《热机的效率》同步试题
一、选择题
1．我国随着航天事业发展需要，正在研制大功率液氢火箭发动机，可以把更多的货物运上太空。这种发动机主要是因为液氢具有（ ）
A．较小的密度 B．较大的比热容
C．较高的热值 D．较低的沸点
答案：C
解析：火箭把货物运上太空，其发动机是利用了内能来做功，工作时把内能转化为机械能。在火箭运送货物时，要把火箭和货物一起送入太空，在做同样有用功时，消耗的燃料质量越小，就可以把更多的有效货物送入太空，所以燃料的热值越大，在放出相同热量时，需要燃料的质量就越小，有效载荷就越大。
2．煤炭的价格与煤炭的等级有关，不同等级的煤炭价格不同，每吨煤炭的价格越高，则下面哪个物理量的值越大？（ ）
A．热值 B．比热容 C．温度 D．体积
答案：A
解析：利用煤炭的燃烧是一个获得内能的重要来源，煤炭在燃烧时放出热量，如果单位质量的煤炭完全燃烧后放出热量越多，说明煤炭的质量越好，即煤炭的热值就越高。比热容是反映不同物质吸热能力的物理量。
3．对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是（ ）
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料的热值跟燃料的质量成正比
C．容易燃烧的燃料热值一定大
D．燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关
答案：D
解析：燃料的热值是单位质量的某种燃料完全燃烧时放出的热量，它的大小等于某种燃料完全燃烧放出的热量与消耗的燃料质量的比值。热值是某种燃料的物理属性，它的大小与物体的质量、体积、是否完全燃烧等因素无关。与密度、比热容等定义式类似，只是热值的计算式，它不能反映热值与热量和质量的关系。
4．下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（ ）
A．热机的大量使用会造成环境污染
B．所有的热机都是用汽油作燃料
C．汽车做成流线型，可以减小行驶时风的阻力，这对汽车发动机的效率不影响
D．热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除
答案：A
解析：热机是利用内能来做功的机械，在实际的热机使用中大都利用了燃料的燃烧获得内能。常见的化石燃料在使用时会产生废气、废渣，大量使用热机就会产生大量的废弃物，对环境造成污染。热机的种类较多，例如蒸汽机、内燃机、喷气式发动机、汽轮机等，不同的热机使用的燃料也不完全相同，内燃机中的汽油机使用的是汽油，柴油机使用的是柴油等。为了实现能源的可持续发展，节约能源，减少排放，就需要提高燃料的利用率，汽车在行驶时消耗燃料，其中一部分转化成对外输出有用的机械功，另外要克服空气阻力、热量散失等浪费掉，如果汽车行驶时减小空气阻力，可以减少能源的损失，使热机的效率得到提高。噪声的减弱有三个途径，加装消声器只能吸收一部分噪声，在热机工作时还会产生一些噪声。
5．一瓶酒精用去一半，则剩下的酒精（ ）
A．比热容减半 B．热值减半 C．密度减半 D．质量减半
答案：D
解析：酒精用掉一半，其质量减半，比热容、热值、密度等都不变，因为这三个物理量都反映了酒精这种物质的物理属性，与物体的质量、体积、形状等因素无关。
6．统计三口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为：木柴约200kg，烟煤约80kg，液化石油气约30kg，煤气约60kg。这四种燃料中哪一种燃料的热值最高？（ ）
A．液化石油气 B．煤气 C．烟煤 D．木柴
答案：A
解析：根据公式Q=mq，同一家人每月需要的能量是基本相同的，所以用热值大的燃料需要的质量就少。
7．甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．甲种燃料比乙种燃料的热量少
B．完全燃烧1kg乙种燃料，刚好烧开一壶水，那么用1kg甲种燃料也能烧开这壶水
C．完全燃烧相同质量的两种燃料，乙种燃料放出的热量多
D．通风条件越好，供氧越充足，两种燃料的热值越大
答案：C
解析：燃烧的热值反映了单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，热值是燃料的一种物理属性，其大小与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等因素无关。甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，说明相同质量的甲、乙两种燃料，完全燃烧后甲放出的热量小于乙放出的热量。如果需要获得相同的热量，所消耗甲燃料的质量大于乙燃料的质量。
8．某市计划拆除140户企事业单位的燃油小锅炉，并入热网集中供热，这种做法不可以（ ）
A．提高燃料的热值 B．减少大气污染，有利于环境保护
C．节约能源 D．实现取暖的余热再次利用
答案：A
