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2023-2024人教版9年物理全册同步学讲练测学案（全国通用）
第十四章 内能的利用 专题14.2 热机的效率
1.知道热值的概念，能简单计算燃料燃烧放出的热量。
2.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向。
3.知道热机效率，能说出提高机械效率采取的措施。
阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空：
知识点1.热值问题
1.燃料的燃烧是一种化学变化，燃料燃烧过程，把燃料的化学能转化为内能。
2.不同燃料的成分不同，储存的化学能也不同。相同质量的不同燃料在燃烧时放出的热量是不同的。为了描述燃料的燃烧特性，引入了热值。
3.燃料的热值：燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量的比,叫做这种燃料的热值。符号: q，单位: J/kg
4. 燃料的热值公式：q =Q/m .
燃料燃烧放出热量计算: Q=mq
5.燃料的热值是燃料的一种特性. 同种燃料的热值相同.
酒精的热值是3.0×107J/kg,表示的物理意义是：1kg的酒精完全燃烧所放出的热量是3.0×107J.
知识点2.热机效率
1.燃料的有效利用：影响燃料有效利用的因素：a.燃料不完全燃烧，b.燃料散失很多，只有少部分被利用。
2.热机的能量流图：如图所示是热机的能量流图：由图可见，真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。
3.热机效率定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。
4.热机效率公式：η=W有/Q放 。式中，W有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。
5.提高热机效率的主要途径：
①改善燃烧环境，使燃料尽可能充分完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。
②尽量减小各种热散失。
③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。
④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。
6.热机效率是热机性能的一个重要指标。由于热损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低，热机效率一定小于1
温馨提醒：地球就在我们的手中
1.热机，给人类文明带来了进步 ，也给生态环境造成污染。
对环境的影响： 大气污染、噪声污染、热污染、温室效应。
2.保护环境，减小污染措施.
（1）利用绿色能源；
（2）研究和开发低能耗、少污染的高性能热机；
（3）控制和减少污染 。
考点1. 热值公式应用
【例题1】（2023福建省）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过_____方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出_____J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg）
【答案】 热传递 1.2×108
【解析】蒸米时，米吸收热量，内能增加，是通过热传递的方式增加内能的。
由Q=mq可得，完全燃烧10kg的干木柴释放的热量为
Q=mq=10kg×1.2×107J/kg=1.2×108J
考点2. 热效率的计算
【例题2】（2023甘肃金昌）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率将的水倒入烧水壶中，并测出水温为。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。
求：(1)将这些水烧开，需吸收多少热量；
(2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；
(3)他家天然气灶的效率。
【答案】(1)；(2)；(3)35%
【解析】(1)将这些水烧开需吸收的热量
(2)燃烧的天然气，放出的热量为
(3)他家天然气灶的效率是
【演练1】（2022湖北宜昌）关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　）
A. 没有燃烧的燃料，热值等于零
B. 燃料完全燃烧时，它的热值最大
C. 燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D. 燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】C
【解析】ABC．热值是燃料自身的一种属性，大小与燃料的质量、温度、燃烧情况无关，故AB错误，C正确；
D．根据公式Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量多少与燃料的热值、燃料的质量有关，与燃烧时的温度无关，故D错误。故选C。
【演练2】小明利用家中燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为　　 。
【答案】
【解析】水吸收的热量为
天然气放出的热量为
燃气灶烧水的效率为
【演练3】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。（已知c水＝4.2×103J/（kg℃），q氢＝1.4×108J/kg。）问：
（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为500kg、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，则该氢能源公交车的效率是多少？
【答案】（1）8.4×107J；（2）40℃；（3）50%
【解析】（1）0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放＝m氢q＝0.6kg×1.4×108J/kg＝8.4×107J
（2）水吸收的热量
Q吸＝Q放＝8.4×107J
水升高的温度
Δt＝＝＝40℃
（3）公交车做功
W＝Pt＝140×103W×5×60s＝4.2×107J
公交车的效率
η＝×100%＝×100%＝50%
1.求解热效率方法
（1）热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。
