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14.3热机的效率
【题型1】燃料的热值及单位 7
【题型2】燃烧热的计算 9
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算 12
【题型4】热机的效率概念 16
【题型5】如何提高热机的效率 19
【题型6】热机的效率与热量的计算 23
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算 27
【知识点1】固体和液体的热值计算 固体和液体：q=；Q=qm。
气体：q=；Q=qV。 考查固体和液体的热值运算，常考查计算放出的热量。
例：某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为10℃的自来水加热到60℃，消耗的天然气质量为2kg（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为3.5×107J/kg，求在此过程中：
（1）自来水吸收的热量；
（2）该热水器工作时的效率。
分析：（1）利用吸热公式Q吸=cm（t-t0）求水吸收的热量；
（2）由Q放=mq可求出天然气完全燃烧放出的热量；水吸收的热量跟天然气完全燃烧放出的热量之比等于该热水器工作时的效率。
解析：解：（1）水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（60℃-10℃）=2.1×107J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=2kg×3.5×107J/m3=7×107J；
该热水器工作时的效率：η=×100%=×100%=30%。
答：（1）水吸收的热量为2.1×107J；
（2）该热水器工作时的效率是30%。
点评：本题主要考查了燃料完全燃烧放热公式Q放=mq、Q吸=cm（t-t0）和效率公式η=的掌握和运用，要求掌握公式的正确应用。 只有完全燃烧时，才能用Q=qm或Q=qV计算。 【知识点2】气体的热值计算 气体：q=；Q=qV。 考查气体的热值运算，常考查计算放出的热量。
例：小量家的燃气热水器将2kg的水从40℃加热到100℃，消耗了0.02m3的天然气，水吸收的热量是______J，燃气热水器的热效率是______。[c水=4.2×103J/（kg ℃），q天然气=3.5×107J/m3]
分析：（1）根据Q吸=c水m水（t-t0）求出水吸收的热量；
（2）根据Q放=q天然气V求得燃烧0.02m3的天然气放出的热量，再利用η=×100%求得燃气热水器的热效率。
解析：解：小量家的燃气热水器将2kg的水从40℃加热到100℃，水吸收的热量为：
Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃-40℃）=5.04×105J；
燃烧0.02m3的天然气放出的热量为：
Q放=q天然气V=0.02m3×3.5×107J/m3=7×105J，
则燃气热水器的热效率为：
η=×100%=×100%=72%。
故答案为：5.04×105；72%。
点评：此题考查了热量的计算及热机效率的计算，属于基础知识。 只有完全燃烧时，才能用Q=qm或Q=qV计算。 【知识点3】比较不同燃料的热值大小 准备实验器材： 需要准备铁架台、 石棉网、 烧杯、 温度计各两只， 以及适量的水和两种不同的燃料（ 如酒精和汽油） 。
设置实验装置： 按照实验装置图依次将燃料盒、 石棉网、 烧杯、 温度计自下而上固定好。
控制变量： 确保两种燃料的质量相同， 燃烧的时间相同， 加热相同质量的同种液体。
进行实验： 在两个烧杯中倒入质量相同、 初温相同的水； 在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油； 分别点燃酒精和汽油， 加热烧杯内的水， 直到燃料燃尽。 记录数据： 燃料燃尽后， 记录两烧杯内水升高的温度△t。
分析结果： 比较两装置中烧杯内水升高的温度△t， 升高的温度越高， 表明水吸收的热量越多， 进而表明燃料的放热能力越强。 考查比较不同燃料的热值大小的实验，包括实验原理，实验器材，实验步骤，实验方法，数据分析，注意事项等内容。
例：如图甲、乙是小明和小华“探究不同物质吸热情况”和“比较不同燃料燃烧时的放热能力”的实验装置。
（1）甲、乙两组实验中均用到的实验探究方法有______和______。
（2）甲、乙两组实验中，杯中物质的质量应______（选填“相等”或“不相等”）；______（选填“甲”或“乙”）组实验中燃料的质量应相等。
（3）甲组实验中，当温度计示数相同时，可以根据______来比较吸热的多少；乙组实验中，当燃料燃尽时，可以根据______来比较燃料放出热量的多少。
分析：探究“探究不同物质吸热情况”，需要用相同的加热装置，燃烧相同的燃料（根据转换法，确保相同时间放出的热量相同），加热相同的时间，比较质量和初温相同的液体升高的温度；
为比较不同燃料燃烧时的放热能力，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，液体升温越高，则燃料放出的热量越多；
这两个实验都用到了控制变量法和转换法。
解析：解：甲装置是比较不同物质吸热升温的现象，需要利用相同的热源（确保相同时间放出的热量相同），对质量和初温相同的不同物质加热，这用到了控制变量法；通过加热时间来比较不同物质吸收热量的多少，利用了转换法；
乙装置是为了比较不同燃料燃烧时的放热能力，需要用相同质量的不同燃料，加热质量相同的同一种液体，用到了控制变量法；通过液体升高的温度来比较不同燃料放出热量的多少，利用了转换法；
可见：（1）甲、乙两组实验中均用到的实验方法有控制变量法和转换法；
（2）甲、乙两组实验中，杯中物质的质量应相等；甲组实验中燃料的质量应相等；
（3）甲组实验中，当温度计示数相同时，可以根据加热时间来比较吸热的多少；乙组实验中，当燃料燃尽时，可以根据液体升高的温度来比较燃料放出热的多少。
故答案为：（1）控制变量法；转换法；（2）相等；乙；（2）加热时间；液体升高的温度。
点评：本题研究“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧的放热能力”，考查转换法和控制变量法及两实验的相同与不同之处。 理解实验原理以及实验步骤，掌握控制变量法的应用。 【知识点4】热机的效率公式与计算 （1）定义：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，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
（2）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。 热机效率会以条件出现，也会考查热机效率的计算，通常在综合计算中考查。
例：如图，是一台以柴油为动力的双履带消防机器人，质量为1000kg，静止时履带与地面接触总面积为0.4m2。在某段平直公路上，机器人以3m/s的速度匀速行驶3min，其受到的阻力为2000N，通过这段路程共消耗0.09kg柴油（q柴油=4.0×107J/kg；g取10N/kg）。求：
（1）机器人3min通过的路程；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
分析：（1）利用速度计算公式求得机器人3min通过的路程；
（2）利用G=mg可求出机器人的重力，在水平地面上，机器人对地面的压力等于机器人的重力，根据p=得到机器人静止在水平地面时对地面产生的压强；
（3）根据题意和二力平衡条件求出机器人受到的牵引力，利用W=Fs求得牵引力做功，利用Q放=mq求得柴油燃烧放出的热量，进一步求得机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
解析：解：（1）机器人3min通过的路程
s=vt=3m/s×3×60s=540m
（2）机器人静止时对地面的压力
F=G=mg=1000kg×10N/kg=1×104N
对水平地面产生的压强
（3）机器人匀速行驶，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，牵引力的大小
F′=f=2000N
牵引力做的功
W=F′s=2000N×540m=1.08×106J
柴油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=0.09kg×4.0×107J/kg=3.6×106J
牵引力做功的效率
答：（1）机器人3min通过的路程为540m；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强为2.5×104Pa；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率为30%。点评：本题考查了速度公式、压强公式以及功率公式，注意当机器人匀速直线运动时，牵引力与阻力是一对平衡力。 对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1． 【知识点5】提高热机效率的方法 提高热机效率的方法：
（1）改善燃烧条件 ；
（2）减少摩擦损失 ；
（3）充分利用废气能量 ；
（4）减少热量损失 ；
（5）采用先进技术 。
【题型1】燃料的热值及单位