解析：在使用燃料燃烧释放的内能时，会产生一些废气和废渣，对环境有较大的影响，要注重内能的利用与环境保护间的关系。取缔小锅炉，实现集中供热，可以提高燃料的利用率，减少燃料的使用，从而减少排放，有利于环境保护。供热的余热可以循环使用，减少热损失。
9．下列事实中，最能说明燃料燃烧时放出的热量跟燃料的种类有关的是（ ）
A．5g汽油完全燃烧比2g汽油完全燃烧时放出的热量多
B．4g木炭完全燃烧比4g汽油完全燃烧时放出的热量少
C．5g汽油完全燃烧比5g汽油不完全燃烧时放出的热量多
D．5g汽油完全燃烧比1g酒精完全燃烧时放出的热量多
答案：B
解析：燃料燃烧放出的热量多少与燃料的质量、燃料的种类、是否完全燃烧等因素有关。要研究燃料燃烧时放出的热量跟燃料的种类是否有关，就要控制燃料的质量以及燃烧情况相同。本题主要考查学生对控制变量的理解。
10．关于热机的效率下列说法中正确的是（ ）
A．热机做的有用功越多，效率就越高
B．相同的两辆汽车，装满一箱油，最多能开的路程越大的效率越高
C．汽车开的速度越大，发动机的效率越高
D．热机的效率越高，做的额外功就越少
答案：B
解析：热机的效率是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，可以利用进行计算，由公式可知，热机的效率与有用功与燃料燃烧放出的能量有关，在燃料燃烧放出的热量一定时，做的有用功越多，热机的效率就越高；反之，做相同的有用功，消耗的总能量越小，热机的效率也越高。在分析热机效率时，要注意采用控制变量的思想。相同的两辆汽车，装满一箱油，燃料完全燃烧放出的能量相同，最多能开的路程越大，能做的有用功越多，其效率越高。
11．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高效率的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量增加热机的工作时间
C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量减少热机部件间的摩擦
答案：B
解析：热机的效率是指用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出热量之比。在燃料相同的情况下，要提高热机的效率，可以提高有用功，或减少额外损失的能量，并且充分利用燃料燃烧释放出的内能，使之尽可能的转化为有用的那部分能量。燃料充分燃烧可以在燃料质量相同时，释放更多的能量，减少能量损失；废气带走的热量是无法再次使用的，也属于损失的能量；热机部件间要克服摩擦做功，这些功属于额外功。所以本题中A、C、D的措施都可以提高热机的效率。
12．如图1所示是用于对外做机械功的某机器的能量流向图，根据图及数据判断下列说法中不正确的是（ ）
A．此机器可能是热机
B．此机器用于做有用功的效率为65%
C．输入100J的内能，有65J的能量浪费了
D．此把此机器改进，效率可以达到100%
答案：B
解析：根据此机器的能量流向图，可以看出它消耗的是内能，输出了机械能，是利用内能来做功的机器，它是热机。此机器对外输出有用的机械能为35J，消耗的内能为100J，所以此热机的效率为35%。在输入100J的总的内能中，只有35J的机械能输出，其余65J随着废气、热辐射等散失到空气中或克服阻力做功，也就是浪费了。在使用热机时，可以通过技术提高热机的效率，但实际中无法把输入的内能全部转化为机械能输出，所以此热机的效率无法达到100%。
二、填空题
13．木炭的热值是3.4x107J/kg，表示___________________________________________。完全燃烧500g木炭，能放出___________J的热量。柴油机是工农业生产中常用的热机。已知某型号柴油机的效率为η，柴油的热值为q。将质量为m的柴油完全燃烧，能放出的热量Q＝______________，这些热量通过该柴油机转化为对外所做的有用功W=_____________。
答案：质量为1kg的木炭完全燃烧放出的热量为
解析：燃料的热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。燃料燃烧放出热量可以利用Q=mq进行计算，在计算时要注意单位统一，质量的单位为kg，热值的单位用J/kg。柴油机是一种热机，它是把内能转化为机械能的机械，热机的效率等于输出的有用功与消耗的总能量之比。
14．下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。
那么完全燃烧1g的酒精可放出热量_________J。放出相同的热量，需要完全燃烧干木柴_________克。
15．天然气是一种洁净的能源，燃烧后的产物对环境几乎没有影响，随着西气东输工程的不断完善，现在要把原来使用煤气的用户改成用天然气，有人表示赞同，有人表示反对，小刚同学收集如下两组有关数据：
请你决策：__________（选填“A”或“B”）
A．继续使用煤气 B．更换使用天然气
