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人教版九年级物理全一册同步考点专题训练14.2热机的效率(原卷版+解析)
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这是一份人教版九年级物理全一册同步考点专题训练14.2热机的效率(原卷版+解析)，共34页。试卷主要包含了40×107J/kg，76×104JB．3，4kg完全燃烧了4，8℃，，2×104；3，6%等内容，欢迎下载使用。
典例分析＋变式训练
考点1 燃料的热值及其计算
（1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
②热值是燃料的一种属性。
（2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q=mq
M——燃料的质量——单位千克（kg）；
q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）；
Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
【典例1】（2021秋•东港区期末）关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时放出的热量叫做燃料的热值
B．热值大的燃料比热值小的燃烧时放出的热量多
C．10kg木炭比1kg木炭的热值大
D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【典例2】（2022•西吉县一模）小明在参加中考体育考试的过程中，其身体消耗的总能量为4.8×105J，这些能量相当于完全燃烧 kg干木柴所释放的热量；当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值为 J/kg。（q干木柴＝1.2×107J/kg）
【典例3】（2021秋•紫金县期末）已知天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为标准大气压）
【变式训练1】（2021秋•博望区校级期末）关于热值的下列说法中正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
【变式训练2】（2022•剑阁县模拟）2021年4月29日，天和核心舱搭乘长征五号B遥二运载火箭发射升空，如图所示，这是国内首个空间站，中国也成为全球第三个独立建造空间站的国家。长征五号B火箭使用的燃料是液氢，其中芯二级液氢质量为104kg，这些燃料完全燃烧释放出的热量是 J，若这些热量有20%被水吸收，能够使 kg的水温度从20℃升高到100℃[结果保留2位有效数字，q液氢＝1.4×108J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）小明采用如图所示的装置进行进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）探究过程中，要控制两套装置中燃料的质量和水的 （选填“初始温度”、“质量”）一定要相等。
（2）实验后，可以通过比较 （填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多。
（4）通过实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是 （填“相同”或“不同”）的。
（5）在学习时，我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，用q表示，这里定义热值的方法，我们称之为比值法，热值是能够燃烧的物质的属性。
下列几个用比值法定义，并反映物质属性的物理量有： （填写序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【变式训练4】（2021秋•建瓯市校级期末）合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油，若燃料油的热值为3.0×107J/kg。求：[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
（1）140kg燃料油完全燃烧能释放多少热量？
（2）若这些热量完全被水吸收，可以将质量为多少的初温30℃的水加热至80℃？
考点2 热机的效率
（1）定义：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，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。
【典例4】（2021秋•洛龙区校级期末）两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．甲机做的功比乙机的多 B．甲机的功率比乙机的大
C．在相同时间内甲机燃烧的汽油较乙机多
D．在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【典例5】（2021秋•青龙县期中）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%
【典例6】（2022•宿州一模）在一段平直的公路上汽车匀速行驶1h，行驶的平均功率为21kW，效率为30%，这段时间内汽车至少消耗 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）。
【典例7】（2021•大庆）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg，g＝10N/kg）。针对这一过程，求：
（1）汽车行驶的路程；
（2）汽车受到的阻力；
（3）汽车发动机的效率。
【变式训练1】（2021•宝安区校级一模）甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
【变式训练2】（2021秋•西峡期中）如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η不等于（ ）
A．×100% B．×100%
C．×100% D．×100%
【变式训练3】（2021秋•清苑区校级期末）一台四冲程汽油机所用汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧2g汽油所释放的热量是 J，若热机效率为40%，燃烧2g汽油转化的机械能是 J。
【变式训练4】（2021•青秀区校级模拟）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某新能源公交车在平直的公路上匀速行驶4km，用时6min，发动机输出功率保持70kw，此过程共消耗氢燃料0.3kg，已知氢燃料的热值为q氢＝1.4×108J/kg，在匀速行驶过程中，求：
（1）公交车的速度；
（2）公交车做的有用功；
（3）发动机的效率。
考点3 有关热机的计算
（1）热机一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
（2）对于公式可推导出的公式：
【典例8】（2021秋•宁德月考）一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（ ）
A．60个冲程，做了30次功 B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功 D．120个冲程，做了30次功
【典例9】（2022•金水区校级模拟）某汽油机飞轮的转速为3000转/分，则这台汽油机在1分钟内对外做功 次，共完成了 个冲程。
【变式训练1】（2021秋•保定期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（ ）
A．60和15B．30和30C．15和15D．60和30
【变式训练2】（2022春•江阴市期中）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J。（q柴油＝4.3×107J/kg）
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功 次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功多少J？若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收多少J热量？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽油＝4.6×107J/kg）]
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2021秋•灌南县期末）一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（ ）
A．热值不变，比热容减小一半 B．热值不变，比热容不变
C．热值和比热容都减小一半 D．热值减小一半，比热容不变
2．（2021秋•怀仁市期末）甲、乙两种燃料，甲的质量是乙的2倍，甲、乙完全燃烧后放出的热量之比为3：2，则甲、乙两种燃料的热值之比为（ ）
A．3：4B．4：3C．2：3D．3：2
3．（2021秋•兖州期末）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104JB．3.22×104JC．0.92×104JD．2.3×104 J
4．（2021秋•新都区期末）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（ ）
A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1
5．（2021•荣县校级模拟）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和做功的次数分别是（ ）
A．40和10B．20和20C．10和10D．40和20