【典型例题】对于燃料的热值，下列说法正确的是(　　)
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料的热值跟燃料的质量成正比
C.容易燃烧的燃料热值一定大
D.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
【答案】D
【举一反三1】关于燃料燃烧时放出热量多少，下列说法正确的是(　　)
A.只与燃料的种类有关
B.只与燃料的多少有关
C.只与燃料是否完全燃烧有关
D.跟以上三种因素都有关
【答案】D
【解析】1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。
【举一反三2】《齐民要术》中对醋的制作工艺有记载：“作大豆千岁苦酒(醋)法：用大豆一斗，熟汰之，渍令泽炊。暴极燥，以酒酷灌之。任性多少，以此为率。”蒸煮是酿醋过程中的一个重要工序。如图所示是将大豆进行蒸煮的过程，则(　　)
A.煮大豆是通过做功的方式增加内能
B.用火种引燃木柴是通过做功的方式改变内能
C.灶里木柴燃烧的过程，将化学能转化成了内能
D.将木柴架空一些，火能燃烧更旺，可以提高木柴的热值
【答案】C
【解析】煮大豆、用火种引燃木柴都是通过热传递的方式增加内能，故A、B错误；
灶里木柴燃烧的过程，将化学能转化成了内能，故C正确；
热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，故D错误。
【举一反三3】长征二号F遥十六运载火箭使用偏二甲肼作燃料，是因为偏二甲肼具有较大的__________(选填“比热容”“热值”或“密度”)；水在空间站内呈球形，主要是因为水球表面的分子之间有_________。
【答案】热值　引力
【解析】长征二号F遥十六运载火箭使用偏二甲肼作燃料，是因为偏二甲肼具有较大的热值，在燃烧相同质量的燃料时，偏二甲肼释放出的热量更多。
水在空间站中处于失重状态，分子间存在相互作用的引力和斥力，水球表面的分子之间有相互作用的引力，使得水在空间站内呈球形。
【举一反三4】2024年10月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的__________(选填“比热容”或“热值”)大。燃料燃烧时，把燃料的__________能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，燃气的内能会__________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】热值　化学　减小
【解析】火箭一般使用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，与其它燃料相比，完全燃烧相同质量的液态氢时，可以释放出更多的热量。
燃料燃烧时，把燃料的化学能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，将内能转化为火箭的机械能，使得火箭的机械能增大，燃气的内能减小。
【举一反三5】如图，北京时间10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。火箭用热值很高的液氢作为发动机燃料，液氢的热值为，其物理意义： 。
【答案】见解析
【解析】液氢的热值为1.4×108J/kg，其物理意义为1千克的液氢完全燃烧时放出的热量是1.4×108J。
【题型2】燃烧热的计算
【典型例题】用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体(其中一种是水)。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像(如图2)，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精(q酒精＝3×107J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/(kg ℃)，则下列说法正确的是(　　)
A.c乙＝2.4×103J/(kg ℃)
B.乙液体是水
C.酒精完全燃烧放出的热量为1.2×108J
D.0～8min乙吸收的热量为3.36×104J
【答案】D
【解析】根据图乙可知，质量相同的甲和乙升高相同的温度，甲的加热时间是乙的加热时间的2倍，则甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，则甲的吸热能力大于乙的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以甲为水；根据c可知，甲(水)的比热容是乙的比热容的2倍，乙的比热容为：c乙c甲4.2×103J/(kg ℃)＝2.1×103J/(kg ℃)，故A、B错误；
酒精完全燃烧放出的热量为：Q放＝m酒精q＝0.004kg×3×107J/kg＝1.2×105J，故C错误；
用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于乙吸收的热量，0～8min乙吸收的热量等于甲吸收的热量：Q乙＝Q水＝c水m水Δt＝4.2×103J/(kg ℃)×0.1kg×(100℃﹣20℃)＝3.36×104J，D正确。
【举一反三1】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表是一些燃料的热值。下列选项正确的是(　　)
A.0.5kg的汽油的热值是2.3×107J/kg
B.热值为3.0×107J/kg的燃料一定是酒精
C.燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大
D.0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107J
【答案】D
【解析】热值是燃料的一种特性，其大小与其质量大小无关；所以0.5kg的汽油的热值还是4.6×107J/kg，故A错误；
由表中数据可知，焦炭和酒精的热值相同，为3.0×107J/kg，所以热值为3.0×107J/kg的燃料不一定是酒精，故B错误；
燃料越接近完全燃烧，燃料燃烧放出的热量越多；1kg(或1m3)某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫热值，燃料不完全燃烧时放出的热量不是热值，故C错误；
0.5kg汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J＝2.3×107J，故D正确。
【举一反三2】汽油的热值为4.6×107J/kg，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为(　　)
A.4.8×107J
B.3.9×107J
C.5.8×107J
D.9.8×107J
【答案】D
【解析】燃烧2kg的汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，汽油不完全燃烧放出的热量小于9.2×107J，不可能为9.8×107J。
【举一反三3】双能源(汽油和天然气)汽车以其经济、污染小等优点备受人们青睐。(已知汽油的热值为3.2×107 J/L，天然气的热值为7.2×107 J/m3)
(1)内燃机是汽车的“心脏”，它是把内能转化为__________的机器。
(2)完全燃烧9 L汽油放出的热量与完全燃烧____ m3的天然气放出的热量相等。
【答案】(1)机械能　(2)4
【举一反三4】标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 ___________J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过__________的方式增加了水的内能。[水的比热容，煤气的热值]
【答案】6.72×105　0.016　热传递
【解析】水吸收的热量：
Q吸＝cm水(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg ℃)×2kg×(100℃﹣20℃)＝6.72×105J；
不计热量损失，Q放＝Q吸＝6.72×105J，
由Q放＝mq得需要完全燃烧煤气的质量：
m煤气0.016kg；
用煤气灶烧水的过程中，能量发生了转移，是通过热传递的方式使水的内能增加。
【举一反三5】小芳家使用的是即热式天然气热水器给家里供应热水，她想估测家中热水器的加热效率。打开热水器，用温度计测得热水器进水管的水温为26℃，出水管的水温为46℃，放出50kg的热水后，从燃气表中读取出消耗天然气0.25m3。[q天然气＝4×107J/m3，c水＝4.2×103J/(kg ℃)]求：
(1)0.25m3的天然气完全燃烧放出的热量；
(2)50kg的水吸收的热量；
(3)热水器的加热效率。
【答案】(1)1×107J　　　(2)4.2×106J　　　(3)42%
【解析】(1)消耗的天然气完全燃烧放出的热量为：Q放＝q天然气V＝4×107J/m3×0.25m3＝1×107J；
(2)水吸收的热量为：Q吸＝c水m(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg ℃)×50kg×(46℃﹣26℃)＝4.2×106J；
(3)热水器的实际效率为：η100%100%＝42%。
