14.2 热机效率
基础达标
一、单选题
1．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将（ ）
A．始终不变 B．逐渐变小 C．逐渐变大 D．先小后大
【答案】A
【详解】燃料的热值仅与燃料的种类有关，与燃料燃烧放出热量的多少无关，双燃料汽车以天然气或汽油
作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将始终不变。
故选 A。
2．如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（dui）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水
流出变轻后，石锤落下击打石白内的谷物。该槽碓（ ）
A．机械效率可达 100% B．是杠杆
C．机械效率可超过 100% D．是热机
【答案】B
【详解】AC．任何机械使用时，不可避免地做额外功，任何机械的效率都不可能达到或超过 100%，故 AC
不符合题意；
B．结合图片和生活经验可知，槽碓在使用过程中，是绕着固定点转动的硬棒，属于杠杆，故 B 符合题意；
D．槽碓使用时将水的机械能转化为石锤的机械能，没有将内能转化为机械能，不属于热机，故 D 不符合
题意。
故选 B。
3．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，效率一定越高
B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D．热机做功越快，效率一定越高
【答案】C
【详解】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比；当热机做一定的有用功时，
消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高；热机做功
越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故 C 正确，ABD 错误。
故选 C。
4．如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（h ）等于（ ）
E
A． 1 100%
E
B． 2 100%
E E
E + E + E E + E + E + E
C． 1 3 4 100% D． 1 2 3 4 100%
E E
【答案】B
【详解】热机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能量之比。由图示知，燃料完
全燃烧放出的能量为 E，用来做有用功的能量为 E2，且
E2=E-E1-E3-E4
所以热机效率
h E2 100% E - E1 - E3 - E= = 4 100%
E E
故 B 符合题意，ACD 不符合题意。
故选 B。
5．为了提高工作效率，机场工作人员经常以电动平衡车（如图甲所示）代步。某次工作人员骑着平衡车
（其铭牌如图乙所示）在水平地面上以额定功率且以最高速度匀速直线行驶了一段距离，行驶时平衡车受
到的阻力为 120N。此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．牵引力的大小为 600N
B．牵引力做功的功率为 480W
C．电动平衡车的重力为 600N
D．电动平衡车的效率为 80%
【答案】D
【详解】A．由题意知，工作人员骑着平衡车在水平地面上以最高速度匀速直线运动时，平衡车处于平衡状
态，因此平衡车受到的牵引力与阻力是一对平衡力，故牵引力
F=f=120 N
故 A 错误；
B．牵引力做功的功率
P W Fs= = = Fv =120N 4m / s = 480W
t t
故 B 错误；
C．电动平衡车的重力
G=mg=10.3kg×10N/kg=103N
故 C 错误；
D．由题表可知，该平衡车的额定功率 P 总=600 W，故该电动平街车的效率
W
h = 有 100% Pt= 100% 480W= 100% = 80%
W总 P总t 600W
故 D 正确。
故选 D。
6．关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（ ）
A．温度高的物体内能大
B．物体吸收热量，温度不一定升高
C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大
D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高的快
【答案】B
【详解】A．内能的多少与物体的质量、温度、状态有关，温度高的物体内能不一定大，故 A 错误；
B．物体吸收了热量，其温度不一定升高，内能一定增大，例如晶体的熔化，吸收热量、内能增大、温度不
变，故 B 正确；
C．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料燃烧的是否充分等因素无关，故 C 错误；
D．质量相同的水和沙子，加热相同的时间，即吸收相同的热量，因为水的比热容大于沙子的比热容，根据
