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第2节：热机效率
1．热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。
（1）燃料燃烧放出热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。）
对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg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1kg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。
（2）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大小；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。
2.热机的效率：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，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：
3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）； ②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。
1.考点解析
热机效率是本章重点内容，主要涉及到热值的概念及其相关计算，热机效率的计算三个方面。故本节主要内容是应用热值进行有关计算问题，希望在复习中加强学生计算能力的培养。中考试卷中有关效率和热值的计算，虽然分值不一定很高，但在考查学生计算能力和对效率概念的理解上，属于典型考题；考试题型以选择题、填空题为主，有的也作为一个知识点与其他压轴题结合。
2.中考题型分析
纵观各地中考考纲和近三年考卷来看，对本节知识点的考查主要集中在热机效率的计算和热值概念的应用两个方面。分值在2-4分之间，平均分值在1.5分左右。
本节考点在2019年中考物理试卷中出现概率很大，也会延续以前的考查方式和规律，不会有很大变化。考查思路主要分为：考查学生计算能量和对热机效率的计算能力，以及热值的应用等方面。
3.考点分类：考点分类见下表
考点分类 考点内容 考点分析与常见题型
常考热点 热机效率计算 选择题或填空题，考查对热机效率的理解与计算
一般考点 热值有关计算 填空题居多，考查热值概念与应用
冷门考点 热机效率概念的辨析 选择题居多，考查对热机效率的理解
★考点一：热值概念及应用
◆典例一：（2018·广西）可燃冰，石油、煤都属于 (选填“可“或“不”》再生能源。若可燃冰的热值为4.2× 103J/m3,完全燃烧lm3的可燃冰可放出的热量是 J，这些热量有60%被水吸收，可把 kg的水从20℃加热到80℃。[水的比热容C=4.2x103J/ (kg.℃)
【考点】热量、比热容有关计算。
【解析】（1）煤等燃料，一旦燃烧完毕不可再生，故是不可再生能源。
（2）根据公式，计算完全燃烧lm3的可燃冰可放出的热量：
。
（3）根据比热容概念计算。质量为m的水从20℃加热到80℃，吸收的热为：，
因为，所以有：，
质量为：。
【答案】（1）不；（2）4.2×103J；（3）0.01。
◆典例二：(2018·南充）某台汽油机飞轮的转速为1800r/min，在1s内，汽油机完成了 个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量 J。（q汽油=4.6×107J/kg）
【考点】热机工作过程和热值有关计算。
【解析】（1）四冲程内燃机曲轴转一圈，完成2个冲程，活塞往复1次，1个工作循环中包括4个冲程并对外做功1次；（2）知道汽油的质量和热值，利用Q放=mq求汽油完全燃烧产生的热量。
解：（1）四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，活塞往复2次，四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，所以1s内，飞轮转30圈，共15个工作循环，60个冲程，做功15次。
（2）500g=0.5kg汽油完全燃烧产生的热量：
Q放=mq=0.5kg×4.6×l07J/kg=2.3×l07J。
故答案为：15；2.3×l07。
★考点二：热机效率
◆典例一：（2018·河南）在实践活动中，小刚所在的兴趣小组对电热水壶进行了研究与计算。
（1）如图所示，电热水壶使用的都是三脚插头，中间较长的脚连接的是电热水壶的金属外壳，插入三孔插座后可将其与 相连，防止漏电时对人造成伤害。壶底的加热盘烧水时是通过 的方式改变了水的内能。
(2)电热水壶的铭牌如右表所示，正常工作时通过电热水壶的电流是多少？
(3)为了测量电热水壶的加热效率，小刚在壶中加入额定容量的初温为15℃的水，在额定电压下将其加热到沸腾，用时7min，已知烧水时气压为1个标准大气压，ρ水=1.0×103kg/m3,c水=4.2×103J/(kg·℃)，则该电热壶的加热效率为多少？
(4)小刚发现电热水壶的电源线都比较短，上网查询后发现，按照国家规定的标准，电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小，请利用所学的物理知识进行解释。
【考点】热值及其计算。
【解析】（1）三脚插头可与地线相连，防止漏电时对人体造成伤害；电热壶工作时，电流做功，使加热盘温度升高，加热盘通过热传递使水的温度升高。
（2）电热水壶正常工作时的电流为：
（3）电热水壶装满水的质量为：
水吸收的热量为：
电热水壶7min消耗的电能为：
该电热水壶的加热效率为：