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算
【典型例题】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%，则完全燃烧2 g汽油(热值为4.6×107 J/kg)获得的机械能是(　　)
A.2.76×104 J B.3.22×104 J C.0.92×104 J D.2.3×104 J
【答案】D
【解析】完全燃烧2 g汽油释放出的热量为：Q放＝qm＝4.6×107 J/kg×0.002 kg＝9.2×104 J，各种能量损耗的总和是：30%＋35%＋10%＝75%，所以转化为机械能的那部分能量占25%，获得的机械能为：E＝η×Q放＝25%×9.2×104 J＝2.3×104 J。
【举一反三1】煤油的热值为4.6×107J/kg、比热容为2.1×103J/(kg ℃)，以下说法中正确的是(　　)
A.煤油的热值、比热容与质量大小无关
B.燃烧1kg煤油一定放出4.6×107J的热量
C.1kg煤油用去一半，煤油的热值减小，比热容不变
D.1kg煤油温度升高1℃需要放出2.1×103J的热量
【答案】A
【解析】比热容和热值都是物质或燃料的特性，其大小与质量无关，故A正确；
煤油的热值为4.6×107J/kg，表示完全燃烧1kg煤油可放出4.6×107J的热量，故B错误；
1kg煤油用去一半，煤油的热值不变，比热容不变，故C错误；
煤油的比热容为2.1×103J/(kg ℃)，它表示1kg煤油的温度升高1℃需要吸收2.1×103J的热量，故D错误。
【举一反三2】干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧的4kg干木柴放出的热量为 J；干木柴用掉一半后热值 （选填“变”或“不变”）。
【答案】4.8×107 不变
【解析】完全燃烧的4kg干木柴放出的热量
Q放=mq=4kg×1.2×107J/kg=4.8×107J
干木柴用掉一半后，质量变了，但是热值是燃料的一种特性，与质量无关，所以剩下干木柴的热值不变。
【举一反三3】食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。
（1）煤气在燃烧时把化学能转化为 能。其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 ；
（2）烹饪食物是通过 的方式改变食物的内能；
（3）炒菜时饭菜飘香，这是 现象；说明一切物质的分子都在永不停息地做 ；
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气 （不计热量损失，煤气的热值为）。
【答案】(1)内 不变 降低 (2)热传递 (3)扩散 无规则运动 (4)10
【解析】（1）燃料内部具有化学能，煤气在燃烧时把化学能转化为内能。
热值是物质的一种属性，热值只与燃料的种类有关，因此在燃烧过程中天然气的热值不变。
当气温下降导致更多热量散失到空气中，损失的热量增大，可利用的热量减小，所以燃料的利用率降低。
（2）改变内能的方式有做功和热传递两种方式，而烹饪食物是食物通过从热源处吸收热量从而被煮熟的，所以是通过热传递的方式改变食物的内能。
（3）闻到饭菜的香味，这是扩散现象，是因为分子在不停地做无规则运动，饭菜的香味分子扩散到了人的鼻子里。
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气的体积为
【举一反三4】据某城市统计，全市每天餐厨垃圾高达400吨，将餐厨垃圾有序处理成为垃圾资源化利用的项目之一。根据行业专家调研，每吨餐厨垃圾经过厌氧发酵，可产生100m3以上的沼气，这些沼气经过提纯净化后，至少可以产生60m3的天然气。已知沼气的热值约为1.9×107J/m3，水的比热容是4.2×103J/(kg ℃)。
(1)若这个城市将每天餐厨垃圾得到的沼气全部燃烧，至少可以放出多少热量？
(2)若利用每天产生的沼气提纯净化后的天然气燃烧来给水加热，能使1000吨20℃的水在一标准大气压下加热到沸腾，已知锅炉的效率为35%，则提纯后的天然气的热值为多少J/m3？
【答案】(1)7.6×1011J
(2)4×107J/m3
【解析】(1)每天至少得到沼气的体积：
V沼气＝100m3/t×400t＝40000m3，
沼气全部燃烧，至少可以放出的热量：
Q放＝V沼气q沼气＝40000m3×1.9×107J/m3＝7.6×1011J；
(2)在一标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，
水吸收的热量：
Q吸＝c水m水(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg ℃)×1000×103kg×(100℃﹣20℃)＝3.36×1011J；
由η可得天然气完全燃烧放出的热量：
Q′放9.6×1011J，
提纯后的天然气的体积：
V′＝60m3/t×400t＝24000m3，
提纯后的天然气的热值：
q天然气4×107J/m3。
【举一反三5】合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为____________J，燃烧时燃料油的化学能转化为______能；如果这些热量的42%被水吸收，则可以使______kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃，这是通过____________的方式改变水的内能。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
【答案】6.8×106　内　8.5　热传递
【题型4】热机的效率概念
【典型例题】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.一般情况下，柴油机的效率比汽油机的低
B.燃烧相同燃料，热机做的有用功越多，热机的效率越高
C.热机的效率越高，说明做功越快
D.热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【答案】B
【解析】柴油机的压缩程度比汽油机的高，燃料燃烧更充分，热机效率更高，故A错误；
燃烧相同燃料，放出的热量一定即总功一定，热机效率等于有用功除以总功，所以做的有用功越多，热机的效率越高，故B正确；
热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，与功率无关，故C错误；
根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。
【举一反三1】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.两台热机，做有用功多的那台效率高
B.热机的效率总小于1，只因为废气带走了余热
C.热机的效率总小于1，说明使用热机的过程能量不守衡
D.某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%
【答案】D
【解析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，做的有用功多，热机效率不一定高，故A错误；热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1，用来做有用功的那部分能量与气缸散热损失的能量、废气带走的能量、摩擦等机械损耗的能量之和等于燃料燃烧释放的能量，总能量保持不变，故B、C错误；某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%，故D正确。
【举一反三2】下列有关内燃机说法正确的是(　　)
A.汽油机吸气冲程吸入的是空气
B.柴油机压缩冲程中将内能转化为机械能
C.内燃机工作时的热机效率总小于1
D.热机使用时只有噪声污染
【答案】C
【解析】汽油机吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；
柴油机压缩冲程中将机械能转化为内能，故B错误；
内燃机工作时的热机效率总小于1，因为总有能量损失，故C正确；
热机使用时既有噪声污染，也有环境污染，故D错误。
【举一反三3】下列关于热机效率，说法正确的是(　　)
A.热机功率越大，效率必定越高
B.用热值大的燃料就能提高热机效率
C.不断创新和改进热机结构，可以提高热机效率，最终热机效率会达到100%
D.利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径
【答案】D
【解析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。功率是表示物体做功快慢的物理量，热机的功率与效率没有必然的联系，热值大的燃料不能提高热机效率，故A、B错误；
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，叫做热机的效率，其表达式为：η＝×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于100%，故C错误；
利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径，故D正确。
【举一反三4】下列关于热机效率的说法正确的是(　　)