6．（2021秋•南充期末）一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（ ）
A．l800次B．30次C．15次D．2次
7．（2021秋•通辽期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成的冲程数、做功次数分别是（ ）
A．30 15次B．60 15次C．120 30次D．15 60次
8．（2021•容县模拟）如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（ ）
A．燃料b放出热量最多 B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大
二、填空题。
9．（2022•淮北一模）我国研发制造的大容量海上风电机组、超长叶片、漂浮式风电机组、长距离输电工程等一系列海上风电关键技术均取得重要突破，技术创新能力处于全球第一梯队。某台风电机发电5kW•h，若通过燃烧煤来获得这些电能，则至少需要完全燃烧
kg的煤。（煤的热值取3.0×107J/kg）
10．（2022•香洲区校级开学）某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现有8.4kg完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量 J；设该热量有25%被水吸收，能将 kg的水从25℃加热到100℃，剩余焦炭的热值为 J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
11．（2022•南海区一模）某城市一种燃烧柴油的公交车，满载时的总重为2×105N，发动机的额定功率是100kW，以额定功率匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，百公里耗油是20L。公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽是为了 （选填“增大”或“减小”）车辆对地面的压强。公交车以额定功率匀速直线行驶时，公交车消耗20L柴油做的机械功是 J，以额定功率匀速行驶时的效率是 。（柴油的热值取5×107J/kg，密度取0.8×103kg/m3）
12．（2021秋•九龙坡区期末）如图是四冲程汽油机的工作过程中 冲程；若该汽油机功率为8kW，工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是7.2×107J，则汽油机工作的效率为 。
13．（2022•娄星区模拟）如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图。将内能转化为机械能的是 图；若汽油机飞轮转速为3600r/min，则汽油机1s内对外做功 次。
14．（2022•拱墅区校级三模）一台四冲程汽油机，其中 冲程将机械能转化为内能；飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s对外做功 次，若每次做功735J，该内燃机的功率 W。
三、实验探究题。
15．（2022•娄星区模拟）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为 ℃，第10秒的内能 （选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择 两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料 更多（选填“a”或“b”）。
16．（2022春•桥西区月考）如图所示的实验装置可以模拟大自然中“雨”的形成。
（1）用酒精灯对烧瓶加热，在烧瓶口会冒出许多“白气”，这是 （选填“空气中原有”或“烧瓶中冒出”）的水蒸气发生 形成的。
（2）实验中，金属盘底部会有水滴不断滴下，就类似于大自然中的“雨”，如果想让“雨”下得更大一些，则可在金属盘内加 （选填“热水”或“冰块”）。
（3）若实验中燃烧了3g酒精，则酒精完全燃烧会放出 J的热量（q酒精＝3.0×107J/kg）。
四、计算题。
17．（2021秋•巫溪县期末）天然气是一种洁净环保的优质能源，目前已被更广泛地使用。若某家庭一个月使用了14m3的天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量为多少？若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让多少质量的水温度从25℃升高到100℃？（q天然气＝7.5×107/m3）
18．（2021•眉山）改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶100km过程中：
（1）消耗汽油的质量；
（2）发动机所做的功；
（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。
19．（2022•江西模拟）现有一台单缸四冲程汽油机，其主要技术指标如表。（不计克服摩擦消耗的能量，汽油热值取4.8×107J/kg）求：
（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0；
（2）1min消耗的汽油质量m；
（3）排量指发动机汽缸的工作容积，等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积。若燃气对活塞压强看作恒压，则燃气压强p为多少？
20．（2022•平凉一模）有一辆由汽油机提供动力的汽车，该车的输出功率与汽油机转速的关系图像如图所示。这辆汽车在某次测试时以90km/h的速度在水平公路上匀速行驶了10min，消耗1.1kg的汽油，此过程中汽油机的转速为2000r/min.（q汽油＝4.6×107J/kg）
（1）该汽车在这段时间内行驶了多少路程？
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生多少热量？
（3）此过程中汽油机的效率是多少？（计算结果精确到0.1%）
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后的水温/℃
酒精
25
65
纸片
25
44
排量
1.25L
输出功率
8kW
转速
2400r/min
效率
25%
14.2 热机的效率（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点1 燃料的热值及其计算
（1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
②热值是燃料的一种属性。
（2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q=mq
M——燃料的质量——单位千克（kg）；
q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）；
Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
【典例1】（2021秋•东港区期末）关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时放出的热量叫做燃料的热值
B．热值大的燃料比热值小的燃烧时放出的热量多
C．10kg木炭比1kg木炭的热值大
D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【答案】D。
【解答】解：
①1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，所以A说法错误，不符合题意。
②根据燃料燃烧放出热量的公式可知燃料在燃烧时放出的热量与热值、燃料的质量和燃料是否完全燃烧有关，因此在燃料的质量和燃料情况不明确的情况下，不能进行判断，所以B说法错误，不符合题意。
③热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，因此10kg木炭和1kg木炭的热值一样大，所以C说法错误，不符合题意。
④燃料燃烧放出的热量与燃料的热值、燃料的质量和燃料是否完全燃烧有关，所以D说法正确，符合题意。
故选：D。
【典例2】（2022•西吉县一模）小明在参加中考体育考试的过程中，其身体消耗的总能量为4.8×105J，这些能量相当于完全燃烧 0.04 kg干木柴所释放的热量；当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值为 1.2×107 J/kg。（q干木柴＝1.2×107J/kg）
【答案】0.04；1.2×107。
【解答】解：由Q放＝mq可知，干木柴的质量：m＝＝＝0.04kg；
由于燃料的热值的燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量以及燃料情况无关，所以当干木柴燃烧了一半，剩余干木柴的热值不变，还是1.2×107J/kg。
故答案为：0.04；1.2×107。
【典例3】（2021秋•紫金县期末）已知天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为标准大气压）
【解答】解：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量：
Q放＝Vq＝1.4×10﹣2m3×3.2×107J/m3＝4.48×105J；
（2）由η＝可得水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝60%×4.48×105J＝2.688×105J；
由Q吸＝cm△t可得，水升高的温度：
△t＝＝≈16.8℃，
则水的末温度为：t2＝t1+△t＝25℃+16.8℃＝41.8℃。
答：（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量为4.48×105J；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到41.8℃.
