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第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热效率。
一、热值：
1.概念：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；
2.大小：热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量；
3.公式： （或 一般用于气体、液体燃料）
（1）其中：m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值
（2）公式变形： （已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）
（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）
4.单位：焦每千克（符号是J/kg）。
（1）热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成；
（2）在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J），质量的单位是千克（kg）
5.影响因素：热值是燃料本身的一种特性，只与 燃料的种类 和 状态 有关，
与燃料的形态、质量、体积等均无关；
6.常见物质的热值：
①煤气的热值约为3.9×107J/m3，
物理意义为：体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
②焦炭的热值3.0×107J/kg，
物理意义为：质量为1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
二、热机的效率：
1.概念：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率；
2.公式：
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法：
（1）废气回收利用：减少机械散热和废气带走热量；
（2）使燃料充分燃烧：雾化液体燃料、粉碎固体燃料，通气足够；
（3）减少机械摩擦损失。
知识点一：热值
【探究重点】
1、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等均无关。
2、燃料燃烧过程：化学能转化为内能。
3、热值反映了燃料燃烧特性，即不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小，是一个理想量，只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧无关，不随质量、体积的变化而变化。
4、在学习热值的概念时，应注意以下几点
①“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。
②强调所取燃料的质量为“lkg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。
③“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。
④燃料燃烧放出的热量的计算：一定质量m的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=mq，式中，q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示燃料的质量，单位是kg；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。
⑤若燃料是气体燃料，一定体积V的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=qv，式中，q表示燃料的热值，单位是J/m3；V表示燃料的体积，单位是m3；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。
【例题精讲】（2023 邵阳）2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　）
A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积
【答案】A
【分析】热值是燃料的一种特性，热值越大的燃料在完全燃烧相同质量的燃料时，释放出的热量越多。
【解析】火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，主要的原因是它具有较大的热值，完全燃烧相同质量的该液体燃料时，可以释放出更多的热量，故A正确，BCD错误。
故选：A。
【点评】本题考查了对热值特性的理解，属于基础题目。
【巩固训练】（2022 镇江）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。
燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　）
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大
B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．若的值越大，燃料的热值越大
D．若的值越大，燃料的热值越大
【答案】D
【解析】燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸＝Q放，而Q吸＝c水m水Δt，Q放＝mq，即c水m水Δt＝mq，解得：q＝；
A、若m相同，Δt越小，由q＝可知，燃料的热值越小，故A错误；
B、若Δt相同，m越大，由q＝可知，燃料的热值越小，故B错误；
