2024-2025学年人教版九年级物理全一册同步讲义：热机效率（学生版+解析版）

第十四章内能的利用(原卷版)

课时14.2热机效率

学习目标

2022年课程标准物理素养

3.3.1从能量转化角度认物理观念：知道热值的概念。

识燃料的热值。科学思维：会进行热值的简单计算。

3.5.2从能量转化和转科学探究：会进行热机效率的简单计算。

移妁角度认识效率。科学态度与责任：了解热机效率的概念以及提高热机效率的途径。

知识梳理

知识点一、燃料的热值

1.燃料

(1)燃料的种类

燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。

-固体燃料|—>|木柴、煤炭、秸秆等

燃料的分类|脚理状态-液体燃料］―»叵油：柴油、酒精等

一气体燃料|—氢气、煤气、天然气等

(2)燃料燃烧时能量转化

燃料在燃烧时将化学能转化为内能。

2.燃料的热值

燃料种类很多，由于•其燃烧成分不同，相同质最的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上

用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。

(D热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。

(2)热值单位：J/kg。

(3)热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的

是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领小小；也就是说,

它是燃料本身的•种特性，只与耀料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积等均无关。

(4)燃料燃烧放出的热量：热品：Q«=qm；(。放是燃料放出的热量，单位是J;。是热值，单位是J/kg；/〃是

质量，单位是kg)

回P别国提醒・:固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m”'为单位。因

此QLqm•般用于固体燃料和液体燃料放热的计第Q,〃=V"•般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料

的体积。

（5）对燃料热值的透析

热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领小

的一种固有

小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关

倾

对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“ikg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。ikg是指燃料的质

对完全燃烧量，如果燃料的质量不拈ikg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值：某种燃料是指热值

与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则ikg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就

不是该热值所确定的值

热的作用燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标

特别提醒:

⑴不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质有热值；

（2）只有燃料放热吐才能用Q^=qm或Q„e=Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式QHnZkt混淆。

培优拓展:

见下表:

一些燃料的热值

燃料热值燃料热值

干木柴约1.2Xio7j/kg柴油4.3x107J/kg

烟煤约2.9xIO7J/kg煤油4.6x107J/kg

无烟煤约3.4x10'J/kg汽油4.6xIO’J/kg

焦炭3.0xIO7J/kg■1.4xItfj/kg

木炭3.4xlO7J/kg煤气^3.9x107J/mJ

酒邓r3.0xIO7J/kg沼气l.9x|07J/n?

（2023•龙东）某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,则该汽油机每分钟做功

____次。如果完全燃烧50（）g汽油放出的热量是Jo（汽油的热值是4.6xlO；J/kg）

知识点二、热机的效率

L燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。

例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能展、灶体本身也会吸收一部分

能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热

量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示：

2.锅炉的效率

（1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛

水的容器，炉是燃料燃烧的装置,

锅炉有效利用的热量旦迪xi（m

锅炉的效率〃=

燃料完全燃烧放出的热量

Q放

（2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加小进风量等:

二、减少热量损失，如加小有效受热面积等。

3.内燃机中热量燃烧的能量流向图

（1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。

（2）计算公式：77=2^x100%

对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可

写成：z;=}^axioo%=^-xioo%

。总qm

（3）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,因此热机的效率是热机性能的

一个重要指标。

（4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30乐柴油机30虹45%。

国江》糊眼率总小于1的原因

因为热机中用于做有用功的能显只是燃料完全燃烧所放出的总能审的一部分，由于各种能晟的损失和燃烧条件的限

制，这部分能量一定小于完全献放出总能量，所以有用功的能a与燃烧放出的总能量的比值必然小于1,即热机的效

率一定小于lo

5.提高热机效率的主要途径

①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）；

②减少各种热量损失（L加小受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II.使用较好的保温材料，

减少热损失）：

③在热机设计和制造上，采用先进的技术；

④保隙良好的润滑，减少机械摩擦。

培优拓展:

在热机的能后损失中，废气带走的能显最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的主要措

施，例如，人们将发厂蒸汽轮机排除的废气送入热站进行供热，将废气中的能量甲乙利用，小小提高了热

量的利用率。

（2023•随州）汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机

的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（）。

A.甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高

B.由乙图可知该汽油机的效率是30%

C.汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值

D.为节能冬天汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措小小提高了燃料的热值

知识点三、知识导图

热值：燃烧放热Q放二mq（固、液），Q肝Vq（气）

燃料利用

问题探究

问题一：热值及其计算

【角度1】对热值的理解

易错警示某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。从定义

上看，热值是燃料的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关。

【典例1】（23-24九年级下•湖南长沙•期中）下列关于“热机”说法中，正确的是（）。

A.汽车的发动机用水做冷却剂，主要是因为水的沸点高

B.汽油机工作时如果汽油有完全燃烧，则汽油的热侑会减小

C.发射火箭时利用液态氢做燃料，主要是因为液态氢的热值小

D.发射出的火箭在加速上升的过程中，化学能直接转化为机械能

【变式（23-24九年级上•湖南湘西•期末）下列说法正确的是（

A.高温铁块放入冷水中，当热传递停止时铁块和水的内能一定相同

B.不能喝刚烧开的水，是因为它的热量太小

C.用天然气烧水，天然气燃烧不充分时，其热值不变

D.热机消耗的燃料越多，效率就越低

【变式卜2】（2024•河北石家庄•二模）“茶叶蛋”是人们喜爱的传统食物，煮泡鸡蛋的过程是通过的方

式增小了鸡蛋的内能：在炎炎复口的午后，来海边游玩的小瑞发现沙滩很烫而海水却很清凉，这是因为海

水的比热容较（选填“小”或“小”）；灶台下干木柴燃烧的过程中，剩余干木柴的热值将（选

填“变小”、“变小”或“不变”）

【角度2】热值的相关计算

P答是要注意干木柴完全燃烧放出的热量完全被水吸收，从而建立等式关系Q斫Q

【典例2】（2023•江苏泰州•一模）小明购买了某品牌的一盒普片，部分参数如表所示。利用如图

所示的实验器材估测热值.用天平分别测出3g薯片和100g的水，用温度计测出水的初温为22℃,将3g薯

片放入燃烧皿中，待其燃尽后记下水的温度为72℃,则水吸收的热量为J,初步估算一下薯片的热

值为J/kgo小明根据薯片盒上的数据也计算出其热值为J/kg,两者相差很多，请你帮助他分

析原因可能是（写出一条）：［已知水的比热容为4.2X10：）/（kg-C）

营养成分表每份食用量:

663000J

蛋白质

---水

■薯片

【变式2-1］（23-24九年级下・云南曲靖・阶段练习）人类在原始社会就知道燃烧柴新米取暖、烧

饭，在现代社会，人类所用的能量一部分是燃烧天然气获得的。与柴薪燃料相比，天然气具有更高的—

（选填“热值”或“比热容”）,某学校食堂每天需要用2n?的天然气，完全燃烧这些天然气产生的热量

的42%被0.5t的水吸收,可以使初温为20℃的水升高℃。［耿然气=5x10」/】/“水=4.2xl（fj/（kg℃）］

【变式2-2］（2024•陕西西安•模拟预测）如图所示为《天工开物》中铸造釜的情境，釜即铁锅，

铸造时以生铁为原料，使用熔铁炉把生铁熔化成铁水，然后将铁水倾注到分为内外两层的模具里，待铁水

凝司后，釜的铸造就完成了。

（1）釜的铸造过程是通过方式改变其内能的。生铁熔化成铁水后，其分子热运动的剧烈程度

（选填“增小”“减小”或“不变”）；

（2）将50kg、500C的铁加热到700C需要吸收的热量为J,若不计热量损失，此过程需要完

全燃烧kg的木柴。［铁的匕热容为0.46X10」/（kg-°C）,木柴的热值为l.OXIO'j/kg］

问题二：热机效率

【角度1】对热机效率的理解

（1）当燃烧相同的燃料时，效率高的做的功多；

（2）当做的有用功相同时，效率高的消耗的燃料少。

【典例3】（2023•阿坝州）下列关于热值和热机效率的说法，正确的是（）。

A.使燃料燃烧更充分，可以增小热值

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小，热值越小

【变式3-1］（2023•日照）2023年5月28日，C919小型客机进行首次商业载客飞行，飞机的发动

机选用航空煤油作为燃料，假如航空煤油的热值为4.6xIO’"炮，完全燃烧50kg航空煤油放出的热量为

Jo山东五征集团生产的某型号农用拖拉机，为提高发动机的效率需要在冲程让燃料充分燃

烧,

【变式3-2］（2023•潜江、天门、仙桃）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min,如图所