【变式训练1】（2021秋•博望区校级期末）关于热值的下列说法中正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
【答案】C。
【解答】解：AB、燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故AB都错；
C、因为燃料实际燃烧时，总是不能完全燃烧，所以实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小，故C正确；
D、煤油的热值比酒精大，就是说相同质量的煤油完全燃烧放出的热量比酒精多，故D错。
故选：C。
【变式训练2】（2022•剑阁县模拟）2021年4月29日，天和核心舱搭乘长征五号B遥二运载火箭发射升空，如图所示，这是国内首个空间站，中国也成为全球第三个独立建造空间站的国家。长征五号B火箭使用的燃料是液氢，其中芯二级液氢质量为104kg，这些燃料完全燃烧释放出的热量是 1.4×1012 J，若这些热量有20%被水吸收，能够使 8.3×105 kg的水温度从20℃升高到100℃[结果保留2位有效数字，q液氢＝1.4×108J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】1.4×1012；8.3×105。
【解答】解：完全燃烧104kg的液氢放出的热量为：Q放＝m液氢q液氢＝104kg×1.4×108J/kg＝1.4×1012J；
水吸收的热量：Q吸＝20%Q放＝20%×1.4×1012J＝2.8×1011J；
由Q吸＝cm（t﹣t0）可知，水的质量：m＝＝≈8.3×105kg。
故答案为：1.4×1012；8.3×105。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）小明采用如图所示的装置进行进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）探究过程中，要控制两套装置中燃料的质量和水的 质量 （选填“初始温度”、“质量”）一定要相等。
（2）实验后，可以通过比较 水升高的温度 （填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 酒精 放出的热量多。
（4）通过实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是 不同 （填“相同”或“不同”）的。
（5）在学习时，我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，用q表示，这里定义热值的方法，我们称之为比值法，热值是能够燃烧的物质的属性。
下列几个用比值法定义，并反映物质属性的物理量有： ③ （填写序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【答案】（1）质量；（2）水升高的温度；（3）酒精；（4）不同；（5）③。
【解答】解：
（1）由于探究过程中，燃料燃烧放出的热量与燃料的质量和种类有关，要比较酒精和碎纸片的放热多少，要控制两套装置中燃料的质量和水的质量一定要相等；
（2）实验中，用酒精和碎纸片燃烧给水加热，可通过水升高的温度来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；
（3）由表格中数据知，酒精使水升高的温度更高，可知酒精放出的热量多；
（4）由实验可知，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不同的；
（5）①速度②功率③密度④压强都是根据比值定义法定义的，其中比热容是物质本身的一种属性，可用来鉴别物质，故选③。
故答案为：（1）质量；（2）水升高的温度；（3）酒精；（4）不同；（5）③。
【变式训练4】（2021秋•建瓯市校级期末）合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油，若燃料油的热值为3.0×107J/kg。求：[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
（1）140kg燃料油完全燃烧能释放多少热量？
（2）若这些热量完全被水吸收，可以将质量为多少的初温30℃的水加热至80℃？
【解答】解：（1）1t垃圾“榨”出的燃料油：m油＝140kg，则燃料油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m油q＝140kg×3.0×107J/kg＝4.2×109J；
（2）这些热量完全被水吸收，水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×109J；
由Q吸＝cmΔt可知，水的质量：m＝＝＝20000kg。
答：（1）1t垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧能释放的热量为4.2×109J；
（2）这些热量完全被水吸收，可以将质量为20000kg的初温30℃的水加热至80℃。
考点2 热机的效率
（1）定义：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，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。
【典例4】（2021秋•洛龙区校级期末）两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．甲机做的功比乙机的多
B．甲机的功率比乙机的大
C．在相同时间内甲机燃烧的汽油较乙机多
D．在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【答案】D。
【解答】解：甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多；或者做相同的有用功，甲消耗的汽油少。功率大只能说明做功快，与效率没有关系。
故选：D。
【典例5】（2021秋•青龙县期中）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%
【答案】D。
【解答】解：由能流图可知，燃料完全燃烧放出的热量（即燃气内能）为E，有用功（即有用机械能）为E2，所以内燃机的效率可表示为η＝×100%。
故选：D。
【典例6】（2022•宿州一模）在一段平直的公路上汽车匀速行驶1h，行驶的平均功率为21kW，效率为30%，这段时间内汽车至少消耗 7.2 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）。
【答案】7.2。
【解答】解：由P＝可得，汽车牵引力做的功：
W＝Pt＝21×103W×3600s＝7.56×107J，
由η＝×100%可得，汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝＝＝2.52×108J，
由Q放＝Vq可得，需要燃烧汽油的体积：
V＝＝＝7.2L。
故答案为：7.2。
【典例7】（2021•大庆）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg，g＝10N/kg）。针对这一过程，求：
（1）汽车行驶的路程；
（2）汽车受到的阻力；
（3）汽车发动机的效率。
【解答】解：（1）由v＝得，汽车行驶的路程为：s＝vt＝25m/s×600s＝1.5×104m；
（2）因为汽车匀速直线行驶，所以受到的阻力和牵引力是一对平衡力，汽车受到的阻力为：
f＝F＝＝＝2×103N；
（3）1kg汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝mq＝1kg×5×107J/kg＝5×107J；
汽车发动机的效率为：
η＝×100%＝×100%＝60%。
答：（1）汽车行驶的路程为1.5×104m；
（2）汽车受到的阻力为2×103N；
（3）汽车发动机的效率为60%。
【变式训练1】（2021•宝安区校级一模）甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
【答案】D。
【解答】解：AB、做功多少和功率的大小以及热机的效率没有关系，故A、B错误；
CD、甲内燃机的效率高于乙内燃机的效率，说明消耗相同的燃油，甲内燃机做的有用功多；或者做相同的有用功，甲消耗的燃油少，故C错误，D正确。
故选：D。
【变式训练2】（2021秋•西峡县期中）如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η不等于（ ）
A．×100% B．×100%
C．×100% D．×100%
【答案】A。
【解答】解：由图可知，做有用功的能量E4，燃料完全燃烧放出的能量E1，且E1＝E2+E3+E4+E5，
则内燃机的热机效率：
η＝×100%或×100%或×100%，故A符合题意。
故选：A。
【变式训练3】（2021秋•清苑区校级期末）一台四冲程汽油机所用汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧2g汽油所释放的热量是 9.2×104 J，若热机效率为40%，燃烧2g汽油转化的机械能是 3.68×104 J。
【答案】9.2×104；3.68×104。
【解答】解：（1）2g汽油完全燃烧释放出的热量：