（2）炉具的热效率：天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量，Q总=Q放，水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸，则η=。
（3）电热水器的效率：电热丝所产生热量为Q总，总=Q放，水需要吸收热量为Q有，有=Q吸，则η=。
2.课节知识小结
3.课节知识思维导图
（满分100分，答题时间60分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评）
一、选择题（本大题3小题，每小题8分，共24分）
1.下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
【答案】B
【解析】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；
B．使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；
C．任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%，故C错误；
D．热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。
2．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用雷达传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km，消耗汽油1.5L。假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为30%，已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg。在这段运动过程中，下列说法（　　）①所消耗汽油的质量1.2kg
②汽油燃烧所放出的热量1.62×107J；
③汽车发动机的功率40500W
④汽车发动机的牵引力2020N
A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②④正确
【答案】A
【解析】（1）消耗汽油的体积V＝1.5L＝1.5×10﹣3m3，则由ρ＝得消耗汽油的质量：
m＝ρV＝0.8×103kg/m3×1.5×10﹣3m3＝1.2kg，故①正确。
（2）汽油完全燃烧放出的热量
Q放＝mq＝1.2 kg×4.5×107J/kg＝5.4×107J，故②错误。
（3）汽车行驶8km所用的时间
t＝＝h＝400s，
由η＝得，汽油机的有用功
W＝ηQ放＝30%×5.4×107J＝1.62×107J。
汽车发动机的功率
P＝＝＝40500W，故③正确。
（4）由W＝Fs得汽车发动机的牵引力
F＝＝＝2025N。
综上所述只有①③正确。
3.如图甲所示的汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，消耗了5kg汽油，汽油在气缸内完全燃烧释放能量的40% 随废气通过热电转换装置，如图乙所示，汽油热值取q=5×107J/kg．则下列选项说法正确的是（ ）
甲 乙
A.乙图示时刻，四冲程汽油机处于压缩冲程；
B.若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成30个工作循环；
C.若上述过程中汽油完全燃烧释放能量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车牵引力所做的功为7.5×107J；
D.若上述过程中汽油完全燃烧释放能量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车所受的阻力为7.5×107N。
【答案】ABC
【解析】由进气门和排气门的关闭和打开情况、活塞的上行和下行情况来判断是哪个冲程；热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，根据这个关系可以判断A、B选项正确与否。根据Q放=mq求得总的能量，已知燃烧效率为30%，可求得有用功；根据求得的汽车在这段时间内所做的有用功，利用W=Fs可求得汽车匀速行驶过程中的牵引力，再利用二力平衡条件可知其所受的阻力，这样C、D选项正确与否便可以知道。（1）由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，可以判断是压缩冲程，A选项正确；
（2）该汽油机每分钟完成7200个冲程，故每秒完成120个冲程。
热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成120个冲程，则每秒它对外做功30次，完成30个工作循环，飞轮转动60周，B选项正确；
（3）汽油完全燃烧释放的热量：Q放=mq汽油=5kg×5×107J/kg=2.5×108J；
根据η=可得有用功：W有=ηW总=30%×2.5×108J=7.5×107J，C选项正确；
（4）W有=7.5×107J
由v=可得，汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，
通过的路程：s=vt=75km/h×1h=75km=75000m，
由W=Fs可得，汽车匀速直线行驶，F=f，
f=F===103N，D选项错误。
二、填空题（本大题8小题，19个空，每空2分，共38分）
1.（2023广西） 2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭发射成功。火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为____能，散失的能量越少，发动机效率越____（选填“高”或“低”）。
【答案】 机械 高
【解析】火箭升空时，燃料燃烧过程中，将化学能转化为燃气的内能，又将内能转化为火箭的机械能。
内燃机的效率等于用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，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。
2. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功_____次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是______J。（汽油的热值是4.6107J/kg）
【答案】 1500 2.3107
【解析】四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮中曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功1500次。
