14.4 跨学科：热机效率和环境保护（讲义）物理新教材沪科版九年级全一册

本讲义聚焦燃料的热值、热机效率及能量守恒与环境保护核心知识点，从生活现象建立热值概念，通过热机能量流向图理解效率及计算，结合能量守恒分析燃料燃烧对环境影响，形成从概念到应用的学习支架。 资料设计“随学随练+实验探究”活动，如比较燃料燃烧热量实验培养科学探究能力，热机效率计算强化科学思维，环保措施讨论渗透科学态度与责任。课中辅助教师引导探究，课后分层练习帮助学生查漏补缺。

第十四章 内能与热机 第4节 跨学科：热机效率和环境保护 课标要点 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值概念。 2.会查燃料的热值表。能根据燃料的热值计算一定质量的燃料完全燃烧所释放的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向。对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的途径。 4.能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响，能从科学角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自觉的环境意识。 5.了解热机对社会发展所起的作用。 学习重难点 重点：体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值的概念。对热机的效率有初步的认识，能大致说出提高热机效率的途径。 难点：热机中的能量转化及损失，热机效率的计算。 知识点 燃料的热值 1. 热值 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的能力。 2. 定义 某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q 表示。 3. 热值公式和单位 固、液体燃料 气体燃料 4. 对热值的理解 热值是燃料的固有特性 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积以及燃烧情况均无关, 不能错误地认为q与Q成正比,q与m成反比 对完全燃烧的理解 1kg的某种燃料,只有完全燃烧时放出的热量才在数值上等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧,放出的热量比按热值计算出的热量要小,但这时不能说燃料的热值变小。在实际生产、生活中,完全燃烧是很难达到的一种状态 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的重要标准 5. 常见燃料的热值 燃料 热值q/(J/kg) 燃料 热值q/(J/kg) 干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 焦炭 3.0×107 柴油 4.3×107 木炭 3.4×1 07 汽油 4.6×107 氢 1.4×108 煤油 4.6×107 特别提醒 热值与比热容的对比： 热值q 比热容c 定义式 (Q/V) 本质 燃料的一种特性，与放热、质量、是否完全燃烧没有关系 物质的一种特性，与吸放热、质量、温度变化量无关 决定因素 燃料的种类 物质的种类、状态 易错提醒： 1. 热值的大小只与燃料种类有关； 2. 不同燃料的热值一般不同； 3. 氢的热值最大。 随学随练 1．煤油的热值为，表示的物理意义是______________________________________。 【答案】1kg的煤油在完全燃烧时放出的热量是 【难度】0.95 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】略 2．我国研制出一种新型植物油燃料，具有高热值、明火点不燃、安全环保等优点。若完全燃烧这种油燃料200g，释放的热量为，它的热值是___________。 【答案】 【难度】0.85 【知识点】热值的公式及相关计算 【详解】这种油燃料的热值是 3．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中： (1)由于燃料充分燃烧放出热量多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的__________相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于____________________________________________________________________； (2)小华组装了两套相同的实验装置，备好秒表，在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片； ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数； ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数； 小红认为上述操作中，操作______是错误的，小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是__________________________。 【答案】(1) 质量 通过水升高的温度来比较燃料放出热量的多少 (2) ①② 燃料燃烧放出的热量有部分散失到空气中（或被实验装置吸收、没有完全被水吸收），导致测得的水升温偏小，计算出的热值小于实际值 【难度】0.78 【知识点】热值的概念、单位和物理意义、比较不同燃料的热值大小、转换法 【详解】（1）根据控制变量法，燃料放热多少和种类、质量都有关，所以要控制酒精和碎纸片的质量相等； 本实验用转换法，在水的质量、初温都相同时，水升高的温度越高，说明水吸收的热量越多，也就代表对应燃料燃烧放出的热量越多，方便通过水温变化对比放热多少。 （2）操作①先后点燃两种燃料、操作②控制燃烧时间相同都是错误的：本实验需要让等质量的两种燃料都完全燃烧，先后点燃会导致两者燃烧时长不同，控制燃烧时间相同也无法保证燃料完全烧尽，不符合实验要求，操作③保证了两种燃料都充分燃烧相同的质量，故操作①②错误，③正确； 实验测得热值偏小，是因为燃烧放出的热量不可能全部被水吸收，有部分热量会散失到环境中、被铁架台等实验装置吸收，使得水实际吸收的热量小于燃料完全燃烧放出的真实热量，最终计算出的热值比实际值小。 知识点 热机效率 1. 热机燃料能量的主要走向示意图(图1) 燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多。 2. 定义 热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值。 3. 公式 4. 提高热机效率的途径 (1)改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧； (2)在设计和制造热机时，要不断改进和创新，减少各种能量损失； (3)简化机械传动部分，选用优良的润滑材料减小机械摩擦，以减少能量损失。 特别提醒 1.热机效率不能达到100%： 不能，因为热机工作中会存在各种能量损失，用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，故热机效率一定小于100%。 2.利用公式理解减少能量损失可以提高热机效率：。 易错提醒： 1.热机效率是个比值，与功率大小、消耗燃料多少、转速快慢等因素无关。 2. 热机的效率越高意味着消耗相同质量的燃料输出的有用功越多。 随学随练 1．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 【答案】28% 【难度】0.85 【知识点】热机效率的定义、热机燃料燃烧能量走向示意图、热机效率的计算 【详解】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，输出有用机械能所占比例为 即该汽油机的效率为。 2．（24-25九年级上·河北保定·期末）使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，消耗了0.02kg煤气。（水的比热容为，煤气的热值为）。求 (1)水吸收的热量是多少？ (2)0.02kg煤气完全燃烧产生的热量是多少？ (3)煤气灶的效率是多少？（解答时，要求有必要的文字说明、公式和计算步骤等，只写最后结果不得分） 【答案】(1) (2) (3)80% 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、加热效率的计算 【详解】（1）水吸收的热量是 （2）0.02kg煤气完全燃烧产生的热量是 （3）煤气灶的效率是 知识点 能量守恒定律和环境保护 1. 能量的转化 在一定条件下, 能量可以从一种形式转化为另一种形式，这种现象叫能量的转化。自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。 2. 能量守恒定律 (1)内容 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。 (2)对能量守恒定律的理解 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 ③在能量发生转化时，某种形式的能的总量就不是保持不变的，这时不能认为能量是不守恒的。 3.“永动机”违反了能量守恒定律，所以“永动机”不能实现永动。 4.环境污染 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫、氮氧化合物，燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳等；二氧化硫、氮氧化合物经化学变化溶于水形成酸雨，使水、土壤酸化，对植物、建筑物和金属构件造成严重危害。 5. 环境保护措施 (1)改进燃烧设备, 消除烟尘。 (2)提高燃料的利用率, 采取集中供热, 以减少大气污染。 (3)充分开发利用污染少和无污染的能源。 (4)在内燃机排气管上安装尾气处理装置及消声器以减少有害物排放和噪声污染。 (5)推广和普及气体燃料的使用, 比如将煤转化为煤气再使用。 知识拓展： 1.在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转化为机械能的机器违反了热力学第二定律，故称为" 第二类永动机"。第一类永动机和第二类永动机是违反当前客观科学规律，是不能够被制造出来的。 2.燃料燃烧对环境的影响： 随学随练 1．（25-26九年级上·山东菏泽·期中）地球是人类共同的家园，保护地球环境是每个人的天职。下列关于热机和环境保护的说法正确的是（   ） A．所有的热机都是用汽油作为燃料 B．热机排出的二氧化碳不会引起额外温室效应 C．汽车发出的噪声可以通过安装消声器完全消除 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】D 【难度】0.95 【知识点】热机与环境保护、燃料的利用和环境保护、能源消耗对环境的影响、噪声的强弱等级和危害、从声源处减弱 【详解】A．热机的种类多样，燃料也不尽相同，例如蒸汽机以煤为燃料，柴油机以柴油为燃料，火箭发动机可使用液态氢等，并非所有热机都用汽油作燃料，故A错误。 B．热机工作时燃烧燃料会排出二氧化碳，二氧化碳是导致温室效应的主要气体之一，会加剧温室效应，故B错误。 C．消声器的作用是减弱噪声，只能降低噪声的响度，无法完全消除噪声，故C错误。 D．热机大量使用时，燃烧燃料会产生有害气体和粉尘，同时伴随噪声污染，这些都会造成环境污染，故D正确。 故选D。 2．（26-27九年级上·全国·课后作业）图甲是运动员在2022年北京冬奥会自由式滑雪大跳台训练的情景。运动员从60m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。运动员在空中能否达到与A点高度相同的C点？为什么？ 【答案】运动员运动时，会受到滑道及空气阻力的作用，一部分机械能会因为克服阻力做功转化为内能，导致机械能不守恒，机械能总量减少；而A点和C点高度相同，A点时，运动员静止，机械能等于重力势能 ；若运动员能到C点，则运动员在C点的机械能大于或等于A点的机械能，这与机械能减少的客观事实不符；所以运动员到达的高度会低于A点的高度，不能达到C点。 