Q＝qm＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J；
（2）由η＝可知，燃烧2g汽油转化的机械能为：
W＝ηQ＝40%×9.2×104J＝3.68×104J；
故答案为：9.2×104；3.68×104。
【变式训练4】（2021•青秀区校级模拟）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某新能源公交车在平直的公路上匀速行驶4km，用时6min，发动机输出功率保持70kw，此过程共消耗氢燃料0.3kg，已知氢燃料的热值为q氢＝1.4×108J/kg，在匀速行驶过程中，求：
（1）公交车的速度；
（2）公交车做的有用功；
（3）发动机的效率。
【解答】解：（1）汽车行驶的路程为：s＝4km，
所用时间为：t＝6min＝h，
则公交车的速度：
v＝＝＝40km/h；
（2）根据P＝可得6min内公交车做的有用功为：
W＝Pt＝70×103W×6×60s＝2.52×107J；
（3）氢燃料完全燃烧放出的热量为：
Q放＝qm＝1.4×108J/kg×0.3kg＝4.2×107J，
发动机的效率为：
η＝＝＝60%。
答：（1）公交车的速度为40km/h；
（2）公交车做的有用功为2.52×107J；
（3）发动机的效率为60%。
考点3 有关热机的计算
（1）热机一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
（2）对于公式可推导出的公式：
【典例8】（2021秋•宁德月考）一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（ ）
A．60个冲程，做了30次功 B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功 D．120个冲程，做了30次功
【答案】D。
【解答】解：飞轮转速为3600r/min＝60r/s，
因为内燃机完成一个工作循环，要经过4个冲程，飞轮和曲轴转动2周，活塞往返2次，燃气对外做功1次，
所以该内燃机1s完成30个工作循环，完成120个冲程，对外做功30次，故ABC错误，D正确。
故选：D。
【典例9】（2022•金水区校级模拟）某汽油机飞轮的转速为3000转/分，则这台汽油机在1分钟内对外做功 1500 次，共完成了 6000 个冲程。
【答案】1500；6000。
【解答】解：四冲程汽油机的转速为3000r/min，表示1min飞轮转动3000圈，
因热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，
所以，1min内活塞往复3000次，曲轴转动3000周，对外做功1500次，完成6000个冲程。
故答案为：1500；6000。
【变式训练1】（2021秋•保定期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（ ）
A．60和15B．30和30C．15和15D．60和30
【答案】A。
【解答】解：
四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以该汽油机每秒钟内飞轮转30圈，共60个冲程，共做功15次，故A正确。
故选：A。
【变式训练2】（2022春•江阴市期中）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功 25 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 8.6×107 J。（q柴油＝4.3×107J/kg）
【答案】25；8.6×107。
【解答】解：
（1）已知飞轮转速为3000r/min＝50r/s，一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，故该活塞每秒钟燃气推动活塞往返50次，做功25次；
（2）柴油燃烧放出的热量：Q＝mq＝5kg×4.3×107J/kg＝21.5×107J，
其转化的机械能为：W＝21.5×107J×40%＝8.6×107J。
故答案为：25；8.6×107。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功 25 次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功多少J？若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收多少J热量？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽油＝4.6×107J/kg）]
【解答】解：（1）已知飞轮转速为3000r/min＝50r/s，一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次，故该汽油机1s内对外做功25次；
（2）100g汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq汽油＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J，
根据η＝得汽油机对外做的功为：
W＝Q放η＝4.6×106J×30%＝1.38×106J；
（3）水吸收的热量：
Q吸＝c水m′（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×106J。
答：25；
若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功1.38×106J；
若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收1.68×106J的热量。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2021秋•灌南县期末）一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（ ）
A．热值不变，比热容减小一半 B．热值不变，比热容不变
C．热值和比热容都减小一半 D．热值减小一半，比热容不变
【答案】B。
【解答】解：把一瓶酒精用去一半后，所含的酒精减少，质量变为原来的一半，但是燃烧值和比热容是不会改变的，酒精的热值和比热容与质量无关。故A、C、D错。
故选：B。
2．（2021秋•怀仁市期末）甲、乙两种燃料，甲的质量是乙的2倍，甲、乙完全燃烧后放出的热量之比为3：2，则甲、乙两种燃料的热值之比为（ ）
A．3：4B．4：3C．2：3D．3：2
【答案】A。
【解答】解：由题意可知，m甲＝2m乙，Q甲＝1.5Q乙，根据Q放＝mq可知：＝×＝×＝。
故选：A。
3．（2021秋•兖州期末）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104JB．3.22×104JC．0.92×104JD．2.3×104 J
【答案】D。
【解答】解：
（1）汽油机的效率：η＝100%﹣35%﹣30%﹣10%＝25%；
（2）2g汽油完全燃烧产生的热量：
Q＝mq＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J；
（3）根据η＝可知获得的机械能：
W＝ηQ＝25%×9.2×104J＝2.3×104J。
故选：D。
4．（2021秋•新都区期末）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（ ）
A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1
【答案】B。
【解答】解：它们的效率之比：
＝＝＝＝＝。
故选：B。
5．（2021•荣县校级模拟）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和做功的次数分别是（ ）
A．40和10B．20和20C．10和10D．40和20
【答案】A。
【解答】解：内燃机完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，1200r/min＝20r/s，即每秒完成10个工作循环，40个冲程，做功10次，所以B、C、D不符合题意；
故选：A。
6．（2021秋•南充期末）一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（ ）
A．l800次B．30次C．15次D．2次
【答案】C。
【解答】解：
在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈，
一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r；
则每秒钟飞轮转＝30转，完成＝15个工作循环，做功15次。
故选：C。
7．（2021秋•通辽期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成的冲程数、做功次数分别是（ ）
A．30 15次B．60 15次C．120 30次D．15 60次
【答案】B。
【解答】解：飞轮转速：1800转/min，表示1min飞轮转了1800转；
飞轮转2转就有一个工作循环，1min的工作循环数：n＝，
则1s完成的工作循环数：n＝；