A.热机的功率越大，效率越高
B.热机消耗的燃料越少，效率越高
C.燃料的热值越大，效率越高
D.完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高
【答案】D
【解析】功率是反映物体做功快慢的物理量，热机效率与功率无关，故A错误；
热机消耗的燃料少，即放出的热量少，但不知道有用功，因此效率不一定高，故B错误；
用热值大的燃料，燃烧质量相同的燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定高，故C错误；
有用功一定，热机消耗的燃料少，即放出的热量少，有用功与放出的热量的比值就越大，即效率就越高，故D正确。
【举一反三5】2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，热机效率__________(选填“一定”或“不可能”)达到100%。
【答案】不变　不可能
【解析】热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，此过程中热值不变。随着科技进步与发展，内燃机的效率不可能到达100%，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。
【举一反三6】2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，热机效率__________(选填“一定”或“不可能”)达到100%。
【答案】不变　不可能
【解析】热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，此过程中热值不变。随着科技进步与发展，内燃机的效率不可能到达100%，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。
【举一反三7】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_________(选填“升高”“降低”或“不变”)，燃油的热值__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【答案】降低　不变
【解析】汽车发动机工作时将内能转化为机械能，汽油发动机冒“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的总能量的比值就小，所以效率降低。
热值是燃料的属性，与燃料是否完全燃烧无关，因此燃油的热值不变。
【题型5】如何提高热机的效率
【典型例题】关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A.热机消耗燃料越少，效率越高
B.使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
【答案】D
【解析】热机效率是热机输出的机械能与燃料完全燃烧释放的能量之比，仅由热机消耗燃料少，无法判断热机效率高低，故A错误；
热值是燃料的性质，与燃料燃烧程度无关，故B错误；
热值等于燃料完全燃烧释放的能量与燃料的质量之比，仅由燃料燃烧释放的热量，无法判断热值大小，故C错误；
一定质量的燃料燃烧越充分释放出的能量越多，其它条件相同时，热机的效率越高，故D正确。
【举一反三1】下列关于热机和热值说法正确的是(　　)
A.所用燃料的质量越多，燃料热值越大
B.热机功率越大，热机效率越高
C.热机消耗的燃料越多，热机的效率越低
D.尽量使热机保持良好润滑，可以提高热机效率
【答案】D
【解析】热值是燃料的一种特性，与燃料质量的大小无关，故A错误；
热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，而热机的功率是指热机做功的快慢，二者没有必然的联系，故B错误；
热机的效率等于有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，与热机消耗燃料的多少无关，故C错误；
尽量使热机保持良好润滑，减少额外功，可以提高热机效率，故D正确。
【举一反三2】某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转2400转，则每秒对外做功__________次。为了提高汽油机的效率，需要在__________冲程让燃料更加充分燃烧，此时汽油的热值__________ (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【答案】20　做功　不变
【解析】在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转2400转，则每秒对外做功20次。
为了提高汽油机的效率，需要在做功冲程让燃料更加充分燃烧，此时汽油的热值不变，因为热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关。
【举一反三3】2023年9月17日，我国使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空。火箭升空过程中，燃料燃烧将化学能转化成__________，再通过做功的方式转化为机械能。散失的能量越少，发动机效率越__________(选填“高”或“低”)。
【答案】内能　高
【解析】火箭升空时，燃料燃烧过程中，通过化学反应将化学能转化为燃气的内能，又利用热机通过做功的方式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，燃烧放出的热量利用得越多，转化成的有用功越多，使得发动机的效率越高。
【举一反三4】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同；
（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；
（2）酒精的热值为，完全燃烧5g酒精放出的热量 J；
（3）某同学用图丁装置测酒精的热值。加热前酒精灯的质量为，加热一段时间后变为；烧杯中水的质量为M，水的初温，末温，水的比热容用c表示；用以上符号表达该同学测酒精热值的计算式： ；通过该实验得到的燃料热值与实际相比是 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）；
（4）有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁；同样的汽油（如97#）加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （选填“更大”“一样大”或“更小”）。
【答案】 (1)甲、乙 甲、丙 (2)
(3) 偏小 (4)一样大
【解析】（1）为了比较不同燃料的热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验。
为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的变化相同，通过比较加热时间，进而判断两种比热容的大小关系，应选择甲和丙两图进行实验。
（2）完全燃烧5g酒精放出的热量
（3）水吸收的热量
酒精燃烧释放的热量
燃烧的酒精的质量
m酒精=m1-m2
则酒精的热值
因为燃料无法完全燃烧且在加热过程中有热量的散失，因此通过实验得到的燃料热值与实际相比偏小。
（4）热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，和燃料是否充分燃烧无关，因此同样的汽油加在T型轿车内和加在L型轿车内热值一样大。
【举一反三5】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量都是60g。
（1）燃料燃烧是将化学能转化为 能；
（2）选择 、 两图展开实验比较不同燃料的热值；
（3）选择 、 两图展开实验比较不同物质的比热容。实验数据如表格所示，比热容大的是液体 （选填“A”或“B”）；
（4）本实验采用的科学方法是 ；
（5）若甲装置烧杯内的液体为水，根据水的质量，水的初温和燃料烧尽时水的末温，再结合燃料燃烧消耗的质量，从而计算出燃料的热值，则计算值 （选填“小于”“大于”或“等于”）真实值，原因是 。
【答案】(1)内 (2)甲 乙 (3)甲 丙 A (4)控制变量法 (5)小于 存在热损失（燃料不能完全燃烧）
【解析】（1）燃料燃烧放出热量，燃烧过程中将化学能转化为内能。
（2）比较不同燃料的热值时，选取相同的装置，在烧杯中放入相同质量的同种液体，用相同质量的不同燃料给液体加热，比较燃料完全燃烧时液体温度的变化，从而得出热值的大小，故应选择甲、乙两图展开实验比较不同燃料的热值。
（3）比较不同液体的比热容时，选取相同的装置，在烧杯中放入相同质量的不同种液体，用相同的燃料给液体加热相同的时间，比较液体温度的变化，从而得出比热容的大小，故应选择甲、丙两图展开实验比较不同物质的比热容。
根据表格中的数据可知，质量相同的A和B在吸收相同的热量时，B的温度升的高，则B的吸热能力要弱一些，A的吸热能力强。
（3）本实验控制两种液体的质量和加热时间相同，运用了控制变量法。
（4）计算值小于真实值，原因是在加热过程中热量没有被水完全吸收，有一部分被装置吸收，一部分散失在空气中。
【题型6】热机的效率与热量的计算
