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14.3 热机的效率 学习任务单
班级：________　姓名：________　小组：________
【学习目标】
1．（物理观念）知道热值的定义、单位和物理意义，记住燃料完全燃烧放热公式 （气体燃料 ）和热机效率公式 ，能说出公式中各物理量的含义。
2．（科学思维、科学探究）通过分析"煤烧水"和"热机工作"的能量流向图，经历"分析能量去向—建立效率概念—推导计算"的思维过程，会计算热机的效率，能归纳提高热机效率的方法。
3．（科学态度与责任）了解热机效率对节约能源的重要意义，关注氢燃料电池等清洁能源的应用，树立节约能源、减少排放的责任意识。
【课前任务】
预习任务1　阅读教材"第3节 热机的效率"，完成下列填空。
(1)把某种燃料________________放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值；在国际单位制中，热值的单位是________，符号是________。
(2)对于热机而言，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之________，叫作热机的效率。
预习任务2　观察与思考：相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？写下你的猜想和生活事例。
我的猜想：________________________；生活事例：________________________。
【课堂任务】
任务一　燃料的热值
◆ 活动：结合课前预习，阅读教材并讨论下列问题，归纳热值的概念。
问题链：
1．燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量相同吗？有哪些事实能够支持你的观点？
________________________________________________________
2．热值的定义：把某种燃料________________放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。
3．热值的意义：热值在数值上等于______________________________。例如，木炭的热值为 ，它表示：__________________________________________。
4．注意：某些气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下______________________________，单位是焦每立方米，符号是________。
5．理解热值的定义时注意三点，完成下表。
要点 内容
(1)某种燃料 热值与燃料的________有关；热值反映燃料的燃烧特性、化学能转化成内能的本领大小；热值大，说明相同质量（或体积）的燃料的化学能转化成的内能________
(2)完全燃烧 含义：________充足，燃料与氧气充分接触、烧尽；条件：只有在________的情况下，燃料放出的热量与其质量之比才等于这种燃料的热值
(3)与质量之比 某种燃料的热值是固定的，它的大小与燃料燃烧释放的热量和燃料的质量________，仅取决于燃料的________
6．【方法规律】热值的两个关键点：热值一般由________决定，与其质量、体积及是否完全燃烧________；质量相同的不同燃料，热值越大，完全燃烧时放出的热量________。
我的结论：热值是燃料本身的一种特性，它只与________________有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧________。
任务二　燃料燃烧放热的计算
◆ 活动：由热值的定义推导燃料完全燃烧放热的计算公式，并学会运用。
问题链：
1．热值用 q 表示，质量为 m 的燃料完全燃烧放出的热量为 。根据热值的定义可推得 ＝________；对于标准状态下的气体燃料，用 V 表示体积，则 ＝________。
2．运用上述公式进行计算时，一定要注意________的统一。由热值的定义式可知，热值是燃料本身的特性，不能错误地认为热值与燃料完全燃烧放出的热量成________比、与燃料的质量成________比。
3．例1　（江西中考）用比值法定义物理量是物理学中常用的方法。以下物理量不是用这种方法定义的是(　　)
A. 密度　　B. 比热容
C. 质量　　D. 热值
4．例2　（连云港中考）下列关于燃料的热值的说法正确的是(　　)
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 ，完全燃烧 焦炭能放出 的热量
5．例3　（泰安中考）某地利用地热资源建立温泉浴池。某温泉池注入了 的水，初始水温为 42 ℃，一段时间后水温降至 30 ℃，放出的热量为 。已知 ，。求：(1)这些温泉水放出的热量 Q 的大小。(2)完全燃烧多少立方米的天然气放出的热量与 Q 的大小相等？
我的结论：
任务三　热机的效率
◆ 活动（情境探究）：观察下面两幅能量流向图，分组讨论能量的去向。
用煤烧水时能量的利用情况如图甲所示，热机工作时燃料化学能的转化如图乙所示。
用煤烧水时能量的利用情况（甲）
热机工作时燃料化学能的转化情况（乙）
问题链：
1．据图分析：燃料燃烧时放出的热量与按热值计算的热量有什么关系？
________________________________________________________
2．有效利用的热量与放出的热量有什么关系？
________________________________________________________
3．对于热机而言，燃料完全燃烧释放的热量与用来做有用功的能量有什么关系？