吸收热量的计算公式 Q 吸=cm△t，水升高的温度低，即温度升高的更慢，故 D 错误。
故选 B。
7．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（ ）
A．热机效率较大 B．热机效率较小
C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多
【答案】B
【详解】AB．由图可知，甲汽油机有用机械能的占比为 25%，乙汽油机有用机械能的占比为 30%，所以，
甲汽油机热机效率较小，乙汽油机热机效率较大，故 A 不符合题意，B 符合题意；
CD．由图可知，甲损耗的能量为 1800J，占比为 75%，则甲获取的总能量
Q
Q 甲损 1800J甲总 = = = 2400Jh甲损 75%
获得的有用机械能
W 甲有=η 甲 Q 甲总=25%×2400J=600J
同样，由图可知，乙损耗的能量为 1400J，占比为 70%，则乙获取的总能量
Q
Q 乙损 1400J乙总 = = = 2000Jh乙损 70%
获得的有用机械能
W 乙有=η 乙 Q 乙总=30%×2000J=600J
即 W 甲有=W 乙有，故 CD 不符合题意。
故选 B。
8．在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为 1.26×107J/kg 的干木柴 1kg，能使
40kg、30℃的水温度升高到（ ）
A．105℃ B．100℃ C．75℃ D．无法确定
【答案】B
【详解】完全燃烧 1kg 的干木柴放出的热量
Q 放=m1q=1kg×1.26×107J/kg=1.26×107J
在不计热量损失时，这些热量使质量为 40kg 的水温度升高到
Q
t 放 t 1.26 10
7 J
1 = + 0 = + 30℃=105℃cm2 4.2 10
3 J/(kg ×℃) 40kg
而水在一个标准大气压下，沸点为 100℃，所以温度只能升高到 100℃。故 ACD 不符合题意，B 符合题意。
故选 B。
9．某燃气热水器将 20L 的水从 20℃加热到 70℃，完全燃烧了 0.21m3的煤气，水吸收的热量是 J，该
3
燃气热水器烧水的效率是 。[已知水的比热容为 4.2 10 J/ kg ×℃ ，水的密度为1.0 103kg/m3，煤气的
热值为 4 107 J/m3 ]
【答案】 4.2 106 50%
【详解】[1]水的质量为
m = rV = 1.0 103kg/m3 20 10-3m3 = 20kg
水吸收的热量是
Q吸=cm(t - t0 ) = 4.2 10
3J/(kg ×℃) 20kg (70℃-20℃)=4.2 106J
[2]煤气完全燃烧放出的热量为
Q =Vq = 0.21m3 4 107 J/m3 = 8.4 106 J
放
该燃气热水器烧水的效率是
W 6
h = 吸 100%= 4.2 10 J 100% = 50%
W 8.4 106 J
放
10．烧开一锅水，需要吸收完全燃烧 0.1kg 干木材所放出的热量，这些热量若采用天然气加热，需要完全燃
烧 m3 7的天然气（已知 q干木柴 =1.2 10 J/kg， q天然气 = 4 10
7 J/m3 ）。
【答案】0.03
【详解】完全燃烧 0.1kg 干木材所放出的热量
Q 1 = mq干木柴 = 0.1kg 1.2 10
7 J/kg =1.2 106 J
放
根据题意可知，天然气完全燃烧放出的热量
Q 2 = Q 1 =1.2 10
6 J
放 放
由Q放 = Vq 知道，完全燃烧天然气的体积
Q
V 放2 1.2 10
6 J
= = 7 3 = 0.03m
3
q天然气 4 10 J/ m
11．便携燃料罐（图）给户外活动带来了方便，罐内填充液化的丁烷（C4H10），打开气罐时液态丁烷先
（填物态变化），点燃丁烷，丁烷完全燃烧的产物为 。丁烷热值为 4.57×107J/kg，水的比热容为
4.2×103J/（kg·C），一罐 120g 的丁烷完全燃烧可以将 kg 水从 20℃加热到沸腾（结果保留一位小
数）。
【答案】 汽化 二氧化碳和水
16.3
【详解】[1]打开气罐时，罐里的液体丁烷变成气体喷出来，这发生的是汽化现象。
[2]丁烷由碳、氢两种元素组成，燃烧然烧产物为二氧化碳和水。
[3]120g 丁烷完全燃烧放出的热量
Q吸 = qm = 4.57 10
7 J / kg 0.12kg = 5.484 106 J
水从 20℃到沸腾吸收的热量，根据Q吸 = c水m水 t - t0 得
Q 6
m 吸 5.484 10 J水 = = 16.3kgc水 t - t0 4.2 103 J / kg·℃ 100℃- 20℃
12．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-时间的图像如图所示，
由图可知，甲物质比热容 （选填“>”“<”或“=”）乙物质比热容；通过查询得知乙物质的比热容为
1.5×103J/( kg·℃)，酒精的热值为 3.0×107J/kg，若酒精完全燃烧且放出的热量全部被乙物质吸收，则燃烧 0.5g