【难度】0.85 【知识点】能量守恒定律 【详解】略 题型 对热值的理解 活学活用 1．如图所示，有三种燃料，分别是：天然气、酒精和煤炭。在三种燃料中，属于液体燃料的是______。三种燃料在燃烧时，都把______能转化为______能。相同质量的三种燃料，完全燃烧时，放出的热量不同，反映了三种燃料的______不同。 【答案】 酒精 化学 内 热值 【难度】0.85 【知识点】物质的三态及其变化、热机工作过程中的能量转化、热值的概念、单位和物理意义 【详解】在天然气、酒精、煤炭三种燃料中，酒精可以流动、具有一定的体积，属于液体燃料。 三种燃料都具有化学能，在燃烧时，释放热量，把化学能转化为内能。 相同质量的三种燃料完全燃烧时，释放的热量不同，即燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比不同，而“燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比” 叫作这种燃料的热值，所以反映了三种燃料的热值不同。 2．（25-26九年级上·山东菏泽·期中）下列关于燃料的热值，说法正确的是（　　） A．燃料燃烧不充分时会使其热值变小 B．干木柴的热值比木炭的热值大 C．相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量一般是相同的 D．燃料的热值由燃料本身的性质决定 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】AD．燃料的热值由燃料本身的性质决定，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、放出热量的多少、是否充分燃烧都无关，燃料燃烧不充分时其热值不变，故A错误，D正确； B．干木柴的热值比木炭的热值小，故B错误； C．不同的燃料，热值一般不同，相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量一般是不相同的，故C错误。 故选D。 题型 热机效率的计算 1.有关效率的计算题是常考的题型，同学们要重视此类题目。解题时只要抓住“效率”这一关键词即可。“效率”是我们的收获在我们的付出中占的比例，所以不管是计算热机的效率还是机械效率，我们只要找出我们的收获和我们的付出，然后将它们相除即可。 2.(1)大数值的计算尽量用科学记数法； (2)单位都统一成国际单位制单位。 3. 活学活用 1．（24-25九年级上·广东广州·期中）小华同学用天然气热水器将20kg水从25℃加热到60℃，烧水前，小华观察天然气表的示数是2365.89m3，烧水后天然气表的示数变为2365.99m3。已知天然气的热值为，水的比热容为。则： (1)此过程中水吸收的热量是多少？ (2)该热水器加热这些水的效率是多少？ 【答案】(1) (2) 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、加热效率的计算 【详解】（1）水升高的温度为 水吸收的热量为 （2）消耗天然气的体积为 天然气完全燃烧放出的热量为 热水器的加热效率为 2．《天工开物》中详细记载了火井制盐（如图所示）的过程：“西川有火井，……但以长竹剖开去节合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中。只见火意烘烘，水即滚沸。”火井制盐核心原理，是利用火井底部天然气燃烧产生的热量，加热釜（锅）中的卤水，通过蒸发水分使盐分结晶析出。若某次制盐过程消耗了的天然气，请回答下列问题：（已知天然气的热值，卤水的比热容为） (1)此次制盐过程天然气完全燃烧放出的热量； (2)天然气给釜中的卤水加热，此次制盐过程可使100kg卤水从20℃升高到80℃，求其加热效率为多少? (3)请从热机效率角度出发，提出一条能提高火井制盐效率的做法并说明理由。 【答案】(1) (2) (3)做法：在灶体外侧加装保温层；理由：减少热量向周围环境散失，提高卤水吸收的热量占天然气完全燃烧放热量的比例，从而提高制盐效率 【难度】0.65 【知识点】热值的公式及相关计算、提高热机的效率的方法、加热效率的计算 【详解】（1）天然气完全燃烧释放的热量为 （2）卤水升高的温度 卤水吸收的热量 加热效率 （3）略 基础通关 1．常作为火炬燃料的丙烷热值为，它所表示的物理意义是______________________________。 【答案】 的丙烷完全燃烧放出的热量为 【难度】0.95 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】略 2．关于热值，下列说法正确的是（　　） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小 B．0.5kg的汽油和5kg的汽油，它们的热值是不一样的 C．燃料的热值与燃料的质量、是否完全燃烧无关 D．燃料燃烧放出的热量越多，其热值就越大 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】热值是燃料本身的一种性质，只与燃料的种类有关，与燃料的质量，是否完全燃烧等无关，同一种燃料热值相同，故C正确，ABD错误。 故选C。 3．下列关于燃料热值的说法中，正确的是（   ） A．燃料燃烧时，燃料的质量越大，热值越大 B．燃料燃烧后放出的热量多，热值就一定大 C．不同燃料的热值一般不同 D．当燃料未燃烧时，其热值为零 【答案】C 【难度】0.85 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】热值是燃料的固有特性，它只和燃料的种类有关，和燃料的质量、实际燃烧放出的热量多少、是否燃烧都没有关系，故C正确，ABD错误。 故选 C。 4．如图所示，某现代化火力发电厂采用先进技术：水蒸气进行二次加热，使它继续推动发电机发电，提高发电效率；在煤燃烧前经过洗选来去除杂质，在充分燃烧后，对排出的烟气进行脱硫、脱硝、除尘等净化处理，减少二氧化硫等污染物的排放，从而提高了发电效率并，减少污染排放。下列关于其工作过程的说法中，‌错误的是‌（     ） A．对水蒸气进行二次加热，可以提高蒸汽的内能，从而提升汽轮机做功效率 B．