一个工作循环有4个冲程，所以1s冲程数：n＝15×4＝60；
一个工作循环只对外做功1次，所以1s对外做功的次数：n＝15×1＝15。
故选：B。
8．（2021•容县模拟）如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（ ）
A．燃料b放出热量最多 B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大
【答案】C。
【解答】解：
（1）为了比较燃料的热值大小，要用不同的燃料，加热同种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出液体吸热多少和燃料燃烧放热多少，进而判断热值大小，则应选择甲、乙两图进行实验；
由题意知甲、乙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t乙，则△t甲＞△t乙，
由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相同，由公式Q＝cm△t可知，吸收的热量Q甲＞Q乙﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Qa＞Qb，且燃料的质量相同，由Q放＝mq可知qa＞qb，即燃料a的热值比燃料b的大，故A错误，C正确；
（2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧同种燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出升高温度的关系，进而判断两种液体比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；
甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量均相同，则燃料完全燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则液体吸收的热量Q甲＝Q丙﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
所以综合前面解答可知，乙图中液体1吸收的热量最少，故B错误；
甲、丙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t丙，则△t甲＞△t丙，即△t1＞△t2，
因为Q甲＝Q丙，液体质量m相等，升高的温度△t1＞△t2，
所以由c＝可知c1＜c2，即液体1的比热容比液体2的小，故D错误。
故选：C。
二、填空题。
9．（2022•淮北一模）我国研发制造的大容量海上风电机组、超长叶片、漂浮式风电机组、长距离输电工程等一系列海上风电关键技术均取得重要突破，技术创新能力处于全球第一梯队。某台风电机发电5kW•h，若通过燃烧煤来获得这些电能，则至少需要完全燃烧 0.6 kg的煤。（煤的热值取3.0×107J/kg）
【答案】0.6。
【解答】解：煤完全燃烧需要放出的热量Q＝W＝5kW•h＝5×3.6×106J＝1.8×107J；
由Q＝mq可知，需要完全燃烧煤的质量：m＝＝＝0.6kg。
故答案为：0.6。
10．（2022•香洲区校级开学）某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现有8.4kg完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量 1.26×108 J；设该热量有25%被水吸收，能将 100 kg的水从25℃加热到100℃，剩余焦炭的热值为 3×107 J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】1.26×108；100；3×107。
【解答】解：（1）焦炭完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝4.2kg×3×107J/kg＝1.26×108J；
（2）水吸收的热量：Q吸＝25%×Q放＝25%×1.26×108J＝3.15×107J；
根据Q吸＝cm（t﹣t0）可知水的质量：m′＝＝＝100kg；
燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，则剩余焦炭的热值是3×107J/kg。
故答案为：1.26×108；100；3×107。
11．（2022•南海区一模）某城市一种燃烧柴油的公交车，满载时的总重为2×105N，发动机的额定功率是100kW，以额定功率匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，百公里耗油是20L。公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽是为了 减小 （选填“增大”或“减小”）车辆对地面的压强。公交车以额定功率匀速直线行驶时，公交车消耗20L柴油做的机械功是 4×108 J，以额定功率匀速行驶时的效率是 50% 。（柴油的热值取5×107J/kg，密度取0.8×103kg/m3）
【答案】减小；4×108；50%。
【解答】解：公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽，可增大受力面积，在压力不变的情况下，根据p＝可知，车辆对地面的压强减小；
额定功率匀速行驶时，处于平衡状态，所受牵引力F牵＝f＝0.02G总＝0.02×2×105N＝4000N，
公交车以额定功率匀速直线行驶时，消耗20L柴油做的机械功W＝F牵s＝4000N×100×103m＝4×108J，
柴油的体积V＝20L＝20dm3＝0.02m3，
柴油的质量m柴油＝ρ柴油V＝0.8×103kg/m3×0.02m3＝16kg，
柴油完全燃烧放出的热量Q放＝q柴油m柴油＝5×107J/kg×16kg＝8×108J，
以额定功率匀速行驶时的效率η＝＝＝50%。
故答案为：减小；4×108；50%。
12．（2021秋•九龙坡区期末）如图是四冲程汽油机的工作过程中 压缩 冲程；若该汽油机功率为8kW，工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是7.2×107J，则汽油机工作的效率为 40% 。
【答案】压缩；40%。
【解答】解：如图所示，活塞往上运动，进气门和排气门关闭，所以此冲程为压缩冲程；汽油机做的有用功为W有用＝Pt＝8000W×3600s＝2.88×107J，燃料完全燃烧放出的能量为Q＝7.2×107J，所以汽油机的效率为η＝×100%＝×100%＝40%。
故答案为：压缩；40%。
13．（2022•娄星区模拟）如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图。将内能转化为机械能的是 丙 图；若汽油机飞轮转速为3600r/min，则汽油机1s内对外做功 30 次。
【答案】丙；30。
【解答】解：（1）在汽油机的四个冲程中，将内能转化为机械能的是做功冲程；
由图可知，甲的进气门打开，是吸气冲程；乙的两气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程；丙两气门都关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程；丁的排气门打开，是排气冲程。故将内能转化为机械能的是丙；
（2）单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min＝60r/s，即每秒钟转60圈，完成30个工作循环，30个做功冲程，做功30次。
故答案为：丙；30。
14．（2022•拱墅区校级三模）一台四冲程汽油机，其中 压缩 冲程将机械能转化为内能；飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s对外做功 20 次，若每次做功735J，该内燃机的功率 1470 W。
【答案】压缩；20；1470。
【解答】解：汽油机在工作过程中，压缩冲程将机械能转化为内能；
飞轮转速是2400r/min＝40r/s，即飞轮每秒转40r，
因为飞轮转2r，完成4个冲程，对外做功1次，
所以，飞轮转40r，对外做功20次；
每次做功735J，该内燃机的功率：P＝＝＝1470W。
故答案为：压缩；20；1470。
三、实验探究题。
15．（2022•娄星区模拟）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为 97 ℃，第10秒的内能 小于 （选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择 甲、乙 两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料 a 更多（选填“a”或“b”）。
【答案】（1）97；小于；（2）甲、乙；（3）a。
【解答】解：（1）液体a沸腾图如图丁所示，a液体的温度到达97℃后，吸收热量，温度不变，处于沸腾状态，沸点为97℃；
液体a持续吸收热量，部分液体由液态变为气态，使得液体的质量变小，温度不变，所以内能变小，故第10秒的内能小于第12秒的内能；
（2）比较不同燃料的热值，应选择不同的燃料加热相同的物质，即用甲、乙两图进行实验；
（3）若液体a的吸热能力越强，表示比热容越大，实验中a、b升高相同温度，根据Q＝cmΔt知液体a吸收的热量多，根据Q放＝mq知a消耗的燃料越多。