（4）因为导体的电阻大小与导体的长度和横截面积有关，在导体的材料一定时，导体越长，横截面积越小，导体的电阻越大；而根据焦耳定律可知，在通过导体的电流和通电时间相同时，导体的电阻越大，产生的热量越多，所以电热水壶使用的电源线不能过长，横截面积不能过小。
◆典例二：（2018·荆州）某家庭用的电热水器将体积为60L，温度为20℃的自来水加热到50℃，则水吸收的热量为 J［水的比热容4.2×103J/（kg·℃）］。若热水器的功率为2000W，用时5000s，则该热水器的效率为 。
【考点】比热容应用、效率计算。
【解析】（1）根据公式求60L水从温度为20℃加热到50℃，吸收的热量；（2）利用公式求放处的热量，然后利用公式求出效率。
解答：根据公式求60L水从温度为20℃加热到50℃，吸收的热量为：
（每升水质量为1kg）；
热水器发出的热量：；
故效率为：。
【答案】7.56×106J；75.6%。
1.（2018 遂宁）我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”热值是天然气的10倍，设天燃气热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为 J；若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 ℃，水面上方的气压 1标准大气压。（选填“大于”、“小于”或“等于“）（C=4.2×103J/kg ℃））
2.（2017 岳阳）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说法正确的是（ ）。
A．用甘油做发电机的冷却剂； B．发电机做功冲程将内能转化为机械能；
C．精心保养可使发电机的效率达到100%；D．排出的尾气对环境没有任何污染
3.（2017 河北）下列说法正确的是（ ）。
A．热机消耗的燃料越多，效率就越低；
B．热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体；
C．同一物体，温度降低的越多，放出热量就越多；
D．人体内水的比例很高，有助于调节体温，以免温度变化太快对身体造成危害
4.（2017 宜昌）航空母舰上的飞机起飞时，由于跑道距离有限，可采用蒸汽弹射来帮助飞机迅速起飞所需要的速度，我国正在加紧研制这项技术力争在后续的航母中投入使用，蒸汽弹射是将水蒸气的内能转化为飞机的动能，转化效率约为9%，对于蒸汽弹射以下说法正确的是（ ）。
A．功率大、效率高；B．功率大、效率低；C．功率小、效率；D．功率小、效率低
5.（2017 益阳）为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（ ）。
A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全；
B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失；
C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦；
D．尽量增加热机的工作时间
6.（2017 辽通）如图是“长征六号”运载发射场景，它首次采用了我国最新研制的大推力液氧煤油发动机，下列说法正确的是（ ）。
A．煤油燃烧得越充分，其热值就越大；
B．燃气对火箭做功，燃气的内能会增加；
C．高温高压的燃气推动火箭升空把内能转化成机械能；
D．使用煤油作燃料，是因为它是可再生能源
7.（2017 济宁）在一标准大气压下，将50L的水从40℃加热到沸点。求：
（1）水需要吸收的热量；
（2）提供这些热量，需要完全燃烧焦碳的质量（q焦碳=3.0×107J/kg）。
8.（2017 连云港）2017年5月18日，中国宣布对南海可燃冰试采实现稳定产气，引发世界各国高度关注，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的近20倍，若1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可以使 kg水的温度升高50℃，已知c水=4.2×103J/（kg ℃），q可燃冰=8.4×108J/kg。
9.（2017 河北）汽油机作为汽车的“心脏”，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧，将 能转化成 能，一辆汽车一年行驶三万公里，消耗汽油2t，这些汽油完全燃烧放出 J的热量。（q汽油=4.6×107J/kg）
10.（2017 衡阳）今年5月18日，我国首次在南海成功试采海域可燃冰，可燃冰具有热值大、储值大、能直接点燃等特点，它的热值约为1.4×1010J/m3，则3m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为 J，假设这些热量全部被比热容为4.2×103J/（kg·℃）的水吸收，可以使 kg的水温度升高50℃。
跟踪训练解析
1.（2018 遂宁）我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”热值是天然气的10倍，设天燃气热值为4.2×107J/kg，完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为 J；若在不考虑热量损失的情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是 ℃，水面上方的气压 1标准大气压。（选填“大于”、“小于”或“等于“）（C=4.2×103J/kg ℃））
【考点】热值及其计算。
