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第3节　热机的效率(第1课时)
@基础巩固
比较不同燃料的放热能力
1.[物理观念]为获得强大的推动力，发射火箭常选择氢燃料，这主要是由于氢燃料的 (　 　)
A.比热容大 B.热值大 C.密度大 D.质量大
2.关于燃料和热值，以下说法正确的是 (　 　)
A.某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
B.若燃料燃烧不充分时，热值将变小
C.当燃料未燃烧时，其热值为零
D.燃料的热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
3.[科学探究](2024·广州月考)如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同.燃料的质量都是10 g，烧杯内的液体初温相同.
(1)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择 两图进行实验；在实验中，三个烧杯中a、b液体的质量必须控制 (选填“相等”或“不同”).物理学中，这种实验方法叫作 法.
(2)通过实验得到的燃料热值与实际相比偏 (选填“大”或“小”)，你认为出现这样情况的主要原因是： .
与燃料燃烧放热有关的计算
4.完全燃烧0.5 kg某种燃料时放出的热量为0.6×107 J，则该燃料的热值为 J/kg，燃烧过程发生的能量转化是 .
5.柴油的热值为4.3×107 J/kg，现有柴油4 kg，选其中一半完全燃烧，放出的热量是 J，剩余柴油的热值是 J/kg.
6.干木柴的热值是1.2×107 J/kg，它的物理意义是完全燃烧1 kg的干木柴，放出的热量是 J.完全燃烧 kg的干木柴，能放出6×107 J的热量.如果干木柴燃烧不充分，它的热值将 (选填“变大”“变小”或“不变”).
@能力提升
7.(2024·广州期末)两种不同材料的燃料，甲的质量为2 kg，乙的质量为1 kg，两者温度都升高1 ℃，甲、乙燃料吸收的热量如图1所示，甲、乙燃料完全燃烧后放出的热量如图2所示，则 (　 　)
图1 图2
A.甲的比热容大于乙的比热容
B.甲的热值大于乙的热值
C.甲、乙的温度都降低 1 ℃，甲、乙放出的热量一样多
D.相同质量的甲、乙燃料完全燃烧放出的热量一样多
【解析】甲的质量为2 kg，乙的质量为1 kg，两者温度都升高1 ℃，由题图1可知，甲、乙都吸收了4 000 J的热量，由c＝可得c甲＝＝＝2 000 J/(kg·℃)，c乙＝＝＝4 000 J/(kg·℃)，由此可得c甲＜c乙，2c甲＝c乙，又因为甲的质量是乙的质量的2倍，根据Q＝cmΔt可知，甲、乙的温度都降低1 ℃，甲、乙放出的热量一样多，故A错误、C正确；由题图2及题意可知，甲的热值q甲＝＝＝1×107 J/kg，乙的热值q乙＝＝＝4×107 J/kg，故q乙＞q甲，可知相同质量的甲、乙两燃料完全燃烧放出的热量，乙燃料更多，故BD错误.
8.[物理学与日常生活](2024·阳江期末改编)放假在家，小陈利用燃气灶烧水，他观察到燃气表(图甲中燃气表的读数为245.05 m3，)前后变化如图甲、乙所示，燃气的热值为4.2×107 J/m3.
(1)燃烧过程中，燃气的热值 (选填“变大”“变小”或“不变”).
(2)在这段时间内，共用了 m3的燃气，放出的热量为 J.(假设燃气完全燃烧)
(3)若水壶的体积为5 L，水的初温为20 ℃，且燃气燃烧放出的热量完全被水吸收，则这一满壶水可被加热至 ℃.[标准大气压下，ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
@拓展培优
9.[科学思维](2024·广州月考)查阅表格数据，回答以下问题.
燃料 热值/(J·kg－1) 燃料 热值/(J·m－3)
木炭 3.4×107 天然气 约3.9×107
酒精 3.0×107 沼气 约1.9×107
(1)完全燃烧0.1 m3的天然气，共放出多少热量？
(2)假设0.1 m3的天然气完全燃烧放出的热量约有10％被4 kg的某液体吸收，使液体的温度升高了39 ℃(液体还未沸腾)，则该液体的比热容是多少？
　
第3节　热机的效率(第2课时)
@基础巩固
热机的效率
1.[物理观念]下列关于热机效率的说法正确的是 (　 　)
A.热机的效率越低，它消耗的燃料就越多
B.燃料燃烧不充分时，部分能量被浪费掉，热值将减小
C.通过技术改进，热机效率可以无限增大
D.热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
2.如图为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是 (　 　)
A.该内燃机的效率η＝
B.增大E3，该内燃机的效率一定会增大
C.减小E5，该内燃机的效率一定会增大
D.不可能达到100％
与比热容、热值、热效率有关的综合计算
3.(2024·广州期末)用酒精灯烧水，燃烧0.02 kg酒精放出5.0×105 J的热量，使2 kg的水温度升高5 ℃(水未沸腾).已知酒精的热值为3.0×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃).