C、若的值越大，即的值越小，由q＝可知，燃料的热值越小，故C错误；
D、若的值越大，由q＝可知，燃料的热值越大，故D正确。故选：D。
知识点二：热机效率
【探究重点】
1、公式： 或
因为热机在工作过程中总是有能量损失，所以。
2、热机的能量流图
3、热机的效率的计算一般有两种方法，一种是有用功与总功的比值，第二种是根据能流图进行计算。在很多热机效率类题型中，Q吸往往通过比热容计算，Q放往往用热值计算。
4、求解热机效率的思维路径
（1）在大脑中要知道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。
（2）根据题意研究燃料完全燃烧释放的能量Q放 =mq，做有用功的能量W有。
（3）若用W有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。则求解热机效率就可以写成数学表达式
η= W有/Q放 。
注意：燃料不充分完全燃烧、各种热散失、各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量、废气带走的能量都是属于无用功的能量。
【例题精讲】（2023 长春）如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（duì）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水流出变轻后，石锤落下击打石臼内的谷物。该槽碓（　　）
A．机械效率可达100% B．是杠杆
C．机械效率可超过100% D．是热机
【答案】B
【分析】任何机械使用时，不可避免地做额外功；
结合图片和生活经验，先判断“碓身”在使用过程中，绕着固定点转动的硬棒是杠杆；热机将内能转化为机械能。
【解析】AC、任何机械使用时，不可避免地做额外功，任何机械的效率都不可能达到或超过100%，故A、C错误；
B、结合图片和生活经验，槽碓在使用过程中，绕着固定点转动的硬棒，属于杠杆，故B正确；
D、槽碓使用时将水的机械能转化为石锤的机械能，没有将内能转化为机械能，不属于热机，故D错误。
故选：B。
【点评】本题考查机械效率、杠杆和热机，属于中档题。
【巩固训练】（2021 聊城）一辆汽车以20m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的阻力为1200N，燃烧了0.3kg汽油。（汽油的热值q＝4.6×107J/kg）求：
（1）牵引力做了多少功；
（2）这些汽油完全燃烧放出的热量；
（3）发动机的效率。
【答案】（1）牵引力做了3.6×106J的功；
（2）这些汽油完全燃烧放出的热量为1.38×107J；
（3）发动机的效率为26.1%。
【解析】（1）已知汽车匀速行驶时受到的阻力为f＝1200N，
由二力平衡的条件可知汽车的牵引力为：F＝f＝1200N，
则牵引力做的功为：W＝Fs＝1200N×3×103m＝3.6×106J；
（2）这些汽油完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.3kg＝1.38×107J；
（3）发动机的效率为：η＝＝≈26.1%。
答：（1）牵引力做了3.6×106J的功；
（2）这些汽油完全燃烧放出的热量为1.38×107J；
（3）发动机的效率为26.1%。
1．（2023 前郭县二模）一桶汽油用掉了一半，发生变化的物理量是（　　）
A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量
【答案】D
【解析】A、单位质量的某种物质温度升高1℃所吸收的热量叫做这种物质的比热容。比热容是物质的一种特性，同种物质比热容是一定的，比热容与物体的质量、升高的温度、吸收的热量都无关，故A不符合题意。
B、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。由热值定义可知，热值是燃料的一种特性，与燃料的质量无关，同种燃料热值是一定的，故B不符合题意；
C、某种物质单位体积的质量叫做密度。由密度定义可知，密度是物体的质量与体积的比值，同种物质，质量与体积成正比。所以密度与物体的质量和体积是无关的，即使物体的质量、体积发生了变化，但它们的比值是不变的，故C不符合题意；
D、物体内所含物质的多少叫做质量。一桶煤油用去一半，则剩余的煤油是原来的一半，因此煤油的质量发生了变化，故D符合题意；故选：D。
2．（2023 长春一模）如图所示是某款汽车能量转化示意图，则汽车的效率是（　　）
A．7% B．30% C．33% D．40%
【答案】B
【解析】汽车的效率是η＝100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，故ACD错误，B正确。故选：B。
3．（2023 福州模拟）北京第24届冬奥会火炬“飞扬”采用氢作为燃料，除了环保属性外，还利用了氢具有（　　）
A．较小的密度 B．较大的比热容
C．较低的沸点 D．较大的热值
【答案】D
【解析】采用氢作为燃料，原因是氢具有较大的热值，完全燃烧相同质量的液态氢时，可以放出更多的热量。
故选：D。
4．（2023 特克斯县三模）2022年，我国处于使用状态的汽车数量近2亿辆。若每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机的效率提高到36%，全国每年可以节约燃油（　　）
A．6×1010 t B．3.6×109 t C．6×107t D．3.6×107t
【答案】C
【解析】因为汽车做的有用功为W＝Q放η＝mqη，提高效率前后，每辆汽车每年做的有用功相等，
则m1qη1＝m2qη2，即m1η1＝m2η2，1.8t×30%＝m2×36%，
解得：m2＝1.5t，
每辆汽车每年耗油节省的质量m＝m1﹣m2＝1.8t﹣1.5t＝0.3t，
全国每年可以节约燃油m总＝nm＝2×108×0.3t＝6×107t，故C正确，ABD错误。故选：C。
