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人教版物理九年级上册
第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
知识梳理 预习感知
知识点1 燃料的热值
1. 概念：某种燃料 放出的热量与其 之比，叫做这种燃料的热值。
2. 公式：固体或液体燃料燃烧放出的热量：Q= ；气体燃料燃烧放出的热量：Q= 。
知识点2 热机的效率
1. 概念：用来做 的那部分能量，与燃料 放出的能量之比，叫做热机的效率。
2. 公式：η= 。
课堂练习 当堂反馈
1. （知识点1）据中央电视台新闻联播报道，2018年7月，我国发射了多颗地球通信卫星。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用了氢燃料的( )
A. 热值大 B. 比热容大
C. 密度大 D. 以上说法都不正确
2.（知识点1）关于燃料的热值，以下说法中正确的是( )
A. 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
B. 某种燃料燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值
C. 燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D. 燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
3.（知识点2）为节约能源，需要提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是( )
A. 尽量使燃料充分燃烧
B. 尽量减少热机部件间的摩擦
C. 尽量减少废气带走的热量
D. 尽量增加热机的工作时间
4.（知识点2）如图是某内燃机能量流向图，该内燃机的热机效率是( )
A. 25% B. 40% C. 75% D. 35%
5.（知识点1）一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量6.6×106 J，这些能量相当于完全燃烧0.55 kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为 J/kg。干木柴用掉一半后，剩余干木柴的热值将 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
6.（知识点2）某柴油机燃烧2.4 kg的柴油，对外做功为3.612×107 J，该柴油机的热机效率约为 ；柴油机的吸气冲程中吸入汽缸的物质是 。(柴油的热值q=4.3×107 J/kg)
同步练习 易学精练
一、选择题
1. 关于燃料的热值下列说法正确的是( )
A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B. 容易燃烧的燃料的热值一定大
C. 煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴放出的热量多
D. 0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的热值一样大
2. 甲、乙两台热机，甲热机的效率比乙热机的效率低，其含义是( )
A. 甲热机比乙热机做的有用功少
B. 甲热机比乙热机消耗的燃料多
C. 在做相同有用功的条件下，甲热机消耗的燃料多
D. 在做相同有用功的条件下，甲热机损失的能量比乙热机少
3. 利用如图所示的装置，运用控制变量法，通过观察现象即可比较酒精和碎纸热值的大小。为完成实验，要求( )
A. 酒精和碎纸的质量相同，两只烧杯内水的质量相同
B. 酒精和碎纸的质量不同，两只烧杯内水的质量不同
C. 酒精和碎纸的质量相同，两只烧杯内水的质量不同
D. 酒精和碎纸的质量不同，两只烧杯内水的质量相同
4. 下列提高热机效率的方法中，不可行的是( )
A. 减少各种热量损失 B. 加润滑油减少机器部件间的摩擦
C. 使燃料燃烧更充分些 D. 使用热值大的燃料
5. 如图所示是完全燃烧A、B两种燃料的质量与放出的热量的图像，由图像知，A、B两种燃料的热值大小关系是( )
A. qA qB D. 无法比较
二、填空题
6. 把1 kg初温为35 ℃的水加热到85 ℃，消耗了10 g的煤气，此过程水吸收的热量为 J，加热装置的效率为 。[煤气的热值q煤气=4.2×107 J/kg，c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
7. 天然气燃烧时将 能转化为 能，至少需要消耗 m3的天然气才能将质量为20 kg、初温为20 ℃的水烧开。[标准大气压下，c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气=3.2×107 J/m3]
8. 已知天然气的热值为4.2×107 J/m3，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)完全燃烧0.04 m3天然气可放出热量为 J；
(2)某天然气灶烧水的效率为50%，完全燃烧0.04 m3天然气可使常温下5 kg的水温度升高 ℃。
三、实验探究题
9. 某同学用图示装置测量酒精热值。他在烧杯中加入300 g水，调好装置后，加热使水温升高50 ℃，水需要吸收的热量为 J。他测得此过程中消耗了6 g酒精，利用酒精燃烧放出的热量与水吸收的热量相等，算得酒精热值q= J/kg，他查表得到q酒精=3.0×107 J/kg，发现两者偏差较大，你认为其中的原因可能是 (写出一条原因即可)。
四、计算题
10. 用炉子烧水时，将10 kg的水从20 ℃加热到100 ℃，燃烧了0.5 kg的焦炭，水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)，焦炭的热值是3.0×107 J/kg，试求：
(1)水吸收的热量是多少
(2)0.5 kg焦炭完全燃烧放出的热量是多少
(3)炉子烧水的效率是多少
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参考答案
知识梳理 预习感知
知识点1 1. 完全燃烧 质量 2. mq Vq
知识点2 1. 有用功 完全燃烧 2.
