人教版物理通关讲义第十四章第2节 热机的效率（含答案解析）

第2节热机的效率

双基过关

知识点一、燃料的热值：

1.燃料：

(1)概念：可以燃烧的物质叫燃料。

(2)分类：固体燃料、液体燃料和气体燃料。

(3)燃料燃烧时的能量转化：化学能转化为内能。

2.燃料的热值：

(1)概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量(体积)之比，叫这种燃料的热值。

(2)定义式

固体和液体：4=鱼Q取一一燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳(J)；m——燃料的质量，单位

m

千克(kg)；q——燃料的热值，单位焦/千克(J/kg)o

气体：q="Q»一一燃料完全燃烧放出的热量，单位焦耳(J)；V——燃料的体积，单位千克

V

(m3)；q——燃料的热值，单位焦/立方米(J/m，)。

(3)物理意义

表示不同燃料完全燃烧时放热的能力。在数值上等于1kg(m;i)的某种燃料完全燃烧放出的热量。如汽

油的热值为4.6X107J/kg,它表示1kg的汽油完全燃烧时放出的热量是4.6X107JO

(4)理解：

①热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积和是否完全燃烧等无关。

②“完全燃烧”是指氧气充足、烧完、烧尽，只有在燃料完全燃烧放出的热量与质量之比才是这种燃料

的热值；用没有完全燃烧放出的热量与质量之比偏小，但这不是该燃料的热值。

(5)燃料燃烧释放出热量的计算

①固体和液体：Q叔=mq

②气体：。放=%

基础自测：

1.酿酒是人类神奇的发明，如图是将谷物倒入锅中熬制酒料的过程。下列说法正确的是()

A.用火种引燃木柴的过程与钻木取火的原理相同

B.灶台下木柴燃烧的过程，将内能转化成了化学能

C.锅能向酒料传递热量，是因为锅的温度高于酒料的温度

D.熬制过程中需要不断地搅拌，这是为了通过做功的方式增加物体内能

2.下列说法正确的是()

A.燃料燃烧越充分，它的热值就越大

B.内燃机用水做冷却液，是因为水的比热容较大

C.敲击大小不同的编钟，发出声音的音色不同

D.在闹市区安装噪声监测装置，可以减弱噪声

3.用煤气灶将质量为4kg的水，从25℃加热到50℃,水吸收的热量为_J.若水吸收的热量等于煤气燃

烧所放出的热量，则需要完全燃烧kg的煤气。[c水=4.2xl03j/(kg・℃),g煤气=4.2x107j/kg]

4.利用先进工艺和科学方法，可以使垃圾变废为宝。若从1吨垃圾中能提炼出140kg燃料油，燃料油

的热值为4.5xl07j/kg,则这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为J,这些热量可以使kg的

水温度升高50℃.[水的比热容为4.2xl03j/(kg・℃)]

知识点二、热机的效率

1.燃料的不安全燃烧与能量的有效利用

(1)利用燃料给水加热的能量走向

①燃料很难完全燃烧，未燃烧占15%.

②被水吸收的热量，有效利用占60%.

③高温的烟气带走相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉，占25%。

(2)燃料的利用率(锅炉的效率)

①定义：有效利用的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值叫作燃料的利用率。

②定义式：7=———水吸收的热量；——燃料完全燃烧放出的热量；n一—锅炉的效

Q释放

率。

(3)提高燃料利用率的途径

①让燃料尽可能地充分燃烧；

②减少热量的散失。

2.热机的效率

(1)热机中燃料燃烧释放热量的能量走向

①克服摩擦损失的能量；

②废气带走和散失的热量；

③有用的机械能。

(2)定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率。

W

(3)定义式：rj=--W——做有用功的那部分能量；Qrw一—燃料完全燃烧放出的热量；n—

。释放

热机的效率。

(4)物理意义

热机的效率表示使用热机时对燃料利用率的高低，因此热机的效率是描述热机性能的一个重要指标。

(5)提高热机效率的方法

①使燃料充分燃烧；

②保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而消耗的能量；

③在热机的设计和制造上，采用先进的技术，尽量减少各种热量损失。

3.由于燃料不可能完全燃烧，在使用过程中总有热量散失，所以热机(锅炉)的效率总小于100%。

基础自测

5.关于内燃机，下列说法正确的是()