5．（2023 鹤山市校级二模）如图用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．天然气燃烧越充分，热值越大
B．包子的温度越高所含热量越多
C．“蒸包子”是通过做功的方式改变包子内能的
D．锅盖被“顶起”，该过程将内能转化为机械能
【答案】D
【解析】A、热值是燃料本身的一种特性，热值由燃料本身决定，与燃料是否充分燃烧无关，故A错误；
B、在质量不变时，包子的温度越高，内能越大，但不能说所含的热量越多，因为热量是一个过程量，不能用“含有”、“具有”来描述，故B错误；
C、“蒸包子”时，包子吸收热量，内能增加，温度升高，是通过热传递的方式改变包子的内能，故C错误；
D、锅盖被“顶起”时，水蒸气对锅盖做功，将内能转化为机械能，故D正确。故选：D。
6．（2023 二道区校级模拟）小明测试了自己家中分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为：木柴约100kg，烟煤约40kg，液化石油气约15kg，煤气约30kg，这四种燃料中哪种燃料的热值最高（　　）
A．木柴 B．烟煤 C．液化石油气 D．煤气
【答案】C
【解析】
从题可知，四口之家每月需要的能量是相同的，即四种燃料燃烧放出的热量相同，
而m木柴＝100kg，m烟煤＝40kg，m煤气＝30kg，m液化石油气＝15kg，
由公式q＝可知，在放出热量相同，质量越小，热值越大，
所以，液化石油气的热值最高。故选：C。
7．（2023 郯城县二模）关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体内能大
B．物体吸收热量，温度不一定升高
C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大
D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高得快
【答案】B
【解析】A．内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度高的物体内能不一定大，故A错误；
B．物体吸收了热量，其温度不一定升高，内能一定增大，例如晶体的熔化，吸收热量、内能增大、温度不变，故B正确；
C．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料燃烧的是否充分等因素无关，故C错误；
D．质量相同的水和沙子，加热相同的时间，即吸收相同的热量，又因为水的比热容大于沙子的比热容，根据吸收热量的计算公式Q吸＝cmΔt，水升高的温度低，即温度升高的更慢，故D正确。故选：B。
8．（2023 铁锋区模拟）汽油的热值是4.6×107J/kg，沼气的热值约为2×107J/m3，则完全燃烧0.5kg的汽油所放出来的热量如果由沼气来提供，需要沼气的体积是下列选项的哪一个？（　　）
A．0.15m3 B．1.15m3 C．11.5m3 D．4.6m3
【答案】B
【解析】汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝q汽油m＝4.6×107J/kg×0.5kg＝2.3×107J，
由Q放＝qV知，需要沼气的体积：
V＝＝＝1.15m3。故选：B。
9．（2023 莱芜区模拟）双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将（　　）
A．始终不变 B．逐渐变小 C．逐渐变大 D．先小后大
【答案】A
【解析】燃料的热值仅与燃料的种类有关，与燃料燃烧放出热量的多少无关，双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将始终不变，故A正确，BCD错误。故选：A。
10．（2023 内江模拟）甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）
A．甲比乙做的有用功少
B．甲比乙消耗的燃料多
C．在做相同有用功的条件下，甲损失的能量少
D．在做相同有用功的条件下，甲消耗的燃料多
【答案】D
【解析】A、若消耗相同的燃料时，甲的效率低，说明甲做的有用功少，由于不知道消耗燃料多少的关系，所以无法确定甲比乙做的有用功少，故A错误；
B、甲的效率比乙的低，但由于不知道有用功的大小关系，所以不能确定甲比乙消耗的燃料多，故B错误；
C、做相同的有用功时，甲的效率低，甲消耗的燃料多，则甲损失能量的就多，故C错误；
D、做相同的有用功时，甲的效率低，说明甲消耗的油多，故D正确。故选：D。
11．（2023 德惠市校级模拟）为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（　　）
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．尽量减少热机工作的时间
【答案】D
【解析】热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。所以减少热量的损失可以提高热机的效率。所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故ABC不符合题意；
减少热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故D符合题意。故选：D。
12．（2023 西山区二模）艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位，达到防病治病的目的。如图所示，艾灸时远远就能闻到艾烟的气味，这是 　　现象；若一根质量为0.08kg的艾条完全燃烧能放出2.24×106J的热量，则艾条的热值为 　　J/kg。
【答案】扩散；2.8×107。
【解析】（1）艾灸时远远就能闻到艾烟的气味，这是扩散现象，说明分子在不停地做无规则运动；