完全燃烧500g汽油放出的热量为
3. （2022贵州黔东南州）2022年2月27日11时许，伴随着一阵山呼海啸般的巨响，长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录，由此开启了我国新的共享火箭“拼车模式”。火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为____能，若该燃料的热值为1.4×108J/kg，则完全燃烧500g该燃料放出的热量是______J。
【答案】 机械 7×107J
【解析】火箭发动机做功给火箭提供动力，使火箭加速上升，机械能增加，增加机械能是由燃料的内能转化而来，故火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为机械能。
完全燃烧500g该燃料放出的热量是
4. 人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的　　 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出　　 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让　　 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
【答案】 热值 100
【解析】单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。
完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量
水的质量
5.用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为　　 J，煤气灶烧水的效率为　　 。
【答案】 (1)4.2×105 (2) 52.5%
【解析】（1）水吸收的热量
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(70℃-20℃)=4.2×105J
（2）20g煤气完全燃烧放出的热量
Q放=mq=20×10-3kg×4.0×107J/kg=8×105J
燃气灶烧水的效率
η==52.5%
6. （2022湖北荆州）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是　　 J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气　　 m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气热值为4.0×107J/m3]
【答案】 6.72×105 0.042
【解析】由题意可知，水的质量为
m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg
所以将初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是
若煤气灶效率为40%，则煤气完全燃烧释放的热量为
所以需要煤气的体积为
7.下图是新农村建设中广泛使用的一种小型农用柴油机，铭牌部分信息如下表所示，其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机，压缩冲程中气缸内气体内能增加是通过 方式实现的；正常工作1min，柴油机输出的有用功 J，消耗柴油 kg，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为 N。
型号 HR05b
活塞行程 100mm
转速 2400r/min
输出功率 8kW
效率 40%
（q柴油=4.0×107J/kg）
【答案】做功 4.8×105 0.03 4000
【解析】压缩冲程是把机械能转化为内能，即气缸内气体内能增加是通过做功方式实现的；
柴油机输出的有用功W有=Pt=8000w×60s= 4.8×105 J；根据η＝知，
柴油机的总功
W总===1.2×106J；
根据W总= Q放=mq知，消耗的柴油质量
m===0.03kg；
曲轴每转2圈活塞对外做功1次，所以1min转动2400周，要做功1200次，即1min活塞的行程为
S=1200×0.1m=120m，
做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
F===4000N。
8. 某饮水机额定加热功率为500W，水箱容积为1L，在额定电压下将满箱水从75℃加热到95℃，用时210s，则水箱中的水吸收的热量是　　 J，该饮水机的效率是　　 。
【答案】 80%
【解析】水箱中的水的质量是
水箱中的水吸收的热量是
消耗的电能为
该饮水机的效率是
三、简答题（本大题2小题，每小题各6分，共12分）
1.为什么发射火箭要用氢做燃料？
【答案】见解析。
【解析】发射卫星的火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。
2.我们用煤球烧水时，煤所放出的热量是否被水全部吸收？
【答案】见解析。
【解析】我们用煤烧水时，有效利用的热量是水吸收的部分。煤所放出的热量不会被水全部吸收。
一是煤炭不可能全部燃烧；二是高温的烟气带走了一部分热量；还有炉膛散热也会消耗一部分热量。
四、计算题（本大题3小题，共26分）
1．（6分）已知干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。
【答案】见解析。
【解析】Q =qm木= 1.2×103J/kg×0.7 kg = 8.4×106J
2. （8分）用天然气灶烧水时，把质量为、初温为的水，加热到，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为。已知水的比热容为。求：
（1）水吸收的热量是多少J？
（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？
【答案】（1）；（2）20%
【解析】（1）水吸收的热量是
（2）天然气灶烧水时的热效率是
3. （12分）（2023甘肃兰州）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
【答案】（1）108km/h；（2）4.14×104W；（3）32.4%
【解析】（1）汽车行驶的速度
（2）汽车沿平直公路匀速行驶，牵引力和阻力是平衡力，牵引力
F=f=1380N
牵引力的功率
（3）牵引力做的功
W=Pt=4.14×104W×3600s=1.4904×108J
汽油完全燃烧放出的热量
Q=mq汽油=10kg×4.6×107J/kg=4.6×108J
汽车发动机的效率