二次加热后的蒸汽在推动汽轮机时，能量转化形式为内能转化为机械能 C．煤燃烧前洗选是为了提高热值，使单位质量的煤释放更多热量 D．烟气经过脱硫、脱硝处理，可有效减少酸雨的形成 【答案】C 【难度】0.65 【知识点】热机工作过程中的能量转化、燃料的利用和环境保护、热值的概念、单位和物理意义、提高热机的效率的方法 【详解】A．对水蒸气进行二次加热，即“二次再热”技术，能提升蒸汽的温度和内能，使其在推动汽轮机时做功能力更强，从而‌提高发电效率‌，符合热机优化原理，故A正确； B．蒸汽推动汽轮机运动的过程中，高温高压蒸汽的‌内能‌转化为汽轮机的‌机械能‌，故B正确； C．煤燃烧前洗选的主要目的是‌去除杂质，如硫、灰分‌，以减少污染排放和设备腐蚀，并不能提高煤的热值，故C错误； D．脱硫可减少二氧化硫排放，脱硝可减少氮氧化物排放，二者都是形成‌酸雨‌的主要前体物质，因此该处理能有效减轻酸雨污染，故D正确。 本题选择描述错误选项，故选 C。 5．关于燃料的热值，以下说法正确的是（     ） A．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值 B．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 C．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 D．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 【答案】D 【难度】0.85 【知识点】热值的概念、单位和物理意义 【详解】A．热值定义要求燃料完全燃烧，选项未提及完全燃烧条件，故A错误； B．热值是燃料的固有属性，与燃料质量无关，故B错误； C．热值仅由燃料种类决定，与燃烧是否充分无关，故C错误； D．热值是燃料的特性，仅与燃料种类有关，与燃料质量、燃烧状况均无关，故D正确。 故选D。 6．酒精的热值是，酒精灯里装有20g酒精，若完全燃烧掉一半，则放出的热量是________。 【答案】 【难度】0.85 【知识点】热值的公式及相关计算 【详解】燃烧掉的酒精的质量 酒精燃烧放出的热量 7．随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为_____J。 【答案】4.2×109 【难度】0.95 【知识点】热值的公式及相关计算 【详解】30kg氢燃料完全燃烧释放的热量为 8．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，图中搅拌器未画出，燃料的质量均为10g，烧杯内的液体初温相同。 (1)安装实验器材时应________（选填“自上而下”或“自下而上”），该实验是通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式改变液体内能的； (2)若要比较不同液体的吸热性能，则应选择________图和丙图进行实验，实验中是通过比较________（选填“加热时间”或“升高温度”）来比较不同液体吸热量多少的； (3)在探究不同燃料的热值大小时，实验过程中应待两种燃料________（选填“燃烧相同时间”或“完全燃尽”）后再进行比较； (4)某同学选用甲、乙两图完成实验时，为缩短实验时间和简化步骤，在完成如图甲所示实验后，只更换燃料就立刻进行如图乙所示实验。这种方式不合理的原因是没有控制液体的________相同，且由于两杯水与环境温差不同，导致两杯水散失的________（选填“内能”、“热量”或“温度”）也不同。 【答案】(1) 自下而上 热传递 (2) 甲 加热时间 (3)完全燃尽 (4) 初温 热量 【难度】0.65 【知识点】热传递改变物体的内能、比较不同燃料的热值大小、转换法 【详解】（1）实验时，需用外焰加热，所以要根据外焰的高度固定铁圈的高度，再调节温度计的高度，故安装实验器材时，应按照自下而上的顺序进行； 用燃料加热液体，液体吸收热量，温度升高，内能增大，这是通过热传递的方式改变液体的内能。 （2）比较不同液体的吸热性能，应使用相同的热源，控制不同液体相同时间内吸热相同，通过温度的变化来判断不同液体的吸热能力，所以应选择甲、丙两图进行实验； 根据转换法可知，实验通过加热时间的长短来反映液体吸收热量的多少。 （3）实验过程中应该控制燃料燃烧的质量相同，所以应该在燃料燃尽之后去比较液体升高的温度。 （4）甲实验结束后液体已经升温，立刻更换燃料做乙实验，没有控制液体的初温相同；根据热传递的条件，液体温度与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若液体的初温不同，便可造成液体的散失热量也不同，所以实验中应控制液体的初温相同。 9．（25-26九年级上·山东德州·期中）燃气灶烧水时，把质量为2kg、初温为20℃的水加热到70℃，共燃烧了天然气（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为，天然气的热值为。求： (1)水吸收的热量； (2)燃气灶烧水时的效率； 【答案】(1) (2)25% 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、加热效率的计算 【详解】水吸收的热量 天然气完全燃烧放出的热量 则燃气灶的效率 10．2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。导弹拦截系统是我国在军事领域着重研究的对象，拦截弹在运动过程中，它是做曲线运动的，燃料助推拦截弹，燃料的化学能最终转化为拦截弹的机械能和其与空气摩擦而产生的__________能，能量的总量__________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 【答案】 内 不变 【难度】0.92 【知识点】做功改变物体的内能、能量的转化、能量守恒定律 【详解】因拦截弹与空气摩擦克服摩擦做功，机械能转化为内能；由能量守恒定律可知，能量转化和转移过程中总量保持不变。 素养提升 1．如图是我国空间站组合体全貌照片，空间站利用太阳能电池板，为各项设备的运转提供电力，其每天平均可发电3.6×109J，相当于____kg的焦炭完全燃烧放出的热量。