（2）艾条的热值为：q＝＝＝2.8×107J/kg。
13．（2023 汕头二模）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会 　　（选填“升高”、“降低”或“不变”）。某型号汽车发动机的能量流向图如图所示，该发动机完全燃烧0.2kg的汽油能够获得 　　J的能量，这些能量能产生 　　J的有用功。（汽油的热值为4.6×107J/kg）
【答案】降低；9.2×106；2.76×106。
【解析】（1）汽车发动机工作时将内能转化为机械能，冒“黑烟“说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出总能量的比值比较小，所以发动机的效率降低；
（2）完全燃烧0.2kg的汽油产生的热量Q放＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J；
由图可知，汽车输出的有用功所占总能量的比例为：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，即汽车的效率为η＝30%，
则产生的有用功W有用＝ηQ放＝30%×9.2×106J＝2.76×106J。
1．（2020 甘孜州）下列关于热值和热机效率的说法，正确的是（　　）
A．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C．柴油机的热机效率通常为100%
D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
【答案】D
【解析】AB、热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与放出的热量或燃烧是否充分等因素无关，故A、B错误；
C、热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，因此机械效率不可能达到100%，故C错误；
D、使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，因此可以提高热机的效率，故D正确。故选：D。
2．（2022 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】（1）热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，与燃料是否完全燃烧无关，与产生的热量无关，故AB错误、C正确；
（2）由Q放＝mq可知，燃料燃烧放出的热量，与燃料的质量、热值和是否完全燃烧有关，与燃烧的温度无关，故D错误。故选：C。
3．（2022 长春）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　）
A．7% B．28%
C．31% D．34%
【答案】D
【解析】由内燃机的能量流向图知，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出能量的34%，即内燃机的效率为34%。故选：D。
4．（2021 苏州）如图是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的甲、乙两组实验装置。下列关于该两组实验的说法正确的是（　　）
A．每组实验中，燃料的质量均应相等
B．每组实验中，杯中物质的质量均应相等
C．甲组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少
D．乙组实验中，可以根据加热时间的长短来比较吸热的多少
【答案】B
【解析】AB、根据比较不同燃料燃烧放出的热量大小和探究“不同物质吸热升温现象”两实验的要求，容器中被加热物质的质量都要相同，而探究“不同物质吸热升温现象”实验时，不需要控制燃料的质量相同，故A错误，B正确；
C、甲组实验中，可以根据加热时间来比较吸热的多少，故C错误；
D、乙组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少，故D错误。故选：B。
5．（2020 桂林）酒精的热值为3.0×107J/kg、比热容为2.4×103J/（kg ℃）以下说法中正确的是（　　）
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
【答案】C
【解析】AB、热值和比热容的大小与燃料的燃烧情况、燃料的质量无关，故AB错误；
C、酒精的热值为3.0×107J/kg，表示完全燃烧1kg酒精可放出3.0×107J的热量，故C正确；
D、酒精的比热容为2.4×103J/（kg ℃），它表示1kg酒精的温度升高1℃需要吸收2.4×103J的热量，故D错误。故选：C。
6．（2020 无锡）煤炭是一种重要能源。为判断煤炭品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的（　　）
A．比热容 B．密度 C．热值 D．温度
【答案】C
【解析】热值是燃料的一种特性，单位质量的煤完全燃烧时所释放出的热量越大，说明该煤的热值越大，即是优质煤炭，故C正确。故选：C。
（多选）7．（2021 黑龙江）下列说法正确的是（　　）
A．内燃机消耗的燃料越多，其效率越高
B．物体吸收热量，其温度一定升高
C．外界对物体做功，物体内能可能增加
D．在热传递过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体
【答案】CD
【解析】A、热机效率是指热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比，这个比值越大，效率就越高，内燃机消耗的燃料越多，所做有用功多少未知，其效率不一定越高，故A错误；
B、物体吸收热量，内能增加，温度不一定升高。如晶体熔化时，吸收热量，温度保持不变，故B错误；
C、外界对物体做功，其它形式能转化为内能，物体的内能增加，故C正确；