课堂练习 当堂反馈
1. A 【解析】发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，氢燃料的热值大，完全燃烧质量或体积相同时，氢燃料放出的热量更多，故选项A符合题意。
2. A 【解析】燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料是否燃烧或完全燃烧、燃料的质量等均无关，只与燃料的种类有关，故选项A正确，C，D错误；某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，故选项B错误。
3. D 【解析】提高热机效率就是增加有用功或减少额外功。在热机中，使燃料充分燃烧可以提高热机效率；减少废气带走的热量可以提高机械效率；减少热机部件间的摩擦也可以提高机械效率；增加热机的工作时间不能提高热机效率。
4. D 【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的能量之比，由题图可知，燃料燃烧的内能为100%；有用机械能所占总能量的比例=总能量100%－机械自身消耗能量25%－废气带走能量40%=35%，根据热机的效率的定义可知，该内燃机的热机效率为35%。
5. 1.2×107 不变 【解析】由公式Q=mq得，干木柴的热值q===1.2×107 J/kg；热值是燃料的一种性质，与燃料的质量无关，故剩余干木柴的热值将不变。
6. 35% 空气 【解析】2.4 kg的柴油完全燃烧放出的热量Q放=mq=2.4 kg×4.3×107 J/kg=1.032×108 J，柴油机的热机效率η===35%；柴油机在吸气冲程中吸入汽缸的是空气。
同步练习 易学精练
1. D 【解析】燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况、是否容易燃烧无关，A、B错误，D正确；燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料不一定放出的热量多，C错误。
2. C 【解析】甲热机的效率比乙热机的效率低，说明甲热机工作时，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乙热机的要小，即在完全燃烧等质量的同种燃料的条件下，甲热机做的有用功要比乙热机的少；反过来，在做相同有用功的条件下，甲热机消耗的燃料多，选项A、B都是进行片面的比较而得出的错误结论，故选项A、B错误，C正确；甲热机的效率低，在做的有用功相同的条件下，甲热机损失的能量应比乙热机的多，故选项D错误。
3. A 【解析】要比较酒精和碎纸的热值的大小，需控制两者质量相同，然后比较放出热量的多少；两者放出热量的多少我们可以通过水升高温度的多少来判断，故需控制水的质量相同，然后比较升高温度的多少。
4. D 【解析】使燃料充分燃烧，尽量减少各种热量损失，加润滑油减少机器各部件之间的摩擦，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功，都可以提高热机效率，故选项A、B、C都可行；燃料热值的大小与热机效率无关，使用热值大的燃料对提高热机效率没有影响，故选项D不可行。
5. C 【解析】相同质量的A、B两种物质，A完全燃烧放出的热量多，由Q=mq知，A的热值大。
6. 2.1×105 50% 【解析】水吸收的热量为Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(85 ℃-35 ℃)=2.1×105 J，煤气完全燃烧放出的热量为Q放=m煤气q煤气=1×10-2 kg×4.2×107 J/kg=4.2×105 J，加热装置的效率η===50%。
7. 化学 内(或热) 0.21 【解析】天然气燃烧时是将天然气的化学能转化为内能；1标准大气压下水的沸点是100 ℃，将质量为20 kg、初温为20 ℃的水烧开需要吸收的热量Q吸=c水m(t－t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×20 kg×(100 ℃－20 ℃)=6.72×106 J；若天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收，则Q吸=
Q放，所以由公式Q放=qV可知，至少需要燃烧天然气的体积V天然气===0.21 m3。
8. (1)1.68×106 (2)40 【解析】根据公式Q放=qV可得完全燃烧0.04 m3天然气放出热量Q放=qV=4.2×107 J/m3×0.04 m3=1.68×106 J。天然气烧水的效率为50%，则被水吸收的热量Q吸=ηQ放=50%×1.68×106 J=8.4×105 J，由公式Q吸=cmΔt得Δt===40 ℃。
9. 6.3×104 1.05×107 酒精燃烧不充分(或石棉网、铁圈、烧杯要吸收热量或加热时向空气中散热或水蒸发吸热等)
【解析】水吸收的热量是Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×0.3 kg×50 ℃=6.3×104 J，由Q放=m′q，得酒精的热值为q===1.05×107 J/kg；由于酒精不可能完全燃烧，再者，在燃烧时放出的热量要被石棉网、铁圈、烧杯等吸收一部分，还要向空气中散失一部分热量，同时水在蒸发时也要吸收热量，所以水吸收的热量只是酒精燃烧放出热量的一部分，所以算得的酒精的热值要小于酒精的标准热值。
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