资源简介

第3节　热机的效率　
　第4节　跨学科实践：制作简易热机模型　
第1课时　燃料的热值
　　　　　　　　　　　　
知识点1　燃料的热值
1．［新素材·现代科技］2024年10月15日，长征六号改运载火箭在太原卫星发射中心点火起飞，发射任务取得圆满成功。火箭的燃料常使用液态氢，主要是因为它的　热值　大。火箭外壳由于与大气摩擦温度迅速升高，这是通过　做功　的方式改变内能的。
2．有一瓶100 g的酒精，热值为3.0×107 J/kg，若用掉一半，剩下酒精的热值为　3.0×107　J/kg；酒精的热值是3.0×107 J/kg，它的物理意义是　1 kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J　。
3．［跨学科·物理学与日常生活］班级厨艺展示活动中，用煤气炉烹饪食物主要是通过　热传递　(选填“做功”或“热传递”)的方式增大食物的内能；现场香气四溢属于　扩散　现象，表明分子在不停地做无规则运动。活动结束，剩余煤气的热值　不变　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
知识点2　热值公式的简单计算
4．将焚烧生活垃圾放出的热量用来发电，是综合利用垃圾的一种方法。据资料显示，目前，全国每年城市生活垃圾约有1.6×108 t。若焚烧1 t垃圾可放出1.5×1010 J热量，且我国每年的城市生活垃圾全部焚烧，则放出的热量是　2.4×1018　J，这相当于　8×1010　kg煤炭完全燃烧放出的热量。(煤炭的热值为3.0×107 J/kg)
5．［易错题］在标准大气压下，使用煤气灶将2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃，水吸收的热量是　6.72×105 J　，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧　0.016　kg的煤气，未使用完的煤气的热值　不变　(选填“增大”或“减小”或“不变”)。［水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值q煤气＝4.2×107 J/ kg］
6．用汽油和柴油在相同条件下烧开同样多的水，发现汽油的使用量更少，说明　汽油　(选填“汽油”或“柴油”)的热值更高；在使用中，汽油在不完全燃烧的情况下，它的热值　不变　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
7．农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤，完全燃烧0.5 kg的秸秆煤可放出　1.05×107　J的热量；若这些热量完全被质量为100 kg、初温为20 ℃的水吸收，可使水温升高到　45　℃。［已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
8．［连云港中考］下列关于燃料的热值说法正确的是( D )
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是3.0×107 J/kg，完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
9．［新课标·科学论证］如图是研究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置，下列有关这个实验的说法，不正确的是( B )
A．该实验要控制水的质量相等
B．该实验要控制燃料加热时间相等
C．该实验燃料的质量要相等
D．该实验要让燃料完全燃烧
　第2课时　热机的效率　
　　　　　　　　　　　　
知识点1　热机的效率
1．某型号汽油机的飞轮转速是1 200 r/min，则该汽油机每秒钟完成　10　个做功冲程，其中　压缩　冲程将机械能转化为内能，当汽油燃烧不充分时，排气管会冒“黑烟”，此时汽油机的效率将　变小　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
2．现代生活离不开汽车，某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2 000 J，输出的动能为300 J，且有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为　15%　。
3．某单缸四冲程汽油机在1 s内完成了10个工作循环，则该汽油机工作时，飞轮的转速为　1 200　r/min。此汽油机在一个工作循环中消耗了6 g汽油，已知这台汽油机的效率为30%，则它在一个工作循环中输出的有用机械能为　8.28×104　J，该汽油机的输出功率为　8.28×105　W。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
4．关于热机的效率，下列说法中正确的是( D )
A．热机做的有用功越多，效率就一定高
B．热机的功率大，效率就一定高
C．热机消耗的燃料越多，效率就越低
D．以上说法都不正确
5．［新情境·环境保护］为了节约能源，需要提高热机效率，关于提高热机效率，下列说法正确的是( D )
A．尽量使用热值大的燃料
B．采用先进的制造技术，能将热机的机械效率提高到100%
C．尽量增加热机工作时间
D．尽量减少废气带走的热量
知识点2　简易热机模型
6．［雅安中考］小明利用如图所示的装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过　热传递　(选填“热传递”或“做功”)的方式改变水的内能，水蒸气驱动小风车转动起来。该实验体现了　热机　(选填“热机”或“电动机”)的工作原理。
7．［枣庄中考］古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况不同的是( A )
A．内燃机的做功冲程
B．内燃机的压缩冲程
C．钻木取火
D．流星雨的形成
8．［易错题］某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3 600转，则每秒对外做功　30　次，每次对外做功115 J，该汽油机的效率为25%，连续工作半小时需消耗汽油　0.54　kg。(q汽油＝4.6×107 J/ kg)
9．［新素材·现代科技］我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18 m/s的速度匀速行驶了5 min，消耗汽油0.3 kg，汽车发动机的牵引力是1 000 N。已知汽油的热值为4.5×107 J/kg，则消耗的汽油完全燃烧产生的热量是　1.35×107　J，发动机的效率是　40%　。