【解析】（1）利用Q放=mq求出1kg天然气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求0.5kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量；（2）由题知，Q吸=Q放，根据Q吸=cm水（t﹣t0）可求出水的末温；液体的沸点与大气压有关，气压越小沸点越低；气压越大，沸点越高。
解：（1）1kg天然气完全燃烧放出的热量：Q放=mq天然气=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J，
0.5kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放×5=4.2×l07J×5=2.1×l08J；
（2）由题知，Q吸=Q放′=2.1×l08J，根据Q吸=cm水（t﹣t0）可知水达到沸点时的温度为：
t=t0+=45℃+=107.5℃
因为1标准大气压下水的沸点为100℃，液体的沸点随着表面气压的增大而升高，随气压减小而降低，所以此时水面上方的气压大于1标准大气压。
故答案为：2.1×108；107.5；大于。
2.（2017 岳阳）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说法正确的是（ ）。
A．用甘油做发电机的冷却剂； B．发电机做功冲程将内能转化为机械能；
C．精心保养可使发电机的效率达到100%；D．排出的尾气对环境没有任何污染
【考点】热机、内能的利用。
【解析】A．用甘油做发电机的冷却剂，错误；用水的比热容大的特性，用水做冷却剂。
B．发电机做功冲程将内能转化为机械能，正确。
C．精心保养可使发电机的效率达到100%，错误，任何机械运动都会发热做额外功。
D．排出的尾气对环境没有任何污染，错误，排出的尾气对环境有污染。故选B。
【答案】B。
3.（2017 河北）下列说法正确的是（ ）。
A．热机消耗的燃料越多，效率就越低；
B．热传递中温度总是从热的物体传给冷的物体；
C．同一物体，温度降低的越多，放出热量就越多；
D．人体内水的比例很高，有助于调节体温，以免温度变化太快对身体造成危害
【考点】热机效率、温度、内能的转化、热传递。
【解析】（1）热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，比值越大，则效率越高；（2）热传递过程中，传递的是热量；（3）根据Q=cm△t可知，质量、比热容一定时，放出热量与温度的关系；（4）相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多。
A：热机消耗的燃料多、燃烧放出的热量多，但用来做有用功的能量可能更多，即效率可能更高，所以据消耗燃料的多少是不能判断热机效率大小的，故A错误。
B：热传递中，热量总是从温度高的物体传递给温度低的物体，传递的不是温度，故B错误。
C：由Q=cm△t可知，没有外界做功时，同一物体，温度降得越多，放出的热量就越多，故C错误。
D：生物体内水的比例很高，在外界环境温度升高时，生物体即使吸收较多的热量，由于水的比热容较大，体温不会升的过高；同理在在外界环境温度降低时，由于水的比热容较大，即使放出较多的热量，体温也不会过低，所以生物体内的水分有助于调节生物体自身的温度，以免温度变化太快对生物体造成损害；故D正确。正确答案是D。
【答案】D。
4.（2017 宜昌）航空母舰上的飞机起飞时，由于跑道距离有限，可采用蒸汽弹射来帮助飞机迅速起飞所需要的速度，我国正在加紧研制这项技术力争在后续的航母中投入使用，蒸汽弹射是将水蒸气的内能转化为飞机的动能，转化效率约为9%，对于蒸汽弹射以下说法正确的是（ ）。
A．功率大、效率高；B．功率大、效率低；C．功率小、效率；D．功率小、效率低
【考点】热机、功率。
【解析】根据题中的信息得出蒸汽弹射的特点；功率是表示做功快慢的物理量，效率是表示有用功在总功所占的比例，二者无联系。
航空母舰上的飞机起飞时，由于跑道距离有限，可采用蒸汽弹射来帮助飞机迅速起飞所需要的速度，这就要求蒸汽弹射的功率大；
由“蒸汽弹射是将水蒸气的内能转化为飞机的动能，转化效率约为9%”知蒸汽弹射的效率低，故B正确。答案是B。
【答案】B。
5.（2017 益阳）为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（ ）。
A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全；
B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失；
C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦；
D．尽量增加热机的工作时间
【考点】热机、热机效率。
【解析】要解决此题，需要掌握热机的效率的概念。热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比；比值越大，效率越高。
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，所以减少热量的损失可以提高热机的效率，所以使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率；故A、B、C正确。
增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故D错误。故选D。
【答案】D。
6.（2017 辽通）如图是“长征六号”运载发射场景，它首次采用了我国最新研制的大推力液氧煤油发动机，下列说法正确的是（ ）。
A．煤油燃烧得越充分，其热值就越大；
B．燃气对火箭做功，燃气的内能会增加；
C．高温高压的燃气推动火箭升空把内能转化成机械能；
D．使用煤油作燃料，是因为它是可再生能源
【考点】热值、内能的改变、能源的分类。