示为它工作循环中的一个冲程。下列说法正确的是（）。

A.汽油是化石能源

B.该冲程为做功冲程

C.该汽油机每秒对外做功20次

D.热机的功率越小，效率就越高

【角度2】热机效率相关计算

【典例4】（2023•鄂州）小勇同学购买了一款户外分体式燃气炉，准备去户外野炊，用该燃气炉烧

水时，把初温为20℃的1kg水加热到100℃,燃烧了0.025n?天然气，则水吸收的热量为__________J,

假设天然气完全燃烧，则燃气炉烧水的效率为。（天然气的热值为4X107J//）

【变式41]（2023•宜昌）近些年来，国家小力提倡开发各种绿色可再生能源，助力实现“碳达峰、

碳平和”的战略目标。如图所示是宜昌某风场，总装机容量5X10H%年发量9000万度。问：

（1）该风场年发时间可达多少小时？

（2）如果火站的发效率为40%,要得到相同的能，每年需要多少吨煤？（煤的热值为3.DX10?J/kg）

【变式4-2]（2023・荆州）某燃气热水器将20L的水从20℃加热到70℃,完全燃烧了0.211n"的煤

气，水吸收的热量是—J,该燃气热水器烧水的效率是_____。[己知水的比热容为4.2xl（）3j/（kg・℃）,

水的密度为l.OxlO'g/n?,煤气的热值为4x107J/m」

【角度3】效率与功率

»热机效率与功率的区别

热机效率热机功率

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单位时间内做的功

物理意义反映热机对能量的利用反映热机做功的快慢

必地X100%尸=竺

定义式

Q放t

【典例5]（2023•兰州）一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了108km,所用时间为lh,消耗汽油10kg,