的酒精能使 kg 的乙物质升高 10℃。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”）。
【答案】 < 1 不变
【详解】[1]用相同的酒精灯给质量相等的甲、乙两种物质加热时，相同时间内，两种物质吸收的热量相同；
由图像可知，在相同时间内，甲物质比乙物质的温度升高的多，根据吸热公式Q吸 = cm t ，可知甲物质的比
热容小于乙物质的比热容。
[2]0.5g 的酒精完全燃烧放出的热量为
Q放 = mq = 0.5×10
-3kg×3.0×107J/kg=1.5×104J
由于酒精完全燃烧且放出的热量全部被乙物质吸收，则乙物质吸收的热量为
Q吸 = Q放 =1.5×10
4J
由Q吸 = cm t 可得，乙物质升高 10℃时，质量为
Q
m= 吸 1.5×10
4J
= 3 =1kgc乙 t 1.5×10 J/(kg ×℃)×10℃
[3]热值是燃料的一种特性，不随质量的改变而改变，故酒精灯中剩余的酒精热值不变。
13．（1）为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图甲所示的实验。
①在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油（ρ 水>ρ 煤油）。实验中选用相同电加热器的目
的是：使水和煤油在相同时间内 ；
②水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图甲可判断出 a 物质是 。根据图乙可判断出 b 吸热
能力较 （选填“强”或“弱”）；
（2）如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，用两只同规格的烧杯装相等质量的水，取质量相等的酒精
和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，点燃分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧完，通过比较
（选填“加热时间”或“升高的温度”）来确定酒精和碎纸片热值的大小。
【答案】 吸收的热量相同 水 弱 升高的温度
【详解】（1）①[1]实验课题是探究不同物质的吸热能力，所以要保持水和煤油的质量相同；选用相同的电
加热器目的是：使水和煤油在相同时间内吸收的热量相等。
m
②[2][3]图甲中可知：Va < Vb ，已知： r水 < r煤油，由 r = 可知，质量相同时，V水 < V煤油，可判断出 a 物质V
是水，根据图乙可知：在质量、升高相同的温度时，a 物质的加热时间长，说明 a 物质吸收的热量比乙物质
吸收的热量多；所以物质 a 的吸热能力强，物质 b 的吸执能力较弱。
（2）[4]实验时为了控制变量，应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑，将其放入装置中的燃烧皿内；因
燃料的热值不能直接测量，但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收，从而使水温发生变化，所以可以通过水
升高的温度来比较燃料热值的大小关系。
14．燃气热水器的优点是加热快、热效率高。某品牌燃气热水器采用天然气做燃料，当只有该热水器工作
时，把 50kg 的水从 20℃加热到 60℃，消耗天然气 0.2m3，已知水的比热容 4.2×103J/（kg ℃）。天然气的热
值为 7.0×107J/m3，试求：
（1）此过程中，水吸收的热量是多少？
（2）该热水器本次加热的效率是多少？
【答案】（1）8.4×106J；（2）60%
【详解】解：（1）此过程中水吸收的热量为
Q吸＝c水m水 t＝4.2 10
3 J/ kg ×℃ 50kg 60℃- 20℃ ＝8.4 106 J
（2）天然气完全燃烧放出的热量为
Q ＝qV＝7.0 107 J/m3 0.2m3＝1.4 107 J
放
该热水器的加热效率为
Q 6
h= 吸 100%= 8.4 10 J 100% = 60%
Q 1.4 107J
放
答：（1）此过程中，水吸收的热量为 8.4×106J；
（2）该热水器本次加热的效率是 60%。
14．如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为 4t，车轮与水平地面接触的总面积为 0.2m2，
发动机的输出功率为 60kW 不变。（ g 取10N / kg ，汽油的热值为 4.6 107 J / kg ）求：
（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为 3000N，疫苗车的速度；
（3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶 46km，若换用效率为30%的汽油机提供动力，需要消耗汽油
的质量。
【答案】（1） 2 105 Pa ；（2）20m/s；（3）10kg
【详解】解：（1）疫苗车空车的重力
G = mg = 4 103 kg 10N/kg = 4 104 N
疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压力