（已知q焦炭＝3.0×107J/kg） 【答案】120 【难度】0.65 【知识点】热值的公式及相关计算 【详解】空间站的电池板每天可发电，由题意，焦炭完全燃烧放出的热量，需要燃烧焦炭的质量为 2．有人设想，如果在相距很远的两个城市间挖一条弧形隧道，那么从一个城市出发的车辆可以不需要动力就穿过隧道到达另一个城市，如图所示。你认为这个设想是否具有科学性呢？ 【答案】这个设想不具有科学性。如果没有能量损耗，车辆的重力势能和动能可以相互转化，理论上能从隧道一端靠重力作用滑到另一端。但现实中车辆在隧道内运动时，会持续受到空气阻力、隧道路面的摩擦力作用，车辆的机械能会不断转化为内能等其他形式的能量，机械能持续减少，车辆还没抵达隧道另一端，动能就会耗尽，最终会停在隧道的最低点附近，无法不靠动力穿过隧道到达另一座城市，因此这个设想没有科学性。 【难度】0.7 【知识点】能量守恒定律 【详解】略 3．（25-26九年级上·四川巴中·期末）某饭店用燃气灶烧水，将质量为5kg、温度为的水加热到，消耗0.2kg的煤气。已知水的比热容为，煤气的热值为。求： (1)水吸收的热量； (2)完全燃烧0.2kg煤气放出的热量是多少； (3)燃气灶的加热效率 【答案】(1) (2) (3) 【难度】0.65 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、加热效率的计算 【详解】（1）水吸收的热量 （2）燃料完全燃烧放热公式 （3）燃气灶的加热效率为 4．河南省郑州市是全国首批46个生活垃圾分类试点城市之一、垃圾分类是生态环保的需求，也是人类活动不断趋于文明的标志。郑州西部垃圾焚烧发电厂年处理垃圾25万吨，年发电量达9000万（即）。生活垃圾的平均热值为。 (1)生活垃圾发电的效率是多少？（保留一位小数） (2)若用燃烧生活垃圾来烧暖气再通过管道送进千家万户，上述生活垃圾完全燃烧所释放热量的40%被水吸收，则可以使多少千克的水从20℃升高至70℃？ (3)该市建设垃圾焚烧发电厂的好处和待改进之处分别是什么？（各写一条即可） 【答案】(1) (2) (3)好处：减少固体污染物；待改进之处；生活垃圾发电的效率偏低 【难度】0.76 【知识点】计算物体温度变化时的吸放热、热机效率的计算、能源消耗对环境的影响 【详解】（1）生活垃圾放出的热量 生活垃圾发电的效率 （2）水吸收的热量 由得，水的质量为 （3）垃圾直接填埋会占用大量土地，还容易污染土壤/地下水；露天堆放也会滋生细菌、造成固废污染； 从本题前面的计算也能看到，垃圾焚烧的总热量只有约20%能最终转化为电能，发电效率整体偏低，大部分热量被浪费了。 5．（25-26九年级上·云南昆明·期中）为改善城市空气质量，很多城市用雾炮车洒水除尘。如图为一台正在水平路面上洒水的雾炮车，车和驾驶员的总质量为8吨。（柴油的热值取，g取）求： (1)雾炮车洒水前匀速行驶时受到路面阻力是车重的0.1倍，则发动机的牵引力为多少N； (2)洒水前雾炮车在水平路面上匀速行驶12km，牵引力所做的功是多少J； (3)若匀速行驶12km消耗的柴油为6kg，则雾炮车发动机的效率是多少？ 【答案】(1) (2) (3) 40% 【难度】0.71 【知识点】重力的计算与估算、功的计算和估算、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）车和驾驶员的总重力为 洒水前雾炮车匀速行驶，水平方向受力平衡，此时牵引力等于阻力，所以发动机的牵引力为 （2）牵引力所做的功是 （3）消耗6kg柴油放出的热量为 雾炮车发动机的效率是 迁移创新 1．某台以汽油为燃料的汽车在一平直路段测试时，以20 m/s 的速度匀速直线行驶了230 m，在此过程中共消耗20 g的汽油，若行驶过程中汽车受到的阻力恒为1200 N，对于此过程，则： (1)求消耗的汽油完全燃烧产生的热量。（汽油的热值q=4.6×107J/kg） (2)求这台汽车行驶时消耗的汽油用于维持汽车匀速直线行驶的效率。 (3)若消耗的汽油完全燃烧产生的热量全部用来加热50 kg、初温为的铁，不考虑热量损失，铁的最终温度为多少摄氏度？[铁的比热容] 【答案】(1) (2) (3) 【难度】0.57 【知识点】功的计算和估算、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算、热机效率的计算 【详解】（1）20g汽油完全燃烧放出的热量 （2）汽车做匀速直线运动，根据二力平衡可知，牵引力 则汽车牵引力所做的功 维持汽车匀速直线行驶的效率 （3）不考虑热量损失，则汽油放出的热量全部被铁吸收，即 根据物体吸热公式可得，铁升高的温度 铁的最终温度 2．随着人工智能的快速发展，在未来，自动驾驶汽车成功普及以后，大城市的交通拥堵现象将会得到极大改善、交通事故数量将减少约90%，犯罪率也会大幅降低，因犯罪分子将无法从无人驾驶汽车的追捕中逃脱。某款无人驾驶汽车在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。若汽油机的效率为30%，，。求在这段运动过程中： (1)4kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温，质量的水吸收，水能升高多少？ (3)如果汽车匀速运动时受到的阻力为1000N，消耗汽油汽车能够行驶的路程是多少？ 【答案】(1) (2) (3) 【难度】0.65 【知识点】二力或多力平衡问题、功的计算和估算、计算物体温度变化时的吸放热、热值的公式及相关计算 【详解】（1）4kg汽油完全燃烧放出的热量 （2）由题意可知，水吸收的热量为 由得水升高的温度 末温 符合标准大气压下水的升温要求，故水升高的温度为。 （3）汽车做的有用功为 汽车匀速行驶，牵引力 由得汽车能够行驶的路程 3．今年“五一”期间，小明爸爸开车带着家人去宣城一日旅游，首站游玩了宣州区鳄鱼湖，从鳄鱼湖出发走高速到宁国恩龙山庄，汽车（包括车上的人和物品）质量为，汽车以的速度在平直公路上匀速行驶，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是（假设汽油完全燃烧）。 (1)汽车行驶在内牵引力做了多少功？ (2)汽车全程消耗汽油多少千克？ 