老卡诺和小卡诺
法国数学家和工程学家萨迪·卡诺 ( https: / / baike. / item / %E8%90%A8%E8%BF%AA%C2%B7%E5%8D%A1%E8%AF%BA fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的父亲拉札尔·卡诺（Lazre Nico－las Carnot，1753—1823）率先研究了这类问题，在他的著作中讨论了各种机械的效率，隐讳地提出这样一个观念：设计低劣的机器往往有“丢失”或“浪费”。当时，在水力学中有一条卡诺原理 ( https: / / baike. / item / %E5%8D%A1%E8%AF%BA%E5%8E%9F%E7%90%86 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )，就是拉札尔·卡诺提出的，说的是效率最大的条件是传送动力时不出现振动和湍流，这实际上反映了能量守恒 ( https: / / baike. / item / %E8%83%BD%E9%87%8F%E5%AE%88%E6%81%92 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的普遍规律。他的研究对他的儿子有深刻影响。
1824年萨迪·卡诺 ( https: / / baike. / item / %E8%90%A8%E8%BF%AA%C2%B7%E5%8D%A1%E8%AF%BA fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )发表了著名论文《关于火的动力及适于发展这一动力的机器的思考》，提出了在热机 ( https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA / 915127 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )理论中有重要地位的卡诺定理 ( https: / / baike. / item / %E5%8D%A1%E8%AF%BA%E5%AE%9A%E7%90%86 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )，这个定理后来成了热力学第二定律 ( https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E5%AE%9A%E5%BE%8B fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的先导。他写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作物质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且要建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作物质，也不论以什么方法来运转它们。”
卡诺取最普遍 ( https: / / baike. / item / %E6%99%AE%E9%81%8D fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的形式进行研究的方法，充分体现了热力学的精髓 ( https: / / baike. / item / %E7%B2%BE%E9%AB%93 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )。他撇开 ( https: / / baike. / item / %E6%92%87%E5%BC%80 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )一切次要因素，径直选取一个理想循环，由此建立热量和其转移过程中所作功之间的理论联系。
学习目标
自学知识点梳理
燃料的 化学能E
考点例题精讲
对点演练
解题方法归纳
课时减负课外小测验
科学精神与担当
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第十四章 内能的利用 专题14.2 热机的效率
1.知道热值的概念，能简单计算燃料燃烧放出的热量。
2.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向。
3.知道热机效率，能说出提高机械效率采取的措施。
阅读本节课教材，参考教材完成教师给出的知识点问题的填空：
知识点1.热值问题
1.燃料的燃烧是一种化学变化，燃料燃烧过程，把燃料的_____能转化为_____能。
2.不同燃料的成分不同，储存的化学能也不同。相同质量的不同燃料在燃烧时放出的热量是_____的。为了描述燃料的燃烧特性，引入了热值。
3.燃料的热值：燃料_____燃烧放出的热量与燃料质量的比,叫做这种燃料的热值。符号: q，单位: J/kg
4. 燃料的热值公式：q =_____.
燃料燃烧放出热量计算: Q=_____
5.燃料的热值是燃料的一种特性. 同种燃料的热值_____.
酒精的热值是3.0×107J/kg,表示的物理意义是：_____的酒精完全燃烧所放出的热量是_____.
知识点2.热机效率
1.燃料的有效利用：影响燃料有效利用的因素：a.燃料不完全燃烧，b.燃料散失很多，只有少部分被利用。
2.热机的能量流图：如图所示是热机的能量流图：由图可见，真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。
3.热机效率定义：用来做_____的那部分能量与燃料_____燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。
4.热机效率公式：η=W有/Q放 。式中，W有为做_____的能量；Q放为燃料_____燃烧释放的能量。
5.提高热机效率的主要途径：
①改善燃烧环境，使燃料尽可能充分_____燃烧，提高燃料的燃烧效率。
②尽量_____各种热散失。
③减小各部件间的_____以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。
④充分_____废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。
6.热机效率是热机性能的一个重要指标。由于热损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低，热机效率一定_____1
温馨提醒：地球就在我们的手中
1.热机，给人类文明带来了进步 ，也给生态环境造成污染。
对环境的影响： 大气污染、噪声污染、热污染、温室效应。
2.保护环境，减小污染措施.