【解析】（1）燃料燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程；（2）热值是物质的一种特性，与质量的大小无关；（3）内燃机在做功冲程的能量转化是内能转化为机械能的冲程，内能将减小；（4）煤、石油、天然气都属于化石能源，是不可再生能源。
A：热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，所以煤油燃烧过程中，其热值大小不变，故A错误。
B：燃气对火箭做功，内能转化为机械能，燃气的内能会减小，故B错误。
C：燃气对火箭做功，内能转化为机械能，故C正确。
D：煤油从石油中提炼出来，所以煤油是不可再生能源，故D错误。答案是C。
【答案】C。
7.（2017 济宁）在一标准大气压下，将50L的水从40℃加热到沸点。求：
（1）水需要吸收的热量；
（2）提供这些热量，需要完全燃烧焦碳的质量（q焦碳=3.0×107J/kg）。
【考点】热值及其计算。
【解析】（1）在一标准大气压下水的沸点为100℃，知道水的比热容、质量和初温，利用吸热公式Q吸=cm（t﹣t0）求出水需要吸收的热量；（2）由题意可知焦碳完全燃烧放出的热量Q放=Q吸，然后根据Q放=mq求出需要完全燃烧焦碳的质量。
【解答】（1）水的体积V=50L=50dm3=0.05m3，
由得，水的质量：
在一标准大气压下，水的沸点t=100℃，则水需要吸收的热量：
（2）由题意知，焦碳完全燃烧放出的热量：Q放=Q吸=1.26×107J，
由Q放=mq得，需要完全燃烧焦碳的质量：。
【答案】（1）水需要吸收的热量为1.26×107J；（2）提供这些热量，需要完全燃烧焦碳的质量为0.42kg。
8.（2017 连云港）2017年5月18日，中国宣布对南海可燃冰试采实现稳定产气，引发世界各国高度关注，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的近20倍，若1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可以使 kg水的温度升高50℃，已知c水=4.2×103J/（kg ℃），q可燃冰=8.4×108J/kg。
【考点】热值及其计算、热量计算。
【解析】利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量；根据Q=cm△t可求得水温度升高的温度。
解：1kg煤气气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J，
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放×10=4.2×l07J×20=8.4×l08J；
由Q=cm△t可得：。
故答案为：4000kg。
9.（2017 河北）汽油机作为汽车的“心脏”，在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧，将 能转化成 能，一辆汽车一年行驶三万公里，消耗汽油2t，这些汽油完全燃烧放出 J的热量。（q汽油=4.6×107J/kg）
【考点】热机、热值及其计算。
【解析】（1）内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程将机械能转化成内能，压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧是化学能转化为内能；做功冲程将内能转化成机械能；（2）燃料完全燃烧放出的热量用公式Q=qm计算，其中q为燃料的热值。
解答如下：
（1）内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈地燃烧是化学能转化为内能，其中压缩冲程将机械能转化成内能；
（2）2t汽油完全燃烧要放出的热量：Q放=mq=2×103kg×4.6×107J/kg=9.2×1010J。
【答案】化学、内、9.2×1010。
10.（2017 衡阳）今年5月18日，我国首次在南海成功试采海域可燃冰，可燃冰具有热值大、储值大、能直接点燃等特点，它的热值约为1.4×1010J/m3，则3m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为 J，假设这些热量全部被比热容为4.2×103J/（kg·℃）的水吸收，可以使 kg的水温度升高50℃。
【考点】热值、比热容及其计算。
【解析】根据题目中已知热值为，体积为，
则燃烧放出的热量：，
根据公式可得。
知识点精析
考点概览
典例精析
跟踪训练
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第2节：热机效率跟踪训练（附解析）
一、选择题
1.如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（ ）。
A．η=×100% B．η=×100%
C．η=×100% D．η=×100%
2.关于热机，下列说法错误的是（ ）。
A、热机性能好坏的重要标志之一是热机效率；
B、在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率；
C、柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大；
D、在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能
3.一台效率为40%的柴油机，当输出3.44×107 J有用功时，消耗的柴油质量是（ ）。（柴油的热值是4.3×107 J/kg）
A．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
二、填空题