汽车在行驶过程中所受阻力恒为1380M（汽油的热值的i油=4.6xK）7j/kg）。求：

（1）汽车行驶的速度；

（2）牵引力的功率；

（3）汽车发动机的效率。

【变式5-1］（2023♦锦州）我国道路交通安全规定，货车轮胎对地面的压强应控制在7X105Pa以内，

王师傅的货车自身质量是6t.车轮与地面总接触面积是0.5m2。一次，王师傅开着装有24t沙子的货车在

平直的公路上匀速行驶30km,货车受到的阻力是货车总重力的0.02倍，消耗柴油10kg。（g取10N/kg,

fei=4.3xlO7J/kg）求：

（1）通过计算判断装有沙子的货车静止时，对水平地面的压强是否符合安全规定？

（2）这一过程中货车牵引力所做的功是多少？

（3）这一过程中货车发动机的效率是多少？（计算结果精确到战）

【变式5-2］（2024•河南新乡•二模）春节期间，各地社火表演风行，表现形式多样有趣，不仅寓

意着老百姓祈求风调雨顺、五谷丰登、国泰民安的美好愿景，还承载着传承历史文化、弘扬民族精神等

重要功能，是国家非物质文化遗产代表性项目。如图是社火中的“抬阁”表演，底部是一辆可遥控

的动小车，车上固定有支架，小车和支架总质量为100kg,支架上三位小演员总质量为75kg,小车的轮

子与地面的总接触面积为100cm2,小车匀速行驶时，受到地面的摩擦力为总重的从集合地点到表

演场地距离为1km,耗时1501由，小车消耗能2.5乂10与，g取10N/kg,求：

（1）小车从集合地点到表演场地匀速行驶的速度：

（2）小车到达表演场地静止于水平地面时，对地面的压强；

（3）小车匀速行驶1km,牵引力做的功；

（4）动小车的效率。

问题三：热值、比热容与热机效率综合

⑴物质吸热时，利用比热容的概念圆=训（”幻计算吸收的热量；

（2）物质燃烧时，利用热值概念Q放=0〃II算发出的热星；

（3）根据热机效率的概念〃=£xl（）期计算待求物理量。

【典例6】（2024•山东临沂•一模）2024年2月27日，动垂直起降航空器（cVTOL）“盛世龙”从

广东深圳蛇口邮轮母港起飞，以巡航速度飞行约20分钟，降落在珠海九洲港码头。这次试飞成功，意味

着深圳至珠海单程2.5至3小时的地面车程，可以缩短到20分钟。“盛世龙”最小起飞质量2000kg,可

载5人，巡航速度200km/h,核心模组100%国产化，预计将于2026年开启载人飞行。求：

（1）“盛世龙”号从深圳到珠海的飞行路程小约是多少千米？（保留一位小数）

（2）若其以最小起£质量停在水平地面时与地面的总接触面积是5OOOcm2,则地面承受的压强是多

少？

（3）“盛世龙”号达最小起飞质量时垂直上升到50（）米高空克服重力做了多少功？若这些能量完全

由燃烧汽油来获得，相当于完全燃烧汽油多少千克？（已知汽油热值g=4.5X10,J/kg,g取10N/kg,保留

一位小数）

【变式6-1］（2024•湖北黄冈•模拟预测）2023年5月，我国首座深远海浮式风平台“海油观澜号”

成功并网投产（如图甲）。“海油观澜号”排水总重达11000吨，通过9根锚链系泊固定在水深120米的

海洋深处。（g取10N/kg,夕泡水=LOxlO"g/n?）

（1）求“海油观澜号”所受的浮力;

（2）“海油观澜号”投产后风机年均发量将达2200万千瓦时，若按发效率22%来计算，则每年可节

约多少焦炭；（外炭=3.0x107j/kg）

（3）已知通过风机叶片的空气动能与其质量成正比，且1kg空气的动能V与速度/的关系如图乙所示。

若风速为10m/s时，空气的密度为心气=L2kg/n?）,平均每秒通过叶片的空气动能为9X1（）6J,试估算风

机叶片的扫风面积为多小？

【变式6-2］（2024九年级下•辽宁小连•专题练习）如图所示是正在耕作的稻HI插秧机，它匀速直

线行驶时对水平地面的压力为10JN,受到的阻力为4X1（）3N,车轮与地面的总接触面积为0.8/。若插秧

机以0.4m/s的速度匀速直线行驶5000m,并在前进过程中同时进行插秧。若插秧时所做的功和前进时牵引

力所做的功均视为有用功，且小小相同。（柴油热值取4.0><1071/1^）求：

（1）插秧机匀速行驶时，对水平地面的压强。

（2）插秧机匀速行驶时，牵引力做功的功率。

（3）若发动机的效率为40蛤这一过程中插秧机所消耗的柴油为多少kg?

问题四：探究实验-燃料的热值

【典例7】（2024•辽宁•一模）在比较煤油和酒精燃烧放出热量多少的实验中，采用如图所示的实

验装置。

（1）本实验中，除如图所示的器材外，还需要的测量工具是停表和;

（2）准备燥油和酒精时，必须要控制它们的相等；

（3）燃料燃烧完毕，通过比较两烧杯中的水,来比较煤油和酒精放出热量的多少，这种方

法叫做:

（4）既然用两烧杯中的水来衡量煤油和酒精放出的热量，所以，也要控制两杯水的和

相司。

【变式7-1］（23-24九年级上•广东珠海•期末）如图所示,小明用甲、/,、丙二套完全相同的装

置，完成“比较不同物质的吸热本领”和“不同燃料的热值”两个热学实验：

（1）安装实验器材时，小明应按照（选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序进行;

