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第3节 热机的效率 教材知识梳理 课时练习
班级：_______ 姓名：_______
知识点1 燃料的热值
1.定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量① ，叫作这种燃料的热值.
2.物理意义：热值在数值上等于1 kg某种燃料② 放出的热量.对某些气体燃料，其热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量.
3.单位：在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是③ ，符号是J/kg，气体燃料单位是焦每立方米，符号是J/m3.
4.热量的计算
(1)固体(液体)燃料完全燃烧产生热量的计算公式：Q=mq，Q表示热量(J)，m表示固体(液体)燃料的质量(kg)，q表示④ (J/kg).
(2)气体燃料完全燃烧产生热量的计算公式：Q=Vq，Q表示热量(J)，V表示气体燃料的体积(m )，q表示热值(J/m ).
知识点2 热机的效率
1.定义：用来做⑤ 功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率.
热机的效率是热机性能的重要指标.
2.定义式：η= ×100%，η表示热机的⑥ ，W有表示做有用功的能量，Q放表示燃料完全燃烧放出的能量.
3.常见热机效率：
蒸汽机：6%~15%
汽油机：20%~40%
柴油机：30%~45%
由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机效率总小于100%.
4.提高热机效率的方法
(1)让燃料尽可能地充分燃烧
(2)减小热量的散失
(3)减小机械各部件间的摩擦
(4)在热机的设计和制造上，采用先进的技术
参考答案
①之比 ②完全燃烧 ③焦每千克 ④热值 ⑤有用 ⑥效率
课时练习
一、单选题（本大题共8小题）
1．2025年5月29日，我国用长征三号乙运载火箭成功将行星探测工程天问二号探测器发射升空。如图所示，这是火箭起飞时燃料剧烈燃烧的情景。燃料燃烧时热值（　　）
A．不变 B．为零 C．变小 D．变大
2．我国航天技术处于世界先进水平。运载火箭常采用液态氢作为燃料,不仅是因为环保,还因为液态氢具有 （ ）
A．较多的热量 B．较大的热值
C．较大的比热容 D．较大的内能
3．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，热机效率也能达100%
D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
4．2024年春节期间多地发布了相关规定，允许在一定时间和区域内燃放烟花爆竹，以渲染过节热闹气氛。点燃爆竹后，它内部的化学物质剧烈燃烧，产生高温高压气体，冲破爆竹的外壳发爆炸。此过程与内燃机四个冲程中原理相似的是（　　）
A． B．
C． D．
5．［2024江苏扬州中考］家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是（ ）
A. 汽油机的效率能达到
B. 汽油机燃烧汽油会造成环境污染
C. 汽油机的一个工作循环中，对外做功4次
D. 汽油机在吸气冲程中只吸入汽油
6．砖的制作工艺流传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法正确的是(　　)
A．晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量越多
B．高温烧制时，通过热传递的方式改变砖块的内能
C．烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值越大
D．在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度变小
7．有一瓶酒精，如果倒去一半，再使它的温度降低一半，（无物态变化）则（　　）
A．它的热值变为原来的 B．它的比热容变为原来的
C．它的密度变为原来的 D．它的比热容、热值都不变
8．2025年4月24日，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭成功发射。在火箭加速升空的过程中，下列说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧产生的内能转化为火箭的机械能 B．载人飞船的重力势能转化为动能
C．载人飞船的机械能不变 D．火箭发动机的热机效率可达100%
二、填空题（本大题共6小题）
9．一台单杠四冲程汽油机，飞轮的转速是3000r/min，它1秒钟对外做功 次，该汽油机燃烧5kg汽油时，对外做的有用功为6.9×107J，该汽油机的效率为 。（q汽油=4.6×107J/kg）
10．一位同学阅读了某型号汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请你根据给出的信息，计算该内燃机的效率范围是 。写出一种提高热机效率的方法 。
