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14.2 热机的效率
知识点回顾
一、燃料的热值
1.定义：某种燃料 放出的热量与其质量之比，用符号 表示。
2.单位：J/kg，例如：，物理意义：1千克的煤油完全燃烧放出的热量为。
3.特点：只与燃料的种类有关，与燃料的形状、体积、质量 （选填“有关”或“无关”）。
二、燃烧值的计算
1.固、液体燃料：
2.气体燃料：
三、热机的效率
1.定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
2.公式：
四、效率
1.用来做有用功那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
提升练习
一、单选题
1．21年4月1日，20辆中通氢能公交车在高明正式投入使用（如图所示）。配套的氢燃料电池发动机氢加注时间小于15分钟，续航里程可达350km，它采用氢作为燃料除了环保，主要是因为氢具有（　　）
A．较小的密度 B．较高的热值
C．较低的沸点 D．较大的比热容
2．下列关于热值的说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧时，用的燃料越多，这种燃料的热值越大
B．燃料燃烧时，放出的热量越多，这种燃料的热值越大
C．相同质量的不同燃料完全燃烧，放热多的燃料热值大
D．不同燃料完全燃烧放出等量的热量，所用质量大的燃料热值大
3．我国某集团于2020年正式发布全球首款效率突破50%的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破，关于内燃机下列说法正确的是（　　）
A．内燃机的效率越低，则表示内燃机做功越慢
B．可通过减少各部件间的摩擦提高内燃机的效率
C．在内燃机的能量损失中，废气带走的能量很少
D．随着技术的进步，内燃机的效率能到达100%
4．前不久，据河南南阳炒作很热的“水氢发动机”的宣传说，“水氢发动机”可以利用水来制取氢气，从而为发动机提供高能燃料。中央电视台对此作了专题报道，认为目前的技术尚不成熟，所谓的“水氢发动机”要真正投入使用还有很长的路要走。对此，下列分析不正确的是（　　）
A．氢气燃烧无污染是“水氢发动机”备受关注的原因之一
B．氢气是发动机的一种理想燃料，是因为氢气的热值大
C．“水氢发动机”是利用内能做功的机械
D．目前利用水制取氢气耗能高，因此“水氢发动机”的效率很高
5．人们通常用砖砌成炉灶烧煤来加热水（如图甲），小明同学将这些普通的炉灶壁改装成装水的容器，这样在给水壶内的水加热的同时，也加热了炉灶壁内的水（如图乙）。这样做有利于（　　）
A．提高煤的热值 B．煤的充分燃烧
C．提高炉子的效率 D．水壶内水吸收热量
6．柴油机的效率比汽油机高，这说明(　　)
A．在单位时间内柴油机消耗的燃料比汽油机的少
B．在单位时间内柴油机消耗的燃料比汽油机的多
C．柴油的热值比汽油的高
D．柴油机把柴油燃烧后的内能转化为机械能的比率比汽油机的高
7．如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是（　　）
A． B． C． D．
8．某四冲程汽油机的效率是20%，如图所示为该汽油机工作的四个冲程示意图。下列说法正确的是（　　）
A．在图甲冲程中能量的转化是内能转化为机械能
B．该汽油机的四个冲程正确的工作顺序是甲→乙→丁→丙
C．通过改善汽油机结构，可将其效率从20%提升到100%
D．汽油机的一个工作循环中，活塞往复运动两次
9．某型号汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦损耗10%，由于汽油容易挥发等原因其利用率只有90%，则2kg能利用的汽油其完全燃烧（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（　　）
A．0.09×107J B．3.39×107J C．0.88×107J D．2.07×107J
10．探究某物质熔化和沸腾的实验如图甲所示，把100g某种固体碾碎放入试管中，插入温度计，再将试管放在装有水的烧杯中加热（物质在相同时间内吸收的热量相等）。根据实验数据画出的图像如图乙所示，从开始加热到实验结束的10min内消耗4g酒精，酒精的热值3.0×107J/kg，这种物质的液态比热容c=1.5×103 J/(kg·℃)，下列选项错误的（　　）
A．该物质在第5min末的内能大于第4min末的内能
B．在AB段和BC段，该物质吸收的热量相同
C．该物质固态时的比热容为3.0×103 J/(kg·℃)
D．该装置能量的转化效率为50%
二、填空题
11．天然气热水器将40kg的水从15℃加热到65℃，此过程中天然气完全燃烧释放热量的84%被水吸收，水吸收热量　 　J，需要消耗天然气　 　kg，这是通过　 　方式改变水的内能。【c水=4.2×103J/(kg·℃)，q天然气=4×107J/kg】
12．随着科学技术的创新，厨余垃圾也能变航空燃油，若此航空燃油的热值为4.0×107Jkg，完全燃烧15g这种航空燃油可以释放　 　J的热量，这些热量的70%被10kg的水吸收，则水升高的温度为　 　℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