简单说明你作出这样决策的理由是：__________。
答案：B 燃料使用价格便宜
解析：本题是物理与生活联系非常紧密的一道题，家庭每月所需要的能量差不多，由于煤气和天然气的热值不同，所需燃料的体积也不同。由表格中的数据可知，如果使用煤气需要6m3，可以算出每月的煤气费为54元；改用天然气后，每月的天然气的价格为45元，每月比使用煤气便宜9元。虽然使用天然气需要更换灶具费70元，但长期使用天然气，只需8个月不到的时间就能把更换灶具的钱省出来，所以综合长期使用的成本，使用天然气的价格便宜。
三、解答题
17．在探究“比较燃料燃烧放出热量的多少”的实验中，研究酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少。
（1）实验中除了如图2中所用的器材外，还需要的实验器材有___________；实验中需要控制不变的物理量有____________________
（2）某同学在组装实验器材时，先安装器材_________（利用图甲中A、B、C表示）
（3）下表是某同学1标准大气压下测的实验数据，根据实验数据他得出的结论为：质量相等的酒精和碎纸片完全燃烧后放出的热量相等。他的结论可靠吗？为什么？如何改进？
（4）实验改进后，可以得出的结论是：相同质量的酒精与碎纸片完全燃烧时，酒精比碎纸片放出的热量__________；更多的实验表明，质量相等的不同燃料完全燃烧放出的质量一般________，我们可以利用_________来表示这一属性。
（5）为了测出酒精的热值，实验前，小明用天平测出水和酒精的质量，测出酒精完全燃烧后，水的温度升高值，利用热量计算公式得出水吸收的热量，通过这些数据计算出酒精的热值。这样的计算结果可靠吗？为什么？____________________________
（6）实验改进后，小明查阅资料得知，酒精的热值为3×107J/kg。实验中酒精的质量为10g，水的质量为200g，酒精完全燃烧后，水的温度从25℃升高到75℃，则在此实验中利用酒精烧水的效率为____________。
答案：（1）天平 酒精和纸片的质量相等，水的质量相等 （2）A （3）不可靠，水沸腾后吸热温度不变 减少酒精和碎纸片的质量，增加水的质量 （4）多 不同 热值 （5）不可靠 酒精无法完全燃烧（或酒精放出热量不能被水完全吸收） （6）14%
解析：本题是探究质量相同的不同燃料完全燃烧放出热量，燃料燃烧放出热量多少无法直接进行比较，本实验中采用了转化的方法，把燃料燃烧放出的热量转化为水吸热升温的多少，在实验中要控制燃料的质量相同，水的质量相等。通过实验得到质量相等的不同燃料完全燃烧放出的热量是不同的，我们利用热值来表示这个物理量。在使用燃料燃烧加热物体时，燃料无法完全燃烧、获得的能量无法被物体完全吸收等，所以不能使用物体吸收的热量作为燃料燃烧放出的热量。燃料的利用率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出热量之比，在利用酒精烧水时，水吸收的热量为有效利用的能量，可以利用进行计算；酒精燃烧后放出的热量可以利用Q放=m酒精q进行计算，利用酒精烧水的效率为。
18．小星家的太阳能热水器，水箱容积是100L。小星进行了一次观察活动：某天早上，他用温度计测得自来水的温度为20℃，然后给热水器水箱注满水，中午时温度传感器显示水箱中的水温为45℃。请你求解下列问题：
估测酒精灯烧水的效率
《热机的效率》教学设计
一、教学目标
（一）知识与技能
1．理解燃料的热值的定义，会描述热值的物理意义。
2．知道热值是燃料一种特性，反映的是燃料的放热本领大小，仅取决于燃料的种类。
3．知道热机的效率及定义，并能提出提高热机效率的方法与措施。
（二）过程与方法
1．通过查表，知道热值是燃料的一种特性。
2．了解热机的效率，感悟到效率是评价投入产出比的基本方法，并了解不同热机的效率值。
（三）情感态度与价值观
了解热机的使用对社会的贡献与带来的环境污染，感受到自然科学的发展和先进技术的应用在推进社会发展的同时，也造成了环境污染，激发学生的社会责任感。
二、教学重难点
本节内容是内能的改变与利用的拓展与延伸，实际生活中获得内能通常是通过燃料的燃烧，质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量不一定相等。通过介绍相同质量的不同燃料完全燃烧后放出的热量，得出热值的概念。即燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，根据定义可以确定热值的计算式。热值是燃料的一种物理属性，它的大小与燃料的质量、体积、是否完全燃料等因素无关。把公式变形可以得出Q=mq，用于计算一定质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。所以燃料的热值是本节教学的一个重点。燃料燃烧放出的热量在实际使用时，不可能完全被利用，为了反映燃料的利用率，可以利用有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，来反映燃料的利用情况。热机同样也存在能量的使用效率问题，热机的效率就是用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。在计算热机的效率时，要分清能量的去向，哪些能量是有效利用的，哪些是浪费的，所以热机的效率既是本节教学的重点，也是教学的难点。