D、热传递时，热量总是自发地从高温物体转移到低温物体，故D正确。故选：CD。
8．（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，燃料燃烧释放的内能转化为机械能；
发动机的效率是指，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，散失的能量越少，用来做有用功的那部分的能量就越多，即效率越高。故答案为：机械；高。
9．（2022 菏泽）三峡水电站年发电量约为8×1010kW h，合 　　J（用科学记数法表示）。已知燃煤发电的效率为40%，标准煤的热值为3×107J/kg，三峡水电站运行一年大约为国家节约 　2　万吨标准煤。
【答案】2.88×1017；2400。
【解析】（1）年发电量W年＝8×1010kW h＝8×1010×3.6×106J＝2.88×1017J；
（2）若是燃煤火力发电，需要完全燃烧煤放出的热量：
Q放＝＝＝7.2×1017J，
由Q放＝m煤q得需要煤的质量：
m煤＝＝＝2.4×1010kg＝2400×104t＝2400万吨。故答案为：2.88×1017；2400。
10．（2022 泰安）沼气是一种清洁燃料，部分地区因地制宜建造沼气池，利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为1.9×107J/m3，完全燃烧0.2m3沼气，放出的热量为 　3.8×106　J。
【答案】3.8×106
【解析】沼气完全燃烧放出的热量：Q放＝V沼气q沼气＝0.2m3×1.9×107J/m3＝3.8×106J。故答案为：3.8×106。
11．（2022 齐齐哈尔）某燃气热水器使用天然气作为燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量为 　　J（q天然气＝3.2×107J/m3）。如果这些热量完全被水吸收，则水的内能 　　（选填“增大”、“不变”或“减小”）。
【答案】6.4×105；增大。
【解析】0.02m3天然气完全燃烧释放的热量是：Q＝Vq天然气＝0.02m3×3.2×107J/m3＝6.4×105J；在此过程中，水吸收热量，内能增大。故答案为：6.4×105；增大。
12．（2021 怀化）安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100kg、温度为20℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60℃，则水吸收的热量是 　　J，这些能量相当于完全燃烧 　　m3天然气放出的热量。[c水＝4.2×103J/（kg ℃），q天然气＝4.2×107J/m3]
【答案】1.68×107；0.4。
【解析】（1）水吸收的热量：Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（60℃﹣20℃）＝1.68×107J；
（2）Q放＝Q吸＝1.68×107J，根据Q放＝qV可知这些能量相当于完全燃烧天然气的体积：V＝＝＝0.4m3。故答案为：1.68×107；0.4。第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热效率。
一、热值：
1.概念：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；
2.大小：热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量；
3.公式： （或 一般用于气体、液体燃料）
（1）其中：m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值
（2）公式变形： （已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）
（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）
4.单位：焦每千克（符号是J/kg）。
（1）热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成；
（2）在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J），质量的单位是千克（kg）
5.影响因素：热值是燃料本身的一种特性，只与 燃料的种类 和 状态 有关，
与燃料的形态、质量、体积等均无关；
6.常见物质的热值：
①煤气的热值约为3.9×107J/m3，
物理意义为：体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
②焦炭的热值3.0×107J/kg，
物理意义为：质量为1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
二、热机的效率：
1.概念：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率；
2.公式：
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法：
（1）废气回收利用：减少机械散热和废气带走热量；
（2）使燃料充分燃烧：雾化液体燃料、粉碎固体燃料，通气足够；
（3）减少机械摩擦损失。
知识点一：热值
【探究重点】
1、热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等均无关。
2、燃料燃烧过程：化学能转化为内能。
3、热值反映了燃料燃烧特性，即不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小，是一个理想量，只与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧无关，不随质量、体积的变化而变化。