【典型例题】某台柴油机中的所有燃料完全燃烧能放出8×107J的热量。共计损失了4.8×107J的能量，下列说法正确的是(　　)
A.用来做有用功的能量为8×107J
B.该柴油机的效率为60%
C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
【答案】D
【解析】用来做有用功的能量为：W有＝Q放－W损＝8×107J－4.8×107J＝3.2×107J，故A错误；
该柴油机的效率为：η40%，故B错误；
柴油机在工作过程中不可避免地要克服机械间的摩擦而产生额外功，因此效率不能达到100%，即不能实现能量零损失，故C错误；
减少机械间的摩擦可以减少能量的损失，因此可以提高热机效率，故D正确。
【举一反三1】下列关于比热容、热值和热机效率的描述，正确的是(　　)
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.柴油的热值是3.3×107J/kg，完全燃烧1kg柴油能放出3.3×107J/kg的热量
C.水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示水升高1℃吸收的热量是4.2×103J
D.甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的燃料，甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大
【答案】D
【解析】热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关。故A错误；
柴油的热值是3.3×107J/kg，表示完全燃烧1kg柴油能放出的热量应该是3.3×107J，而不是3.3×107J/kg。故B错误；
水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示的是1kg的水温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量是4.2×103J。故C错误；
甲柴油机的效率比乙的高，表示在燃烧质量相同的燃料时，甲柴油机将更多的内能转化成了机械能，即甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大。故D正确。
【举一反三2】家用轿车的发动机是四冲程内燃机，其在工作过程中是将__________能直接转化为机械能；汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧0.5kg的汽油，释放出的热量是_________J，如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为__________%。
【答案】内　2.3×107　30
【解析】在四冲程内燃机工作的四个冲程中，其在工作过程中的做功冲程将内能转化为机械能。
完全燃烧0.5 kg的汽油放出的热量
，
根据图中给出的信息，该内燃机的效率为
η＝100%－33%－30%－7%＝30%。
【举一反三3】某汽油机工作时，能量流向图如图所示。现有一罐汽油，该汽油机燃烧了0.1kg，输出的有用机械能为1.38×106J。(汽油热值为4.6×107J/kg)
(1)汽油机燃烧汽油时，若能完全燃烧，放出的热量是_________J。
(2)该汽油机的效率为_________。
(3)若这罐汽油剩余的质量是0.2kg，则剩余汽油的热值为____________________。
【答案】(1)4.6×106　(2)30%　(3)4.6×107J/kg
【解析】(1)0.1kg汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝mq＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J；
(2)该汽油机的效率为：
η100%100%＝30%；
(3)热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，故剩余汽油的热值不变，为4.6×107J/kg。
【举一反三4】如图所示是小明家的小汽车，该车以20m/s的速度在水平路面上匀速行驶100km，消耗汽油10L，若发动机的输出功率为20kW，(汽油密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg)求在这段路程中：
(1)10L汽油完全燃烧放出的热量；
(2)小汽车所受的摩擦力；
(3)小汽车发动机的效率(结果保留整数)。
【答案】(1)3.22×108J　　(2)1×103N　　(3)31%
【解析】(1)汽油的质量为：
m＝ρV＝0.7×103kg/m3×10×10﹣3m3＝7kg，
汽油完全燃烧放出的热量为：
；
(2)汽车的速度20m/s，匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，所以由PFv得，小汽车所受的摩擦力为：
；
(3)小汽车发动机做的机械功为：
W＝Fs＝1000N×100×103m＝108J，
小汽车发动机的效率为：
。
【举一反三5】2024年11月，搭载燃氢发动机的国产大卡车成功下线，标志着我国自主研发的大马力燃氢发动机技术迈向实际应用。某次测试中该卡车行驶1h，消耗氢气25kg，发动机输出功率350kW。已知氢气的热值为1.4×108J/kg。求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)燃氢发动机的效率。
【答案】(1)3.5×109J　　(2)36%
【解析】(1)消耗的氢气完全燃烧产生的热量：
Q放＝qm＝1.4×108J/kg×25kg＝3.5×109J；
(2)因为W有＝P输出t＝350kW×1h＝350000W×3600s＝1.26×109J；
所以发动机的效率：
η36%。
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算
【典型例题】某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是 __________________。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是____________________(汽油热值4.6×107J/kg)。
【答案】30%　2.76×107J
【解析】内燃机的效率是：
η＝100%－25%－30%－15%＝30%；
汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J；
它做的有用功是：
W＝ηQ放＝30%×9.2×107J＝2.76×107J。
【举一反三1】有一辆氢能源汽车以30kW的功率在平直的公路上匀速行驶1.4h，消耗了2.7kg氢燃料，该氢能源汽车发动机的效率是__________。
【答案】40%
【解析】新能源汽车做的功为
W＝Pt＝30×103W×1.4×3600s＝1.512×108J，
2.7kg氢燃料完全燃烧放出的热量为
，
该氢能源汽车发动机的效率是
。
【举一反三2】阅读下列短文，完成相关问题：
2024年12月27日，一则振奋人心的消息传来，我国首台600公斤推力级涡扇发动机（如图）成功点火，这款发动机具有完全知识产权，同时具有低油耗、高可靠性、低成本等特点，可作为无人机动力。
涡扇发动机主要是通过风扇、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件的协同工作，将空气和燃料转化为推力。外界空气进入发动机后，由风扇叶片进行初步压缩，压缩后的空气一部分进入外涵道高速排出，产生巨大推力，另一部分则进入内涵道，由压气机叶片进一步压缩后送至燃烧室。在燃烧室中，空气与燃料混合并燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出高速气流，产生推力。
(1)涡扇发动机在工作过程中，一部分空气流过压气机时通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变空气的内能，这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，产生的高温高压气体推动涡轮转动，属于内燃机的 冲程，此冲程将 能转化为 能；
(2)某涡扇发动机用水作为冷却液，发动机工作一段时间后，10kg的冷却液温度从20℃升高到80℃。求冷却液吸收了多少热量 （水的比热容为）
(3)请你结合所学知识，写出一条涡扇发动机效率达不到100%的原因 。
【答案】(1) 做功 做功 内 机械
(2)2.52×106J
(3)见解析
【解析】（1）涡扇发动机工作时，压气机通过叶片压缩空气做功，使空气的内能增加，温度升高。
燃烧室中燃料与空气混合燃烧，产生高温高压气体，推动涡轮转动，将内能转化为机械能。这一过程类似于内燃机的做功冲程。
（2）冷却液吸收热量
（3）涡扇发动机效率达不到100%的原因：高温高压气体从尾喷管排出时，仍携带大量内能，未被完全利用；发动机内部各部件之间的摩擦会消耗部分能量，同时发动机外壳会向外界散热；燃料在燃烧室中可能无法完全燃烧，导致部分化学能未转化为有用功。