(1)若0.02 kg酒精完全燃烧，放出 J的热量.
(2)在本次加热中，水吸收的热量为 J.
(3)本次烧水的效率η＝ .
4.(2024·广州期中)小明看到一则新闻(材料一)，若该汽车行驶过程中牵引力保持1 400 N不变，q氢＝1.4×108 J/kg.
材料一
　　氢能源汽车明年1月开跑
跨时代核心科技——氢燃料发动机，采用全新绿色氢能源，真正实现零排放！
　　加满5 kg氢可跑400公里！　　
材料二
内燃机种类 效率范围
汽油机 20％～30％
柴油机 30％～45％
氢燃料发动机 35％～50％
(1)求5 kg氢完全燃烧放出的热量；
(2)求该汽车行驶400 km牵引力所做的功；
(3)求材料一中，该氢燃料发动机的效率；
(4)小明再查阅了大量资料，总结各种内燃机的效率范围如材料二，据此判断，(3)中算出的效率是否符合材料二？ (选填“是”或“否”).
@能力提升
5.(2024·梅州期中)某地区在冬季利用地热能为用户取暖.某县内有一口自喷状态的地热井，出水温度为 92 ℃，每小时出水量为150 m3.问：[ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)， 天然气的热值为4×107 J/m3]
(1)每小时流出的地热水温度降低到52 ℃时，放出的热量为多少？
(2)如果这些热量由天然气蒸汽锅炉提供，且天然气蒸汽锅炉的热效率为90％，则天然气完全燃烧放出的热量为多少？需完全燃烧天然气的体积为多少？
6.(2024·广州期中)某汽车以72 km/h的速度在公路上沿直线匀速行驶2 000 m，需要燃烧0.1 kg汽油，汽油发动机效率是20％，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，汽油的热值q汽＝4.6×107 J/kg，该过程中：
(1)0.1 kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？
(2)输出有用的能量是多少焦？
(3)假设将此过程损耗的能量重新利用，若只有21％的能量被水吸收，可以使质量为18.4 kg的水温度升高多少摄氏度(水未沸腾)？
@拓展培优
7.[科学思维]如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视.
(1)大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶；请你将图中汽油机工作时的能流图补充完整：① ；② .
(2)下列措施不能提高热机效率的是 (填字母).
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量选用功率更大的发动机
C.尽量减少废气带走的热量
D.尽量减少热机部件间的摩擦损耗
(3)一辆汽车在平直的公路上匀速行驶了2.5 min，燃烧了0.3 kg汽油，牵引力的功率恒为23 kW.求：(汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)
①牵引力做的功；
②这些汽油完全燃烧放出的热量；
③发动机的效率.第3节　热机的效率(第1课时)
@基础巩固
比较不同燃料的放热能力
1.[物理观念]为获得强大的推动力，发射火箭常选择氢燃料，这主要是由于氢燃料的 (　B　)
A.比热容大 B.热值大 C.密度大 D.质量大
2.关于燃料和热值，以下说法正确的是 (　A　)
A.某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
B.若燃料燃烧不充分时，热值将变小
C.当燃料未燃烧时，其热值为零
D.燃料的热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
3.[科学探究](2024·广州月考)如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同.燃料的质量都是10 g，烧杯内的液体初温相同.
(1)比较不同燃料的热值，应选择　甲、乙　两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择　甲、丙　两图进行实验；在实验中，三个烧杯中a、b液体的质量必须控制　相等　(选填“相等”或“不同”).物理学中，这种实验方法叫作　控制变量　法.
(2)通过实验得到的燃料热值与实际相比偏　小　(选填“大”或“小”)，你认为出现这样情况的主要原因是：　燃料燃烧释放的热量无法完全被液体吸收，存在热量损失　.
与燃料燃烧放热有关的计算
4.完全燃烧0.5 kg某种燃料时放出的热量为0.6×107 J，则该燃料的热值为　1.2×107　J/kg，燃烧过程发生的能量转化是　化学能转化为内能　.
5.柴油的热值为4.3×107 J/kg，现有柴油4 kg，选其中一半完全燃烧，放出的热量是　8.6×107　J，剩余柴油的热值是　4.3×107　J/kg.
6.干木柴的热值是1.2×107 J/kg，它的物理意义是完全燃烧1 kg的干木柴，放出的热量是　1.2×107　J.完全燃烧　5　kg的干木柴，能放出6×107 J的热量.如果干木柴燃烧不充分，它的热值将　不变　(选填“变大”“变小”或“不变”).