4、在学习热值的概念时，应注意以下几点
①“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。
②强调所取燃料的质量为“lkg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。
③“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。
④燃料燃烧放出的热量的计算：一定质量m的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=mq，式中，q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示燃料的质量，单位是kg；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。
⑤若燃料是气体燃料，一定体积V的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=qv，式中，q表示燃料的热值，单位是J/m3；V表示燃料的体积，单位是m3；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。
【例题精讲】（2023 邵阳）2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（　　）
A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积
【巩固训练】（2022 镇江）如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。
燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　）
A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大
B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大
C．若的值越大，燃料的热值越大
D．若的值越大，燃料的热值越大
知识点二：热机效率
【探究重点】
1、公式： 或
因为热机在工作过程中总是有能量损失，所以。
2、热机的能量流图
3、热机的效率的计算一般有两种方法，一种是有用功与总功的比值，第二种是根据能流图进行计算。在很多热机效率类题型中，Q吸往往通过比热容计算，Q放往往用热值计算。
4、求解热机效率的思维路径
（1）在大脑中要知道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。
（2）根据题意研究燃料完全燃烧释放的能量Q放 =mq，做有用功的能量W有。
（3）若用W有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。则求解热机效率就可以写成数学表达式
η= W有/Q放 。
注意：燃料不充分完全燃烧、各种热散失、各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量、废气带走的能量都是属于无用功的能量。
【例题精讲】（2023 长春）如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（duì）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水流出变轻后，石锤落下击打石臼内的谷物。该槽碓（　　）
A．机械效率可达100% B．是杠杆
C．机械效率可超过100% D．是热机
【巩固训练】（2021 聊城）一辆汽车以20m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的阻力为1200N，燃烧了0.3kg汽油。（汽油的热值q＝4.6×107J/kg）求：
（1）牵引力做了多少功；
（2）这些汽油完全燃烧放出的热量；
（3）发动机的效率。
1．（2023 前郭县二模）一桶汽油用掉了一半，发生变化的物理量是（　　）
A．比热容 B．热值 C．密度 D．质量
2．（2023 长春一模）如图所示是某款汽车能量转化示意图，则汽车的效率是（　　）
A．7% B．30% C．33% D．40%
3．（2023 福州模拟）北京第24届冬奥会火炬“飞扬”采用氢作为燃料，除了环保属性外，还利用了氢具有（　　）
A．较小的密度 B．较大的比热容
C．较低的沸点 D．较大的热值
4．（2023 特克斯县三模）2022年，我国处于使用状态的汽车数量近2亿辆。若每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机的效率提高到36%，全国每年可以节约燃油（　　）
A．6×1010 t B．3.6×109 t C．6×107t D．3.6×107t
5．（2023 鹤山市校级二模）如图用蒸锅在天然气灶上烧水蒸包子的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．天然气燃烧越充分，热值越大
B．包子的温度越高所含热量越多
C．“蒸包子”是通过做功的方式改变包子内能的
D．锅盖被“顶起”，该过程将内能转化为机械能
6．（2023 二道区校级模拟）小明测试了自己家中分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为：木柴约100kg，烟煤约40kg，液化石油气约15kg，煤气约30kg，这四种燃料中哪种燃料的热值最高（　　）
A．木柴 B．烟煤 C．液化石油气 D．煤气
7．（2023 郯城县二模）关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（　　）
A．温度高的物体内能大
B．物体吸收热量，温度不一定升高