4.随着人们生活水平的提高，轿车已逐步进入我国普通百姓家中，已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油（1L=10-3m3），汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×l07J/kg。则：（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是 J；
（2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是 kg；
（3）汽车发动机常用水作冷却剂，主要原因是 ；
（4）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它受到的阻力等于 N。
5.用煤气灶烧水时，燃烧1kg的煤气，使100kg的水从20℃升高到70℃，则水吸收的热量是 J，煤气完全燃烧放出的热量是 J。（q煤气=4.2×107J/kg）
6.2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速 （填物态变化）为气态；它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将 kg的水从0℃加热到100℃。（C水=4.2×103J/（kg ℃））
8.2017年5月18日，我国在南海海域“可燃冰”试采成功，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的 很大；以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧出的热量为 J。（q煤气=4.2×107J/kg）
9.汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的，其中由机械能转化为内能的是 冲程．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，2kg汽油完全燃烧时释放的热量为 J。已知汽车防冻液比热容为4.2×103J/（kg ℃），防冻液从90℃冷却到20℃的过程中，放出的热量为2.94×106J，则汽车防冻液的质量为 kg。
10.在四冲程汽油机工作过程中，实现内能转化为机械能的是 冲程；完全燃烧500g汽油释放出的热量是 J。（汽油的热值为4.6×107J/Kg）
三、计算题
11.“可燃冰”是未来洁净的新能源．2017年5月，我国首次可燃冰试采成功。可燃冰具有热值大，能直接点燃等特点，她的热值约为5.9×109J/m3．问完全燃烧1m3的可燃冰能使质量约为多少kg的20℃的水温度升高到100℃？（水的比热容为4.2×103J/（kg℃））
12.可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．
13.小明家利用天然气灶烧水，把质量为1kg的20℃的水烧开（在标准大气压下）。
（1）通过观察天燃气表得知消耗了0.01m3的天然气，如果天然气的密度为0.7kg/m3，烧水时消耗天然气多少千克？
（2）在此过程中水需要吸收多少热量？
（3）用额定功率是800W的电热壶在220V额定电压下，烧开同样质量的水，若电能转化为内能的效率是84%，则通电时间是多少？
第2节：热机效率跟踪训练解析
一、选择题
1.如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（ ）。
A．η=×100% B．η=×100%
C．η=×100% D．η=×100%
【考点】热机的效率。
【解析】热机的机械效率是指有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值。
解：由能流图可知：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%=×100%。故选C。
【答案】C。
2.关于热机，下列说法错误的是（ ）。
A、热机性能好坏的重要标志之一是热机效率；
B、在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率；
C、柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大；
D、在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能
【考点】热机效率。
【解析】解决此题要正确理解热机效率的概念及其物理意义，以及热机效率低的原因；掌握内燃机的四冲程中能量转化情况；柴油机的效率比汽油机的效率高，说明能量损失少。
解答：柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机损失的能量较少，并不是因为柴油的热值高。故选C。
【答案】C。
3.一台效率为40%的柴油机，当输出3.44×107 J有用功时，消耗的柴油质量是（ ）。（柴油的热值是4.3×107 J/kg）
A．0.8kg B．2kg C．0.32kg D．2.8kg
【考点】热值及其计算。
【解析】知道有用功和柴油机的效率，利用效率公式求柴油机工作消耗的总能量，再利用燃料完全燃烧放热公式Q放=mq求消耗柴油的质量。
解答：因为，所以柴油机工作消耗的总能量（柴油完全燃烧放出的热量）
，
因为Q放=mq，所以消耗柴油的质量：；故选B。
【答案】B。
二、填空题
4.随着人们生活水平的提高，轿车已逐步进入我国普通百姓家中，已知某国产骄车每行驶100km消耗8L汽油（1L=10-3m3），汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×l07J/kg。则：（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是 J；
（2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是 kg；
（3）汽车发动机常用水作冷却剂，主要原因是 ；
（4）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km/h的速度匀速行驶时，它受到的阻力等于 N。
【考点】热值及其相关计算。
【解析】（1）知道汽油的质量和热值，利用燃料完全燃烧放热公式求10kg汽油完全燃烧时所产生的热量；（2）知道汽油的体积和密度，利用密度公式求汽车行驶100km消耗的汽油的质量；（3）对水的比热容大，相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少；升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；（4）知道汽车的功率和匀速运动的速度，利用P=Fv求牵引力大小，由于匀速行驶，阻力f=F。
【解析】（1）Q放=mq=4.6×l07J/kg×10kg=4.6×l08J。
（2）汽车行驶100km消耗的汽油的体积为：V=8L=8×10-3m3，
汽车行驶100km消耗的汽油的质量：m=ρV=0.71×103kg/m3×8×10-3m3=5.68kg。
（3）因为水的比热容较大，相同质量的水和其它物质比较，升高相同的温度，水吸收的热量多，汽车发动机常用水来做冷却剂。
（4）v=72km/h=72×m/s=20m/s，因为P=Fv，所以F===2500N，
因为汽车匀速行驶，所以阻力f=F=2500N。
故答案为：（1）4.6×108 ；（2）5.68；（3）水的比热容较大；（4）2500。
5.用煤气灶烧水时，燃烧1kg的煤气，使100kg的水从20℃升高到70℃，则水吸收的热量是 J，煤气完全燃烧放出的热量是 J。（q煤气=4.2×107J/kg）
【考点】热量计算。
【解析】（1）知道水的质量、水的比热容和水的初温和末温，利用吸热公式求水吸收的热量；（2）知道煤气的质量和煤气的热值，利用Q放=mq计算煤气完全燃烧放出的热量。
解：（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（70℃﹣20℃）=2.1×107J；
（2）1kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J。
故答案为：2.1×107；4.2×107。
6.2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速 （填物态变化）为气态；它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出 J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将 kg的水从0℃加热到100℃。（C水=4.2×103J/（kg ℃））
【考点】热值、热量计算。
【解析】（1）物质由固态直接变成气态的过程叫做升华，升华吸热；（2）知道可燃冰的质量和热值，根据Q放=mq求出完全燃烧释放热量的计算，根据求出水吸收的热量，再根据Q吸=cm（t﹣t0）求出加热水的质量。
解：（1）可燃冰在常温压下会迅速变为气态，此过程为升华过程；
（2）2m3的可燃冰完全燃烧释放的热量：Q放=Vq=2m3×1.4×1010J/m3=2.8×1010J，
由可得，水吸收的热量：
Q吸=ηQ放=60%×2.8×1010J=1.68×1010J，
由Q吸=cm（t﹣t0）可得，加热水的质量：
故答案为：升华、2.8×1010、4×104。
【答案】升华、2.8×1010、4×104。
8.2017年5月18日，我国在南海海域“可燃冰”试采成功，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的 很大；以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧出的热量为 J。（q煤气=4.2×107J/kg）
【考点】热量计算。
【解析】（1）1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫这种燃料的热值；（2）利用Q放=mq求出1kg煤气完全燃烧放出的热量，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的10倍，据此求1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热。
解：（1）在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大。
（2）1kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1kg×4.2×l07J/kg=4.2×l07J，
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′=Q放×10=4.2×l07J×10=4.2×l08J；
故答案为：热值、4.2×108。
【答案】热值、4.2×108。
9.汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的，其中由机械能转化为内能的是 冲程．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，2kg汽油完全燃烧时释放的热量为 J。已知汽车防冻液比热容为4.2×103J/（kg ℃），防冻液从90℃冷却到20℃的过程中，放出的热量为2.94×106J，则汽车防冻液的质量为 kg。
【考点】热机、热量计算。
【解析】（1）在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是压缩冲程，内能转化为机械能的是做功冲程；（2）知道汽油的质量、热值，根据Q=mq求出汽油完全燃烧时释放的热量；（3）知道防冻液放出的热量、比热容、初温和末温，利用Q放=cm△t求汽车防冻液的质量。
解：（1）在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，使其内能增大、温度升高，机械能转化为内能；
（2）完全燃烧2kg汽油放出的热量：Q=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J；
（3）由Q放=cm△t得汽车防冻液的质量：
故答案为：压缩、9.2×107、10。
10.在四冲程汽油机工作过程中，实现内能转化为机械能的是 冲程；完全燃烧500g汽油释放出的热量是 J。（汽油的热值为4.6×107J/Kg）
【考点】能量转化、热量计算。
【解析】（1）在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是压缩冲程，内能转化为机械能的是做功冲程；（2）根据Q=mq求出放出的热量。
解答如下：在内燃机的压缩冲程中，活塞压缩气体做功，使气体的内能增大，温度升高，机械能转化为内能；
做功冲程，高温高压燃气对活塞做功，自身内能减小，活塞机械能增加，即将内能转化为机械能；
完全燃烧500kg汽油放出的热量：Q=mq=0.5kg×4.6×107J/kg=2.3×107J。
【答案】做功、2.3×107。
三、计算题
11.“可燃冰”是未来洁净的新能源．2017年5月，我国首次可燃冰试采成功。可燃冰具有热值大，能直接点燃等特点，她的热值约为5.9×109J/m3．问完全燃烧1m3的可燃冰能使质量约为多少kg的20℃的水温度升高到100℃？（水的比热容为4.2×103J/（kg℃））
【考点】热量计算。
【解析】知道可燃冰的体积和热值，利用Q放=Vq求1m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量。
由题知Q吸=Q放，再利用Q吸=cm△t，可求得可使多少千克的水从20℃升高到100℃。
解：1m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量：Q放=Vq=1m3×5.9×109J/m3=5.9×109J。
由题可知，水吸收的热量：Q吸=Q放=5.9×109J，
由Q吸=cm（t﹣t0）可得加热水的质量：
答：完全燃烧1m3的可燃冰能使质量约为17560kg的20℃的水温度升高到100℃。
12.可燃冰是一种新型能源，它是水和天然气在高压低温情况下形成的类冰状结晶物质，主要成分是甲烷，其开采是世界难题，据中央电视台2017年5月18日报道，我国可燃冰已试采成功，技术处于世界领先，用燃气锅炉烧水时，把质量为500kg，初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了12m3天然气，已知水的比热容c水=4.2×103J/（kg ℃），天然气的热值q=4.2×107J/m3，可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，求：
（1）水吸收的热量；
（2）燃气锅炉烧水时的效率；
（3）若换用可燃冰，应使用多少m3可燃冰．
【考点】热量计算、热值。
【解析】（1）由热量公式Q=cm△t可以求出水吸收的热量；
（2）由燃烧值公式可以求出天然气完全燃烧释放的热量，由效率公式求出燃气灶烧水的效率；
（3）换用可燃冰，根据可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，可知可燃冰的热值，再利用Q=Vq可求得应使用多少m3可燃冰。
解：（1）水吸收的热量：Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×500kg×=1.68×108J；
（2）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq天然气=12m3×4.2×107J/m3=5.04×108J；
燃气锅炉烧水时的效率：；
（3）可燃冰的热值为同体积天然气的160倍，则可燃冰的热值：
q可燃冰=160q天然气=160×4.2×107J/m3=6.72×109J/m3，
若换用可燃冰燃烧放出相同的热量，应使用可燃冰的体积：
【答案】（1）水吸收的热量为1.68×108J；（2）燃气锅炉烧水时的效率为33.3%；（3）若换用可燃冰，应使用0.075m3可燃冰。
13.小明家利用天然气灶烧水，把质量为1kg的20℃的水烧开（在标准大气压下）。
（1）通过观察天燃气表得知消耗了0.01m3的天然气，如果天然气的密度为0.7kg/m3，烧水时消耗天然气多少千克？
（2）在此过程中水需要吸收多少热量？
（3）用额定功率是800W的电热壶在220V额定电压下，烧开同样质量的水，若电能转化为内能的效率是84%，则通电时间是多少？
【考点】热值、热量、电能。
【解析】物体能量的变化，可以是化学能转化为内能，也可以是电能转化为内能，无论以什么样形式的能转化为物体的内能，其结果都是一样的。此题就是考查不同形式的能的转化过程。
【答案】（1）烧水时消耗天然气的质量：m=ρV=0.7kg/m3×0.01m3=0.007kg；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm（t2﹣t1）=4.2×103J/（kg ℃）×1kg×（100℃﹣20℃）=3.36×105J；
（3）由题知，Q吸=W电×84%，电流做功：
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