@能力提升
7.(2024·广州期末)两种不同材料的燃料，甲的质量为2 kg，乙的质量为1 kg，两者温度都升高1 ℃，甲、乙燃料吸收的热量如图1所示，甲、乙燃料完全燃烧后放出的热量如图2所示，则 (　C　)
图1 图2
A.甲的比热容大于乙的比热容
B.甲的热值大于乙的热值
C.甲、乙的温度都降低 1 ℃，甲、乙放出的热量一样多
D.相同质量的甲、乙燃料完全燃烧放出的热量一样多
【解析】甲的质量为2 kg，乙的质量为1 kg，两者温度都升高1 ℃，由题图1可知，甲、乙都吸收了4 000 J的热量，由c＝可得c甲＝＝＝2 000 J/(kg·℃)，c乙＝＝＝4 000 J/(kg·℃)，由此可得c甲＜c乙，2c甲＝c乙，又因为甲的质量是乙的质量的2倍，根据Q＝cmΔt可知，甲、乙的温度都降低1 ℃，甲、乙放出的热量一样多，故A错误、C正确；由题图2及题意可知，甲的热值q甲＝＝＝1×107 J/kg，乙的热值q乙＝＝＝4×107 J/kg，故q乙＞q甲，可知相同质量的甲、乙两燃料完全燃烧放出的热量，乙燃料更多，故BD错误.
8.[物理学与日常生活](2024·阳江期末改编)放假在家，小陈利用燃气灶烧水，他观察到燃气表(图甲中燃气表的读数为245.05 m3，)前后变化如图甲、乙所示，燃气的热值为4.2×107 J/m3.
(1)燃烧过程中，燃气的热值　不变　(选填“变大”“变小”或“不变”).
(2)在这段时间内，共用了　0.05　m3的燃气，放出的热量为　2.1×106　J.(假设燃气完全燃烧)
(3)若水壶的体积为5 L，水的初温为20 ℃，且燃气燃烧放出的热量完全被水吸收，则这一满壶水可被加热至　100　℃.[标准大气压下，ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
@拓展培优
9.[科学思维](2024·广州月考)查阅表格数据，回答以下问题.
燃料 热值/(J·kg－1) 燃料 热值/(J·m－3)
木炭 3.4×107 天然气 约3.9×107
酒精 3.0×107 沼气 约1.9×107
(1)完全燃烧0.1 m3的天然气，共放出多少热量？
(2)假设0.1 m3的天然气完全燃烧放出的热量约有10％被4 kg的某液体吸收，使液体的温度升高了39 ℃(液体还未沸腾)，则该液体的比热容是多少？
解：(1)完全燃烧0.1 m3的天然气，放出的热量
Q放＝qV＝3.9×107 J/m3×0.1 m3＝3.9×106 J
(2)液体吸收的热量
Q吸＝10％Q放＝10％×3.9×106 J＝3.9×105 J
该液体的比热容　
c＝＝＝2.5×103 J/(kg·℃)
答：(1)完全燃烧0.1 m3的天然气，共放出3.9×106 J的热量；(2)该液体的比热容是2.5×103 J/(kg·℃).
第3节　热机的效率(第2课时)
@基础巩固
热机的效率
1.[物理观念]下列关于热机效率的说法正确的是 (　D　)
A.热机的效率越低，它消耗的燃料就越多
B.燃料燃烧不充分时，部分能量被浪费掉，热值将减小
C.通过技术改进，热机效率可以无限增大
D.热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
2.如图为内燃机的能量流向图，下列说法正确的是 (　D　)
A.该内燃机的效率η＝
B.增大E3，该内燃机的效率一定会增大
C.减小E5，该内燃机的效率一定会增大
D.不可能达到100％
与比热容、热值、热效率有关的综合计算
3.(2024·广州期末)用酒精灯烧水，燃烧0.02 kg酒精放出5.0×105 J的热量，使2 kg的水温度升高5 ℃(水未沸腾).已知酒精的热值为3.0×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃).
(1)若0.02 kg酒精完全燃烧，放出　6×105　J的热量.
(2)在本次加热中，水吸收的热量为　4.2×104　J.
(3)本次烧水的效率η＝　7％　.
4.(2024·广州期中)小明看到一则新闻(材料一)，若该汽车行驶过程中牵引力保持1 400 N不变，q氢＝1.4×108 J/kg.