（1）利用绿色能源；
（2）研究和开发低能耗、少污染的高性能热机；
（3）控制和减少污染 。
考点1. 热值公式应用
【例题1】（2023福建省）蒸米时，木桶中米内能的增加是通过_____方式实现的，完全燃烧10kg的干木柴能释放出_____J的热量。（干木柴的热值为1.2×107J/kg）
考点2. 热效率的计算
【例题2】（2023甘肃金昌）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率将的水倒入烧水壶中，并测出水温为。在一个标准大气压下，把水刚加热到时，测出消耗天然气。已知水的比热容，天然气热值约为。
求：(1)将这些水烧开，需吸收多少热量；
(2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；
(3)他家天然气灶的效率。
【演练1】（2022湖北宜昌）关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　）
A. 没有燃烧的燃料，热值等于零
B. 燃料完全燃烧时，它的热值最大
C. 燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D. 燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【演练2】小明利用家中燃气表和温度计测量燃气灶烧水的效率。将的水从加热到，消耗了天然气（假设天然气完全燃烧），已知水的比热容为，天然气的热值为，则此次燃气灶烧水的效率为　　 。
【演练3】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。（已知c水＝4.2×103J/（kg℃），q氢＝1.4×108J/kg。）问：
（1）质量为0.6kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
（2）若这些热量全部被质量为500kg、温度为15℃的水吸收，水升高的温度是多少？
（3）若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140kW的恒定功率匀速行驶5min，则该氢能源公交车的效率是多少？
1.求解热效率方法
（1）热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。热机的效率是热机性能的一个重要指标。汽车发动机的效率、飞机发动机的效率、轮船发动机的效率均属于热机的效率，其公式为：η=。
（2）炉具的热效率：天然气燃烧放出的热量是炉具提供的总热量，Q总=Q放，水吸收的热量是有用的热量Q有=Q吸，则η=。
（3）电热水器的效率：电热丝所产生热量为Q总，总=Q放，水需要吸收热量为Q有，有=Q吸，则η=。
2.课节知识小结
3.课节知识思维导图
（满分100分，答题时间60分钟，根据下面给出的试题答案与解析自测自评）
一、选择题（本大题3小题，每小题8分，共24分）
1.下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
2．最新一款无人驾驶汽车，自动驾驶时使用雷达传感器和激光测距仪来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km，消耗汽油1.5L。假设汽油完全燃烧，汽油机的效率为30%，已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg。在这段运动过程中，下列说法（　　）①所消耗汽油的质量1.2kg②汽油燃烧所放出的热量1.62×107J；
③汽车发动机的功率40500W
④汽车发动机的牵引力2020N
A．只有①③正确 B．只有①②正确 C．只有②③正确 D．只有②④正确
3.如图甲所示的汽车在平直路面上以75km/h的速度匀速行驶1h的过程中，消耗了5kg汽油，汽油在气缸内完全燃烧释放能量的40% 随废气通过热电转换装置，如图乙所示，汽油热值取q=5×107J/kg．则下列选项说法正确的是（ ）
甲 乙
A.乙图示时刻，四冲程汽油机处于压缩冲程；
B.若该汽油机每分钟完成7200个冲程，则它每秒钟完成30个工作循环；
C.若上述过程中汽油完全燃烧释放能量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车牵引力所做的功为7.5×107J；
D.若上述过程中汽油完全燃烧释放能量的30%用来驱动汽车匀速行驶，汽车所受的阻力为7.5×107N。
二、填空题（本大题8小题，19个空，每空2分，共38分）
1.（2023广西） 2023年5月30日，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭发射成功。火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为____能，散失的能量越少，发动机效率越____（选填“高”或“低”）。
2. 某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min，则该汽油机每分钟做功_____次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是______J。（汽油的热值是4.6107J/kg）
3. （2022贵州黔东南州）2022年2月27日11时许，伴随着一阵山呼海啸般的巨响，长征八号遥二运载火箭搭载着22颗卫星，在我国文昌航天发射场一飞冲天，创造了我国“一箭多星”即单次发射卫星数量最多的纪录，由此开启了我国新的共享火箭“拼车模式”。火箭发动机做功把燃料燃烧的内能转化为____能，若该燃料的热值为1.4×108J/kg，则完全燃烧500g该燃料放出的热量是______J。
4. 人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的　　 （选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出　　 J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让　　 kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
5.用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为　　 J，煤气灶烧水的效率为　　 。