F 4压 = G = 4 10 N
对水平地面的压强
F 4 104p N= 压 = = 2 105 Pa
S 0.2m2
（2）因为疫苗车在水平路面匀速直线行驶，所以疫苗车受到的牵引力、阻力是一对平衡力，大小相等，疫
苗车受到的牵引力
F = f = 3000N
W
由P = = Fv 可得疫苗车行驶速度
t
v P 60 10
3 W
= = = 20m/s
F 3000N
（3）疫苗车匀速行驶做的有用功
W = Fs = 3000N 46 103 m =1.38 108 J
W
若换用效率为30%的汽油机提供动力，由h = Q 可得汽油完全燃烧释放的热量
放
Q W W 1.38 10
8 J
= = = = 4.6 108 J
放 h 30% 30%
由Q = mq放 可得，需要完全燃烧汽油的质量
Q
m 放 4.6 10
8 J
= = =10kg
q 4.6 107 J/kg
汽油
答：（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强为 2 105 Pa ；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为 3000N，疫苗车的速度为 20m/s；
（3）若换用效率为30%的汽油机提供动力，需要消耗汽油的质量为 10kg。
能力提升
1．小明利用图甲装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对 100g 的热水加热 4min，然
后立即将其熄灭，测得消耗燃料 4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图乙中 a 线所示。
已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有 60%被水吸收。水的比热容为 4.2×103J/(kg ℃)，整个过
程中忽略水的质量变化。下列说法中正确的是（ ）
A．通过图像计算得知 4min 水吸收到的热量为 2520J
B．通过计算得出该燃料的热值为 2×106J/kg
C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大
D．若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水
绘出了如图乙中 b 线所示图像，则这杯水的质量小于上一杯水的质量
【答案】B
【详解】A．由图乙知，a 图线水在前 2min 内温度由 93℃升到 99℃，2~4 温度保持不变，已经沸腾，则前
2min 吸收的热量
Q =cm (t-t)=4.2×103吸 水 J/(kg ℃)×0.1kg×(99-93)℃=2.52×103J
燃料燃烧过程是均匀放热，那么 4min 内吸收的热量
Q 吸′=2Q 3吸=2×2.52×10 J=5040J
故 A 错误；
Q
BC 吸．据h = Q 得，燃烧燃料放出的热量
放
Q
Q 吸 5040J= = = 8400J
放 h 60%
则该燃料的热值
Q
q = 放 8400J= = 2 106 J/kg
m 4.2 10-3 kg
而在燃烧过程中，燃料不能完全燃烧，则用此方法算得的 Q 放偏小，那么算得的热值比实际值偏小，故 B 正
确，C 错误；
D．由图乙知，b 图线加热至沸腾的时间比 a 图线的长，在实验装置和热损失比例均不变的情况下，b 图线
加热时间更长可能是 b 图线中所用的水的初温比 a 的低及 b 图线中所用的水的质量比 a 的多，故 D 错误。
故选 B。
2．某同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时，选用了两只完全相同的酒精灯用完全相同的方式分别质量
都是 200g 的沙子和水加热。他绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象分别如图 a、图 b 所示。已知
酒精的热值 q＝3.0×107J/kg，加热时酒精灯平均每分钟消耗 2.8g 酒精。已知水的比热容
c水＝4.2 10
3 J/ (kg×°C) ，则下列说法正确的是（ ）
A．沙子的吸热能力大于水的吸热能力
B．加热 2min 时间内水吸收的热量 Q 吸水为 4.2×105J
C．这 2min 时间内酒精灯的加热效率 η 为 40%
D．沙子的比热容 c 沙约为0.91 103 J/ (kg×°C)
【答案】D
Q
【详解】A．由图像知加热相同的时间水和沙子吸收的热量相同，沙子的温度升高的多，根据 c = 可知，
m t
水的比热容大，水的吸热能力大于沙子的吸热能力，故 A 错误；
B．由图 b 可知，加热 2min 水温度升高
t水＝70°C﹣20°C＝50°C
则加热 2min 时间内水吸收的热量
Q水吸 = c水m水 t水=4.2 10
3 J（/ kg×°C） 0.2kg （70°C﹣20°C）=4.2 104 J
故 B 错误；
C．因为酒精灯平均每分钟消耗 2.8g 酒精，加热 2min 时间内消耗酒精的质量