________________________________________________________
4．归纳：热效率 。热机的效率：对于热机而言，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之________，叫作热机的效率，热机的效率是热机性能的重要指标。公式：，其中 表示热机对外做的有用功， 表示______________________________。
5．提高热机效率的方法：①________________________；②________________________；③在设计和制造热机的过程中，应持续进行技术改进和创新，以减少各种能量损失，进而提升效率。
6．例4　关于热机的效率，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高
B. 热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多
C. 热机的效率越高说明做功越快
D. 在热机的能量损失中，废气带走的能量较少，由于机械摩擦损失的能量较多
7．例5　（山西中考）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约 ，驾车前往大约需要 。汽油的热值 q 取 ，汽油的密度 ρ 取 。
(1)求汽车的平均速度。
(2)汽车全程消耗汽油 ，求汽油完全燃烧放出的热量 。
(3)汽车发动机全程的平均功率为 ，求汽车发动机的效率。
任务四　综合应用
◆ 问题链（先独立完成，再小组互评）：
一、对热值的理解
1．（济南中考）完全燃烧 1 g 液态氢能释放出 1.4× J 的热量，是完全燃烧 1 g 汽油释放热量的 3 倍，由此可知液态氢比汽油(　　)
A. 内能大　　B. 温度高
C. 热值大　　D. 密度大
2．下列关于热值的说法正确的是(　　)
A. 2 kg 煤的热值大于 1 kg 煤的热值
B. 燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C. 燃料燃烧不完全时热值变小
D. 燃料的热值是燃料本身的特性，与燃料的种类有关
二、有关燃料燃烧放热的计算
3．某市部分农村地区已经使用天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为 、初温为 20 ℃ 的水加热到 100 ℃，水吸收的热量是__________J；若消耗了 的天然气，则此天然气灶的热效率为________。[，]
4．一款无人驾驶汽车在某段公路上测试时消耗汽油 ，废气带走的能量占汽油完全燃烧放出的热量的 42%，则消耗的汽油完全燃烧放出的热量为________J；在标准大气压下，假如这些废气带走的能量全部被质量为 、温度为 20 ℃ 的水吸收，水升高的温度是________℃。[，]
三、对热机效率的理解及计算
5．为节约能源，需要提高热机的效率，下列措施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. 尽量增加热机的工作时间
6．（苏州中考）如图所示，某折叠卡式炉采用丁烷气体作为燃料。水壶装入 初温为 25 ℃ 的水，用卡式炉加热至 100 ℃，消耗了 丁烷气体。水的比热容为 ，丁烷的热值为 。求：(1)壶中水的质量。(2)水吸收的热量。(3)卡式炉的加热效率。
折叠卡式炉
四、基础巩固
7．（陕西中考）涡轴-9"玉龙"是我国完全自主研发的航空涡轴发动机。其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是(　　)
A. 燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高
B. 燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大
C. 压气机压缩空气，空气的内能减小
D. 高温高压气体推动涡轮转动时，机械能转化为内能
8．（广元中考）随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为 ，水的比热容为 。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料 ，那么这些氢燃料完全燃烧释放的热量为__________J。若这些热量完全被水吸收，则可使__________kg 水的温度从 20 ℃ 升高到 100 ℃。
9．（日照中考）有一种小型单缸四冲程汽油机，每个工作循环做功 ，曲轴的转速是 ，每 消耗汽油 。该内燃机的功率是________W，内燃机的效率是________。[]
五、能力提升
10．乙醇汽油是由乙醇和普通汽油按一定比例混配形成的能源，能有效改善油品的性能和质量。它不影响汽车的性能，还能减少有害气体的排放。乙醇汽油热值约 ，某汽车发动机的能量流向图如图所示，下列说法正确的是(　　)
汽车发动机的能量流向图
A. 该车发动机的效率为70%
B. 的乙醇汽油燃烧一定能够释放 的热量
C. 利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施，减小摩擦是提高热机效率的有效途径
D. 发动机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能
11．(1)完全燃烧 酒精释放的热量是完全燃烧 酒精释放热量的________倍。 酒精完全燃烧释放的热量是 ，这些热量全部被 的液体A吸收，液体的温度升高了 50 ℃。完全燃烧 酒精释放的热量全部被 的液体A吸收，液体的温度升高了 ＝________℃（不考虑散热）。
