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2023中考物理复习专题
第18讲 热值 热机 热机的效率
1.热值
（1）定义：某种燃料__________放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。 热值用字母______表示。
（2）大小：热值由燃料本身决定，热值在数值上等于 1 kg某种燃料______燃烧放出的热量。
（3）国际单位：______（适用于固、液体燃料）或J/m3（适用于气体燃料）。
（4）计算公式：质量为m的固、液体燃料完全燃烧放出热量Q=mq，体积为V的气体燃料完全燃烧放出热量Q=qV。
完全燃烧
q
完全
J/kg
2.热机
（1）热机是利用______来做功的机器，热机在工作过程中将______能转化为______能。
（2）热机的种类很多，如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（3）热机在使用过程中会带来环境污染问题，给人体及生态环境造成危害。
内能
内
机械
3.内燃机
（1）定义：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
（2）分类：分为汽油机和柴油机。汽油机顶部有一个______，柴油机顶部有一个______。
（3）四冲程内燃机的一个工作循环包括吸气、______、______和排气四个冲程。
①吸气冲程：进气门______、排气门关闭，活塞向下运动。
②压缩冲程：进气门和排气门均关闭，活塞向上运动，机械能转化为______能。
火花塞
喷油嘴
压缩
做功
打开
内
③做功冲程：进气门和排气门均关闭，活塞向______运动，______能转化为______能。
④排气冲程：进气门______、排气门______，活塞向上运动。
（4）在一个工作循环中，热机对外做功______次，曲轴、飞轮转2圈，活塞往返2次。
下
内
机械
关闭
打开
1
4.热机的效率
（1）定义：用来做_______的那部分能量与燃料___________放出的能量之比，叫做热机的效率。
（2）热机的效率______100%，这是因为_______________________
_______。
（3）柴油机的效率一般比汽油机的效率______（选填“高”或“低”）
（4）提高热机效率的主要途径：让燃料燃烧更充分，减少热机工作中的各种______损失。
有用功
完全燃烧
小于
总有一部分能量以内能形式散失
高
能量
考点1 内燃机
考点2 热值与热机的效率
考点1 内燃机
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1.确认冲程的依据：气门的开闭和活塞的运动情况，口诀“一开上排下吸气，两闭上压下做功”。
2.能量转化关系：压缩冲程（机械能转化为内能），做功冲程（内能转化为机械能）。
3.在内燃机的四个冲程中，只有做功冲程使热机获得动力。
4.四冲程内燃机的一个工作循环，活塞往复运动2次，飞轮、连杆和曲轴转动2圈，对外做功1次。
例1（2022·广西柳州）下列关于热机的说法正确的是 （ ）
A.热机的效率为100%
B.热机只有汽油机和柴油机两种
C.好的热机工作时不排放废气
D.热机工作时都要利用燃料的化学能
D
【题后总结】热机的种类很多，工作原理各不相同，但都要利用燃料的化学能。柴油机是压燃式点火，其顶部有一个喷油嘴，在吸气冲程中吸入的是空气；汽油机是点燃式点火，其顶部有一个火花塞，在吸气冲程中吸入的是空气和汽油的混合物。
1.（2022·广西玉林）如图18-1所示是一台四冲程内燃机的_______（选填“压缩”或“做功”）冲程，这个冲程通过_______（选填“做功”或“热传递”）的方式改变缸内气体的内能。
压缩
做功
考点2 热值与热机的效率
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1.热值仅与燃料的种类有关，与燃料的多少、是否充分燃烧等无关。
2.计算燃烧某种燃料使水升高的温度时，要注意水的末温不能超过沸点。
3.热机的效率总小于100%，主要是由于燃料不能完全燃烧、废气带走一部分热量、克服摩擦做功、热传递损失能量等。
例2（2020·广西梧州）“运20”是我国自主研发的大型运输机，它的发动机是一种热机，通过在气室中燃烧航空煤油，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力。若“运20”在高空中飞行时在恒定的水平推力1.5×105 N作用下沿水平方向匀速航行了360 km，用时0.5 h，需要燃烧航空煤油2 250 kg，已知航空煤油的热值为q=4.0× 107 J/kg。在这一次航行中，求：
（1）运输机航行的速度；
（2）运输机的功率；
（3）运输机发动机的热机效率。
解：（1）运输机航行的速度为
v＝＝＝720 km/h＝200 m/s
（2）运输机的功率为
P＝＝＝Fv＝1.5×105 N×200 m/s=3.0×107 W
（3）航空煤油完全燃烧放出的热量为
Q放＝mq=2 250 kg×4.0×107 J/kg=9×1010 J
由P=可得运输机发动机做的功为
W＝Pt＝3.0×107 W×0.5×3 600 s=5.4×1010 J
运输机发动机的热机效率为
η=＝ = 60%
【题后总结】关于热值与热量的计算，要注意单位的配套使用。当q的单位是“J/kg”时，m的单位用“kg”；当q的单位是“J/m3”时，则计算公式用Q=qV，V的单位用“m3”。
2.（2021·广西河池）某燃气热水器将20 kg的水从10 ℃加热到60 ℃，完全燃烧了0.21 m3的燃气。水吸收的热量是________J，热水器的效率是 ________。［已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），燃气的热值为4×107 J/m3］