教学重点：燃料的热值、热机效率的理解与应用。
教学难点：热机效率的理解和环境保护。
三、教学策略
教师创设情境启发、引导，比如：通过多媒体投影相关图片、放映相关视频。学生自主探究、思考、讨论、交流学习成果。新课程注重学生的主动学习，发挥学生的主体作用，因此，本课在教学的设计上将充分发挥学生的主观能动性，并与实践相结合，通过自己的探索加上教师的引导，使学生的探究一步步走向深入，从中体会到探究的乐趣、知识的魅力、应用的价值，开阔学生的视野，锻炼学生的思维。
四、教学资源准备
多媒体课件。
五、教学过程
《热机的效率》重难点突破
一、教学内容分析
本节包括燃料的热值、热机的效率两部分内容，这两部分内容是对内能的改变、利用等知识的进一步完善，它与生活实际联系紧密。通过比较相同质量的不同燃料完全燃烧放出热量不同，得出热值这一物理量，它反映了物质的物理属性。内能的利用主要有两方面：利用内能加热物体，例如生火做饭、烧烤等；还可以利用内能来做功。在实际利用内能时，燃料的能量并不能被完全利用，首先燃料不可能被完全燃烧，其次燃料燃烧后放出的热量不可能被全部用于加热物体或对外做功，最后在利用内能后还有部分能量随着尾气散失掉了。所以在研究内能的利用时，对于能量的利用率以及热机效率的研究有重要的实际意义，在研究热机的效率时，要分清能量的去向。
本节的教学重点是燃料的热值、热机效率的理解与应用；教学难点是对热机效率的理解。
二、重难点突破
1．燃料的热值、热机效率的理解与应用
突破建议：
通过复习内能的改变及应用，建立热值的概念，提出实际使用的内能主要是通过燃料燃烧获得的。结合实际生活经验，在使用不同燃料燃烧获得相同的热量时，所需要燃料的质量是不等的，例如一个家庭两个月使用一瓶14.5kg的液化气就够了，如果使用柴薪燃烧获得能量，14.5kg的柴薪够吗？从而引入热值的概念，相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量不等。引导学生尝试利用比值定义的方法来给热值下定义，我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做热值，在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量，结合定义写出热值的计算式。通过比较1g酒精和1kg酒精哪个热值大，得出热值是燃料的一种物理属性，它与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、燃料的质量以及放出热量的多少无关。只是热值的计算式，不能说明热值与热量、质量有关。根据热值的定义式，可以确定热值的单位是J/kg。在实际中气体的热值有时也用J/m3，利用气体完全燃烧放出热量与体积的比值来定义热值，在计算要注意单位的统一。
2．热机效率的理解
突破建议：
燃料燃烧后放出的能量不可能全部被利用，例如利用燃气灶烧水时，水吸收热量，温度升高，灶台、水壶等也会吸热，温度升高，水吸收的热量只是煤气燃烧放出热量的一部分。在烧水时，水吸收的热量是有用的，其余的能量就浪费掉了，所以可以利用有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值来表示燃料的利用率，这个比值越大，说明消耗相同多的燃料，有效利用的热量越多。
热机与烧水类似，以汽油机为例，汽油在汽缸内不能完全燃烧损失了一部分能量，机械装置吸收了一部分热量，废气带走了一部分能量，由于机械传动等克服摩擦消耗一部分能量……真正用来为对外做功的能量是有效利用的。在热机中消耗同样多的燃料，如果获得的机械能越多，则说明此热机的效率越高，所以热机的效率是指用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，比值越大，说明热机的效率越高。通过介绍蒸汽机、汽油机、柴油机等热机的效率，了解随着科技的进步，人类使用的热机不断改善，热机的效率也在逐步提高。
由于在使用燃料时会给社会、环境带来较大的影响，例如现在大多的热机都是利用化石燃料的燃烧获得机械能，化石燃料在地球上的储量是有限的，不可能无限地使用下去；化石燃料在燃烧时会产生大量的有毒有害废气、废渣，对人类生活的环境带来了很大的压力，会引起环境的恶化，影响人类的生存。所以提高热机效率就具有较大的现实意义，它也是实现能源可持续发展的一个重要途径。可以适当补充内能的利用与环境保护之间的关系，使学生在学习物理的同时，也关注社会生活。可以开展一些社会实践活动，通过查阅资料、调查访问等提出一些提高热机效率的方法。