(2)现用如图所示的装置加热 的液体A，燃烧了 酒精，液体升高的温度小于 ，哪些原因会导致这个结果？______________________（写出一个即可）。
加热液体A的实验装置
六、素养创新
12．（湖北中考）据统计，每燃烧 燃油约排放 二氧化碳。为实现碳达峰、碳中和的目标，氢能作为一种绿色低碳的清洁能源在我国交通领域的应用场景不断扩大，使用氢燃料电池的交通工具不断丰富，其应用流程如图所示。
(1)氢燃料电池将化学能直接转化为________能。
(2)当储氢瓶内气体压强为 时，求瓶内壁 的面积上受到的压力。
(3)以氢燃料电池卡车为例，假设卡车在水平路面上匀速行驶 用时 ，功率为 。①求卡车的行驶速度。②求卡车所受牵引力。③与燃油卡车相比，氢燃料电池卡车行驶 可减排二氧化碳的质量为多少？燃油发动机的效率取 36%，燃油的热值 q 取 。
氢燃料电池交通工具的应用流程
【参考答案】
【课前任务】
预习任务1：(1)完全燃烧；焦每千克；J/kg　(2)比
预习任务2：猜想：通常不相同（合理即可）。生活事例：烧开同样一壶水，需要的木柴质量多，而需要的天然气质量较少，说明相同质量的木柴和天然气完全燃烧时放出的热量不同。
【任务一】燃料的热值
1．通常不相同。烧开同样一壶水需要的木柴质量多，而需要的天然气质量较少，说明放出相同的热量时所用木柴的质量比天然气大，即相同质量的木柴和天然气完全燃烧时放出的热量不同（合理即可）。
2．完全燃烧
3．1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量；1 kg 木炭完全燃烧时放出的热量为 3.4× J
4．1 燃料完全燃烧放出的热量；J/
5．表格：(1)种类；多　(2)氧气；完全燃烧　(3)无关；种类
6．燃料的种类；无关；多
我的结论：燃料的种类；无关
【任务二】燃料燃烧放热的计算
1．由热值的定义可得 ，变形得 ；气体燃料 。
2．单位；正；反
例1：C　解析：密度、比热容、热值都是用比值法定义的，质量不是，故选 C。
例2：D　解析：热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与是否燃烧充分、放热多少、质量多少都无关，A、B、C 错误；D 中焦炭完全燃烧 1 kg 放出的热量等于其热值，正确。故选 D。
例3：解：(1)温泉水放出的热量为
(2)由 可得，需要完全燃烧天然气的体积为
【任务三】热机的效率
1．燃料很难完全燃烧，燃料燃烧时放出的热量往往比按热值计算出的热量要少。
2．有效利用的热量又比放出的热量要少。
3．燃料燃烧释放的热量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了，燃料完全燃烧释放的热量比用来做有用功的能量多。
4．比；燃料完全燃烧放出的热量
5．①使燃料充分燃烧；②保证良好的润滑，减少因克服摩擦而消耗的能量
例4：A　解析：柴油机缸内压缩程度更高、燃烧更充分，效率一般比汽油机高，A 正确；效率越高，做同样多的有用功消耗的燃料越少，B 错误；效率高只表示能量利用率高，不表示做功快，C 错误；废气带走的能量最多，D 错误。故选 A。
例5：(1)汽车的平均速度为
(2)消耗汽油的质量为
汽油完全燃烧放出的热量为
(3)汽车发动机做的有用功为
汽车发动机的效率为
【任务四】综合应用
1. C　解析：完全燃烧相同质量的液态氢放出的热量多，说明液态氢的热值大，与内能、温度、密度无关。
2. D　解析：热值是燃料本身的特性，只与种类有关，与质量无关，A 错误；放热多少还与质量有关，B 错误；燃烧不完全热值不变，C 错误。故选 D。
3．；56%
水吸收的热量为
天然气完全燃烧放出的热量为
此天然气灶的热效率为
4．；80
汽油完全燃烧放出的热量为
废气带走的能量 ，若全部被 100 kg 水吸收，水温可升高
而一标准大气压下水沸腾时温度保持 100 ℃ 不变，20 ℃ 的水最多升高到 100 ℃，所以水实际升高的温度为 100 ℃－20 ℃＝80 ℃。
5. D　解析：增加热机的工作时间并不能减少能量损失、提高效率，A、B、C 都能提高热机效率。故选 D。
6．解：(1)壶中水的质量为
(2)水吸收的热量为
(3)丁烷完全燃烧放出的热量为
卡式炉的加热效率为
7. A　解析：燃烧越充分，有用功占的比例越大，效率越高，A 正确；热值是燃料的特性，不改变，B 错误；压缩空气对空气做功，空气内能增大，C 错误；气体推动涡轮是把内能转化为机械能，D 错误。故选 A。
8．；
氢燃料完全燃烧释放的热量为
由 可得，可加热水的质量为
9．；32.6%
汽油机曲轴每转 2 转完成 1 个工作循环、对外做功 1 次，转速为 300 r/min，每分钟对外做功 150 次，每分钟做的功为
该内燃机的功率为
每分钟消耗的汽油完全燃烧放出的热量为
内燃机的效率为
10. C　解析：由图可知，废气占 33%、冷却水占 30%、摩擦与辐射占 7%，有用功占 30%，即效率为 30%，A 错误；0.1 kg 乙醇汽油只有完全燃烧才能放出 4.6× J 的热量，B 错误；压缩冲程把机械能转化为内能，D 错误。故选 C。
11．(1)；
1.4 g 酒精完全燃烧释放的热量是 0.7 g 酒精的 2 倍，即
由第一次吸收热量可得液体A的比热容
第二次液体A升高的温度为
(2)燃料没有完全燃烧（或热量散失到空气中、烧杯等实验装置吸收了热量等，合理即可）。
12．(1)电
(2)解：储氢瓶内气体对瓶内壁的压力为
(3)①卡车的行驶速度为
②卡车牵引力所做的功为
由 可知，卡车所受牵引力为
③由 可知，燃油完全燃烧放出的热量为
消耗燃油的质量为
减排二氧化碳的质量为

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