11．质量为2kg水的温度由20℃升高到60℃，这杯水的内能______（选填“增加”、“减少”或“不变”），这些热量相当于完全燃烧_______g酒精。（q酒精=3.0×107J/kg）
12．汽油机将机械能转化为内能的是 冲程，若单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1 800 r/min，此汽油机在每秒钟做功 次。汽油机的气缸外面有“水套”，汽车行驶时水的温度会升高，水的内能会增大，这是通过 的方式改变水的内能。
13．如图所示是一台四冲程汽油机的某个冲程，在此冲程中 能转化为 能；若飞轮转速为1800r/min，则该汽油机每秒钟完成 个工作循环；在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，则放出的热量是 J。（q汽油=4.6×107J/kg）
14．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_______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。未使用完的煤气的热值_______(填“变大”“变小”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]
三、实验题（本大题共2小题）
15．如图所示，某同学设计的探究煤油和菜籽油的热值大小的实验装置，为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中水的 、 相同。
16．【探究名称】做功与物体内能变化的关系。
【实验器材】气压式喷雾器、数字式温度计、小叶轮等。
做功与物体内能的变化存在怎样的关系？
【证据】
（1）用温度计测出气压式喷雾器内气体的温度，如图甲所示。
（2）关闭喷嘴处的阀门，接着用手按压活塞快速打气，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图乙所示。
（3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体，并用温度计测出喷雾器内气体的温度，如图丙所示。
【解释】（1）该实验通过 来反映气体内能的变化，这里应用了 法。
（2）用手按压活塞快速打气的目的是 。
（3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，喷雾器前的小叶轮转动，此时气体的内能转化为小叶轮的 。
【结论】（1）比较 两图可知，外界对气体做功，气体内能增大。
（2）比较 两图可知，气体对外界做功，气体内能减小。
【交流】（1）汽油机是汽车的“心脏”，其中 冲程将机械能转化为内能。如图甲、乙所示，是我们课堂演示的两个实验，与此冲程原理相同的是 实验。
四、计算题（本大题共4小题）
17．新农村建设中推广使用瓶装液化气。若用液化气灶烧水，燃烧的液化气，可使的水从升高到。已知水的比热容为液化气的热值为。求：
（1）液化气完全燃烧放出的热量。
（2）该液化气灶烧水的效率。
18．目前，“节能减排”已引起全球的关注。 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；
（2） 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。求：（汽油的热值q=4.6×107J/kg）
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。（结果保留到0.1%）

19．汽油发动机每一个工作循环活塞经历四个冲程，带动曲轴转动两圈。一台汽油机，活塞面积是50cm2，活塞行程是25cm，做功冲程燃气产生的平均压强为8×105Pa，若飞轮的转速是2000r/min，热机效率为30%，求：
（1）做功冲程中，燃气对活塞的平均压力是多少牛？
（2）做功冲程中，平均压力做多少功？
（3）汽油机在1h内对外做多少次功？
（4）1h要消耗多少kg汽油？（汽油的热值为4.6×107J/kg，结果保留一位小数）
20．中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志，如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液体氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，液态氢的热值为。
（1）某火箭发射时携带液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少J？
（2）若第一问放出的热量只有20%被水吸收，能将、初温为30℃的水加热至多少℃？【c水=4.2×103J/(kg ℃)，已知当地大气压为1标准大气压】
（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶20min，消耗了1. 5kg燃料，求该发动机的效率。
参考答案
1．【答案】A