A.四个冲程中只有一个冲程发生内能与机械能相互转化

B.压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能

C.汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的

D.只要技术进步，内燃机的效率可以达到100%

6.关于内能及内能的利用，说法正确的是()

A.汽油机的做功冲程将内能转化为机械能

B.温度为0℃的物体没有内能

C.燃料的热值越大，燃烧释放的热量越多

D.增大热机功率一定能提高它的效率

7.太阳能热水器吸收1.4X10，J的能量能把质量为20kg的水从25℃加热到75℃,则水吸收的热量为

J,热水器的热效率为.。[水的比热容为4.2义IO,J/(kg-℃)]

8.为了减少环境污染，共建绿水青山的美好生态，我市部分农村地区已经用上了天然气烧水煮饭，设天

然气热值为4.2X10;J/kg,完全燃烧0.2kg天然气放出的热量为J；若这些热量的25%被12.5kg、30

℃的水吸收，能使水的温度升高到℃.(c，K=4.2X103J/kg-℃)

考点突破

考点L热值及其计算

方法：明确热值的两个两个关键点

(1)热值是燃料的一种特性，由燃料种类决定，与其质量、体积、形状及是否完全燃烧均无关;

(2)燃料燃烧放出的热量与热值和质量的关系

①质量相同的不同种类的燃料，燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多；

②质量不同的同种燃料，质量越大，完全燃烧放出的热量越多。

解决燃料燃烧相关计算问题的思路

(1)审题，找相关量：明确题目描述的物理过程，即吸、放热过程，已知量和未知量；

(2)明去向，明确题目中热量的去向，即过程中热量是被完全吸收还是部分吸收;

(3)选公式，根据热量转移的特点，选择相应的公式进行计算。

例1.(2020•四川省甘孜州)下列关于热值和热机效率说法，正确的是()

A.使燃料燃烧更充分，可以增大热值

B.使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率

C.柴油机的热机效率通常为100%

D.燃料燃烧释放的热量越大，热值越大

例2.(2021•四川泸州市•中考真题)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0.28m?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°C［已知天然气热值于3.0X107j/m：',

水的比热容炉4.2X10，］/(kg.°C)］。

考点2.热机的效率

方法：计算热机效率的步骤

(1)明确热机所做的有用功一一W=

(2)明确燃料完全燃烧所释放的热量一一Q=qm或。=qV；

W

(3)计算热机的效率-7=—xlOO%»

W

(4)利用热机效率的变形式可以求热机做的功一一W=Qn和燃料完全燃烧放出的热量一一Q=—。

n

例3.(2021•江苏中考真题)小明一家驾车旅行，(1)加油时，闻到汽油味，说明分子在；(2)

图示为车发动机的一个冲程，其能量转化情况是:(3)若车的总质量为1.5t,匀速直线行驶9km,所

受阻力为车重的0.1倍,完全燃烧汽油1L,则1L汽油完全燃烧放出的热量是J,车所受牵引力是N,

车的工作效率是%。("汽『0.8X103kg/m3；q汽片4.5X107j/kg；g取lON/kg)