【答案】(1) (2) 【难度】0.62 【知识点】运用推导公式求解路程和时间、功的计算和估算、热值的公式及相关计算、二力平衡条件的应用 【详解】（1）汽车总重力 汽车行驶时受到的阻力 因为汽车在平直公路上匀速行驶，所以汽车受到的牵引力和阻力是一对平衡力，则 汽车匀速行驶的距离 则牵引力做功为 （2）由得， 因为，所以汽车全程消耗汽油的质量 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第十四章 内能与热机 第4节 跨学科：热机效率和环境保护 课标要点 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值概念。 2.会查燃料的热值表。能根据燃料的热值计算一定质量的燃料完全燃烧所释放的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向。对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的途径。 4.能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响，能从科学角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自觉的环境意识。 5.了解热机对社会发展所起的作用。 学习重难点 重点：体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值的概念。对热机的效率有初步的认识，能大致说出提高热机效率的途径。 难点：热机中的能量转化及损失，热机效率的计算。 知识点 燃料的热值 1. 热值 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的能力。 2. 定义 某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q 表示。 3. 热值公式和单位 固、液体燃料 气体燃料 4. 对热值的理解 热值是燃料的固有特性 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积以及燃烧情况均无关, 不能错误地认为q与Q成正比,q与m成反比 对完全燃烧的理解 1kg的某种燃料,只有完全燃烧时放出的热量才在数值上等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧,放出的热量比按热值计算出的热量要小,但这时不能说燃料的热值变小。在实际生产、生活中,完全燃烧是很难达到的一种状态 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的重要标准 5. 常见燃料的热值 燃料 热值q/(J/kg) 燃料 热值q/(J/kg) 干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 焦炭 3.0×107 柴油 4.3×107 木炭 3.4×1 07 汽油 4.6×107 氢 1.4×108 煤油 4.6×107 特别提醒 热值与比热容的对比： 热值q 比热容c 定义式 (Q/V) 本质 燃料的一种特性，与放热、质量、是否完全燃烧没有关系 物质的一种特性，与吸放热、质量、温度变化量无关 决定因素 燃料的种类 物质的种类、状态 易错提醒： 1. 热值的大小只与燃料种类有关； 2. 不同燃料的热值一般不同； 3. 氢的热值最大。 随学随练 1．煤油的热值为，表示的物理意义是______________________________________。 2．我国研制出一种新型植物油燃料，具有高热值、明火点不燃、安全环保等优点。若完全燃烧这种油燃料200g，释放的热量为，它的热值是___________。 3．在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中： (1)由于燃料充分燃烧放出热量多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的__________相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于____________________________________________________________________； (2)小华组装了两套相同的实验装置，备好秒表，在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作： ①先点燃酒精，再点燃碎纸片； ②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数； ③待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数； 小红认为上述操作中，操作______是错误的，小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是__________________________。 知识点 热机效率 1. 热机燃料能量的主要走向示意图(图1) 燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多。 2. 定义 热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值。 3. 公式 4. 提高热机效率的途径 (1)改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧； (2)在设计和制造热机时，要不断改进和创新，减少各种能量损失； (3)简化机械传动部分，选用优良的润滑材料减小机械摩擦，以减少能量损失。 特别提醒 1.热机效率不能达到100%： 不能，因为热机工作中会存在各种能量损失，用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，故热机效率一定小于100%。 2.利用公式理解减少能量损失可以提高热机效率：。 易错提醒： 1.热机效率是个比值，与功率大小、消耗燃料多少、转速快慢等因素无关。 2. 热机的效率越高意味着消耗相同质量的燃料输出的有用功越多。 随学随练 1．汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 2．