【举一反三3】杨洋同学家原来是用液化石油气烧水的（每天至少用65℃的热水100kg），参加“探究性学习”活动后，在老师的指导和同学们的帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。这台热水器6月份平均每天可将100kg水从15℃升高到65℃。求：
（1）100kg水从15℃升高到65℃所吸收的热量；
（2）若杨洋家6月份仍然用液化石油气烧水，且放出的热量能全部被水吸收，则平均每天需要液化石油气多少kg？[已知液化石油气的热值为7.0×107J/kg、液化石油气燃烧放出的热量全都被水吸收、C水=4.2×103J/（kg·℃）]
【答案】（1）（2）0.3
【解析】（1）100kg水从15℃升高到65℃所吸收的热量
（2）依题意得
由可得，需要的液化石油气质量为14.3热机的效率
【题型1】燃料的热值及单位 7
【题型2】燃烧热的计算 8
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算 10
【题型4】热机的效率概念 11
【题型5】如何提高热机的效率 13
【题型6】热机的效率与热量的计算 15
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算 16
【知识点1】固体和液体的热值计算 固体和液体：q=；Q=qm。
气体：q=；Q=qV。 考查固体和液体的热值运算，常考查计算放出的热量。
例：某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为10℃的自来水加热到60℃，消耗的天然气质量为2kg（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值为3.5×107J/kg，求在此过程中：
（1）自来水吸收的热量；
（2）该热水器工作时的效率。
分析：（1）利用吸热公式Q吸=cm（t-t0）求水吸收的热量；
（2）由Q放=mq可求出天然气完全燃烧放出的热量；水吸收的热量跟天然气完全燃烧放出的热量之比等于该热水器工作时的效率。
解析：解：（1）水吸收的热量：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（60℃-10℃）=2.1×107J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=2kg×3.5×107J/m3=7×107J；
该热水器工作时的效率：η=×100%=×100%=30%。
答：（1）水吸收的热量为2.1×107J；
（2）该热水器工作时的效率是30%。
点评：本题主要考查了燃料完全燃烧放热公式Q放=mq、Q吸=cm（t-t0）和效率公式η=的掌握和运用，要求掌握公式的正确应用。 只有完全燃烧时，才能用Q=qm或Q=qV计算。 【知识点2】气体的热值计算 气体：q=；Q=qV。 考查气体的热值运算，常考查计算放出的热量。
例：小量家的燃气热水器将2kg的水从40℃加热到100℃，消耗了0.02m3的天然气，水吸收的热量是______J，燃气热水器的热效率是______。[c水=4.2×103J/（kg ℃），q天然气=3.5×107J/m3]
分析：（1）根据Q吸=c水m水（t-t0）求出水吸收的热量；
（2）根据Q放=q天然气V求得燃烧0.02m3的天然气放出的热量，再利用η=×100%求得燃气热水器的热效率。
解析：解：小量家的燃气热水器将2kg的水从40℃加热到100℃，水吸收的热量为：
Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（100℃-40℃）=5.04×105J；
燃烧0.02m3的天然气放出的热量为：
Q放=q天然气V=0.02m3×3.5×107J/m3=7×105J，
则燃气热水器的热效率为：
η=×100%=×100%=72%。
故答案为：5.04×105；72%。
点评：此题考查了热量的计算及热机效率的计算，属于基础知识。 只有完全燃烧时，才能用Q=qm或Q=qV计算。 【知识点3】比较不同燃料的热值大小 准备实验器材： 需要准备铁架台、 石棉网、 烧杯、 温度计各两只， 以及适量的水和两种不同的燃料（ 如酒精和汽油） 。
设置实验装置： 按照实验装置图依次将燃料盒、 石棉网、 烧杯、 温度计自下而上固定好。
控制变量： 确保两种燃料的质量相同， 燃烧的时间相同， 加热相同质量的同种液体。
进行实验： 在两个烧杯中倒入质量相同、 初温相同的水； 在燃料盒中倒入质量相等的适量酒精和汽油； 分别点燃酒精和汽油， 加热烧杯内的水， 直到燃料燃尽。 记录数据： 燃料燃尽后， 记录两烧杯内水升高的温度△t。
分析结果： 比较两装置中烧杯内水升高的温度△t， 升高的温度越高， 表明水吸收的热量越多， 进而表明燃料的放热能力越强。 考查比较不同燃料的热值大小的实验，包括实验原理，实验器材，实验步骤，实验方法，数据分析，注意事项等内容。
例：如图甲、乙是小明和小华“探究不同物质吸热情况”和“比较不同燃料燃烧时的放热能力”的实验装置。
（1）甲、乙两组实验中均用到的实验探究方法有______和______。
（2）甲、乙两组实验中，杯中物质的质量应______（选填“相等”或“不相等”）；______（选填“甲”或“乙”）组实验中燃料的质量应相等。
（3）甲组实验中，当温度计示数相同时，可以根据______来比较吸热的多少；乙组实验中，当燃料燃尽时，可以根据______来比较燃料放出热量的多少。
分析：探究“探究不同物质吸热情况”，需要用相同的加热装置，燃烧相同的燃料（根据转换法，确保相同时间放出的热量相同），加热相同的时间，比较质量和初温相同的液体升高的温度；
为比较不同燃料燃烧时的放热能力，要用不同的燃料，加热质量相同的同种液体，液体升温越高，则燃料放出的热量越多；
这两个实验都用到了控制变量法和转换法。
解析：解：甲装置是比较不同物质吸热升温的现象，需要利用相同的热源（确保相同时间放出的热量相同），对质量和初温相同的不同物质加热，这用到了控制变量法；通过加热时间来比较不同物质吸收热量的多少，利用了转换法；
乙装置是为了比较不同燃料燃烧时的放热能力，需要用相同质量的不同燃料，加热质量相同的同一种液体，用到了控制变量法；通过液体升高的温度来比较不同燃料放出热量的多少，利用了转换法；
可见：（1）甲、乙两组实验中均用到的实验方法有控制变量法和转换法；
（2）甲、乙两组实验中，杯中物质的质量应相等；甲组实验中燃料的质量应相等；
（3）甲组实验中，当温度计示数相同时，可以根据加热时间来比较吸热的多少；乙组实验中，当燃料燃尽时，可以根据液体升高的温度来比较燃料放出热的多少。
故答案为：（1）控制变量法；转换法；（2）相等；乙；（2）加热时间；液体升高的温度。
点评：本题研究“不同物质吸热升温的现象”和“不同燃料燃烧的放热能力”，考查转换法和控制变量法及两实验的相同与不同之处。 理解实验原理以及实验步骤，掌握控制变量法的应用。 【知识点4】热机的效率公式与计算 （1）定义：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，叫做热机的效率，其表达式为：η=×100%．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1．
（2）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。 热机效率会以条件出现，也会考查热机效率的计算，通常在综合计算中考查。
例：如图，是一台以柴油为动力的双履带消防机器人，质量为1000kg，静止时履带与地面接触总面积为0.4m2。在某段平直公路上，机器人以3m/s的速度匀速行驶3min，其受到的阻力为2000N，通过这段路程共消耗0.09kg柴油（q柴油=4.0×107J/kg；g取10N/kg）。求：
（1）机器人3min通过的路程；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
分析：（1）利用速度计算公式求得机器人3min通过的路程；
（2）利用G=mg可求出机器人的重力，在水平地面上，机器人对地面的压力等于机器人的重力，根据p=得到机器人静止在水平地面时对地面产生的压强；
（3）根据题意和二力平衡条件求出机器人受到的牵引力，利用W=Fs求得牵引力做功，利用Q放=mq求得柴油燃烧放出的热量，进一步求得机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率。
解析：解：（1）机器人3min通过的路程
s=vt=3m/s×3×60s=540m
（2）机器人静止时对地面的压力
F=G=mg=1000kg×10N/kg=1×104N
对水平地面产生的压强
（3）机器人匀速行驶，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，牵引力的大小
F′=f=2000N
牵引力做的功
W=F′s=2000N×540m=1.08×106J
柴油完全燃烧释放的热量
Q放=mq=0.09kg×4.0×107J/kg=3.6×106J
牵引力做功的效率
答：（1）机器人3min通过的路程为540m；
（2）机器人静止时，对水平地面产生的压强为2.5×104Pa；
（3）机器人在这段路程中消耗柴油用于牵引力做功的效率为30%。点评：本题考查了速度公式、压强公式以及功率公式，注意当机器人匀速直线运动时，牵引力与阻力是一对平衡力。 对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1． 【知识点5】提高热机效率的方法 提高热机效率的方法：