m＝2.8g/ min 2min＝5.6g＝5.6 10﹣3 kg
则酒精完全燃烧放出的热量
Q ＝mq＝5.6 10﹣3 kg 3.0 107 J/ kg＝1.68 105 J
放
酒精灯的加热效率
Q 4
h = 水吸 = 4.2 10 J = 25%
Q 1.68 105 J
放
故 C 错误；
D．因为两酒精灯完全相同、加热方式也相同，所以相同时间内酒精灯燃烧放出相同的热量，则在 2min 的
时间内，沙子吸收的热量
Q沙吸＝Q水吸＝4.2 10
4 J
由图 a 可知加热 2min，沙子的温度从 20℃上升到 250℃，即
t沙 = 250°C- 20°C=230°C
沙子的质量
m沙＝200g＝0.2kg
由Q吸＝cm t 可得，沙子的比热容
Q 4
c沙=
沙吸 = 4.2 10 J 0.91 103 J / kg ×°C
m沙Δt沙 0.2kg 230°C
故 D 正确。
故选 D。
3．（多选）某品牌汽车的质量为 M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为 ρ1、质量为 m，发动机的效率为
h1。若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的 k 倍（k<1，为常数），受到的空气阻力为
f，忽略其它摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为 ρ2的新材料（ρ2<ρ1），并对车
子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了 2%，还将车子的发动机效率提高到了h2 ，改进后汽
车以相同的速度匀速行驶。设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，改进前的耗油量 m1，改进
后汽车的耗油量 m2，在满足上述条件下说法正确的是（ ）
A．在消耗等量燃油的情况下，改进后汽车的行驶路程更长
B．改进后汽车以相同的速度匀速行驶时，有用功的功率变小
kMgs
C．若燃油的热值为 q，汽车匀速行驶的路程为 s，则h1 = qm1
[k(M r- m + 2 m)g + 0.98 f ]h
D m 1．改进后汽车的耗油量 2与改进前的耗油量 m1的比为 r1
(kMg + f )h2
【答案】AD
【详解】A．在消耗等量燃油的情况下，提供的热量相同，由 m=ρV 可知改进后汽车的质量减小，由 G=mg
可知汽车的重力减小，汽车受到的摩擦力减小，对车子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低
了 2%，汽车匀速行驶，牵引力等于空气阻力和摩擦力之和，牵引力减小，将车子的发动机效率提高到了
h2 ，由 W=Qη 可知牵引力做的功增大，由 W=Fs 可知改进后汽车的行驶路程更长，故 A 正确；
B．改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，有用功是对驾乘人员做的功，改进前后，有用功相同，
s W
汽车以相同的速度匀速行驶时，由 t = 可知行驶的时间相同，由P = 可知有用功的功率不变，故 B 错误；
v t
C．汽车的行驶路程为 s，汽油的热值为 q，根据题意得：改进前发动机的效率为
h F1s1 = Q
因为匀速运动，所以牵引力
F1=f1
f1=kMg+f
则
h f1S (kMg + f )s1 = =qm1 qm1
故 C 错误；
D．设改进后车外壳的质量为 m′，由选项 C 可知
h f1S (kMg + f )s1 = =qm1 qm1
则改进前耗油量
m (kMg + f )s1 = qh1
改进后发电机的效率
h F= 2s2 Q
改进前后体积相等
m m
=
r1 r2
改进后汽车的质量
m r= 2 m
r1
因为匀速运动，所以
F2 = f2 = k(M - m + m
)g + (1- 2%) f
则发电机效率
[k(M r- m + 2 m)g + 0.98 f ]s
h f s r2 = 2 = 1qm2 qm2
改进后耗油量
[k(M r- m + 2 m)g + 0.98 f ]s
m r2 = 1qh2
则
[k(M m pm- + m)g + 0.98 f ]h
m2 = r
1
m1 (kMg + f )h2
故 D 正确。
故选 AD。
4．阅读短文，回答问题。
热岛效应
小明所居住的城市温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、
电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明
显；三是城区内有自然水的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对
流。为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利
用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。
（1）建筑群、马路中的矿石、水泥的 小，在相同的日照条件下温度上升更明显；