为了完成这两个实验，除了用完全相同的烧杯，还分别装入和初温均相等的水利煤油。

（2）为了比较水和燃油的吸热本领，小明应选择甲、丙两套装置，通过（选填“加热

时间”或“温度计示数变化”）来比较水和煤油吸收热量的多少；为了比较不同燃料的热值，小明选择

两套装置。

（3）小明认为，燃料完全燃烧放出的热量（选填“小于”“等于”或“小于”）液体

吸收的热量，原因是（写出一种即可）。

（4）总结实验结论后，小明认为，沿海地区海陆风的形成与“地面和海水的吸热本领不同”有关,

如利丁、戊所示是海陆风形成的示意图，其中（选填“丁”或“戊”）图反映白天海风的形

成,

【变式7-2]（23-24九年级上-河南南阳-阶段练习）如图所示，探究不同物质吸热升温的现象,

其中燃料的质量都为10go

（1）实验中使用的实验方法有和

（2）实验过程中使用玻璃棒（未画出）不断搅拌的作用是

（3）为探究不同物质吸热升温的现象，应该选用两个装置进行实验，并且应使液体a和液体。

相司;

（4）燃料1为酒精，酒精的热值为3.0X10'J/kg,物理意义是,o经过实验，发现计算得出酒

精的热值与课本数据不符合，原因是,

强化训练

【基础强化】

1.（2023•£•阳）2023年5月30日神舟十六号载人飞船发射取得圆满成功。下列说法正确的是（）。

A.匕船通过磁波与地面传递信息B.E船加速升空时机械能减小

C.火箭使用热值小的燃料D.飞船升空时相对地面是静止的

2.（2023•赤峰）轿车行驶过程中，油箱中汽油逐渐减少，剩余汽油的热值、密度变化情况为（）。

A.热值不变，密度不变B.热值不变，密度变小

C.热值变小，密度不变D.热值变小，密度变小

3.（2023•通辽）在学校科技节活动中，小明用饮料瓶自制了火箭模型，如图所示，他在瓶子的内

侧壁安装了一个遥控火花发生器，按下按钮会产生火花。演示时从瓶口喷入雾状酒精并盖上铉形纸筒，按

动火花发生器的按钮，纸筒立即飞出，关于此过程分析正确的是（）。

A.纸筒飞出后瓶内气体的内能减少，温度降低

B.能闻到酒精的气味是因为分子间存在斥力

C.酒精不完全燃烧时热值变小

I）.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程

4.（2023•衡阳）燃气热水器将质量为30kg、温度为15c的水加热到65℃,消耗天然气0.1811?,

在此过程中水吸收的热量是___________J,热水器烧水时的效率是―

[c水=4.2X1（）3/（kg.℃）；纵然气=4xlO7J/m3]

5.（2023•宿迁）反夏弯折铁丝，铁丝弯折处会很烫，铁丝内能是通过（选填“热传递”

或“做功”）的方式增加，此能量的转化与四冲程汽油机的冲程相同。某汽车百公里耗油5kg,

这片汽油完全燃烧可放出的热量是Jo（q汽油=4.6X1U：J/kg）

6.（2023•扬州）如图所示，在估测薯片热值的实验中，小军设计了两种对水加热的方式：

方式一：薯片在烧杯中燃烧；

方式二：薯片在燃烧皿中燃烧。

（1）两种加热方式中合理的是______;在进行实验时，要让薯片充分燃烧，操作是：

（2）用天平量取100g水，并测出一片薯片的质量，用以上选取的方式燃尽薯片，并用温度计测出水

升高的温度，所测出的薯片热值偏，原因是

方式一方式二

【素养提升】

7.（2023•成都）小美在老师指导下进行了以下实验：甲、乙两烧杯各装100g水，用酒精灯加热甲

烧杯，煤油灯加热乙烧杯，直至杯内水沸腾1分钟即熄灭该灯，测得消耗酒精4g、煤油2.5g。她根据实

验数据绘制了水温与加热时间关系的图像（如图）。若水沸腾前质量不改变，同一杯水沸腾前后单位时间

内吸收的热量相等，带涮=3.Oxl（）7J/kg,每油=4.6xl（）7J/kg,c水=4.2xl03j/（kg・y）,则下列说

法正确的是（）。

A.整个过程，甲杯中的水吸收的热量更多

B.前3分钟，乙杯中的水吸收的热量为3.36xlO4J

C.消耗的煤油完全燃烧放出的热量为1.15x10”