（24-25九年级上·河北保定·期末）使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，消耗了0.02kg煤气。（水的比热容为，煤气的热值为）。求 (1)水吸收的热量是多少？ (2)0.02kg煤气完全燃烧产生的热量是多少？ (3)煤气灶的效率是多少？（解答时，要求有必要的文字说明、公式和计算步骤等，只写最后结果不得分） 知识点 能量守恒定律和环境保护 1. 能量的转化 在一定条件下, 能量可以从一种形式转化为另一种形式，这种现象叫能量的转化。自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。 2. 能量守恒定律 (1)内容 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。 (2)对能量守恒定律的理解 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 ③在能量发生转化时，某种形式的能的总量就不是保持不变的，这时不能认为能量是不守恒的。 3.“永动机”违反了能量守恒定律，所以“永动机”不能实现永动。 4.环境污染 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫、氮氧化合物，燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳等；二氧化硫、氮氧化合物经化学变化溶于水形成酸雨，使水、土壤酸化，对植物、建筑物和金属构件造成严重危害。 5. 环境保护措施 (1)改进燃烧设备, 消除烟尘。 (2)提高燃料的利用率, 采取集中供热, 以减少大气污染。 (3)充分开发利用污染少和无污染的能源。 (4)在内燃机排气管上安装尾气处理装置及消声器以减少有害物排放和噪声污染。 (5)推广和普及气体燃料的使用, 比如将煤转化为煤气再使用。 知识拓展： 1.在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转化为机械能的机器违反了热力学第二定律，故称为" 第二类永动机"。第一类永动机和第二类永动机是违反当前客观科学规律，是不能够被制造出来的。 2.燃料燃烧对环境的影响： 随学随练 1．（25-26九年级上·山东菏泽·期中）地球是人类共同的家园，保护地球环境是每个人的天职。下列关于热机和环境保护的说法正确的是（   ） A．所有的热机都是用汽油作为燃料 B．热机排出的二氧化碳不会引起额外温室效应 C．汽车发出的噪声可以通过安装消声器完全消除 D．热机的大量使用会造成环境污染 2．图甲是运动员在2022年北京冬奥会自由式滑雪大跳台训练的情景。运动员从60m高的跳台上的A点自由滑下，从B点冲出，如图乙所示。运动员在空中能否达到与A点高度相同的C点？为什么？ 题型 对热值的理解 活学活用 1．如图所示，有三种燃料，分别是：天然气、酒精和煤炭。在三种燃料中，属于液体燃料的是______。三种燃料在燃烧时，都把______能转化为______能。相同质量的三种燃料，完全燃烧时，放出的热量不同，反映了三种燃料的______不同。 2．（25-26九年级上·山东菏泽·期中）下列关于燃料的热值，说法正确的是（　　） A．燃料燃烧不充分时会使其热值变小 B．干木柴的热值比木炭的热值大 C．相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量一般是相同的 D．燃料的热值由燃料本身的性质决定 题型 热机效率的计算 1.有关效率的计算题是常考的题型，同学们要重视此类题目。解题时只要抓住“效率”这一关键词即可。“效率”是我们的收获在我们的付出中占的比例，所以不管是计算热机的效率还是机械效率，我们只要找出我们的收获和我们的付出，然后将它们相除即可。 2.(1)大数值的计算尽量用科学记数法； (2)单位都统一成国际单位制单位。 3. 活学活用 1．（24-25九年级上·广东广州·期中）小华同学用天然气热水器将20kg水从25℃加热到60℃，烧水前，小华观察天然气表的示数是2365.89m3，烧水后天然气表的示数变为2365.99m3。已知天然气的热值为，水的比热容为。则： (1)此过程中水吸收的热量是多少？ (2)该热水器加热这些水的效率是多少？ 2．《天工开物》中详细记载了火井制盐（如图所示）的过程：“西川有火井，……但以长竹剖开去节合缝漆布，一头插入井底，其上曲接，以口紧对釜脐，注卤水釜中。只见火意烘烘，水即滚沸。”火井制盐核心原理，是利用火井底部天然气燃烧产生的热量，加热釜（锅）中的卤水，通过蒸发水分使盐分结晶析出。若某次制盐过程消耗了的天然气，请回答下列问题：（已知天然气的热值，卤水的比热容为） (1)此次制盐过程天然气完全燃烧放出的热量； (2)天然气给釜中的卤水加热，此次制盐过程可使100kg卤水从20℃升高到80℃，求其加热效率为多少? (3)请从热机效率角度出发，提出一条能提高火井制盐效率的做法并说明理由。 基础通关 1．常作为火炬燃料的丙烷热值为，它所表示的物理意义是______________________________。 2．关于热值，下列说法正确的是（　　） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小 B．0.5kg的汽油和5kg的汽油，它们的热值是不一样的 C．燃料的热值与燃料的质量、是否完全燃烧无关 D．燃料燃烧放出的热量越多，其热值就越大 3．下列关于燃料热值的说法中，正确的是（   ） A．燃料燃烧时，燃料的质量越大，热值越大 B．燃料燃烧后放出的热量多，热值就一定大 C．不同燃料的热值一般不同 D．当燃料未燃烧时，其热值为零 4．如图所示，某现代化火力发电厂采用先进技术：水蒸气进行二次加热，使它继续推动发电机发电，提高发电效率；在煤燃烧前经过洗选来去除杂质，在充分燃烧后，对排出的烟气进行脱硫、脱硝、除尘等净化处理，减少二氧化硫等污染物的排放，从而提高了发电效率并，减少污染排放。下列关于其工作过程的说法中，‌错误的是‌（     ） A．对水蒸气进行二次加热，可以提高蒸汽的内能，从而提升汽轮机做功效率 B．二次加热后的蒸汽在推动汽轮机时，能量转化形式为内能转化为机械能 C．煤燃烧前洗选是为了提高热值，使单位质量的煤释放更多热量 D．