（2）随着轿车大量的走进家庭，热污染更加严重，汽油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的结
构如图甲，小白同学阅读了某牌号汽车发动明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表乙，该车行
驶时所受阻力 f 和车速 v 的关系如图丙所示。
①图甲为汽油机的 冲程；
②请根据图乙给出的信息，该汽车的热机效率为 ；
③汽车按此效率以 50km/h 的速度行驶 1h，该汽车耗油约为多少 kg？（保留 2 位小数）（汽油的热值为
4.6×107J/kg）
【答案】 比热容 做功 30% 7.25
【详解】（1）[1]建筑群、马路中的砂石、水泥的比热容小，吸热能力弱，所以在相同日照条件下，温度上
升更明显。
（2）①[2]如图甲所示，进气门和排气门关闭，火花塞点火、活塞向下运动，可以判断这个冲程是做功冲程。
②[3]如图乙所示，用来做有用功的能量比例为
100% - 33% - 30% - 7% = 30%
所以汽车的热机效率为 η＝30%。
s
③[4]该汽车按此效率以 50km/h 的速度行驶 1h 时，则根据 v = 可知，汽车行驶的路程为
t
s = vt = 50km/h 1h = 50km = 5 104 m
由图丙可知：此时汽车受到阻力为 f＝2000N，由于汽车做匀速直线运动，则汽车的牵引力和受到的阻力是
一对平衡力，根据二力平衡条件可知，汽车的牵引力为
F = f＝2000N
则汽车牵引力所做的有用功为
W＝Fs＝2000N 5 104 m＝1 108 J
因为汽车的热机效率为 30%，则汽油完全燃烧放出的热量为
W 1 108Q J 1= = = 109 J
放 h 30% 3
根据Q ＝qm放 可得需要的汽油为
1
Q 10
9 J
m = 放 = 3 7.25kg
q 4.6 107 J/kg
5．2023 年 5 月 28 日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机 C919，如图甲，历时 2h
从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。
（1）已知上海到北京航程为 1178km，求 C919 由上海飞往北京的平均速度；
（2） C919 在高空水平定速巡航时，若受到的阻力为1.15 105 N ，飞机发动机的效率为 25%，则飞行 4km
需要消耗多少升汽油？已知汽油密度为0.8 103 kg/m3 ，汽油热值为 4.6 107 J/kg ：
（3） 如图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型。图中机翼的下表面可视为平面，面积为 S1。
飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为 S2 ，飞机对地面的压强为 p。飞机总重为
G，近似地认为飞机受到的升力来自于飞机双侧机翼。请推导出飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差
p（用字母表示）。
G - pS
【答案】（1）589km/h ；（2）50L；（3 Δp = 2） 2S1
【详解】解：（1）C919 由上海飞往北京的平均速度
v s 1178km= = = 589km/h
t 2h
（2）C919 在高空水平定速巡航时，受到的牵引力与阻力是一对平衡力，为1.15 105 N ，飞机牵引力做的功
W = Fs =1.15 105 N 4 103 m=4.6 108J
汽油燃烧产生的热量
Q W 4.6 10
8J
= = =1.84 109 J
h 25%
飞行 4km 需要消耗的汽油质量
m Q 1.84 10
9 J
= = = 40kg
q 4.6 107 J/kg
飞行 4km 需要消耗的汽油的体积
V m 40kg= = 3 3 = 0.05m
3 = 50L
r 0.8 10 kg/m
（3）飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为 S2 ，飞机对地面的压强为 p，此时
飞机对地面的压力为
F压 = pS2
飞机的重力为 G，此时飞机的升力的大小为
F升 = G - F压
图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型，且图中机翼的下表面可视为平面，面积为 S1，则两
侧机翼下表面的总面积为 2S1，飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差 p
F G - F
Δp 升 压 G - pS= = = 2
2S1 2S1 2S1
答：（1）C919 由上海飞往北京的平均速度为589km/h ；
（2）飞行 4km 需要消耗 50L 汽油
G - pS
（3 2）飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差Δp = 2S 。114.2 热机效率