D.酒精灯加热的效率为28%

8.（2023•枣庄）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经

使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg,初温为20℃的水加热到100℃,水

吸收的热量是__________J；消耗了0.03nf的天然气，则此天然气灶的热效率为__________o【水的比热

容F4.2X1（）3J/（必・。。），天然气的热值疔7.0X10?J/m”

9.（2023•南充）某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3000转，则每秒对外做功次，每次

7

对外做功H5J,该汽油机的效率为25%,连续工作1小时需消耗汽油_______kg（＜z^=4.6X10J/kg）o

10.（23-24九年级上-河南安阳-期末）实验小组利用如图甲所示的装置探究“水沸腾前后温度变

化的特点”。

（1）实验中某时刻温度计的示数如图甲所示，此时水温是℃；

（2）图乙是小明绘制的温度随时间变化的图像，分析图像可知水沸腾时温度

（3）如图丙所示,这是实验过程中观察到水中气泡上升过程的其中一种情况，此时水处干（选

填“沸腾前”或“沸腾时”）的状态；

（4）小组中两名同学选用的实验装置相同，他们绘制的水的温度随时间变化图像如图丁所示，造成

图像不同的原因是水的不同；

（5）小明利用图甲装置测量酒精的热值。测出酒精燃烧的质量和烧杯中水的质量，记录水升高的温

度，从比热容表中查得水的比热容，利用公式gc6At算出了水吸收的热量，然后再利用公式4=2计算

m

出了酒精的热值。你认为他的计算结果（选填“可靠”或“不可靠”），理由是（写HL条

即可）。

【能力培优】

11.（23-24九年级上-甘肃兰州-期末）热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做

功司样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。如图所示是某热机工作过程的“能流

图”，请根据图示信息回答以下问题：

（1）该热机能量耗散的主要渠道是什么？

（2）请结合能流图谈一谈如何有效地利用能量，减少热量的耗散。

克服摩擦机械散热废气带走

耗能6%耗能30%热量36%

有用

机械能

12.（2023•陕西A）在标准小气压下，使用煤气灶将2kg的水从20C加热到100C,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____________（选填“变小”“变小”或“不变”）［水的比

热容分=4.2xlO3J/(kg•℃),煤气的热值q煤气=4.2xlO7J/kg]

13.（2024•河南周口•二模）河南省是我国小麦第一生产小省，种植面积连续5年稳定在8500万

亩以上，洛阳生产的“东方红”无人驾驶拖拉机在农业生产中深受农民喜爱。如图所示，该拖拉机的质量

为1.5吨，与水平地面的总接触面积为lOOOcnf。（g取10M/kg,q柴油=4.3x10?J/kg）

（1）拖拉机静止时对水平地面产生的压强是多少？

（2）若拖拉机在平直路面匀速行驶时受到的阻力为拖拉机总重的0.2倍,行驶4.3km消耗柴油

0.75kg,那么柴油机的热效率为多少？

（3）拖拉机以额定功率工作时，在平直公路上的行驶速度小于在平直耕地上的行驶速度，试分析主

要原因。

14.（23-24九年级下•江苏南京•阶段练习）如图是一款太阳能和其它能量混合驱动汽车，车身上

装载了5n?的太阳能池板，用于给蓄池充或直接作为动力源。已知太阳能池板每小时Im,接收的太阳能为6

X10"J,已知太阳能转化为能的效率为25%,该汽车利用能行驶时，动机的将能转化为机械能的效率为80%。

（】）若驾驶该车通过一长为18000m的隧道，用时12min,则该车速度是多少km/h?

（2）若该车以36km/h匀速行驶时，所受阻力为1200N,则该车的动机输出功率多小？

（3）利用6h的正常口照获得的太阳能使该车以36km/h匀速行驶，该车能行驶多少路程？

第十四章内能的利用(解析版)