【详解】热值是燃料的一种特性，它反映了燃料完全燃烧放出热量的能力。热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧等均无关，所以燃料燃烧时，燃料的热值不变，故A符合题意，B、C、D不符合题意。
2．【答案】B　
3．【答案】D
【详解】A．当有效利用的能量一定时，热机消耗的燃料越多，热机效率越低，但选项中没有说明有效利用的能量一定，故A错误；
B．热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，燃料燃烧不充分时，部分能量被浪费掉，热值不变，故B错误；
C．热机在工作时也不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，热机效率不能达100%，故C错误；
D．热机效率越高，热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比越大，内能转化为机械能的比例越大，故D正确。
4．【答案】D
【详解】高压燃气瞬间冲破鞭炮的过程是将内能转化为机械能；在热机的做功冲程中，内能转化为机械能，所以与热机的做功冲程的原理相似。
A．进气门打开，排气门关闭，是吸气冲程，故A不符合题意；
B．两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故B不符合题意；
C．进气门关闭，排气门打开，是排气冲程，故C不符合题意；
D．两气门关闭，活塞向下运动，火花塞点火，是做功冲程，故D符合题意。
5．【答案】B
【解析】汽油燃烧产生的热量不可能全部转化为机械能，因此汽油机的效率不可能达到，项错误；汽油燃烧会产生污染物，会对环境造成污染，项正确；汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程以及排气冲程组成，只有做功冲程对外做功，即一个工作循环中对外做功一次，项错误；汽油机在吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，项错误。
6．【答案】B
【详解】热量是一个过程量，只能说吸收(或者放出)了多少热量，不能说某物体含有多少热量，故A错误；高温烧制时，通过热传递的方法增加砖块的内能，故B正确；燃料的热值仅与燃料的种类有关，与燃料的燃烧程度无关，故C错误；密度是物体的特性，不改变物体自身状态的情况下密度不会变化，所以在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度不会变化，故D错误。故选B。
7．【答案】D
【详解】A．热值是物质的一种特性，只与物质种类有关，与是否完全燃烧、质量、体积无关，把一杯酒精倒掉一半，质量和体积均减小一半，但热值不会发生变化，故A不符合题意；
B．比热容是物质的一种特性，只与物质种类有关，与质量、体积无关，把一杯酒精倒掉一半，质量和体积均减小一半，但比热容不会发生变化，故B不符合题意；
C．密度是物质的一种特性，与物质种类、温度、状态有关，与质量、体积无关，把一杯酒精倒掉一半，质量和体积均减小一半，但密度不会发生变化，故C不符合题意；
D．比热容、热值是物质的一种特性，只与物质种类有关，把一杯酒精倒掉一半，质量和体积均减小一半，比热容、热值不会发生变化，故D符合题意。
8．【答案】A
【详解】A．火箭加速升空过程中，燃料燃烧将化学能转化为内能，高温高压燃气推动火箭运动，将内能转化为火箭的机械能，故A正确；
B．火箭加速升空时，质量不变，高度增加，重力势能增大，速度增加，动能增大，因此不是重力势能转化为动能，而是燃料的内能转化为机械能，故B错误；
C．火箭加速升空时，动能和重力势能都在增加，所以机械能总量在增大，故C错误；
D．热机工作时必然有能量损失，如废气带走热量、摩擦生热等，因此火箭发动机的热机效率不可能达到100%，故D错误。
9．【答案】25；30%
【详解】某四冲程汽油机飞轮的转速是
即飞轮每秒钟转动50转，对外做功25次。
5kg汽油完全燃烧释放的热量
该汽油机的效率
10．【答案】24%~30%；见解析
【详解】内燃机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，由图可知，有用功占燃料释放热量的比例最大值为，最小值为，所以效率范围为24%-30%。，提高热机效率的方法有：让燃料充分燃烧（使燃料燃烧释放的能量更多地转化为有用功）；减少废气带走的热量（例如改进发动机的构造等，使燃烧后的废气带走的能量减少）；加润滑油减小摩擦（减少客服摩擦消耗的能量）等。
11．【答案】 增加 11.2
【详解】[1][2]质量为2kg水温度由20℃升高到60℃，温度升高，分子运动加剧，分子动能增加，所以内能增加；水吸收的热量为
Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(60℃-20℃)=3.36×105J
酒精完全燃烧放出的热量
Q放=Q吸=3.36×105J
完全燃烧的酒精质量为
=0.0112kg=11.2g
12．【答案】压缩；15；热传递
【详解】汽油机在压缩冲程活塞对气缸内的气体做功，气体内能增加，将机械能转化为内能的是压缩冲程。