故答案为：（1）97；小于；（2）甲、乙；（3）a。
16．（2022春•桥西区月考）如图所示的实验装置可以模拟大自然中“雨”的形成。
（1）用酒精灯对烧瓶加热，在烧瓶口会冒出许多“白气”，这是 烧瓶中冒出 （选填“空气中原有”或“烧瓶中冒出”）的水蒸气发生 液化 形成的。
（2）实验中，金属盘底部会有水滴不断滴下，就类似于大自然中的“雨”，如果想让“雨”下得更大一些，则可在金属盘内加 冰块 （选填“热水”或“冰块”）。
（3）若实验中燃烧了3g酒精，则酒精完全燃烧会放出 9×104 J的热量（q酒精＝3.0×107J/kg）。
【答案】（1）烧瓶中冒出；液化；（2）冰块；（3）9×104。
【解答】解：（1）在烧瓶口会冒出许多“白气”，这些白气是烧瓶中的高温水蒸气冒出后遇冷液化形成的；
（2）液化需要放热，为了实验效果明显，让“雨”下得更大一些，可在金属盘内加冰块，这样金属盘的温度会更低，水蒸气更易液化。
（3）酒精完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝3.0×107J/kg×3×10﹣3kg＝9×104J。
故答案为：（1）烧瓶中冒出；液化；（2）冰块；（3）9×104。
四、计算题。
17．（2021秋•巫溪县期末）天然气是一种洁净环保的优质能源，目前已被更广泛地使用。若某家庭一个月使用了14m3的天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量为多少？若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让多少质量的水温度从25℃升高到100℃？（q天然气＝7.5×107/m3）
【解答】解：
（1）这些天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝q天然气V＝7.5×107/m3×14m3＝1.05×109J；
（2）若天然气炉具的效率是30%，则水吸收的热量Q吸＝Q放η＝1.05×109J×30%＝3.15×108J，
水的质量m水＝＝＝1000kg。
答：这些天然气完全燃烧放出的热量为1.05×109J；若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让1000kg的水温度从25℃升高到100℃。
18．（2021•眉山）改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶100km过程中：
（1）消耗汽油的质量；
（2）发动机所做的功；
（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。
【解答】解：（1）6L＝6×10﹣3m3，由密度公式ρ＝变形可得消耗汽油的质量m＝ρV＝0.7×103kg/m3×6×10﹣3m3＝4.2kg；
（2）由速度公式v＝变形可得汽车行驶100km用时为
t＝＝＝h＝×3600s＝5000s；
由功率公式W＝Pt可得发动机所做的功
W＝Pt＝12kW×5000s＝1.2×104W×5×103s＝6×107J；
（3）由放热公式Q＝qm可得汽油完全燃烧所放出的热量
Q＝qm＝4.6×107J/kg×4.2kg＝1.932×108J；
发动机的效率为
η＝×100%＝×100%≈31%；
答：（1）消耗汽油的质量为4.2kg；
（2）发动机所做的功为6×107J；
（3）发动机的效率为31%。
19．（2022•江西模拟）现有一台单缸四冲程汽油机，其主要技术指标如表。（不计克服摩擦消耗的能量，汽油热值取4.8×107J/kg）求：
（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0；
（2）1min消耗的汽油质量m；
（3）排量指发动机汽缸的工作容积，等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积。若燃气对活塞压强看作恒压，则燃气压强p为多少？
【解答】解：（1）根据P＝知汽油机做的总功为：
W＝Pt＝8×103W×60s＝4.8×105J；
因为飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动2400周，要对外做功1200次，
汽油机一次做功冲程对外做功为：
W0＝＝＝400J；
（2）根据η＝知汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝＝＝1.96×106J，
根据Q放＝mq得1min消耗汽油的质量为：
m＝＝＝0.04kg；
（3）设运动长度为L，活塞的横截面积为S，则气缸的容积为V＝SL＝1.25L＝1.25×10﹣3m3，
压力F＝pS＝，
则燃气压强为：
p＝＝＝＝3.2×105Pa。
答：（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0为400J；
（2）1min消耗的汽油质量m为0.04kg；
（3）燃气压强p为3.2×105Pa。
20．（2022•平凉一模）有一辆由汽油机提供动力的汽车，该车的输出功率与汽油机转速的关系图像如图所示。这辆汽车在某次测试时以90km/h的速度在水平公路上匀速行驶了10min，消耗1.1kg的汽油，此过程中汽油机的转速为2000r/min.（q汽油＝4.6×107J/kg）
（1）该汽车在这段时间内行驶了多少路程？
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生多少热量？
（3）此过程中汽油机的效率是多少？（计算结果精确到0.1%）
【解答】解：（1）已知汽车的速度v＝90km/h，行驶的时间t＝10min＝h，
由v＝可知汽车行驶的路程为：s＝vt＝90 km/h×h＝15km；
（2）1.1 kg汽油完全燃烧产生的热量为：Q放＝mq汽油＝1.1 kg×4.6×107 J/kg＝5.06×107J；
（3）由图可知，转速为2000r/min时对应的汽车输出功率为P＝30kW＝3×104W，
由P＝可得汽油机在此过程做的有用功为：W＝Pt＝3×104W×10×60s＝1.8×107J，
汽油机的效率为：η＝×100%＝≈35.6%。
答：（1）该汽车在这段时间内行驶了15km路程；
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生5.06×107J热量；
（3）此过程中汽油机的效率是35.6%。
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后的水温/℃
酒精
25
65
纸片
25
44
排量
1.25L
输出功率
8kW
转速
2400r/min
效率
25%
典例分析＋变式训练
考点1 燃料的热值及其计算
（1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
②热值是燃料的一种属性。
（2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q=mq
M——燃料的质量——单位千克（kg）；
q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）；
Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
【典例1】（2021秋•东港区期末）关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时放出的热量叫做燃料的热值
B．热值大的燃料比热值小的燃烧时放出的热量多
C．10kg木炭比1kg木炭的热值大
D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【典例2】（2022•西吉县一模）小明在参加中考体育考试的过程中，其身体消耗的总能量为4.8×105J，这些能量相当于完全燃烧 kg干木柴所释放的热量；当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值为 J/kg。（q干木柴＝1.2×107J/kg）
【典例3】（2021秋•紫金县期末）已知天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为标准大气压）
【变式训练1】（2021秋•博望区校级期末）关于热值的下列说法中正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
【变式训练2】（2022•剑阁县模拟）2021年4月29日，天和核心舱搭乘长征五号B遥二运载火箭发射升空，如图所示，这是国内首个空间站，中国也成为全球第三个独立建造空间站的国家。长征五号B火箭使用的燃料是液氢，其中芯二级液氢质量为104kg，这些燃料完全燃烧释放出的热量是 J，若这些热量有20%被水吸收，能够使 kg的水温度从20℃升高到100℃[结果保留2位有效数字，q液氢＝1.4×108J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）小明采用如图所示的装置进行进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）探究过程中，要控制两套装置中燃料的质量和水的 （选填“初始温度”、“质量”）一定要相等。