课时14.2热机效率

学习目标

2022年课程标准物理素养

3.3.1从能量转化角度认物理观念：知道热值的概念。

识燃料的热值。科学思维：会进行热值的简单计算。

3.5.2从能量转化和转科学探究：会进行热机效率的简单计算。

移的角度认识效率。科学态度与责任：了解热机效率的概念以及提高热机效率的途径。

知识流理

知识点一、燃料的热值

1.燃料

(1)燃料的种类

燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。

-木柴、煤炭、秸秆等

—汽油、柴油、酒精等

_______—氢气:煤气、天然气等

(2)燃料燃烧时能量转化S

燃料在燃烧时将化学能转化为内能。

2.燃料的热值

燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上

用“热值”来表示燃料燃烧的放然本领。

(1)热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。

(2)热值单位：J/kg。

(3)热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的

是某种物质的•种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领小小：也就是说,

它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。

(4)燃料燃烧放出的热量：热量：Qtt=qm;。放是燃料放出的热量，单位是J:q是热值，单位是J/kg：加是

质量，单位是kg）

别提醒:固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/•”为单位。因

此Q故=即一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放=Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料

的体积。

（5）对燃料热值的透析

热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领小

的一种固有

小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有大，与燃料的形态、质量、体积等均无关

颜

对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“ikg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。ikg是指燃料的质

量，如果燃料的质量不是1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值：某种燃料是指热值

与燃料的种类有关：完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则ikg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就

不是该热值所确定的值

热值的作用燃料热值的高低是衡量燃料优劣的主要指标

特别提醒:

（1）不是任何物质都有热面热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质有热值；

⑵只有燃料放热时，才能用Q（«=qm或Q^=Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q游颂加混淆。

培优拓展,

见下表:

一些燃料的热值

燃料热值燃料热值

干木柴约1.2X|()7j/kg柴油4.3x107J/kg

烟煤约2.9XIO7J/kg煤油4.6x107J/kg

无烟煤约3.4xicfj/kg汽油4.6xIO7j7kg

焦炭3.0xIO7J/kg氢1.4xItfj/kg

木炭3.4xlO7J/kg煤气约3.9xlO’J/nf

酒精3.0xIO7J/kg沼气l.9x|O7J/n?

,典例（2023•龙东）某单缸四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,则该汽油机每分钟做功

一次。如果完全燃烧500g汽油放出的热量是Jo（汽油的热值是4.6xl01/kg）

【答案】①.1500：②.2.3x10?。

【解析】［1］四冲程汽油机的飞轮转速为3000r/min,即汽油机飞轮每分钟转3000圈，由于四冲程汽油

机一个工作循环完成4个冲程，飞轮中曲轴转2圈，对外做功1次，所以该汽油机每分钟做功150（）次。

［2］完全燃烧500g汽油放出的热晶为。放=mq=5（）0x1O-kgx4.6x107J/kg=2.3x107J,

知识点二、热机的效率

1.燃料的有效利用：用煤气让、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。

例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分

能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热

量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示：

2.锅炉的效率

(1)锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛

水的容器，炉是燃料燃烧的装置＜

锅炉有效利用的热曷^2-xlOO%

锅炉的效率〃=

燃料完全燃烧放出的热曷

Q放

(2)提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加小进风量等;

二、减少热量损失，如加小有效受热面积等。

3.内燃机中热量燃烧的能量流向图

(1)定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。

(2)计算公式：n=^ffl-xlOO%

。总

对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功w.有用，故热机的效率公式乂可

写成：/7=^-xWO%=^-xlOO%

。总卬门

(3)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，因此热机的效率是热机性能的

一个重要指标。

(4)常见热机效率：蒸汽机汽油机20230%,柴油机30%-机机

士别提醒:热机效率总小于1的原因

因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能fi的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限

制，这部分能量•定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1,即热机的效

率一定小于1。

5.提高热机效率的主要途径

①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧(将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧)：

②减少各种热后损失(I.加小受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II.使用较好的保温材料,

减少热损失）；

③在热机设计和制造上，采用先进的技术;

④保障良好的润滑，减少机械摩擦。

培优拓展:

在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的主要措

施,例如，人们将发厂蒸汽轮机排除的废气送入热站进行供热，将废气中的能量甲乙利用，小小提高了热

量的利用率。

（2023・随州）汽车是现代生活中最常见的--种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机

的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（）。

A.甲图是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高

B.由乙图可知该汽油机的效率是30%

C.汽车尾气中的“汽油味”越浓燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值

D.为节能冬天汽车都会利足尾气中的余热给车内供暖，该举措小小提高了燃料的热值

【答案】Ao

【解析】A.如图甲所示，进气孔和排气孔都关闭，活塞向上运动，压缩气体，对气体做功，气体温

度升高，这是汽油机的压缩冲程，故A正确；

B.由乙图可知该汽油机的效率为〃=100%-6$-30虹36脏28乱故B错误：

CD.热值是燃料完全燃烧时的放出的热量和质量之比，燃料的热值只与燃料的种类和状态有关，马燃

料是否完全燃烧无关，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的利用率，不会降低燃料的热值；为节能冬天

汽车都会利用尾气中的余热给车内供暖，该举措小小提高了燃料的利用率，不能提高燃料的热值，故CD

错误。故诜A。

知识点三、知识导图

热值•燃烧放热:Q/mq（固、液），Q放:Vq（气）

问题探究

问题一：热值及其计算

【角度1】对热值的理解

易错警示某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。从定义

上看，热值是燃料的一种性质，豆只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关。

【典例1】（23-24九年级下•湖南长沙•期中）下列关于“热机”说法中，正确的是（）。

A.汽车的发动机用水做冷却剂，主要是因为水的沸点高

B.汽油机工作时如果汽油有完全燃烧，则汽油的热值会减小

C.发射火箭时利用液态氢做燃料，主要是因为液态氢的热值小

D.发射出的火箭在加速上升的过程中，化学能直接转化为机械能

【答案】Bo

【解析】A.汽车的发动机注水做冷却剂，主要是因为水的比热容小，与其他物质质量相同时，吸收

相司热量，升高温度较少，故A错误；

B.热值是燃料的一种特性，汽油机工作时如果汽油有完全燃烧，则汽油的热值不会改变，故B错误;

C.发射火箭时利用液态氢做燃料，主要是因为液态氢的热值小，燃烧质量相同时，释放热量较小，

故C正确；

D.发射出的火箭在加速上升的过程中，化学能转化为内能，冉将内能转化为机械能，故D错误。

故选C。

【变式1-1］（23-24九年级上•湖南湘西•期末）下列说法正确的是（）。

A.高温铁块放入冷水中，当热传递停止时铁块和水的内能一定相同

B.不能喝刚烧开的水，是因为它的热量太小

C.用天然气烧水，天然气燃烧不充分时，其热值不变

D.热机消耗的燃料越多，效率就越低

【答案】Bo

【解析】A.热传递停止时，铁块和水的温度相同，但内能不一定相同，故A错误；

B.不能喝刚烧开的水，是因为它的温度太高，故B错误；

C.热值时燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少以

及燃烧温度的高低等均无关，故。正确；

D.热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以热机消耗的燃料越多，

效率不一定越低，故D错误。故选C。

【变式卜2】（2024•河北石家庄•二模）“茶叶蛋”是人们喜爱的传统食物，煮泡鸡蛋的过程是通过的方

式增小了鸡蛋的内能：在炎炎复口的午后，来海边游玩的小瑞发现沙滩很烫而海水却很清凉，这是因为海

水的比热容较（选填“小”或“小”）；灶台下干木柴燃烧的过程中，剩余干木柴的热值将（选

填“变小”、“变小”或“不变”）

【答案】小；不变。

【解析】［1］在炎炎夏口的午后，来海边游玩的小瑞发现沙滩很烫而海水却很清凉，这是因为海水的

比热容较小，根据Q-cmAt可知，在同样的光照下，吸收相同的热量，温度升高的慢。

［2］热值是燃料的性质，和燃料的种类、物态有关，灶台下干木柴燃烧的过程中，剩余干木柴的热值

将不变。

【角度2】热值的相关计算

解答是要注意干木柴完全燃烧放出的热量完全被水吸收，从而建立等式关系Q行Q如

【典例2】（2023•江苏泰州•一模）小明购买了某品牌的一盒薯片，部分参数如表所示。利用如图

所示的实验器材估测热值.用天平分别测出3g薯片和100g的水，用温度计测出水的初温为22℃,将3g薯

片放入燃烧皿中，待其燃尽