烟气经过脱硫、脱硝处理，可有效减少酸雨的形成 5．关于燃料的热值，以下说法正确的是（     ） A．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值 B．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 C．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 D．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 6．酒精的热值是，酒精灯里装有20g酒精，若完全燃烧掉一半，则放出的热量是________。 7．随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为_____J。 8．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，图中搅拌器未画出，燃料的质量均为10g，烧杯内的液体初温相同。 (1)安装实验器材时应________（选填“自上而下”或“自下而上”），该实验是通过________（选填“做功”或“热传递”）的方式改变液体内能的； (2)若要比较不同液体的吸热性能，则应选择________图和丙图进行实验，实验中是通过比较________（选填“加热时间”或“升高温度”）来比较不同液体吸热量多少的； (3)在探究不同燃料的热值大小时，实验过程中应待两种燃料________（选填“燃烧相同时间”或“完全燃尽”）后再进行比较； (4)某同学选用甲、乙两图完成实验时，为缩短实验时间和简化步骤，在完成如图甲所示实验后，只更换燃料就立刻进行如图乙所示实验。这种方式不合理的原因是没有控制液体的________相同，且由于两杯水与环境温差不同，导致两杯水散失的________（选填“内能”、“热量”或“温度”）也不同。 9．（25-26九年级上·山东德州·期中）燃气灶烧水时，把质量为2kg、初温为20℃的水加热到70℃，共燃烧了天然气（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为，天然气的热值为。求： (1)水吸收的热量； (2)燃气灶烧水时的效率； 10．2025年9月3日，纪念中国人民抗日战争暨世界反法西斯战争胜利80周年大会在北京天安门广场隆重举行。导弹拦截系统是我国在军事领域着重研究的对象，拦截弹在运动过程中，它是做曲线运动的，燃料助推拦截弹，燃料的化学能最终转化为拦截弹的机械能和其与空气摩擦而产生的__________能，能量的总量__________（选填“变大”“变小”或“不变”）。 素养提升 1．如图是我国空间站组合体全貌照片，空间站利用太阳能电池板，为各项设备的运转提供电力，其每天平均可发电3.6×109J，相当于____kg的焦炭完全燃烧放出的热量。（已知q焦炭＝3.0×107J/kg） 2．有人设想，如果在相距很远的两个城市间挖一条弧形隧道，那么从一个城市出发的车辆可以不需要动力就穿过隧道到达另一个城市，如图所示。你认为这个设想是否具有科学性呢？ 3．（25-26九年级上·四川巴中·期末）某饭店用燃气灶烧水，将质量为5kg、温度为的水加热到，消耗0.2kg的煤气。已知水的比热容为，煤气的热值为。求： (1)水吸收的热量； (2)完全燃烧0.2kg煤气放出的热量是多少； (3)燃气灶的加热效率 4．河南省郑州市是全国首批46个生活垃圾分类试点城市之一、垃圾分类是生态环保的需求，也是人类活动不断趋于文明的标志。郑州西部垃圾焚烧发电厂年处理垃圾25万吨，年发电量达9000万（即）。生活垃圾的平均热值为。 (1)生活垃圾发电的效率是多少？（保留一位小数） (2)若用燃烧生活垃圾来烧暖气再通过管道送进千家万户，上述生活垃圾完全燃烧所释放热量的40%被水吸收，则可以使多少千克的水从20℃升高至70℃？ (3)该市建设垃圾焚烧发电厂的好处和待改进之处分别是什么？（各写一条即可） 5．（25-26九年级上·云南昆明·期中）为改善城市空气质量，很多城市用雾炮车洒水除尘。如图为一台正在水平路面上洒水的雾炮车，车和驾驶员的总质量为8吨。（柴油的热值取，g取）求： (1)雾炮车洒水前匀速行驶时受到路面阻力是车重的0.1倍，则发动机的牵引力为多少N； (2)洒水前雾炮车在水平路面上匀速行驶12km，牵引力所做的功是多少J； (3)若匀速行驶12km消耗的柴油为6kg，则雾炮车发动机的效率是多少？ 迁移创新 1．某台以汽油为燃料的汽车在一平直路段测试时，以20 m/s 的速度匀速直线行驶了230 m，在此过程中共消耗20 g的汽油，若行驶过程中汽车受到的阻力恒为1200 N，对于此过程，则： (1)求消耗的汽油完全燃烧产生的热量。（汽油的热值q=4.6×107J/kg） (2)求这台汽车行驶时消耗的汽油用于维持汽车匀速直线行驶的效率。 (3)若消耗的汽油完全燃烧产生的热量全部用来加热50 kg、初温为的铁，不考虑热量损失，铁的最终温度为多少摄氏度？[铁的比热容] 2．随着人工智能的快速发展，在未来，自动驾驶汽车成功普及以后，大城市的交通拥堵现象将会得到极大改善、交通事故数量将减少约90%，犯罪率也会大幅降低，因犯罪分子将无法从无人驾驶汽车的追捕中逃脱。某款无人驾驶汽车在一段平直的公路上匀速行驶了一段距离后，消耗汽油4kg。若汽油机的效率为30%，，。求在这段运动过程中： (1)4kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出热量的42%，一个标准大气压下，这些废气的能量全部被初温，质量的水吸收，水能升高多少？ (3)如果汽车匀速运动时受到的阻力为1000N，消耗汽油汽车能够行驶的路程是多少？ 3．今年“五一”期间，小明爸爸开车带着家人去宣城一日旅游，首站游玩了宣州区鳄鱼湖，从鳄鱼湖出发走高速到宁国恩龙山庄，汽车（包括车上的人和物品）质量为，汽车以的速度在平直公路上匀速行驶，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是（假设汽油完全燃烧）。 (1)汽车行驶在内牵引力做了多少功？ (2)汽车全程消耗汽油多少千克？ 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $