14.3 热机的效率 寒假巩固（含解析）2025-2026学年人教版（2024）九年级全册

人教版（2024）九年级全册 第十四章 内能的利用第3节 热机的效率 寒假巩固
【题型1】燃料的热值及单位
【典型例题】家用天然气灶在使用过程中，天燃气的热值将（　　）
A.保持不变 B.逐渐变小 C.逐渐变大 D.先小后大
【举一反三1】关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A.燃料完全燃烧时，它的热值最大
B.煤燃烧时放出的热量，一定比计算值小
C.没有燃烧的燃料，热值等于零
D.燃料燃烧时，产生的温度越高，放出的热量越多
嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如题图为嫦娥六号发射的场景，题图为嫦娥六号返回器着陆过程的部分轨迹简图。嫦娥六号随火箭加速升空过程中，火箭燃料选择液态氢是因为它的 大。使火箭上升的施力物体是 （选填“空气”或“喷出的气体”），该力的方向是 的（选填“向上”或“向下”）。
【举一反三3】火箭用液态氢作为燃料，因为液态氢具有较高的__________(选填“热值”或“比热容”)；火箭升空过程中，燃料燃烧将__________能转化为内能。
【举一反三4】如图，北京时间10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。火箭用热值很高的液氢作为发动机燃料，液氢的热值为，其物理意义： 。
【题型2】燃烧热的计算
【典型例题】汽油的热值为4.6×107J/kg，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为(　　)
A.4.8×107J
B.3.9×107J
C.5.8×107J
D.9.8×107J
【举一反三1】用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体(其中一种是水)。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像(如图2)，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精(q酒精＝3×107J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/(kg ℃)，则下列说法正确的是(　　)
A.c乙＝2.4×103J/(kg ℃)
B.乙液体是水
C.酒精完全燃烧放出的热量为1.2×108J
D.0～8min乙吸收的热量为3.36×104J
【举一反三2】小明同学用他家的天然气灶为质量为2kg，初温为15℃的水加热，此过程消耗天然气0.045m3，则天然气完全燃烧释放热量_________J；若此过程的热效率为40%，在标准大气压下，水的温度升高__________℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，天然气热值为4.2×107J/m3]
【举一反三3】某款太阳能热水器平均每天接收的太阳能为8.4×105J，这些能量相当于完全燃烧__________kg干木柴放出的热量；若这些热量可以使质量为10kg的水温度升高5℃，则该热水器的热效率为__________%。[干木柴的热值q＝1.2×107J/kg，水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)]
【举一反三4】如图所示，某同学用燃气灶烧水。已知锅内水的质量为4kg，水的初温为28℃，加热一段时间后共消耗了0.05m3的天然气，若此燃气灶烧水的热效率为60%[水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，天然气的热值为4.2×107J/m3，此时为标准大气压]。求：
(1)0.05m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
(2)以上过程中，水吸收的热量；
(3)锅内水升高的温度。
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算
【典型例题】食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。
（1）煤气在燃烧时把化学能转化为 能。其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 ；
（2）烹饪食物是通过 的方式改变食物的内能；
（3）炒菜时饭菜飘香，这是 现象；说明一切物质的分子都在永不停息地做 ；
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气 （不计热量损失，煤气的热值为）。
【举一反三1】将装有3kg水的热水壶放在天然气燃气灶上，在标准大气压下，将水从初温为20℃加热至沸腾，天然气表的示数由110.35m3变为110.40m3，则消耗的天然气完全燃烧放出的热量是__________J，该燃气灶的效率是多少_________。[已知天然气的热值为3.0×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)]
【举一反三2】小洪同学家原来用液化石油气烧水，每天约用60 ℃的热水100 kg。她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。
(1)若这台热水器夏天平均每天可将100 kg的水从20 ℃加热到60 ℃，这些水吸收的热量为多少？(c水=4.2×103 J/(kg·℃))
(2)若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约液化石油气多少千克？(液化石油气的热值为8.0×107 J/kg)
(3)请你说出使用太阳能热水器的优点．(至少说出一点)
【举一反三3】每到夏收季节，农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，如图所示这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。若完全燃烧3kg秆浆煤放出的热量30%被水吸收，能使50kg、20℃的水温度升高到80℃。[水的比热容c水＝4.2×103J/(kg ℃)]
求：
(1)水需要吸收的热量Q吸；
(2)完全燃烧3kg秆浆煤放出的热量Q放；
(3)秆浆煤的热值q。
【题型4】热机的效率概念
【典型例题】下列说法正确的是(　　)
A.物体吸收了热量，其内能一定增大，温度也一定升高
B.热机的做功冲程是把内能转化为机械能
C.锤子砸铁片时，铁片的温度升高，这是因为锤子和铁片之间发生了热传递
D.热机工作时，燃料燃烧越充分、燃料的热值就越大，热机的效率就越高
【举一反三1】如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为(　　)
A.η＝×100% B.η＝×100% C.η＝×100% D.η＝×100%
涡轮喷气发动机的基本结构如图所示。工作时，空气通过进气口进入压气机被压缩，再进入燃烧室与燃料混合后燃烧，产生的高温高压燃气推动涡轮转动并从尾喷管高速喷出，从而获得动力。下列有关说法正确的是（ ）
A.高温高压燃气推动涡轮转动的过程，相当于内燃机的压缩冲程
B.燃料燃烧放出的热量越多，燃料的热值就越大
C.燃料燃烧越充分，喷气发动机的效率就越高
D.燃气从尾喷管喷出获得动力的过程，其内能增大
【举一反三3】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.两台热机，做有用功多的那台效率高
B.热机的效率总小于1，只因为废气带走了余热
C.热机的效率总小于1，说明使用热机的过程能量不守衡
D.某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%
【举一反三4】______________是热机性能的一个重要指标。有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为8×103 J，其中用来做有用功的那部分能量为3×103 J，该热机的效率是________。
【举一反三5】老师用如图一所示实验装置，加热试管使水沸腾，发现试管上方的小风车，开始不停地转动；由此引出以下问题，请利用所学的知识回答。
（1）图一实验中能量转化方式与图二中汽油机的 （“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）冲程相同；
（2）汽油机的点火方式为 ；
（3）图三是汽油机的能量流向图，这台汽油机的效率η＝ 。
【举一反三6】______________是热机性能的一个重要指标。有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为8×103 J，其中用来做有用功的那部分能量为3×103 J，该热机的效率是________。
【举一反三7】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min，该汽油机每秒钟对外做功的次数为__________次，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的__________来完成。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率__________(选填“升高”“不变”或“降低”)。
【题型5】如何提高热机的效率
【典型例题】图中显示的是天然气热水器的参数，则它的热效率是（　　）
A.75% B.50% C.33.3% D.20%
【举一反三1】我国某集团正式发布全球首款效率突破50%的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破。关于内燃机和其效率，下列说法正确的是(　　)
A.使用热值高的燃料，可以提高内燃机的效率
B.通过减少各部件间的摩擦可提高内燃机的效率
C.内燃机的效率越高，则表示内燃机做功越快
D.内燃机是机械能转化为内能的装置
【举一反三2】关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A.热机消耗燃料越少，效率越高
B.使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
【举一反三3】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min，该汽油机每秒钟对外做功的次数为__________次，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的
__________来完成。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率__________(选填“升高”“不变”或“降低”)。
【举一反三4】小明自己设计实验探究煤油和菜籽油的热值大小关系。实验时他组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，调节煤油和菜籽油的灯芯大小，使相同时间内煤油和菜籽油完全燃烧的质量相等，并每隔1分钟记录了杯中水的温度（见下表）。
（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定的 位置，再调整固定 的位置。（均选填“A”或“B”）
（2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有：加热时间、水的初温和 ；
（3）分析表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 。
【题型6】热机的效率与热量的计算
【典型例题】下列关于比热容、热值和热机效率的描述，正确的是(　　)
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.柴油的热值是3.3×107J/kg，完全燃烧1kg柴油能放出3.3×107J/kg的热量
C.水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示水升高1℃吸收的热量是4.2×103J
D.甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的燃料，甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大
【举一反三1】某台柴油机中的所有燃料完全燃烧能放出8×107J的热量。共计损失了4.8×107J的能量，下列说法正确的是(　　)
A.用来做有用功的能量为8×107J
B.该柴油机的效率为60%
C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
【举一反三2】小丽为了测试汽车发动机的效率，开车以60km/h的平均速度行驶了120km，用去汽油30L，已知汽油的密度为0.7×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg，发动机的功率为34.5kW，则该汽车发动机的效率为(　　)
A.25.7%
B.28.8%
C.36.5%
D.38%
【举一反三3】随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中、通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。
（1）汽车刹车时，为防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片喷水，这是通过 方式改变刹车片的内能。
（2）若汽油的热值为，则完全燃烧2kg汽油释放的能量为 J。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）。
（3）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程。
（4）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 。
【举一反三4】如图所示是一款远程无人驾驶清扫车，自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况，该款车以10m/s的速度在一段平直的公路上匀速行驶5min，消耗汽油0.3kg。已知，清扫车行驶过程中的牵引力为1380N，汽油的热值为4.6×107J/kg。求：
(1)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量；
(2)在此过程中清扫车发动机的效率是多少？
(3)假设此过程中，汽油完全燃烧，除了做有用功外，其余能量全部用来加热水。在不考虑其他热损失的情况下，可使初温为20℃，质量92kg的水升高到多少℃？[c水＝4.2×103J/(kg ℃)]
【举一反三5】新能源的开发及利用正在改变我们的生活，氢能源在能源体系中具有重要地位，推动国防工业、交通等领域的快速发展。若已知液态氢的热值是1.4×108J/kg，试计算：
(1)我国第4代运载火箭一般使用液态氢作为燃料，某火箭发射时携带3×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2)氢能源车的发动机工作时，将液态氢转化为氢气，氢气在汽缸中燃烧提供动力。某次测试中，一辆氢能源车以75kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率(结果精确到0.1%)。
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算
【典型例题】甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为(　　)
A.2∶5
B.5∶2
C.5∶6
D.6∶5
【举一反三1】有甲、乙两台汽油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5∶4，消耗汽油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是(　　)
A.15∶8
B.8∶15
C.6∶5
D.5∶6
【举一反三2】某品牌汽车燃油机的能量流程图如图所示，若汽车行驶过程中消耗燃油5L(燃油的热值为3.15×107J/kg，密度为0.8×103kg/m3)，该热机的效率约为________，假如这些燃油完全燃烧，牵引力做的功是 J。
【举一反三3】有一辆氢能源汽车以30kW的功率在平直的公路上匀速行驶1.4h，消耗了2.7kg氢燃料，该氢能源汽车发动机的效率是__________。
【举一反三4】可燃冰是一种清洁无污染、储量巨大，非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气的10倍，若按10倍计算（c水=4.2×103J/（kg·℃）；天然气的热值q=7.0×107J/m3），求：
（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，如果水的初温是20℃，则水的末温。
人教版（2024）九年级全册 第十四章 内能的利用第3节 热机的效率 寒假巩固（参考答案）
【题型1】燃料的热值及单位
【典型例题】家用天然气灶在使用过程中，天燃气的热值将（　　）
A.保持不变 B.逐渐变小 C.逐渐变大 D.先小后大
【答案】A
【解析】热值是燃料的属性，与燃料的质量、温度、是否完全燃烧无关，故A符合题意，B、C、D不符合题意。故选A。
【举一反三1】关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A.燃料完全燃烧时，它的热值最大
B.煤燃烧时放出的热量，一定比计算值小
C.没有燃烧的燃料，热值等于零
D.燃料燃烧时，产生的温度越高，放出的热量越多
【答案】B
【解析】热值是燃料的一种特性，与燃料种类有关，与燃料的质量和燃烧程度无关，故AC错误；
煤燃烧时，由于不能完全燃烧，放出的热量一般比计算值小，故B正确；
燃料燃烧时放出的热量与燃烧程度和燃烧的质量有关，与燃料燃烧时的温度高低无关，故D错误。故选B。
嫦娥六号2024年5月3日成功发射，6月25日返回器携带月球样品着陆地球。如题图为嫦娥六号发射的场景，题图为嫦娥六号返回器着陆过程的部分轨迹简图。嫦娥六号随火箭加速升空过程中，火箭燃料选择液态氢是因为它的 大。使火箭上升的施力物体是 （选填“空气”或“喷出的气体”），该力的方向是 的（选填“向上”或“向下”）。
【答案】
热值 　 喷出的气体 　 向上
【解析】
火箭燃料选择液态氢是因为它的热值大。热值是燃料的一种特性，液态氢的热值较高，意味着相同质量的液态氢完全燃烧放出的热量比其他燃料多，能为火箭提供更大的推力。
火箭对喷出的气体有向下的力，因为物体间力的作用是相互的，所以喷出的气体对火箭有向上的反作用力，使火箭上升的施力物体是喷出的气体。
火箭对喷出的气体有向下的力，因为物体间力的作用是相互的，物体间相互作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上，所以喷出的气体对火箭的力是向上的，从而推动火箭上升。
【举一反三3】火箭用液态氢作为燃料，因为液态氢具有较高的__________(选填“热值”或“比热容”)；火箭升空过程中，燃料燃烧将__________能转化为内能。
【答案】热值　化学
【举一反三4】如图，北京时间10月26日11时14分，搭载神舟十七号载人飞船的长征二号F遥十七运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，发射取得圆满成功。火箭用热值很高的液氢作为发动机燃料，液氢的热值为，其物理意义： 。
【答案】见解析
【解析】液氢的热值为1.4×108J/kg，其物理意义为1千克的液氢完全燃烧时放出的热量是1.4×108J。
【题型2】燃烧热的计算
【典型例题】汽油的热值为4.6×107J/kg，则燃烧2kg的汽油放出的热量不可能为(　　)
A.4.8×107J
B.3.9×107J
C.5.8×107J
D.9.8×107J
【答案】D
【解析】燃烧2kg的汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，汽油不完全燃烧放出的热量小于9.2×107J，不可能为9.8×107J。
【举一反三1】用如图1所示的同一个实验装置分别加热质量均为100g的甲、乙两种液体(其中一种是水)。用测得的数据绘制了温度随时间变化的图像(如图2)，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精(q酒精＝3×107J/kg)。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，c水＝4.2×103J/(kg ℃)，则下列说法正确的是(　　)
A.c乙＝2.4×103J/(kg ℃)
B.乙液体是水
C.酒精完全燃烧放出的热量为1.2×108J
D.0～8min乙吸收的热量为3.36×104J
【答案】D
【解析】根据图乙可知，质量相同的甲和乙升高相同的温度，甲的加热时间是乙的加热时间的2倍，则甲吸收的热量是乙吸收热量的2倍，则甲的吸热能力大于乙的吸热能力，因水的比热容较大，吸热能力强，所以甲为水；根据c可知，甲(水)的比热容是乙的比热容的2倍，乙的比热容为：c乙c甲4.2×103J/(kg ℃)＝2.1×103J/(kg ℃)，故A、B错误；
酒精完全燃烧放出的热量为：Q放＝m酒精q＝0.004kg×3×107J/kg＝1.2×105J，故C错误；
用相同的酒精灯加热，在相同的时间内，水吸收的热量等于乙吸收的热量，0～8min乙吸收的热量等于甲吸收的热量：Q乙＝Q水＝c水m水Δt＝4.2×103J/(kg ℃)×0.1kg×(100℃﹣20℃)＝3.36×104J，D正确。
【举一反三2】小明同学用他家的天然气灶为质量为2kg，初温为15℃的水加热，此过程消耗天然气0.045m3，则天然气完全燃烧释放热量_________J；若此过程的热效率为40%，在标准大气压下，水的温度升高__________℃。[水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，天然气热值为4.2×107J/m3]
【答案】1.89×106　　85
【解析】0.045m3天然气完全燃烧放出的热量：
；
水吸收的热量：，
水升高的温度，
即水最终温度为t′＝90℃+15℃＝105℃，
在标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，则水升高的温度Δt′＝100℃﹣15℃＝85℃。
【举一反三3】某款太阳能热水器平均每天接收的太阳能为8.4×105J，这些能量相当于完全燃烧__________kg干木柴放出的热量；若这些热量可以使质量为10kg的水温度升高5℃，则该热水器的热效率为__________%。[干木柴的热值q＝1.2×107J/kg，水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)]
【答案】0.07　　25
【解析】干木柴完全燃烧放出的热量Q放＝E＝8.4×105J，
由Q放＝mq得干木柴的质量：
m0.07kg；
由题知，水吸收热量：
Q吸＝c水m水Δt＝4.2×103J/(kg ℃)×10kg×5℃＝2.1×105J，
该热水器的热效率：
η25%。
【举一反三4】如图所示，某同学用燃气灶烧水。已知锅内水的质量为4kg，水的初温为28℃，加热一段时间后共消耗了0.05m3的天然气，若此燃气灶烧水的热效率为60%[水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，天然气的热值为4.2×107J/m3，此时为标准大气压]。求：
(1)0.05m3的天然气完全燃烧所放出的热量；
(2)以上过程中，水吸收的热量；
(3)锅内水升高的温度。
【答案】(1)0.05m3的天然气完全燃烧所放出的热量为2.1×106J
(2)以上过程中，水吸收的热量为1.26×106J
(3)锅内水升高的温度为72℃
【解析】(1)0.05m3的天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝Vq＝0.05m3×4.2×107J/m3＝2.1×106J；
(2)由η可得水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝60%×2.1×106J＝1.26×106J；
(3)由Q吸＝cmΔt可得水升高的温度：
Δt75℃，
理论上，水的末温t＝t0+Δt＝28℃+75℃＝103℃，
而标准大气压下，水的沸点为100℃，所以实际上水的末温为100℃，
实际上，水升高的温度：Δt实际＝100℃﹣28℃＝72℃。
【题型3】热值、比热容和热量的综合计算
【典型例题】食堂使用煤气灶烹饪食物。使用煤气灶时，打开煤气阀门，拧动点火装置。
（1）煤气在燃烧时把化学能转化为 能。其热值 ；当气温下降导致更多热量散失到空气中时，燃料的利用率 ；
（2）烹饪食物是通过 的方式改变食物的内能；
（3）炒菜时饭菜飘香，这是 现象；说明一切物质的分子都在永不停息地做 ；
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气 （不计热量损失，煤气的热值为）。
【答案】(1)内 不变 降低 (2)热传递 (3)扩散 无规则运动 (4)10
【解析】（1）燃料内部具有化学能，煤气在燃烧时把化学能转化为内能。
热值是物质的一种属性，热值只与燃料的种类有关，因此在燃烧过程中天然气的热值不变。
当气温下降导致更多热量散失到空气中，损失的热量增大，可利用的热量减小，所以燃料的利用率降低。
（2）改变内能的方式有做功和热传递两种方式，而烹饪食物是食物通过从热源处吸收热量从而被煮熟的，所以是通过热传递的方式改变食物的内能。
（3）闻到饭菜的香味，这是扩散现象，是因为分子在不停地做无规则运动，饭菜的香味分子扩散到了人的鼻子里。
（4）食堂做一次饭用了的热量，需要燃烧煤气的体积为
【举一反三1】将装有3kg水的热水壶放在天然气燃气灶上，在标准大气压下，将水从初温为20℃加热至沸腾，天然气表的示数由110.35m3变为110.40m3，则消耗的天然气完全燃烧放出的热量是__________J，该燃气灶的效率是多少_________。[已知天然气的热值为3.0×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)]
【答案】1.5×106　67.2%
【解析】通过天然气表可知，消耗的天然气的体积：
，
消耗的天然气完全燃烧放出的热量：
；
在标准大气压下，水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，即温度的变化量：
Δt＝t末﹣t初＝100℃﹣20℃＝80℃，
水吸收的热量：
，
则燃气灶的效率：
。
【举一反三2】小洪同学家原来用液化石油气烧水，每天约用60 ℃的热水100 kg。她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器。
(1)若这台热水器夏天平均每天可将100 kg的水从20 ℃加热到60 ℃，这些水吸收的热量为多少？(c水=4.2×103 J/(kg·℃))
(2)若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约液化石油气多少千克？(液化石油气的热值为8.0×107 J/kg)
(3)请你说出使用太阳能热水器的优点．(至少说出一点)
【答案】(1) 1.68×107 J　(2)0.3 kg　(3)对环境无污染
【解析】(1)水吸收的热量： Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃－20 ℃)＝1.68×107 J；(2)Q吸＝Q放×70%, Q放＝＝＝2.4×107 J, 又因为Q放＝m气q气， 即m气＝＝＝0.3 kg；(3)太阳能热水器是将太阳能转化为内能，被水吸收，温度升高，供人使用，对环境无污染。
【举一反三3】每到夏收季节，农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，如图所示这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。若完全燃烧3kg秆浆煤放出的热量30%被水吸收，能使50kg、20℃的水温度升高到80℃。[水的比热容c水＝4.2×103J/(kg ℃)]
求：
(1)水需要吸收的热量Q吸；
(2)完全燃烧3kg秆浆煤放出的热量Q放；
(3)秆浆煤的热值q。
【答案】(1)1.26×107J
(2)4.2×107J
(3)1.4×107J/kg
【解析】(1)水需要吸收的热量：
Q吸＝c水m水(t﹣t0)＝4.2×103 J/(kg ℃)×50kg×(80℃﹣20℃)＝1.26×107J；
(2)秆浆煤完全燃烧放出的热量：
Q放4.2×107J；
(3)由Q放＝mq知，秆浆煤的热值为：
q秆浆煤1.4×107J/kg。
【题型4】热机的效率概念
【典型例题】下列说法正确的是(　　)
A.物体吸收了热量，其内能一定增大，温度也一定升高
B.热机的做功冲程是把内能转化为机械能
C.锤子砸铁片时，铁片的温度升高，这是因为锤子和铁片之间发生了热传递
D.热机工作时，燃料燃烧越充分、燃料的热值就越大，热机的效率就越高
【答案】B
【解析】物体吸收了热量，内能一定增大，但温度不一定升高，比如冰熔化，吸收热量，但温度不变，故A错误；
热机的做功冲程中燃气膨胀，对活塞做功，把内能转化为机械能，故B正确；
锤子砸铁片时，铁片的温度升高，这是通过做功的方法改变物体的内能，使铁片的温度升高，故Ｃ错误；
热机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，热机使用的燃料热值越大，相同质量的燃料完全燃烧产生的热量越多，但做有用功的能量不一定多，故热机效率不一定高，故D错误。
【举一反三1】如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为(　　)
A.η＝×100% B.η＝×100% C.η＝×100% D.η＝×100%
【答案】B
【解析】由内燃机的能流图可以得到： 燃料完全燃烧放出的热量为E，有用机械能即有用功为E2, 所以内燃机的效率可表示为η＝×100%。
涡轮喷气发动机的基本结构如图所示。工作时，空气通过进气口进入压气机被压缩，再进入燃烧室与燃料混合后燃烧，产生的高温高压燃气推动涡轮转动并从尾喷管高速喷出，从而获得动力。下列有关说法正确的是（ ）
A.高温高压燃气推动涡轮转动的过程，相当于内燃机的压缩冲程
B.燃料燃烧放出的热量越多，燃料的热值就越大
C.燃料燃烧越充分，喷气发动机的效率就越高
D.燃气从尾喷管喷出获得动力的过程，其内能增大
【答案】C
【解析】
高温高压燃气推动涡轮转动，将内能转化为机械能，与内燃机的做功冲程能量转化相同，故A错误；
热值是燃料的一种特性，热值的大小只与燃料的种类有关，与放出的热量无关，燃料燃烧放出的热量越多，燃料的热值不变，故B错误；
燃料燃烧更充分时，可以增大有效利用的能量，提高了热机的效率，故C正确；
涡轮喷气发动机中产生的高温高压燃气推动涡轮转动并从尾喷管高速喷出，从而获得动力，将内能转化为机械能，其内能会减小，故D错误。
【举一反三3】关于热机效率，下列说法正确的是(　　)
A.两台热机，做有用功多的那台效率高
B.热机的效率总小于1，只因为废气带走了余热
C.热机的效率总小于1，说明使用热机的过程能量不守衡
D.某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%
【答案】D
【解析】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，做的有用功多，热机效率不一定高，故A错误；热机工作时总是有能量的损失，所以热机效率始终小于1，用来做有用功的那部分能量与气缸散热损失的能量、废气带走的能量、摩擦等机械损耗的能量之和等于燃料燃烧释放的能量，总能量保持不变，故B、C错误；某热机的效率为35%，说明其用来做有用功的那部分能量占燃料完全燃烧放出的热量的35%，故D正确。
【举一反三4】______________是热机性能的一个重要指标。有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为8×103 J，其中用来做有用功的那部分能量为3×103 J，该热机的效率是________。
【答案】热机的效率　37.5%
【举一反三5】老师用如图一所示实验装置，加热试管使水沸腾，发现试管上方的小风车，开始不停地转动；由此引出以下问题，请利用所学的知识回答。
（1）图一实验中能量转化方式与图二中汽油机的 （“甲”、“乙”、“丙”或“丁”）冲程相同；
（2）汽油机的点火方式为 ；
（3）图三是汽油机的能量流向图，这台汽油机的效率η＝ 。
【答案】 （1）丁 （2）点燃式 （3）35%
【举一反三6】______________是热机性能的一个重要指标。有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为8×103 J，其中用来做有用功的那部分能量为3×103 J，该热机的效率是________。
【答案】热机的效率　37.5%
【举一反三7】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min，该汽油机每秒钟对外做功的次数为__________次，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的__________来完成。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率__________(选填“升高”“不变”或“降低”)。
【答案】15　惯性　降低
【解析】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min＝30r/s，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，汽油机飞轮每秒转30圈，每秒钟对外做功15次。
汽油机工作过程中，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的惯性来完成。
当汽油在发动机内燃烧不充分冒“黑烟”时，有许多能量没有被利用，所以这时发动机的效率会降低。
【题型5】如何提高热机的效率
【典型例题】图中显示的是天然气热水器的参数，则它的热效率是（　　）
A.75% B.50% C.33.3% D.20%
【答案】A
【解析】天然气的热效率是指天然气在燃烧过程中释放出的热量与其本身所产生的热量之比。由图可知，天然气的热效率为
故选A。
【举一反三1】我国某集团正式发布全球首款效率突破50%的商用柴油机，世界内燃机发展出现历史性新突破。关于内燃机和其效率，下列说法正确的是(　　)
A.使用热值高的燃料，可以提高内燃机的效率
B.通过减少各部件间的摩擦可提高内燃机的效率
C.内燃机的效率越高，则表示内燃机做功越快
D.内燃机是机械能转化为内能的装置
【答案】B
【解析】热机的效率与热值无关，二者是两个不同的概念，故A错误；
热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，提高燃料的利用率和减少能量损失均可以提高热机效率，减少各部件间的摩擦可以减少能量损失，因此可以提高热机效率，故B正确；
用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率；功率表示做功的快慢，故C错误；
内燃机是将内能转化为机械能的装置，故D错误。
【举一反三2】关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A.热机消耗燃料越少，效率越高
B.使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
【答案】D
【解析】热机效率是热机输出的机械能与燃料完全燃烧释放的能量之比，仅由热机消耗燃料少，无法判断热机效率高低，故A错误；
热值是燃料的性质，与燃料燃烧程度无关，故B错误；
热值等于燃料完全燃烧释放的能量与燃料的质量之比，仅由燃料燃烧释放的热量，无法判断热值大小，故C错误；
一定质量的燃料燃烧越充分释放出的能量越多，其它条件相同时，热机的效率越高，故D正确。
【举一反三3】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min，该汽油机每秒钟对外做功的次数为__________次，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的
__________来完成。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率__________(选填“升高”“不变”或“降低”)。
【答案】见解析
【解析】某单缸四冲程的汽油机飞轮转速为1800r/min＝30r/s，飞轮和曲轴转2圈，对外做功一次，汽油机飞轮每秒转30圈，每秒钟对外做功15次。
汽油机工作过程中，只有做功冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的惯性来完成。
当汽油在发动机内燃烧不充分冒“黑烟”时，有许多能量没有被利用，所以这时发动机的效率会降低。
【举一反三4】小明自己设计实验探究煤油和菜籽油的热值大小关系。实验时他组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，调节煤油和菜籽油的灯芯大小，使相同时间内煤油和菜籽油完全燃烧的质量相等，并每隔1分钟记录了杯中水的温度（见下表）。
（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定的 位置，再调整固定 的位置。（均选填“A”或“B”）
（2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有：加热时间、水的初温和 ；
（3）分析表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是 。
【答案】(1)B A (2)水的质量 (3)煤油
【解析】（1）根据火焰的外焰高度确定铁环B的高度。
根据温度计玻璃泡的位置确定铁环A的高度。
（2）燃料燃烧释放的热量与燃料的种类、质量和燃烧程度有关，因此在比较不同燃料热值时要控制燃料的质量和燃烧程度相同，为便于比较不同燃料放出的热量，应加热质量和初温相同的水。
（3）由表格中数据可知：燃烧相同质量的煤油和酒精，甲装置中水的温度升高的更高，说明煤油的热值更大。
【题型6】热机的效率与热量的计算
【典型例题】下列关于比热容、热值和热机效率的描述，正确的是(　　)
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.柴油的热值是3.3×107J/kg，完全燃烧1kg柴油能放出3.3×107J/kg的热量
C.水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示水升高1℃吸收的热量是4.2×103J
D.甲柴油机的效率比乙的效率高，燃烧质量相同的燃料，甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大
【答案】D
【解析】热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧无关。故A错误；
柴油的热值是3.3×107J/kg，表示完全燃烧1kg柴油能放出的热量应该是3.3×107J，而不是3.3×107J/kg。故B错误；
水的比热容c＝4.2×103J/(kg ℃)表示的是1kg的水温度升高或降低1℃所吸收或放出的热量是4.2×103J。故C错误；
甲柴油机的效率比乙的高，表示在燃烧质量相同的燃料时，甲柴油机将更多的内能转化成了机械能，即甲柴油机将燃料燃烧放出的热量变成有用功的能量比乙大。故D正确。
【举一反三1】某台柴油机中的所有燃料完全燃烧能放出8×107J的热量。共计损失了4.8×107J的能量，下列说法正确的是(　　)
A.用来做有用功的能量为8×107J
B.该柴油机的效率为60%
C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
【答案】D
【解析】用来做有用功的能量为：W有＝Q放－W损＝8×107J－4.8×107J＝3.2×107J，故A错误；
该柴油机的效率为：η40%，故B错误；
柴油机在工作过程中不可避免地要克服机械间的摩擦而产生额外功，因此效率不能达到100%，即不能实现能量零损失，故C错误；
减少机械间的摩擦可以减少能量的损失，因此可以提高热机效率，故D正确。
【举一反三2】小丽为了测试汽车发动机的效率，开车以60km/h的平均速度行驶了120km，用去汽油30L，已知汽油的密度为0.7×103kg/m3，热值为4.6×107J/kg，发动机的功率为34.5kW，则该汽车发动机的效率为(　　)
A.25.7%
B.28.8%
C.36.5%
D.38%
【答案】A
【解析】汽车行驶的速度v＝60km/h，
由v可得，汽车行驶时间：
t2h＝7200s，
发动机对汽车做的功：
W＝Pt＝34.5×103W×7200s＝2.484×108J，
汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝ρVq＝0.7×103kg/m3×30×10﹣3 m3×4.6×107J/kg＝9.66×108J；
汽车发动机的效率：
η25.7%。
【举一反三3】随着经济的发展，汽车已成为人们常用的交通工具，某物理小组的同学在社会实践活动中、通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车在额定功率下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示，请你参与讨论下列有关问题。
（1）汽车刹车时，为防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片喷水，这是通过 方式改变刹车片的内能。
（2）若汽油的热值为，则完全燃烧2kg汽油释放的能量为 J。当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 （选填“升高”、“不变”或“降低”）。
（3）汽油机是汽车的“心脏”，一台四冲程汽油机工作时曲轴转速是1800r/min，此汽油机每秒钟完成 个做功冲程。
（4）若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为 。
【答案】(1)热传递 (2) 降低 (3)15 (4)
【解析】（1）改变物体的内能有做功和热传递两种方式，做功是能量的转化过程，热传递是能量的转移过程。防止刹车片过热造成刹车失灵，要向刹车片和轮胎喷水，利用水的比热容较大，相同情况下能吸收更多的热来降低刹车片的温度，这是通过热传递的方式改变刹车片的内能。
（2）若汽油的热值为，则完全燃烧2kg汽油释放的能量为
汽油在发动机内燃烧不充分时消耗燃料质量增加，由Q放=mq可知，消耗能量将会增加，又根据
有用功的占比下降，故热机的机械效率降低。
（3）单缸四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。在一个工作循环中，活塞往复两次，曲轴转动两周，四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功。已知四冲程汽油机工作时曲轴转速是
1800r/min=30r/s
所以此汽油机每秒转30圈，可完成15个工作循环，60个冲程，对外做15次功。此汽油机每秒钟完成15个做功冲程。
（4）由题意知，汽车的能量转化效率为
【举一反三4】如图所示是一款远程无人驾驶清扫车，自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况，该款车以10m/s的速度在一段平直的公路上匀速行驶5min，消耗汽油0.3kg。已知，清扫车行驶过程中的牵引力为1380N，汽油的热值为4.6×107J/kg。求：
(1)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量；
(2)在此过程中清扫车发动机的效率是多少？
(3)假设此过程中，汽油完全燃烧，除了做有用功外，其余能量全部用来加热水。在不考虑其他热损失的情况下，可使初温为20℃，质量92kg的水升高到多少℃？[c水＝4.2×103J/(kg ℃)]
【答案】(1)1.38×107J　　(2)30%　　(3)45℃
【解析】(1)0.3kg汽油完全燃烧放出的热量为
Q放＝qm油＝4.6×107J/kg×0.3kg＝1.38×107J；
(2)在此过程中清扫车发动机做的机械功为：
W＝Fs＝Fvt＝1380N×10m/s×5×60s＝4.14×106J，
在此过程中清扫车发动机的效率为：
η100%100%＝30%；
(3)假设此过程中，汽油完全燃烧，除了做有用功外，其余能量全部用来加热水，水吸收的热量为：
Q吸＝Q放﹣W＝1.38×107J﹣4.14×106J＝9.66×106J，
根据Q吸＝cm(t﹣t0)可知，水升高到的温度为：
。
【举一反三5】新能源的开发及利用正在改变我们的生活，氢能源在能源体系中具有重要地位，推动国防工业、交通等领域的快速发展。若已知液态氢的热值是1.4×108J/kg，试计算：
(1)我国第4代运载火箭一般使用液态氢作为燃料，某火箭发射时携带3×104kg液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少？
(2)氢能源车的发动机工作时，将液态氢转化为氢气，氢气在汽缸中燃烧提供动力。某次测试中，一辆氢能源车以75kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率(结果精确到0.1%)。
【答案】(1)4.2×1012J 　　(2)48.2%
【解析】(1)燃料完全燃烧放出的热量为：
Q放1＝q氢m1＝1.4×108J/kg×3×104kg＝4.2×1012J；
(2)氢能源车匀速行驶0.5h输出的机械功为：
W＝ Pt＝75×103W×0.5×3600s＝1.35×108J；
2kg氢燃料燃烧放出的热量为：
，
发动机的效率为：
η100%100%≈48.2%。
【题型7】热机的效率、热量及功的综合计算
【典型例题】甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为(　　)
A.2∶5
B.5∶2
C.5∶6
D.6∶5
【答案】D
【解析】已知热机效率公式，那么；
两台汽油机使用相同的汽油，设汽油的热值为q，已知：Q总＝mq，
所以m，
那么甲、乙两台汽油机在t时间内消耗的汽油质量之比为：
【举一反三1】有甲、乙两台汽油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5∶4，消耗汽油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是(　　)
A.15∶8
B.8∶15
C.6∶5
D.5∶6
【答案】D
【解析】根据Q＝mq求出燃料完全燃烧放出的热量，则它们的效率之比为
。
【举一反三2】某品牌汽车燃油机的能量流程图如图所示，若汽车行驶过程中消耗燃油5L(燃油的热值为3.15×107J/kg，密度为0.8×103kg/m3)，该热机的效率约为________，假如这些燃油完全燃烧，牵引力做的功是 J。
【答案】35%　4.41×107
【解析】由图可得该汽油机的机械效率
η＝100%－33%－25%－7%＝35%
消耗燃油的质量
m＝ρV＝0.8×103kg/m3×5×10﹣3m3＝4kg
燃油完全燃烧放出的热量为Q放＝mq＝4kg×3.15×107J/kg＝1.26×108J，
牵引力做的功是W＝Q放η＝1.26×108J×35%＝4.41×107J。
【举一反三3】有一辆氢能源汽车以30kW的功率在平直的公路上匀速行驶1.4h，消耗了2.7kg氢燃料，该氢能源汽车发动机的效率是__________。
【答案】40%
【解析】新能源汽车做的功为
W＝Pt＝30×103W×1.4×3600s＝1.512×108J，
2.7kg氢燃料完全燃烧放出的热量为
，
该氢能源汽车发动机的效率是
。
【举一反三4】可燃冰是一种清洁无污染、储量巨大，非常理想的新型能源。可燃冰的热值很大，是天然气的10倍，若按10倍计算（c水=4.2×103J/（kg·℃）；天然气的热值q=7.0×107J/m3），求：
（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量；
（2）若这些热量的90%被质量为100kg的水吸收，如果水的初温是20℃，则水的末温。
【答案】（1）（2）35℃
【解析】（1）体积为0.01m3的可燃冰完全燃烧放出的热量为
（2）水吸收的热量为
升高的温度为
水的末温是