例4.(2021•江西中考真题)如表一所示是小红同学家的燃气热水器正常工作时显示的部分参数。已知

水的初温为20℃,C*=4.2X103J/(kg«℃),求：

表一表二

燃气热水器即热式电热水器

设定温度50℃额定功率7(XX)W

气量l.Om3/h额定电压220V

水量5OL/min额定频率50Hz

（1）燃气热水器正常工作lOmin流出的热水的质量；

（2）燃气热水器正常工作lOmin流出的热水所吸收的热量；

（3）小红同学观察到学校用的是即热式电热水器，铭牌如表二所示。若要得（2）问中热水所吸收的热

量，即热式电热水器需正常工作16min40s,则该即热式电热水器的加热效率为多少？

（4）请写出使用电能的两个优点。

考点3.有关燃料热值的探究

方法：分析燃料热值的探究实验中，通常用水吸收的热量来作为热量完全燃烧放出的热量，应用了转换

法；但这样处理的结果会造成计算出的燃料热值会严重偏小，误差很大。

例5.（2021•江苏苏州市•中考真题）如图是“探究不同物质吸热升温的现象”和“比较不同燃料燃烧

时放出的热量”的甲、乙两组实验装置，下列关于该两组实验的说法正确的是（）

A.每组实验中,燃料的质量均应相等

B.每组实验中,杯中物质的质量均应相等

C.甲组实验中,可以根据温度计示数的变化来比较吸热的多少

D.乙组实验中,可以根据加热时间的长短来比较吸热的多少

例6.某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验探究煤油和菜籽油的热值大小关系.他实验时组

装了如图所示的两套规格完全相同的实验装置，记录结果见表：

燃料加热前的水温/℃_燃料燃尽后的水温/℃―

煤油2544

(1)为了保证实验结论的可靠，小明同学选择了两套相同的装置，在实验中还应控制：煤油和菜籽油

的质量及水的质量相同.

(2)通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是煤油.

(3)该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两灯中燃料的质量，并根据记录的数据，利用公式Q

吸=颂(t-tO)计算出了水吸收的热量，然后再利用这个热量计算出煤油的热值，发现结果与课本中给出的

煤油热值相比偏小(选填“偏大”、“偏小”或“相等”).观察装置图，请你分析原因是：有热损失.