13．飞机喷气式发动机的热机效率可高达60%，若燃料完全燃烧产生2×108J的热量时，飞机可以获得　 　J的机械能。
14．2022年11月29日23时08分，搭载神舟十五号载人飞船的长征运载火箭点火升空，将三名航天员送往中国空间站，与神舟十四号航天员“会师”太空，首次完成航天员乘组的在轨轮换。神舟十五号飞船与火箭加速升空的过程中，液态氢燃料燃烧提供火箭升空所需的能量，燃料本身质量不断减小，热值　 　（选填“变大”“不变”或“变小”）；火箭发动机将燃气的内能转化为　 　能；若把飞船送到指定轨道需要消耗的液态氢为0.5t，它们完全燃烧释放的热量为　 　J。（q氢＝1.4×108J/kg）
15．小明暑假去研学，中间经过了湘江某处大桥。大桥全程长约为1700m，她坐的小轿车做匀速直线运动通过全程，受到阻力恒为220N，通过全程消耗了0.02kg的汽油，汽油机的效率为　 　%。（已知热值q汽=4.4×107J/kg）
三、计算题
16．野营洗浴车的工作原理是用柴油发电机给水加热，可以较好地解决解放军战士在野外训练时的洗浴问题，它一次可供15名战士同时洗澡。若每名战士每次洗澡用水量为10kg，水温由15℃升高到40℃，柴油完全燃烧产生能量的25%转化为水的内能。求：[水的比热容为：4.2×103J/（kg ℃），柴油的热值为4.3×107J/kg]
（1）15名战士每次洗澡用水一共吸收的热量；
（2）15名战士每次洗澡要消耗柴油的质量。（计算结果精确到0.01kg）
17．小宁同学学习了燃料的热值后，很想知道家中使用的天然气的热值是多少，于是，他在家里将装有2×10-3m3水的水壶放到天然气灶上去烧，如图所示，用温度计测量水从20℃加热至80℃的过程中，观察到天然气表的数字变化了0.035m3。他通过上网查阅得知天然气灶的效率约为36%。求：
（1）求水壶里水的质量；
（2）在这个过程中水吸收的热量；
（3）天然气的热值是多少J/m3。
18．小华的爸爸最近购买了一辆轿车，小华利用所学的物理知识对轿车进行了一系列探索与研究活动：小华同学阅读了轿车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图甲所示的图，而热机的效率为发动机输出的有用功（发动机牵引力所做的功）与燃料燃烧放出热量的比值，汽油的热值为4.6×107J/kg，冷却水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），请根据给出的信息：
（1）根据甲图中的信息，请计算该轿车完全燃烧0.21kg的汽油能够使11.5kg、15℃的冷却水升高的温度；
（2）若轿车以恒定的功率在平直公路上做直线运动，该车匀速直线运动时所受阻力保持不变，大小为2000N，运动的速度v与时间t的关系如图乙所示。请计算轿车发动机在0～10s时间内对外做的功；
（3）小华星期天随父母从家中出发开车去竹海风景区游玩，到达目的地后发现轿车消耗了10kg汽油，热机的效率35%恒定不变，若旅途中发动机的牵引力始终保持在2.5×103N，请计算小华家到竹海风景区的距离。
参考答案
1．B
2．C
3．B
4．D
5．C
6．D
7．D
8．D
9．D
10．D
11．8.4×106；0.25；热传递
12．6×105；10
13．1.2×108
14．不变；机械；7×1010
15．42.5
16．（1）解： 15名战士每次洗澡用水的质量
初温t0=15℃，终温t=40℃，水的比热容c=4.2×103J/（kg ℃）水吸收的热量
答：15名战士每次洗澡用水一共吸收1.575×107J热量；
（2）解：柴油完全燃烧产生能量的25%转化为水的内能，柴油燃烧应放出的热量
由 得，需要柴油的质量
答：15名战士每次洗澡要消耗1.47kg柴油。
17．（1）解：由 知道，水的质量m=ρV水=1×103kg/m3×2×10-3m3=2kg
答：水壶里水的质量为2kg；
（2）解：水吸收的热量Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（80℃-20℃）=5.04×105J
答：在这个过程中水吸收的热量为5.04×105J；
（3）解：已知天然气灶的效率约为η=36%，由 知道，天然气完全燃烧放出的热量
天然气的热值
答：天然气的热值为4×107J/m3。
18．（1）解：由图甲可知，发动机的效率η＝100%﹣30%﹣30%﹣5%＝35%
完全燃烧0.21kg的汽油放出的热量Q放＝qm汽油＝4.6×107J/kg×0.21kg＝9.66×106J
水吸收的热量为Q吸＝30%Q放＝30%×9.66×106J＝2.898×106J
由Q吸＝cm t可得，水温度升高值
答：水升高的温度为60℃；
（2）解：由图像可知轿车匀速直线运动时的速度是v＝30m/s，则轿车发动机的功率P＝Fv＝2000N×30m/s＝6×104W
所以，在0～10s时间内，轿车发动机对外做功W＝Pt＝6×104W×10s＝6×105J
答：轿车在0～10s内对外做功6×105J；
（3）解：完全燃烧10kg的汽油放出的热量
因此所做的有用功W有用＝ηQ 放＝35%×4.6×108J＝1.61×108J
汽车行驶的距离为
答：小华家到竹海风景区的距离为6.44×104m。

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