材料一
　　氢能源汽车明年1月开跑
跨时代核心科技——氢燃料发动机，采用全新绿色氢能源，真正实现零排放！
　　加满5 kg氢可跑400公里！　　
材料二
内燃机种类 效率范围
汽油机 20％～30％
柴油机 30％～45％
氢燃料发动机 35％～50％
(1)求5 kg氢完全燃烧放出的热量；
(2)求该汽车行驶400 km牵引力所做的功；
(3)求材料一中，该氢燃料发动机的效率；
解：(1)5 kg氢完全燃烧放出的热量Q放＝m氢q氢＝5 kg×1.4×108 J/kg＝7×108 J
(2)该汽车行驶400 km牵引力所做的功W＝Fs＝1 400 N×400×103 m＝5.6×108 J
(3)氢燃料发动机的效率η＝＝＝80％
答：(1)5 kg氢完全燃烧放出的热量为7×108 J；(2)该汽车行驶400 km牵引力所做的功为5.6×108 J；(3)材料一中，该氢燃料发动机的效率为80％.
(4)小明再查阅了大量资料，总结各种内燃机的效率范围如材料二，据此判断，(3)中算出的效率是否符合材料二？　否　(选填“是”或“否”).
@能力提升
5.(2024·梅州期中)某地区在冬季利用地热能为用户取暖.某县内有一口自喷状态的地热井，出水温度为 92 ℃，每小时出水量为150 m3.问：[ρ水＝1.0×103 kg/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)， 天然气的热值为4×107 J/m3]
(1)每小时流出的地热水温度降低到52 ℃时，放出的热量为多少？
(2)如果这些热量由天然气蒸汽锅炉提供，且天然气蒸汽锅炉的热效率为90％，则天然气完全燃烧放出的热量为多少？需完全燃烧天然气的体积为多少？
解：(1)已知出水流量为150 m3/h，由ρ＝得，每小时流出的水的质量
m水＝ρ水V＝1.0×103 kg/m3×150 m3＝1.5×105 kg
每小时流出的水放出的热量
Q放＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×1.5×105 kg×(92 ℃－52 ℃)＝2.52×1010 J
(2)这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热，则天然气需要放出的热量
Q天然气＝＝＝2.8×1010 J
由Q天然气＝V天然气q得天然气的体积
V天然气＝＝＝700 m3
答：(1)每小时流出的地热水温度降低到52 ℃时，放出的热量为2.52×1010 J；(2)天然气完全燃烧放出的热量为2.8×1010 J；需完全燃烧天然气的体积为700 m3.
6.(2024·广州期中)某汽车以72 km/h的速度在公路上沿直线匀速行驶2 000 m，需要燃烧0.1 kg汽油，汽油发动机效率是20％，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，汽油的热值q汽＝4.6×107 J/kg，该过程中：
(1)0.1 kg汽油完全燃烧放出的热量是多少？
(2)输出有用的能量是多少焦？
(3)假设将此过程损耗的能量重新利用，若只有21％的能量被水吸收，可以使质量为18.4 kg的水温度升高多少摄氏度(水未沸腾)？
解：(1)由Q放＝mq知，0.1 kg汽油完全燃烧放出的热量
Q放＝m汽q汽＝0.1 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×106 J
(2)由η＝知，输出有用的能量
W有用＝Q放η＝4.6×106 J×20％＝9.2×105 J
(3)损耗的能量W损＝Q放－W有用＝4.6×106 J－9.2×105 J＝3.68×106 J
若损耗的能量只有21％的能量被水吸收重新利用，则有Q吸＝21％W损
由Q吸＝cmΔt知，可以使质量为18.4 kg的水升高的温度
Δt＝＝＝10 ℃
答：(1)0.1 kg汽油完全燃烧放出的热量是4.6×106 J；(2)输出有用的能量是9.2×105 J；(3)可以使质量为18.4 kg的水温度升高10 ℃.
@拓展培优
7.[科学思维]如何减少能耗，提高汽车发动机的效率越来越受到人们的重视.
(1)大多数家用汽车的发动机均为汽油机，它把汽油燃烧产生的内能部分转化成机械能，再通过传动机构将动力传给车轮使汽车行驶；请你将图中汽油机工作时的能流图补充完整：①　机械摩擦耗能　；②　废气内能　.
(2)下列措施不能提高热机效率的是　B　(填字母).
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量选用功率更大的发动机
C.尽量减少废气带走的热量
D.尽量减少热机部件间的摩擦损耗
(3)一辆汽车在平直的公路上匀速行驶了2.5 min，燃烧了0.3 kg汽油，牵引力的功率恒为23 kW.求：(汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)
①牵引力做的功；
②这些汽油完全燃烧放出的热量；
③发动机的效率.
解：①牵引力做的功W＝Pt＝23 000 W×2.5×60 s＝3.45×106 J
②汽油完全燃烧放出的热量Q放＝qm＝4.6×107 J/kg×0.3 kg ＝1.38×107 J
③发动机的效率η＝＝＝25％
答：①牵引力做的功为3.45×106 J；②这些汽油完全燃烧放出的热量为1.38×107 J；③发动机的效率为25％.

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