（2）实验后，可以通过比较 （填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 放出的热量多。
（4）通过实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是 （填“相同”或“不同”）的。
（5）在学习时，我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，用q表示，这里定义热值的方法，我们称之为比值法，热值是能够燃烧的物质的属性。
下列几个用比值法定义，并反映物质属性的物理量有： （填写序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【变式训练4】（2021秋•建瓯市校级期末）合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油，若燃料油的热值为3.0×107J/kg。求：[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
（1）140kg燃料油完全燃烧能释放多少热量？
（2）若这些热量完全被水吸收，可以将质量为多少的初温30℃的水加热至80℃？
考点2 热机的效率
（1）定义：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，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。
【典例4】（2021秋•洛龙区校级期末）两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．甲机做的功比乙机的多 B．甲机的功率比乙机的大
C．在相同时间内甲机燃烧的汽油较乙机多
D．在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【典例5】（2021秋•青龙县期中）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%
【典例6】（2022•宿州一模）在一段平直的公路上汽车匀速行驶1h，行驶的平均功率为21kW，效率为30%，这段时间内汽车至少消耗 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）。
【典例7】（2021•大庆）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg，g＝10N/kg）。针对这一过程，求：
（1）汽车行驶的路程；
（2）汽车受到的阻力；
（3）汽车发动机的效率。
【变式训练1】（2021•宝安区校级一模）甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
【变式训练2】（2021秋•西峡期中）如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η不等于（ ）
A．×100% B．×100%
C．×100% D．×100%
【变式训练3】（2021秋•清苑区校级期末）一台四冲程汽油机所用汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧2g汽油所释放的热量是 J，若热机效率为40%，燃烧2g汽油转化的机械能是 J。
【变式训练4】（2021•青秀区校级模拟）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某新能源公交车在平直的公路上匀速行驶4km，用时6min，发动机输出功率保持70kw，此过程共消耗氢燃料0.3kg，已知氢燃料的热值为q氢＝1.4×108J/kg，在匀速行驶过程中，求：
（1）公交车的速度；
（2）公交车做的有用功；
（3）发动机的效率。
考点3 有关热机的计算
（1）热机一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
（2）对于公式可推导出的公式：
【典例8】（2021秋•宁德月考）一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（ ）
A．60个冲程，做了30次功 B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功 D．120个冲程，做了30次功
【典例9】（2022•金水区校级模拟）某汽油机飞轮的转速为3000转/分，则这台汽油机在1分钟内对外做功 次，共完成了 个冲程。
【变式训练1】（2021秋•保定期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（ ）
A．60和15B．30和30C．15和15D．60和30
【变式训练2】（2022春•江阴市期中）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J。（q柴油＝4.3×107J/kg）
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功 次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功多少J？若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收多少J热量？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽油＝4.6×107J/kg）]
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2021秋•灌南县期末）一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（ ）
A．热值不变，比热容减小一半 B．热值不变，比热容不变
C．热值和比热容都减小一半 D．热值减小一半，比热容不变
2．（2021秋•怀仁市期末）甲、乙两种燃料，甲的质量是乙的2倍，甲、乙完全燃烧后放出的热量之比为3：2，则甲、乙两种燃料的热值之比为（ ）
A．3：4B．4：3C．2：3D．3：2
3．（2021秋•兖州期末）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104JB．3.22×104JC．0.92×104JD．2.3×104 J
4．（2021秋•新都区期末）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（ ）
A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1
5．（2021•荣县校级模拟）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和做功的次数分别是（ ）
A．40和10B．20和20C．10和10D．40和20
6．（2021秋•南充期末）一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（ ）
A．l800次B．30次C．15次D．2次
7．（2021秋•通辽期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成的冲程数、做功次数分别是（ ）
A．30 15次B．60 15次C．120 30次D．15 60次
8．（2021•容县模拟）如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（ ）
A．燃料b放出热量最多 B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大
二、填空题。
9．（2022•淮北一模）我国研发制造的大容量海上风电机组、超长叶片、漂浮式风电机组、长距离输电工程等一系列海上风电关键技术均取得重要突破，技术创新能力处于全球第一梯队。某台风电机发电5kW•h，若通过燃烧煤来获得这些电能，则至少需要完全燃烧
kg的煤。（煤的热值取3.0×107J/kg）
10．（2022•香洲区校级开学）某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现有8.4kg完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量 J；设该热量有25%被水吸收，能将 kg的水从25℃加热到100℃，剩余焦炭的热值为 J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
11．（2022•南海区一模）某城市一种燃烧柴油的公交车，满载时的总重为2×105N，发动机的额定功率是100kW，以额定功率匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，百公里耗油是20L。公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽是为了 （选填“增大”或“减小”）车辆对地面的压强。公交车以额定功率匀速直线行驶时，公交车消耗20L柴油做的机械功是 J，以额定功率匀速行驶时的效率是 。（柴油的热值取5×107J/kg，密度取0.8×103kg/m3）