6. （2022湖北荆州）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是　　 J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气　　 m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤气热值为4.0×107J/m3]
7.下图是新农村建设中广泛使用的一种小型农用柴油机，铭牌部分信息如下表所示，其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机，压缩冲程中气缸内气体内能增加是通过 方式实现的；正常工作1min，柴油机输出的有用功 J，消耗柴油 kg，做功冲程中燃气对活塞的平均压力为 N。
型号 HR05b
活塞行程 100mm
转速 2400r/min
输出功率 8kW
效率 40%
（q柴油=4.0×107J/kg）
8. 某饮水机额定加热功率为500W，水箱容积为1L，在额定电压下将满箱水从75℃加热到95℃，用时210s，则水箱中的水吸收的热量是　　 J，该饮水机的效率是　　 。
三、简答题（本大题2小题，每小题各6分，共12分）
1.为什么发射火箭要用氢做燃料？
2.我们用煤球烧水时，煤所放出的热量是否被水全部吸收？
四、计算题（本大题3小题，共26分）
1．（6分）已知干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)。
2. （8分）用天然气灶烧水时，把质量为、初温为的水，加热到，此过程中天然气完全燃烧放出的热量为。已知水的比热容为。求：
（1）水吸收的热量是多少J？
（2）天然气灶烧水时的热效率是多少？
3. （12分）（2023甘肃兰州）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km，所用时间为1h，消耗汽油10kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380N（汽油的热值）。求：
（1）汽车行驶速度；
（2）牵引力的功率；
（3）汽车发动机的效率。
老卡诺和小卡诺
法国数学家和工程学家萨迪·卡诺 ( https: / / baike. / item / %E8%90%A8%E8%BF%AA%C2%B7%E5%8D%A1%E8%AF%BA fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的父亲拉札尔·卡诺（Lazre Nico－las Carnot，1753—1823）率先研究了这类问题，在他的著作中讨论了各种机械的效率，隐讳地提出这样一个观念：设计低劣的机器往往有“丢失”或“浪费”。当时，在水力学中有一条卡诺原理 ( https: / / baike. / item / %E5%8D%A1%E8%AF%BA%E5%8E%9F%E7%90%86 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )，就是拉札尔·卡诺提出的，说的是效率最大的条件是传送动力时不出现振动和湍流，这实际上反映了能量守恒 ( https: / / baike. / item / %E8%83%BD%E9%87%8F%E5%AE%88%E6%81%92 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的普遍规律。他的研究对他的儿子有深刻影响。
1824年萨迪·卡诺 ( https: / / baike. / item / %E8%90%A8%E8%BF%AA%C2%B7%E5%8D%A1%E8%AF%BA fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )发表了著名论文《关于火的动力及适于发展这一动力的机器的思考》，提出了在热机 ( https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA / 915127 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )理论中有重要地位的卡诺定理 ( https: / / baike. / item / %E5%8D%A1%E8%AF%BA%E5%AE%9A%E7%90%86 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )，这个定理后来成了热力学第二定律 ( https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E5%8A%9B%E5%AD%A6%E7%AC%AC%E4%BA%8C%E5%AE%9A%E5%BE%8B fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的先导。他写道：“为了以最普遍的形式来考虑热产生运动的原理，就必须撇开任何的机构或任何特殊的工作物质来进行考虑，就必须不仅建立蒸汽机原理，而且要建立所有假想的热机的原理，不论在这种热机里用的是什么工作物质，也不论以什么方法来运转它们。”
卡诺取最普遍 ( https: / / baike. / item / %E6%99%AE%E9%81%8D fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )的形式进行研究的方法，充分体现了热力学的精髓 ( https: / / baike. / item / %E7%B2%BE%E9%AB%93 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )。他撇开 ( https: / / baike. / item / %E6%92%87%E5%BC%80 fromModule=lemma_inlink" \t "https: / / baike. / item / %E7%83%AD%E6%9C%BA%E6%95%88%E7%8E%87 / _blank )一切次要因素，径直选取一个理想循环，由此建立热量和其转移过程中所作功之间的理论联系。
学习目标
自学知识点梳理
燃料的 化学能E
考点例题精讲
对点演练
解题方法归纳
课时减负课外小验
科学精神与担当
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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