艇以20m/s速度匀速航行时受到的阻力为总重的0.5倍，求摩托艇克服阻力做功的功率； （3）以20m/s速度匀速航行时摩托艇热机的效率。 第 1 页 共 26 页 学科网（北京）股份有限公司 $