基础达标
一、单选题
1．双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料，汽车在行驶过程中燃料的热值将（ ）
A．始终不变 B．逐渐变小 C．逐渐变大 D．先小后大
2．如图所示是我国《农书》中记录的槽碓（dui）。大木勺积水较多会下沉，使石锤上升；当大木勺内的水
流出变轻后，石锤落下击打石白内的谷物。该槽碓（ ）
A．机械效率可达 100% B．是杠杆
C．机械效率可超过 100% D．是热机
3．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，效率一定越高
B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D．热机做功越快，效率一定越高
4．如图所示是内燃机的能量流向图，则热机效率（h ）等于（ ）
E
A． 1 100%
E
B． 2 100%
E E
E1 + E3 + E4 100% E1 + EC． D． 2
+ E3 + E4 100%
E E
5．为了提高工作效率，机场工作人员经常以电动平衡车（如图甲所示）代步。某次工作人员骑着平衡车
（其铭牌如图乙所示）在水平地面上以额定功率且以最高速度匀速直线行驶了一段距离，行驶时平衡车受
到的阻力为 120N。此过程中，下列说法正确的是（ ）
A．牵引力的大小为 600N
B．牵引力做功的功率为 480W
C．电动平衡车的重力为 600N
D．电动平衡车的效率为 80%
6．关于温度、内能、热量、热值和比热容，下列说法正确的是（ ）
A．温度高的物体内能大
B．物体吸收热量，温度不一定升高
C．燃料燃烧越充分，放出的热量越多，燃料的热值越大
D．水的比热容较大，相同情况下加热水和沙子，水的温度升高的快
7．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（ ）
A．热机效率较大 B．热机效率较小 C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多
8．在一个标准大气压下，在不计热量损失的情况下，完全燃烧热值为 1.26×107J/kg 的干木柴 1kg，能使
40kg、30℃的水温度升高到（ ）
A．105℃ B．100℃ C．75℃ D．无法确定
9．某燃气热水器将 20L 的水从 20℃加热到 70℃，完全燃烧了 0.21m3的煤气，水吸收的热量是 J，该
3
燃气热水器烧水的效率是 。[已知水的比热容为 4.2 10 J/ kg ×℃ ，水的密度为1.0 103kg/m3，煤气的
热值为 4 107 J/m3 ]
10．烧开一锅水，需要吸收完全燃烧 0.1kg 干木材所放出的热量，这些热量若采用天然气加热，需要完全燃
7
烧 m3 的天然气（已知 q干木柴 =1.2 10 J/kg
7 3
， q天然气 = 4 10 J/m ）。
11．便携燃料罐（图）给户外活动带来了方便，罐内填充液化的丁烷（C4H10），打开气罐时液态丁
烷先 （填物态变化），点燃丁烷，丁烷完全燃烧的产物为 。丁烷热值为4.57×107J/kg，
水的比热容为 4.2×103J/（kg·C），一罐 120g 的丁烷完全燃烧可以将 kg 水从 20℃加热到沸
腾（结果保留一位小数）。
12．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-时间的
图像如图所示，由图可知，甲物质比热容 （选填“>”“<”或“=”）乙物质比热容；通过查
询得知乙物质的比热容为 1.5×103J/( kg·℃)，酒精的热值为 3.0×107J/kg，若酒精完全燃烧且放
出的热量全部被乙物质吸收，则燃烧 0.5g 的酒精能使 kg 的乙物质升高 10℃。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”）。
13．（1）为了比较水和食用油的吸热能力，小明用两个相同的装置做了如图甲所示的实验。
①在两个相同的烧杯中应加入初温相同、质量相同的水和煤油（ρ 水>ρ 煤油）。实验中选用相同电加热器的目
的是：使水和煤油在相同时间内 ；
②水和煤油温度随时间变化如图乙所示，根据图甲可判断出 a 物质是 。根据图乙可判断出 b 吸热
能力较 （选填“强”或“弱”）；
（2）如图丙所示，为比较酒精和碎纸片的热值，用两只同规格的烧杯装相等质量的水，取质量相等的酒精
和碎纸片，分别放入两个燃烧皿中，点燃分别给烧杯加热，直到酒精和碎纸片完全燃烧完，通过比较
（选填“加热时间”或“升高的温度”）来确定酒精和碎纸片热值的大小。
14．燃气热水器的优点是加热快、热效率高。某品牌燃气热水器采用天然气做燃料，当只有该热水器工作
时，把 50kg 的水从 20℃加热到 60℃，消耗天然气 0.2m3，已知水的比热容 4.2×103J/（kg ℃）。天然气的热
值为 7.0×107J/m3，试求：
（1）此过程中，水吸收的热量是多少？
（2）该热水器本次加热的效率是多少？
14．如图是我国第一款纯电动疫苗接种车，疫苗车空车质量为 4t，车轮与水平地面接触的总面积为 0.2m2，