汽油机四个冲程为一个工作循环，飞轮转两圈，做功一次；若单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800 r/min=30r/s，即1s内飞轮转30r，此汽油机在每秒钟做功15次。
汽油机的气缸外面有“水套”，汽车行驶时水吸收气缸的热量，温度会升高，水的内能会增大，这是通过热传递的方式改变水的内能的。
13．【答案】内；机械；15；2.3×107
【详解】由图可知，两个气门都关闭，火花塞产生电火花，活塞向下运动，因此是做功冲程；
汽油机的做功冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能；
四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min=30r/s，即在1s内飞轮转30r；因为每完成一个工作循环飞轮转2r，所以该汽油机在1s内完成了15个工作循环；
500g汽油完全燃烧放出的热量
14．【答案】6.72×105；0.016；热传递；不变
【详解】本题考查吸热公式、燃料燃烧放热公式的应用以及改变物体内能的方式、热值概念的理解。水吸收的热量：Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105 J；不计热量损失，根据Q吸＝Q放＝mq，所以需要完全燃烧煤气的质量：m＝ ＝ ＝0.016 kg；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增加水的内能的；热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，故未使用完的煤气的热值不变。
15．【答案】 质量 初温
【详解】[1][2]本实验用了转换法和控制变量法，通过燃烧相同质量的两种燃料，去加热相同质量的水，通过水升高的温度来比较两种燃料的热值大小。为了方便比较水的温度变化，还需要控制水的初温相同。故在实验中应控制水的质量相等、初温相同。
16．【答案】温度计示数；转换；使气体的内能变大；机械能；甲、乙；乙、丙；压缩；甲
【详解】（1）内能与温度有关，物体的温度改变，内能会随之改变；实验通过温度计示数的变化来反映气体内能的变化，是转换法。
（2）用手按压活塞快速打气，此时活塞对气体做功，使气体的内能变大。
（3）打开喷嘴处的阀门，迅速放出喷雾器内一部分气体时，里面的气体对外做功，喷雾器前的小叶轮转动，气体的内能转化为小叶轮的机械能。
（1）比较甲和乙两图，手压活塞，对喷雾器内气体做功，观察到气体温度上升，即气体内能增大，所以外界对气体做功，气体的内能增大。
（2）比较乙和丙两图，气体被放出，使得小叶轮转动，即气体对外界做功，此时，观察到气体温度下降，即气体内能减小，所以气体对外界做功，气体内能减小。
（1）汽油机的压缩冲程中，活塞对气缸内的气体做功，将机械能转化为气体的内能。图甲通常是压缩空气引火仪实验，通过压缩空气做功，机械能转化为内能，使棉花燃烧，它的实验原理与汽油机压缩冲程相同，都是机械能转化为内能；而图乙中水蒸气推动塞子做功，是内能转化为机械能，与做功冲程原理相同，所以与此冲程原理相同的是甲。
17．【答案】（1）液化气完全燃烧放出的热量：
（2）水吸收的热量：
液化气灶烧水的效率：。
18．【答案】（1） ；（2）①3.6×106J；②1.38×107J；③26.1%
【详解】解：（1）由于汽油燃烧产生的内能，主要热量散失是废气带走的热量，所以能流图中损失能量较多的填废气，还有部分能量克服机械摩擦损失了，如下图所示：

（2）①汽车在平直的公路上匀速行驶了3km，受到的阻力和牵引力是一对平衡力，所以牵引力为1200N，则牵引力做功W=Fs=1200N×3km=1200N×3000m=3.6×106J
②燃烧了0.3kg汽油，完全燃烧放出的热量Q=mq=0.3kg×4.6×107J/kg=1.38×107J
③发动机的效率
答：（1）汽油机工作时的能流图如解图所示；
（2）① 牵引力做了3.6×106J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%。
19．【答案】（1）4000N；　（2）1000J；　（3）60000次；　（4）4.3kg
【解析】做功冲程中，燃气对活塞的平均压力。做功冲程中，平均压力做的功。因飞轮的转速是2000r/min，即飞轮1min转2000r，对外做功1000次，所以1h内汽油机对外做功次。汽油机在1h内做的总功，由可得，汽油完全燃烧放出的总热量，由得，1h消耗汽油的质量。
20.【答案】（1）8.4×1012；（2）100；（3）40％
【详解】解：（1）某火箭发射时携带液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是
（2）若第一问放出的热量只有20%被水吸收，水吸收的热量为
由得，这些热量能使、初温为30℃的水温度升高
水的末温为
而1标准大气压下水的沸点为100℃，则水的末温为100℃。
（3）1. 5kg氢燃料释放的热量为
由得，氢能源车的牵引力做的功为
该发动机的效率

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