第2节热机的效率

双基过关答案解析

基础自测：

1.【答案】C

【解析】A、用火种引燃木柴的过程是热传递。钻木取火的本质是机械能转化为内能，两者原理不同，

故A错误；

B、木柴燃烧的过程，本质是化学能转化为内能的过程，故B错误；

C、只要存在温度差，就会发生热传递，锅能向酒料传递热量，是因为锅的温度高于酒料的温度，故C

正确；

D、熬制过程中需要不断地搅拌，目的是使酒料受热均匀，同时避免粘锅，故D错误。

2.【答案】B

【解析】A.燃料的热值是某种燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比，与实际燃烧情况无关，

故该选项不符合题意；

B.水的比热容比较大，等质量物质在升高相同温度时一，水吸收的热量多，适合作为内燃

机的冷却液，该选项符合题意；

C.敲击大小不同的编钟，是音调不同，相同乐器发出的声音的音色相同，该选项不符合题意；

D.噪声监测装置只能监测噪声等级，不能减弱，该选项不符合题意。

3.【答案】4.2x10s；0.01

【解析】水吸收的热量：

35

0«ft=cmA^4.2xlOJ/(kg«℃)x4kgx(50℃-25℃)=4.2xlOJ；

若水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量，。残=0放=4.2x105j；

由Qm—qm可得,煤气质量in—=42x107J/kg=-01kgo

4.【答案】6.3x109；30000

【解析】知道燃料油的热值和燃料油的质量，利用燃料完全燃烧放热公式0妆=，阳求燃料油完全燃烧放

出的热量；这些热量被水吸收，又知道水的比热容、水的初温、水的末温，利用吸热公式求水的质量

完全燃烧140kg这种燃料油放出的热量：

Q族=网=140kgx4.5x107J/kg=6.3xio9J,

由题知，水吸收的热量0吸=。放=6.3xl09j,

.八A-_Qm_______6.3x10-……

由°=。加2\/可得'm=-4.2X103J/(kg«℃)x50℃=30000k80

基础自测

5.【答案】B

AB、内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程，压缩冲程活塞向上运动，压缩气体对气体做功，

将机械能转化为内能；做功冲程高温高压燃气推动活塞向卜,运动，将内能转化为机械能。吸气和排气冲程不

发生能量转化。故A错误、B正确；

C、在做功冲程初，柴油机是靠喷油嘴喷出雾状柴油而燃烧，所以C错误：

D、不管技术怎么进步，内燃机的效率都不能达到100%,故D错误。

6.【答案】A

A、汽油机的做功冲程是将内能转化为机械能，故A正确；

B、任何物体都有内能，故0℃的冰也是具有内能的，故B错误；

C、热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故C错误；

D、用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出热量的比值叫热机效率，热机的效率与功率、做功的本领、

燃料的热值等因素无关，故D错误。

7.【答案】4.2X10%30%

(1)水吸收的热量：

Q^=cm(t-to)=4.2X103J/(kg«℃)X20kgX(75℃-25℃)=4.2X108J

⑵热水器的效率：〃罟='；2”，,=30%

E1.4X10J

8.【答案】8.4X10’70

(1)完全燃烧0.2kg天然气放出的热量：

01s=0片0.2kgX4.2X10，J/kg=8.4X10'U；

6

(2)由题知，水吸收的热量:4>®=25%<2«[=25%X8.4X10>2.IX10J；

2]x]06T

由。阪△，得，7K升同j的温度：△t-j~.>,।,~~~q--10℃,

cm4.2vX10J/(kg・C)X12.5kg

水的末温：^ro+A«=30℃+40°C=70℃o

故答案为：8.4X10170o

(1)已知天然气的热值和质量，可利用公式0户收计算天然气完全燃烧放出的热量；

(2)由题知，。咪=25/0放，而0吸二乙心力，知道水的质量、比热容，可求水升高的温度和末温。

本题考查了学生对吸热公式。吸=M△-、燃料完全燃烧放热公式0片曲的掌握和运用，因条件已给出,

难度不大；注意温度升高(AO与升高到(末温)的区别。

考点突破

例1.

【答案】B

【详解】A.热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误：

B.使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；

C.任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%,故C错误;

D.热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。

故选Bo

例2.【答案】热值8.4xlO6100

【详解】

[1]单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干

木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。

[2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量

2=^=3.0xl07J/m3x0.28m3=8.4xl06J

[3]水的质量

Q8.4X106J

m=-----=-----------；------------------------=1I0NN0Ikg

cN4.2xl03J/(kg-℃)x20℃

例3.【答案】永不停息地做无规则运动机械能转化为内能3.6xlO7J1.5X103N37.5%

【详解】

(1)[1]给汽车加油时，会闻到汽油味，从物理学角度来看，属于扩散现象，这个现象表明这汽油分子

在做无则规运动。

(2)[2]进气门、排气门关闭，活塞上移，是压缩冲程，机械能转化为内能。

(3)[3][4][5]1L汽油质量为

m=pV-0.8x103kg/m3x10-3m3=0.8kg

IL汽油完全燃烧放出的热量是

Q=mq=0.8kgx4.5x107J/kg=3.6x107J

车重力

G=m1g=1500kgx1ON/kg=1.5x104N

因为匀速，牵引力等于阻力为

尸=户0.1G=O.lxl.5xl04N=1.5x103N

机械功为

^Fs=1.5xl03Nx9000m=1.35xl07J

效率为

W135x1ft71

"=—x100%=---------xlOO%=37.5%

Q3.6xlO7J

例4.【答案】(l)50kg；(2)6.3X106J：(3)90%；(4)环保、方便

【详解】

解：(1)燃气热水器正常工作10min流出的热水的质量

V水-5.0L7minx1Omin=50L=5x102m3

=夕水匕卜=l-OxlO3kg/m3x5xl0=50kg

(2)燃气热水器正常工作lOmin流出的热水所吸收的热量

Q及=cm(tTo)=4.2xlO3J/(kg•℃)x50kgx(50-20)℃=6.3xlO6J

（3）时间为