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14.3 热机的效率&14.4 跨学科实践：制作简易热机模型
【练基础·过教材】
必备知识-1- 燃料的热值
1.人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的　　　　（选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28 m3的天然气可放出　　　　　　J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让　　　　　kg的水温度升高20 ℃。[已知天然气热值q=3.0×107 J/m3，水的比热容c=4.2×103 J/（kg·℃）]
2.关于燃料及其热值，下列说法正确的是 （　　）
A.没有燃烧的燃料，热值等于零
B.燃料完全燃烧时，它的热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D.燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
3. 如图所示，2025年4月24日，我国在酒泉卫星发射中心利用长征二号F遥二十运载火箭成功发射神舟二十号载人飞船。下列说法正确的是 （　　）
A.火箭升空时机械能守恒
B.空间站由于惯性绕地球运动
C.火箭应该优先选用热值小的燃料
D.火箭向下喷火使其升空，是由于力的作用是相互的
必备知识-2- 热机的效率
4.汽车在平直公路上匀速行驶9.2 km，消耗燃油1 kg，已知汽车的牵引力是2 000 N，则汽车发动机的效率是　　　　　　。（燃油热值取4.6×107 J/kg）
5.甲、乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意思是 （　　）
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的那部分能量的比例比甲大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
6. 为了缓解能源紧缺问题，提高热机的效率变得越来越重要。下列有关热机效率的说法正确的是 （　　）
A.尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率
B.使用的燃料热值越高，热机的效率越高
C.目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，它们的热机效率可达到100%
D.柴油机的效率一般低于汽油机的效率
【练综合·提能力】
关键能力-1- 正确理解热机的效率
7.关于热机的效率，下列说法正确的是 （　　）
A.蒸汽机的效率通常高于喷气发动机
B.热机效率一定小于100%
C.燃料质量越大，热机效率越高
D.在完全无摩擦的道路上，汽车发动机的效率可达到100%
关键能力-2- 热机效率的相关计算
8.两台四冲程汽油机在相同时间内，甲做的有用功是乙的3倍，甲机的热机效率是20%，乙机的热机效率是25%，则甲、乙两机消耗的汽油质量之比是 （　　）
A.12∶5 B.5∶12 C.15∶4 D.4∶15
9.国家要限制大排量汽车，主要是考虑节能环保方面的问题，毕竟这类大排量的车型，汽车不仅费油，而且排放尾气。某一款新型汽车以某一速度在一段平直的公路上匀速行驶一段距离，消耗了4 kg汽油，其发动机的效率为30%。（已知汽油的热值为4.6×107 J/kg）
（1）求汽油完全燃烧放出的热量；
（2）求该汽车发动机做的有用功；
（3）若该汽车在高速公路上匀速行驶时的平均牵引力为800 N，求燃烧4 kg汽油行驶的距离。
【练真题·育素养】
10.小明用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热。根据测量数据描绘温度-时间图像如图所示，由图可知，甲物质的比热容　　　　　（选填“>”“<”或“=”）乙物质的比热容。实验完成后，酒精灯中剩余酒精的热值　　　　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。
11.有如图所示的两套相同装置，分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料，点燃后加热质量相等的同种液体，通过比较燃料　　　　（选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”）后温度计示数的变化，来判断两种燃料的热值的大小。燃料燃烧，　　　　转化为内能，用比热容　　　　的液体可以使实验现象更明显。（实验中液体没有沸腾）
12. 图为小明自制的热机模型，他在矿泉水瓶的侧壁上开了一个孔，把电火花发生器紧紧插入孔中，实验时从上方瓶口喷入液态酒精并轻轻盖上一次性塑料杯，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精后，塑料杯立即飞出，此过程酒精燃烧产生的　　　能转化为塑料杯的　　　　　，这一过程的能量转化情况与四冲程汽油机的　　　　冲程的能量转化情况相同。
13.如图所示的是一台手扶双轮压路机，质量为565 kg。在一次压路作业中，以0.2 m/s的速度在水平路面上匀速行驶10 min，行驶过程中受到的平均阻力是总重的。（g取10 N/kg，柴油的热值取4×107 J/kg）
（1）压路机静止在水平路面上时，与地面的接触面积为0.02 m2，该压路机对路面的压强是多少
（2）压路机在这次压路作业中牵引力做的功是多少
（3）若发动机效率为30%，这次作业要消耗多少千克柴油
参考答案
1.热值　8.4×106　100
【解析】热值是燃料的一种特性，由于干木柴、煤的热值不同，因此它们的放热本领不同；完全燃烧0.28 m3的天然气放出的热量Q放=Vq=0.28 m3×3.0×107 J/m3=8.4×106 J，由题知Q吸=Q放=8.4×106 J，由Q吸=cmΔt可知，水的质量m===100 kg。
2.C　3.D
4.40%
5.C
6.A　【解析】尽量减少热机内部各部件间的摩擦，可以减少能量损失，所以可以提高热机效率，故A正确；热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出热量的比值，比值越大，效率越高，与燃料的热值无关，故B错误；目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，但是热机工作过程中不可避免地由于机件间的摩擦而产生额外功，因此热机效率不能达到100%，故C错误；通常情况柴油机的压缩比比汽油机大得多，且汽缸内柴油燃烧要比汽油燃烧更充分，所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率，故D错误。
7.B　8.C
9.【解】（1）汽油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=4 kg×4.6×107 J/kg=1.84×108 J
（2）发动机的效率为30%，由η=可知，该汽车发动机做的有用功：
W有=ηQ放=30%×1.84×108 J=5.52×107 J
（3）由W=Fs可知，该汽车燃烧4 kg汽油行驶的距离：
s===6.9×104 m
10.<　不变
11.全部燃烧　化学能　小
【解析】比较不同燃料热值的实验中，同时点燃燃料后，需等待燃料充分燃烧，通过观察温度计示数的变化来比较两种燃料热值大小；燃料燃烧时将化学能转化为内能；在吸收相同热量的情况下，比热容小的物质温度要升得高，所以用比热容小的液体可以使实验现象更明显。
12.内　机械　做功
13.【解】（1）压路机的重力：G压路机=m压路机g=565 kg×10 N/kg=5 650 N
压路机静止时对水平地面的压力：
F=G压路机=5 650 N
该压路机对水平地面的压强：
p===2.825×105 Pa
（2）根据速度公式得，压路机在这次压路作业中运动的距离：s=vt=0.2 m/s×10×60 s=120 m
牵引力的大小：F牵=f=G总=×5 650 N=2 260 N
压路机牵引力做的功：
W=F牵s=2 260 N×120 m=2.712×105 J
（3）由η=得，柴油完全燃烧释放的热量：
Q放===9.04×105 J
由Q放=mq可得，消耗柴油的质量：
m===0.022 6 kg

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