（1）改善燃烧条件 ；
（2）减少摩擦损失 ；
（3）充分利用废气能量 ；
（4）减少热量损失 ；
（5）采用先进技术 。
【题型1】燃料的热值及单位
【典型例题】对于燃料的热值，下列说法正确的是(　　)
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料的热值跟燃料的质量成正比
C.容易燃烧的燃料热值一定大
D.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
【举一反三1】关于燃料燃烧时放出热量多少，下列说法正确的是(　　)
A.只与燃料的种类有关
B.只与燃料的多少有关
C.只与燃料是否完全燃烧有关
D.跟以上三种因素都有关
【举一反三2】《齐民要术》中对醋的制作工艺有记载：“作大豆千岁苦酒(醋)法：用大豆一斗，熟汰之，渍令泽炊。暴极燥，以酒酷灌之。任性多少，以此为率。”蒸煮是酿醋过程中的一个重要工序。如图所示是将大豆进行蒸煮的过程，则(　　)
A.煮大豆是通过做功的方式增加内能
B.用火种引燃木柴是通过做功的方式改变内能
C.灶里木柴燃烧的过程，将化学能转化成了内能
D.将木柴架空一些，火能燃烧更旺，可以提高木柴的热值
【举一反三3】长征二号F遥十六运载火箭使用偏二甲肼作燃料，是因为偏二甲肼具有较大的__________(选填“比热容”“热值”或“密度”)；水在空间站内呈球形，主要是因为水球表面的分子之间有_________。
【举一反三4】2024年10月30日凌晨4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射升空，火箭起飞时，采用液态氢作为燃料，原因是液态氢的__________(选填“比热容”或“热值”)大。燃料燃烧时，把燃料的__________能转化为内能，产生大量高温高压的燃气，燃气对火箭做功，燃气的内能会__________(选填“增大”“减小”或“不变”)。
【举一反三5】如图，北京时间10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。火箭用热值很高的液氢作为发动机燃料，液氢的热值为，其物理意义： 。
【题型2】燃烧热的计算
【典型例题】用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体(其中一种是水)。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像(如图2)，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精(q酒精＝3×107J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/(kg ℃)，则下列说法正确的是(　　)
A.c乙＝2.4×103J/(kg ℃)
B.乙液体是水
C.酒精完全燃烧放出的热量为1.2×108J
D.0～8min乙吸收的热量为3.36×104J
【举一反三1】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表是一些燃料的热值。下列选项正确的是(　　)
A.0.5kg的汽油的热值是2.3×107J/kg
B.热值为3.0×107J/kg的燃料一定是酒精
C.燃料越接近完全燃烧，燃料的热值就越大
D.0.5kg的汽油完全燃烧放出的热量是2.3×107J
【举一反三2】汽油的热值为4.6×107J/kg，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为(　　)
A.4.8×107J
B.3.9×107J
C.5.8×107J
D.9.8×107J
【举一反三3】双能源(汽油和天然气)汽车以其经济、污染小等优点备受人们青睐。(已知汽油的热值为3.2×107 J/L，天然气的热值为7.2×107 J/m3)
(1)内燃机是汽车的“心脏”，它是把内能转化为__________的机器。
(2)完全燃烧9 L汽油放出的热量与完全燃烧____ m3的天然气放出的热量相等。
【举一反三4】标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 ___________J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过__________的方式增加了水的内能。[水的比热容，煤气的热值]
【举一反三5】小芳家使用的是即热式天然气热水器给家里供应热水，她想估测家中热水器的加热效率。打开热水器，用温度计测得热水器进水管的水温为26℃，出水管的水温为46℃，放出50kg的热水后，从燃气表中读取出消耗天然气0.25m3。[q天然气＝4×107J/m3，c水＝4.2×103J/(kg ℃)]求：
(1)0.25m3的天然气完全燃烧放出的热量；
(2)50kg的水吸收的热量；
(3)热水器的加热效率。
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算
【典型例题】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%，则完全燃烧2 g汽油(热值为4.6×107 J/kg)获得的机械能是(　　)
A.2.76×104 J B.3.22×104 J C.0.92×104 J D.2.3×104 J
【举一反三1】煤油的热值为4.6×107J/kg、比热容为2.1×103J/(kg ℃)，以下说法中正确的是(　　)
A.煤油的热值、比热容与质量大小无关
B.燃烧1kg煤油一定放出4.6×107J的热量
C.1kg煤油用去一半，煤油的热值减小，比热容不变
D.1kg煤油温度升高1℃需要放出2.1×103J的热量
【举一反三2】干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧的4kg干木柴放出的热量为 J；干木柴用掉一半后热值 （选填“变”或“不变”）。
【举一反三3】食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。
（1）煤气在燃烧时把化学能转化为 能。其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 ；
（2）烹饪食物是通过 的方式改变食物的内能；
（3）炒菜时饭菜飘香，这是 现象；说明一切物质的分子都在永不停息地做 ；
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气 （不计热量损失，煤气的热值为）。
【举一反三4】据某城市统计，全市每天餐厨垃圾高达400吨，将餐厨垃圾有序处理成为垃圾资源化利用的项目之一。根据行业专家调研，每吨餐厨垃圾经过厌氧发酵，可产生100m3以上的沼气，这些沼气经过提纯净化后，至少可以产生60m3的天然气。已知沼气的热值约为1.9×107J/m3，水的比热容是4.2×103J/(kg ℃)。
(1)若这个城市将每天餐厨垃圾得到的沼气全部燃烧，至少可以放出多少热量？
(2)若利用每天产生的沼气提纯净化后的天然气燃烧来给水加热，能使1000吨20℃的水在一标准大气压下加热到沸腾，已知锅炉的效率为35%，则提纯后的天然气的热值为多少J/m3？
【举一反三5】合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1 kg垃圾能“榨”出0.17 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为____________J，燃烧时燃料油的化学能转化为______能；如果这些热量的42%被水吸收，则可以使______kg的水温度从20 ℃升高到100 ℃，这是通过____________的方式改变水的内能。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
【题型4】热机的效率概念
【典型例题】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.一般情况下，柴油机的效率比汽油机的低
B.燃烧相同燃料，热机做的有用功越多，热机的效率越高
C.热机的效率越高，说明做功越快
D.热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【举一反三1】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.两台热机，做有用功多的那台效率高
B.热机的效率总小于1，只因为废气带走了余热
C.热机的效率总小于1，说明使用热机的过程能量不守衡
D.某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%
【举一反三2】下列有关内燃机说法正确的是(　　)
A.汽油机吸气冲程吸入的是空气
B.柴油机压缩冲程中将内能转化为机械能
C.内燃机工作时的热机效率总小于1
D.热机使用时只有噪声污染
【举一反三3】下列关于热机效率，说法正确的是(　　)
A.热机功率越大，效率必定越高
B.用热值大的燃料就能提高热机效率
C.不断创新和改进热机结构，可以提高热机效率，最终热机效率会达到100%
D.利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径
【举一反三4】下列关于热机效率的说法正确的是(　　)