C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大
D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高得快
8．（2023 铁锋区模拟）汽油的热值是4.6×107J/kg，沼气的热值约为2×107J/m3，则完全燃烧0.5kg的汽油所放出来的热量如果由沼气来提供，需要沼气的体积是下列选项的哪一个？（　　）
A．0.15m3 B．1.15m3 C．11.5m3 D．4.6m3
9．（2023 莱芜区模拟）双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将（　　）
A．始终不变 B．逐渐变小 C．逐渐变大 D．先小后大
10．（2023 内江模拟）甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）
A．甲比乙做的有用功少
B．甲比乙消耗的燃料多
C．在做相同有用功的条件下，甲损失的能量少
D．在做相同有用功的条件下，甲消耗的燃料多
11．（2023 德惠市校级模拟）为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（　　）
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．尽量减少热机工作的时间
12．（2023 西山区二模）艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧产生的热量刺激人体穴位，达到防病治病的目的。如图所示，艾灸时远远就能闻到艾烟的气味，这是 　　现象；若一根质量为0.08kg的艾条完全燃烧能放出2.24×106J的热量，则艾条的热值为 　　J/kg。
13．（2023 汕头二模）当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率会 　　（选填“升高”、“降低”或“不变”）。某型号汽车发动机的能量流向图如图所示，该发动机完全燃烧0.2kg的汽油能够获得 　　J的能量，这些能量能产生 　　J的有用功。（汽油的热值为4.6×107J/kg）
1．（2020 甘孜州）下列关于热值和热机效率的说法，正确的是（　　）
A．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C．柴油机的热机效率通常为100%
D．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
2．（2022 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
3．（2022 长春）内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　）
A．7% B．28%
C．31% D．34%
4．（2021 苏州）如图是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的甲、乙两组实验装置。下列关于该两组实验的说法正确的是（　　）
A．每组实验中，燃料的质量均应相等
B．每组实验中，杯中物质的质量均应相等
C．甲组实验中，可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少
D．乙组实验中，可以根据加热时间的长短来比较吸热的多少
5．（2020 桂林）酒精的热值为3.0×107J/kg、比热容为2.4×103J/（kg ℃）以下说法中正确的是（　　）
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
6．（2020 无锡）煤炭是一种重要能源。为判断煤炭品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的（　　）
A．比热容 B．密度 C．热值 D．温度
（多选）7．（2021 黑龙江）下列说法正确的是（　　）
A．内燃机消耗的燃料越多，其效率越高
B．物体吸收热量，其温度一定升高
C．外界对物体做功，物体内能可能增加
D．在热传递过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体
8．（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”）。
9．（2022 菏泽）三峡水电站年发电量约为8×1010kW h，合 　　J（用科学记数法表示）。已知燃煤发电的效率为40%，标准煤的热值为3×107J/kg，三峡水电站运行一年大约为国家节约 　　万吨标准煤。
10．（2022 泰安）沼气是一种清洁燃料，部分地区因地制宜建造沼气池，利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为1.9×107J/m3，完全燃烧0.2m3沼气，放出的热量为 　　J。
11．（2022 齐齐哈尔）某燃气热水器使用天然气作为燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然气，则这些天然气完全燃烧放出的热量为 　　J（q天然气＝3.2×107J/m3）。如果这些热量完全被水吸收，则水的内能 　　（选填“增大”、“不变”或“减小”）。
12．（2021 怀化）安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100kg、温度为20℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60℃，则水吸收的热量是 　　J，这些能量相当于完全燃烧 　　m3天然气放出的热量。[c水＝4.2×103J/（kg ℃），q天然气＝4.2×107J/m3]

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