发动机的输出功率为 60kW 不变。（ g 取10N / kg ，汽油的热值为 4.6 107 J / kg ）求：
（1）疫苗车空车静止在水平地面时，对地面的压强；
（2）疫苗车在水平路面匀速直线行驶时，受到的阻力为 3000N，疫苗车的速度；
（3）疫苗车以（2）中的速度在平直路面行驶 46km，若换用效率为30%的汽油机提供动力，需要消耗汽油
的质量。
能力提升
1．小明利用图甲装置研究某燃料热值，他取少量燃料置于燃烧皿中，点燃后对 100g 的热水加热 4min，然
后立即将其熄灭，测得消耗燃料 4.2g，并根据实验数据绘制了水温随时间变化的图像如图乙中 a 线所示。
已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放出热量只有 60%被水吸收。水的比热容为 4.2×103J/(kg ℃)，整个过
程中忽略水的质量变化。下列说法中正确的是（ ）
A．通过图像计算得知 4min 水吸收到的热量为 2520J
B．通过计算得出该燃料的热值为 2×106J/kg
C．这种方法计算出的热值比实际的热值偏大
D．若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水
绘出了如图乙中 b 线所示图像，则这杯水的质量小于上一杯水的质量
2．某同学在研究“沙子和水谁的吸热本领大”时，选用了两只完
全相同的酒精灯用完全相同的方式分别质量都是 200g 的沙子和
水加热。他绘制出沙子与水的温度随加热时间变化的图象分别如图 a、图 b 所示。已知酒精的热值 q＝
3.0×107J/kg 3，加热时酒精灯平均每分钟消耗 2.8g 酒精。已知水的比热容 c水＝4.2 10 J/ (kg×°C) ，则下列说
法正确的是（ ）
A．沙子的吸热能力大于水的吸热能力
B．加热 2min 时间内水吸收的热量 Q 吸水为 4.2×105J
C．这 2min 时间内酒精灯的加热效率 η 为 40%
D．沙子的比热容 c 约为0.91 103沙 J/ (kg×°C)
3．（多选）某品牌汽车的质量为 M（含驾乘人员），车的钢质外壳密度为 ρ1、质量为 m，发动机的效率为
h1。若该车在平直道路上匀速行驶受到地面的摩擦力为车总重的 k 倍（k<1，为常数），受到的空气阻力为
f，忽略其它摩擦阻力。经过技术革新，厂家将车外壳换成了等体积，密度为 ρ2的新材料（ρ2<ρ1），并对车
子的流线型进行了优化，使车子受到的空气阻力降低了 2%，还将车子的发动机效率提高到了h2 ，改进后汽
车以相同的速度匀速行驶。设改进前后汽车行驶的路况、路程、驾乘人员相同，改进前的耗油量 m1，改进
后汽车的耗油量 m2，在满足上述条件下说法正确的是（ ）
A．在消耗等量燃油的情况下，改进后汽车的行驶路程更长
B．改进后汽车以相同的速度匀速行驶时，有用功的功率变小
kMgs
C．若燃油的热值为 q，汽车匀速行驶的路程为 s，则h1 = qm1
[k(M m + 2 m)g + 0.98 f ]h
D 1．改进后汽车的耗油量 m2与改进前的耗油量 m1的比为 1
(kMg + f )h2
4．阅读短文，回答问题。
热岛效应
小明所居住的城市温度高于郊区，这就是常说的热岛效应。“热岛效应”的主要原因：一是工厂、交通工具、
电气设备和人群排放大量的热量；二是建筑群、马路中的矿石、水泥，在相同的日照条件下温度上升更明
显；三是城区内有自然水的面积小，水的蒸发少，降温作用减弱；四是城区内楼群林立，难以形成空气对
流。为了改善城市的人居环境，人们应采取一些有效的措施，例如植树造林，提高资源利用率，更多地利
用太阳能、水能、风能，都可以控制环境的热污染。
（1）建筑群、马路中的矿石、水泥的 小，在相同
的日照条件下温度上升更明显；
（2）随着轿车大量的走进家庭，热污染更加严重，汽
油机是工农业生产中常用的热机，某型号汽油机的结构如图甲，小白同学阅读了某牌号汽车发动明书后，
将内燃机的能量流向制成如图所示的图表乙，该车行驶时所受阻力 f 和车速 v 的关系如图丙所示。
①图甲为汽油机的 冲程；
②请根据图乙给出的信息，该汽车的热机效率为 ；
③汽车按此效率以 50km/h 的速度行驶 1h，该汽车耗油约为多少 kg？（保留 2 位小数）（汽油的热值为
4.6×107J/kg）
5．2023 年 5 月 28 日上午，我国首架自行研制、拥有自主知识产权的喷气式客机 C919，如图甲，历时 2h
从上海到北京，开启了首次商业载客飞行。
（1）已知上海到北京航程为 1178km，求 C919 由上海飞往北京的平均速度；
（2） C919 在高空水平定速巡航时，若受到的阻力为1.15 105 N ，飞机发动机的效率为 25%，则飞行 4km
需要消耗多少升汽油？已知汽油密度为0.8 103 kg/m3 ，汽油热值为 4.6 107 J/kg ：
（3） 如图乙是飞机单侧机翼与周围空气发生相对运动的模型。图中机翼的下表面可视为平面，面积为 S1。
飞机起飞前在水平跑道上快速滑行时，机轮与地面的总接触面积为 S2 ，飞机对地面的压强为 p。飞机总重为
G，近似地认为飞机受到的升力来自于飞机双侧机翼。请推导出飞机在跑道上滑行时机翼上下表面的压强差
Dp（用字母表示）。