A.热机的功率越大，效率越高
B.热机消耗的燃料越少，效率越高
C.燃料的热值越大，效率越高
D.完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高
【举一反三5】2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，热机效率__________(选填“一定”或“不可能”)达到100%。
【举一反三6】2024年10月30日，搭载着神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭成功发射。此过程中，火箭燃料的热值__________(选填“增大”“减小”或“不变”)，热机效率__________(选填“一定”或“不可能”)达到100%。
【举一反三7】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_________(选填“升高”“降低”或“不变”)，燃油的热值__________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
【题型5】如何提高热机的效率
【典型例题】关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A.热机消耗燃料越少，效率越高
B.使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
【举一反三1】下列关于热机和热值说法正确的是(　　)
A.所用燃料的质量越多，燃料热值越大
B.热机功率越大，热机效率越高
C.热机消耗的燃料越多，热机的效率越低
D.尽量使热机保持良好润滑，可以提高热机效率
【举一反三2】某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转2400转，则每秒对外做功__________次。为了提高汽油机的效率，需要在__________冲程让燃料更加充分燃烧，此时汽油的热值__________ (选填“增大”“减小”或“不变”)。
【举一反三3】2023年9月17日，我国使用长征二号丁运载火箭，成功将遥感三十九号卫星发射升空。火箭升空过程中，燃料燃烧将化学能转化成__________，再通过做功的方式转化为机械能。散失的能量越少，发动机效率越__________(选填“高”或“低”)。
【举一反三4】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同；
（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；
（2）酒精的热值为，完全燃烧5g酒精放出的热量 J；
（3）某同学用图丁装置测酒精的热值。加热前酒精灯的质量为，加热一段时间后变为；烧杯中水的质量为M，水的初温，末温，水的比热容用c表示；用以上符号表达该同学测酒精热值的计算式： ；通过该实验得到的燃料热值与实际相比是 （选填“偏大”“偏小”或“相等”）；
（4）有一种“涡轮增压”（T型）轿车，通过给发动机更足量的空气使汽油更充分地燃烧，比普通轿车（L型）更节能，排气更清洁；同样的汽油（如97#）加在T型轿车内比加在L型轿车内热值 （选填“更大”“一样大”或“更小”）。
【举一反三5】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量都是60g。
（1）燃料燃烧是将化学能转化为 能；
（2）选择 、 两图展开实验比较不同燃料的热值；
（3）选择 、 两图展开实验比较不同物质的比热容。实验数据如表格所示，比热容大的是液体 （选填“A”或“B”）；
（4）本实验采用的科学方法是 ；
（5）若甲装置烧杯内的液体为水，根据水的质量，水的初温和燃料烧尽时水的末温，再结合燃料燃烧消耗的质量，从而计算出燃料的热值，则计算值 （选填“小于”“大于”或“等于”）真实值，原因是 。
【题型6】热机的效率与热量的计算
【典型例题】某台柴油机中的所有燃料完全燃烧能放出8×107J的热量。共计损失了4.8×107J的能量，下列说法正确的是(　　)
A.用来做有用功的能量为8×107J
B.该柴油机的效率为60%
C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
【举一反三1】下列关于比热容、热值和热机效率的描述，正确的是(　　)
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.柴油的热值是3.3×107J/kg，完全燃烧1kg柴油能放出3.3×107J/kg的热量
C.水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示水升高1℃吸收的热量是4.2×103J
D.甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的燃料，甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大
【举一反三2】家用轿车的发动机是四冲程内燃机，其在工作过程中是将__________能直接转化为机械能；汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧0.5kg的汽油，释放出的热量是_________J，如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为__________%。
【举一反三3】某汽油机工作时，能量流向图如图所示。现有一罐汽油，该汽油机燃烧了0.1kg，输出的有用机械能为1.38×106J。(汽油热值为4.6×107J/kg)
(1)汽油机燃烧汽油时，若能完全燃烧，放出的热量是_________J。
(2)该汽油机的效率为_________。
(3)若这罐汽油剩余的质量是0.2kg，则剩余汽油的热值为____________________。
【举一反三4】如图所示是小明家的小汽车，该车以20m/s的速度在水平路面上匀速行驶100km，消耗汽油10L，若发动机的输出功率为20kW，(汽油密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg)求在这段路程中：
(1)10L汽油完全燃烧放出的热量；
(2)小汽车所受的摩擦力；
(3)小汽车发动机的效率(结果保留整数)。
【举一反三5】2024年11月，搭载燃氢发动机的国产大卡车成功下线，标志着我国自主研发的大马力燃氢发动机技术迈向实际应用。某次测试中该卡车行驶1h，消耗氢气25kg，发动机输出功率350kW。已知氢气的热值为1.4×108J/kg。求：
(1)氢气完全燃烧放出的热量。
(2)燃氢发动机的效率。
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算
【典型例题】某内燃机的能量流向是，汽缸散热损失25%，废气带走的能量是30%，摩擦等机械损耗15%，则它的效率是 __________________。若消耗2kg的汽油，则它做的有用功是____________________(汽油热值4.6×107J/kg)。
【举一反三1】有一辆氢能源汽车以30kW的功率在平直的公路上匀速行驶1.4h，消耗了2.7kg氢燃料，该氢能源汽车发动机的效率是__________。
【举一反三2】阅读下列短文，完成相关问题：
2024年12月27日，一则振奋人心的消息传来，我国首台600公斤推力级涡扇发动机（如图）成功点火，这款发动机具有完全知识产权，同时具有低油耗、高可靠性、低成本等特点，可作为无人机动力。
涡扇发动机主要是通过风扇、压气机、燃烧室、涡轮和尾喷管等部件的协同工作，将空气和燃料转化为推力。外界空气进入发动机后，由风扇叶片进行初步压缩，压缩后的空气一部分进入外涵道高速排出，产生巨大推力，另一部分则进入内涵道，由压气机叶片进一步压缩后送至燃烧室。在燃烧室中，空气与燃料混合并燃烧，产生高温高压气体，高温高压气体推动涡轮，一边带动压气机正常工作，一边从尾喷管喷出高速气流，产生推力。
(1)涡扇发动机在工作过程中，一部分空气流过压气机时通过 （选填“做功”或“热传递”）的方式改变空气的内能，这部分气体与燃料混合后在燃烧室中燃烧，产生的高温高压气体推动涡轮转动，属于内燃机的 冲程，此冲程将 能转化为 能；
(2)某涡扇发动机用水作为冷却液，发动机工作一段时间后，10kg的冷却液温度从20℃升高到80℃。求冷却液吸收了多少热量 （水的比热容为）
(3)请你结合所学知识，写出一条涡扇发动机效率达不到100%的原因 。
【举一反三3】杨洋同学家原来是用液化石油气烧水的（每天至少用65℃的热水100kg），参加“探究性学习”活动后，在老师的指导和同学们的帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。这台热水器6月份平均每天可将100kg水从15℃升高到65℃。求：
（1）100kg水从15℃升高到65℃所吸收的热量；
（2）若杨洋家6月份仍然用液化石油气烧水，且放出的热量能全部被水吸收，则平均每天需要液化石油气多少kg？[已知液化石油气的热值为7.0×107J/kg、液化石油气燃烧放出的热量全都被水吸收、C水=4.2×103J/（kg·℃）]

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