4.2×106
50%
3.（2022·广西贵港）某学校需要把1 000 kg的水从20 ℃加热到80 ℃。[q天然气=4×107J/m3，c水＝4.2×103 J/（kg·℃）]
（1）求这些水吸收的热量；
（2）若用天然气加热，不计热量损失，需要完全燃烧多少立方米的天然气？
(2)因不计热量损失，故Q吸＝Q放＝2.52×108 J
天然气完全燃烧放出的热量为Q放＝qV
则至少需要完全燃烧天然气的体积为V＝＝＝6.3 m3
解：(1)水吸收的热量为
Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×1 000 kg×(80 ℃－20 ℃)
＝2.52×108 J
基础巩固
能力提升
拓展延伸
基础巩固
1.（2022·湖北十堰）为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”的目标，某汽车集团研发了一款新型汽车，其发动机工作时，尾气中的“汽油味”明显降低，动力更强劲。图B18-1为其发动机某一冲程的示意图，下列有关说法错误的是（ ）。
C
A.尾气中的“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧得更充分
B.该冲程为做功冲程，内能转化为机械能
C.汽油在汽缸内完全燃烧，发动机效率可达100%
D.该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
2.（2021·浙江宁波）在如图B18-2所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的 （ ）
A.吸气冲程 B.压缩冲程
C.做功冲程 D.排气冲程
C
3.（2020·广西桂林）酒精的热值为3.0×107 J/kg、比热容为2.4×103 J/（kg·℃）。以下说法正确的是 （ ）
A.质量越大，酒精的热值越大
B.质量越大，酒精的比热容越大
C.完全燃烧1kg酒精可放出3.0×107J的热量 D.1kg酒精温度升高1℃需要放出2.4×103J的热量
C
4.（2022·广西北部湾经济区）2022年6月5日，长征二号F遥十四运载火箭搭载神舟十四号载人飞船成功发射升空。关于运载火箭发射升空时涉及的物理知识，下列说法正确的是 （ ）
A.使用的燃料热值较小
B.大量“白气”涌向四周是扩散现象
C.燃料燃烧时将内能转化为化学能
D.燃气主要通过热传递使周围空气的内能增大
D
5.（2020·广西北部湾经济区Ⅰ卷）如图B18-3所示，将活塞迅速下压，玻璃筒底的棉花被点燃。此过程是通过________的方式增加了筒内空气的内能，能量转化方式与汽油机的________冲程相同。某汽油机在一次工作中消耗了2 kg汽油，对外做功为2.3×107 J，则汽油机的效率是_______。（汽油热值为4.6×107 J/kg）
做功
压缩
25%
能力提升
6.（2022·湖南常德）某台四冲程汽油机的转速为1 200 r/min，则在 1 s内汽油机对外做了_______次功。如果汽油机在某段时间内消耗了400 g汽油，则这些汽油完全燃烧可放出的热量为___________J。（q汽=4.6×107 J/kg）
【解析】汽油机飞轮1 min转1 200转，飞轮的转速为n＝＝20 r/s，汽油机1个工作循环内飞轮转2转，所以1 s内的工作循环数为10次；汽油机的1个工作循环有4个冲程，但只有1个冲程对外做功，所以1 s内对外做功的次数为10次。
10
1.84×107
7.（2022·广西桂林）用天然气灶烧水时，把质量为2 kg、初温为20 ℃的水，加热到70 ℃，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为 2.1×103 J。已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）。求：
（1）水吸收的热量；
（2）天然气灶烧水时的热效率。
解：（1）水吸收的热量为
Q吸＝cmΔt＝cm（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×2kg×（70℃－20℃） ＝4.2×105J
（2）天然气烧水的热效率为η＝×100%＝×100%＝20%
拓展延伸
8.（2021·辽宁丹东）某品牌汽车空载静止时对水平地面的压强为3×105 Pa，轮胎与地面总接触面积为400 cm2。当汽车以120 km/h的速度沿直线匀速行驶时，功率为50 kW。
（1）汽车的重力是多大？
（2）当汽车以120 km/h的速度沿直线匀速行驶时，所受到的阻力是多大？
（3）当汽车以120 km/h的速度沿直线匀速行驶100 km时，燃烧 10 kg汽油，则发动机的效率是多少？（汽油热值q＝4.6×107 J/kg，结果保留到 0.1%）
解：（1）根据p＝可知汽车空载静止时对水平地面的压力为
F＝pS＝3×105 Pa×400×10－4 m2＝1.2×104 N
则汽车的重力为G＝F＝1.2×104 N
（2）汽车的速度为v＝120 km/h＝ m/s
当汽车以120 km/h的速度沿直线匀速行驶时，处于平衡状态，所受阻力和牵引力大小相等。根据P＝＝＝Fv得汽车的牵引力为
F牵＝＝＝1 500 N
汽车所受阻力为
f＝F牵＝1 500 N
（3）牵引力做的功为
W＝F牵s＝1 500 N×100×103 m＝1.5×108 J
10 kg汽油完全燃烧放出的热量为
Q放＝qm＝4.6×107 J/kg×10 kg＝4.6×108 J
发动机的效率为η＝＝≈32.6%

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