10．［新课标·科学论证］有甲、乙两台汽油机，若在同一时间内甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样时间内，甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比为( B )
A．2∶5　　B．8∶5　　C．5∶8　　D．5∶2
11．［跨学科·物理学与日常生活］随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72 km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的路程为108 km，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg，小汽车发动机的效率为25%。则关于小汽车在这段路程中，下列说法不正确的是( D )
A．运动的时间为1.5 h
B．发动机所做的功为1.08×108 J
C．汽车所受的阻力为1 000 N
D．消耗汽油的质量为5 kg
12．［苏州中考］如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2 L初温为25 ℃的水，用卡式炉加热至100 ℃，消耗了25 g丁烷气体［水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，丁烷的热值为4.8×107 J/kg］。求：
(1)壶中水的质量。
(2)水吸收的热量。
(3)卡式炉的加热效率。
解：(1)壶中水的质量m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×2×10－3 m3＝2 kg。
(2)水吸收的热量Q吸＝c水m水Δt水＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－25 ℃)＝6.3×105 J。
(3)丁烷气体完全燃烧放出的热量Q丁烷＝m丁烷q丁烷＝25×10－3 kg×4.8×107 J/kg＝1.2×106 J，卡式炉的加热效率η＝×100%＝×100%＝52.5%。
13．［新素材·现代科技］如图所示，是新开发的一款无人驾驶汽车，汽车自动驾驶时用激光测距器来了解周围的交通状况，使用北斗卫星导航系统进行定位和导航，该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离时，消耗汽油2 kg，汽油机的效率为30%，在这段行驶过程中［已知汽油的热值为4.5×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］，求：
(1)在匀速行驶过程中，汽车的牵引力为1 000 N，则消耗2 kg汽油，汽车可以行驶的路程是多少？
(2)假设该汽车在这次行驶过程中，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%，若这些废气带走的能量全部被质量为200 kg的水吸收，水升高的温度是多少(水未沸腾)？
(3)如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油质量是多少？
解：(1)2 kg汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝2 kg×4.5×107 J/kg＝9×107 J，汽油机的效率为30%，根据η＝×100%可知，牵引力所做的有用功W＝ηQ＝30%×9×107 J＝2.7×107 J，由W＝Fs得，汽车可以行驶的路程s＝＝2.7×104 m。
(2)由题知，发动机排出的废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的42%，且这些能量全部被水吸收，则水吸收的热量Q吸＝Q废气＝42%×Q放＝42%×9×107 J＝3.78×107 J，由Q吸＝cmΔt得，水升高的温度Δt＝＝45 ℃。
(3)由题意可知，两种情况下汽车所做的有用功W相同，由W＝ηQ放可得，W＝η1＝η2，即30%mq＝40%m'q，所以效率提高后消耗的汽油质量 m'＝＝1.5 kg。第3节　热机的效率　
　第4节　跨学科实践：制作简易热机模型　
第1课时　燃料的热值
　　　　　　　　　　　　
知识点1　燃料的热值
1．［新素材·现代科技］2024年10月15日，长征六号改运载火箭在太原卫星发射中心点火起飞，发射任务取得圆满成功。火箭的燃料常使用液态氢，主要是因为它的　 　大。火箭外壳由于与大气摩擦温度迅速升高，这是通过　 　的方式改变内能的。
2．有一瓶100 g的酒精，热值为3.0×107 J/kg，若用掉一半，剩下酒精的热值为　 　J/kg；酒精的热值是3.0×107 J/kg，它的物理意义是　 　。
3．［跨学科·物理学与日常生活］班级厨艺展示活动中，用煤气炉烹饪食物主要是通过　 　(选填“做功”或“热传递”)的方式增大食物的内能；现场香气四溢属于　 　现象，表明分子在不停地做无规则运动。活动结束，剩余煤气的热值　 　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
知识点2　热值公式的简单计算
4．将焚烧生活垃圾放出的热量用来发电，是综合利用垃圾的一种方法。据资料显示，目前，全国每年城市生活垃圾约有1.6×108 t。若焚烧1 t垃圾可放出1.5×1010 J热量，且我国每年的城市生活垃圾全部焚烧，则放出的热量是　 　J，这相当于　 　kg煤炭完全燃烧放出的热量。(煤炭的热值为3.0×107 J/kg)
5．［易错题］在标准大气压下，使用煤气灶将2 kg的水从20 ℃加热到100 ℃，水吸收的热量是　 　，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧　 　kg的煤气，未使用完的煤气的热值　 　(选填“增大”或“减小”或“不变”)。［水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值q煤气＝4.2×107 J/ kg］
6．用汽油和柴油在相同条件下烧开同样多的水，发现汽油的使用量更少，说明　 　(选填“汽油”或“柴油”)的热值更高；在使用中，汽油在不完全燃烧的情况下，它的热值　 　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
7．农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤，完全燃烧0.5 kg的秸秆煤可放出　 　J的热量；若这些热量完全被质量为100 kg、初温为20 ℃的水吸收，可使水温升高到　 　℃。［已知q秸秆煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
8．［连云港中考］下列关于燃料的热值说法正确的是( )
A．燃料燃烧越充分，其热值越大
B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小
D．焦炭的热值是3.0×107 J/kg，完全燃烧1 kg焦炭能放出3.0×107 J的热量
9．［新课标·科学论证］如图是研究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置，下列有关这个实验的说法，不正确的是( )
A．该实验要控制水的质量相等
B．该实验要控制燃料加热时间相等
C．该实验燃料的质量要相等
D．该实验要让燃料完全燃烧
　第2课时　热机的效率　
　　　　　　　　　　　　
知识点1　热机的效率
1．某型号汽油机的飞轮转速是1 200 r/min，则该汽油机每秒钟完成　 　个做功冲程，其中　 　冲程将机械能转化为内能，当汽油燃烧不充分时，排气管会冒“黑烟”，此时汽油机的效率将　 　(选填“变大”“变小”或“不变”)。
2．现代生活离不开汽车，某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2 000 J，输出的动能为300 J，且有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为　 　。
3．某单缸四冲程汽油机在1 s内完成了10个工作循环，则该汽油机工作时，飞轮的转速为　 　r/min。此汽油机在一个工作循环中消耗了6 g汽油，已知这台汽油机的效率为30%，则它在一个工作循环中输出的有用机械能为　 　J，该汽油机的输出功率为　 　W。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
4．关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A．热机做的有用功越多，效率就一定高
B．热机的功率大，效率就一定高
C．热机消耗的燃料越多，效率就越低
D．以上说法都不正确
5．［新情境·环境保护］为了节约能源，需要提高热机效率，关于提高热机效率，下列说法正确的是( )
A．尽量使用热值大的燃料
B．采用先进的制造技术，能将热机的机械效率提高到100%
C．尽量增加热机工作时间
D．尽量减少废气带走的热量
知识点2　简易热机模型
6．［雅安中考］小明利用如图所示的装置进行实验，加热试管使水沸腾是通过　 　(选填“热传递”或“做功”)的方式改变水的内能，水蒸气驱动小风车转动起来。该实验体现了　 　(选填“热机”或“电动机”)的工作原理。
7．［枣庄中考］古代的人们曾发明一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况不同的是( )
A．内燃机的做功冲程
B．内燃机的压缩冲程
C．钻木取火
D．流星雨的形成
8．［易错题］某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3 600转，则每秒对外做功　 　次，每次对外做功115 J，该汽油机的效率为25%，连续工作半小时需消耗汽油　 　kg。(q汽油＝4.6×107 J/ kg)
9．［新素材·现代科技］我国自主研制的“红旗HQ3”无人驾驶汽车在某段平直公路上进行测试，汽车以18 m/s的速度匀速行驶了5 min，消耗汽油0.3 kg，汽车发动机的牵引力是1 000 N。已知汽油的热值为4.5×107 J/kg，则消耗的汽油完全燃烧产生的热量是　 　J，发动机的效率是　 　。
10．［新课标·科学论证］有甲、乙两台汽油机，若在同一时间内甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样时间内，甲、乙两汽油机消耗的汽油质量之比为( )
A．2∶5　　B．8∶5　　C．5∶8　　D．5∶2
11．［跨学科·物理学与日常生活］随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72 km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的路程为108 km，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg，小汽车发动机的效率为25%。则关于小汽车在这段路程中，下列说法不正确的是( )
A．运动的时间为1.5 h
B．发动机所做的功为1.08×108 J
C．汽车所受的阻力为1 000 N
D．消耗汽油的质量为5 kg
12．［苏州中考］如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2 L初温为25 ℃的水，用卡式炉加热至100 ℃，消耗了25 g丁烷气体［水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，丁烷的热值为4.8×107 J/kg］。求：
(1)壶中水的质量。
(2)水吸收的热量。
(3)卡式炉的加热效率。
13．［新素材·现代科技］如图所示，是新开发的一款无人驾驶汽车，汽车自动驾驶时用激光测距器来了解周围的交通状况，使用北斗卫星导航系统进行定位和导航，该款车以某速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离时，消耗汽油2 kg，汽油机的效率为30%，在这段行驶过程中［已知汽油的热值为4.5×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］，求：
(1)在匀速行驶过程中，汽车的牵引力为1 000 N，则消耗2 kg汽油，汽车可以行驶的路程是多少？
(2)假设该汽车在这次行驶过程中，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%，若这些废气带走的能量全部被质量为200 kg的水吸收，水升高的温度是多少(水未沸腾)？
(3)如果汽油机的效率提高到40%，其他条件都不变，那么汽车在这段路程消耗的汽油质量是多少？

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