12．（2021秋•九龙坡区期末）如图是四冲程汽油机的工作过程中 冲程；若该汽油机功率为8kW，工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是7.2×107J，则汽油机工作的效率为 。
13．（2022•娄星区模拟）如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图。将内能转化为机械能的是 图；若汽油机飞轮转速为3600r/min，则汽油机1s内对外做功 次。
14．（2022•拱墅区校级三模）一台四冲程汽油机，其中 冲程将机械能转化为内能；飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s对外做功 次，若每次做功735J，该内燃机的功率 W。
三、实验探究题。
15．（2022•娄星区模拟）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为 ℃，第10秒的内能 （选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择 两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料 更多（选填“a”或“b”）。
16．（2022春•桥西区月考）如图所示的实验装置可以模拟大自然中“雨”的形成。
（1）用酒精灯对烧瓶加热，在烧瓶口会冒出许多“白气”，这是 （选填“空气中原有”或“烧瓶中冒出”）的水蒸气发生 形成的。
（2）实验中，金属盘底部会有水滴不断滴下，就类似于大自然中的“雨”，如果想让“雨”下得更大一些，则可在金属盘内加 （选填“热水”或“冰块”）。
（3）若实验中燃烧了3g酒精，则酒精完全燃烧会放出 J的热量（q酒精＝3.0×107J/kg）。
四、计算题。
17．（2021秋•巫溪县期末）天然气是一种洁净环保的优质能源，目前已被更广泛地使用。若某家庭一个月使用了14m3的天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量为多少？若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让多少质量的水温度从25℃升高到100℃？（q天然气＝7.5×107/m3）
18．（2021•眉山）改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶100km过程中：
（1）消耗汽油的质量；
（2）发动机所做的功；
（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。
19．（2022•江西模拟）现有一台单缸四冲程汽油机，其主要技术指标如表。（不计克服摩擦消耗的能量，汽油热值取4.8×107J/kg）求：
（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0；
（2）1min消耗的汽油质量m；
（3）排量指发动机汽缸的工作容积，等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积。若燃气对活塞压强看作恒压，则燃气压强p为多少？
20．（2022•平凉一模）有一辆由汽油机提供动力的汽车，该车的输出功率与汽油机转速的关系图像如图所示。这辆汽车在某次测试时以90km/h的速度在水平公路上匀速行驶了10min，消耗1.1kg的汽油，此过程中汽油机的转速为2000r/min.（q汽油＝4.6×107J/kg）
（1）该汽车在这段时间内行驶了多少路程？
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生多少热量？
（3）此过程中汽油机的效率是多少？（计算结果精确到0.1%）
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后的水温/℃
酒精
25
65
纸片
25
44
排量
1.25L
输出功率
8kW
转速
2400r/min
效率
25%
14.2 热机的效率（解析版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点1 燃料的热值及其计算
（1）热值概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，符号时q。
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
②热值是燃料的一种属性。
（2）热值单位：焦/千克（J/kg），读作焦每千克。
（3）公式：Q=mq
M——燃料的质量——单位千克（kg）；
q——燃料的热值——单位焦/千克（J/kg）；
Q——燃烧放出的热量——单位焦耳（J）。
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。
（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。
【典例1】（2021秋•东港区期末）关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时放出的热量叫做燃料的热值
B．热值大的燃料比热值小的燃烧时放出的热量多
C．10kg木炭比1kg木炭的热值大
D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【答案】D。
【解答】解：
①1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，所以A说法错误，不符合题意。
②根据燃料燃烧放出热量的公式可知燃料在燃烧时放出的热量与热值、燃料的质量和燃料是否完全燃烧有关，因此在燃料的质量和燃料情况不明确的情况下，不能进行判断，所以B说法错误，不符合题意。
③热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，因此10kg木炭和1kg木炭的热值一样大，所以C说法错误，不符合题意。
④燃料燃烧放出的热量与燃料的热值、燃料的质量和燃料是否完全燃烧有关，所以D说法正确，符合题意。
故选：D。
【典例2】（2022•西吉县一模）小明在参加中考体育考试的过程中，其身体消耗的总能量为4.8×105J，这些能量相当于完全燃烧 0.04 kg干木柴所释放的热量；当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值为 1.2×107 J/kg。（q干木柴＝1.2×107J/kg）
【答案】0.04；1.2×107。
【解答】解：由Q放＝mq可知，干木柴的质量：m＝＝＝0.04kg；
由于燃料的热值的燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量以及燃料情况无关，所以当干木柴燃烧了一半，剩余干木柴的热值不变，还是1.2×107J/kg。
故答案为：0.04；1.2×107。
【典例3】（2021秋•紫金县期末）已知天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为标准大气压）
【解答】解：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量：
Q放＝Vq＝1.4×10﹣2m3×3.2×107J/m3＝4.48×105J；
（2）由η＝可得水吸收的热量：
Q吸＝ηQ放＝60%×4.48×105J＝2.688×105J；
由Q吸＝cm△t可得，水升高的温度：
△t＝＝≈16.8℃，
则水的末温度为：t2＝t1+△t＝25℃+16.8℃＝41.8℃。
答：（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量为4.48×105J；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到41.8℃.
【变式训练1】（2021秋•博望区校级期末）关于热值的下列说法中正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
【答案】C。
【解答】解：AB、燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故AB都错；
C、因为燃料实际燃烧时，总是不能完全燃烧，所以实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小，故C正确；
D、煤油的热值比酒精大，就是说相同质量的煤油完全燃烧放出的热量比酒精多，故D错。
故选：C。
【变式训练2】（2022•剑阁县模拟）2021年4月29日，天和核心舱搭乘长征五号B遥二运载火箭发射升空，如图所示，这是国内首个空间站，中国也成为全球第三个独立建造空间站的国家。长征五号B火箭使用的燃料是液氢，其中芯二级液氢质量为104kg，这些燃料完全燃烧释放出的热量是 1.4×1012 J，若这些热量有20%被水吸收，能够使 8.3×105 kg的水温度从20℃升高到100℃[结果保留2位有效数字，q液氢＝1.4×108J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】1.4×1012；8.3×105。
【解答】解：完全燃烧104kg的液氢放出的热量为：Q放＝m液氢q液氢＝104kg×1.4×108J/kg＝1.4×1012J；
水吸收的热量：Q吸＝20%Q放＝20%×1.4×1012J＝2.8×1011J；
由Q吸＝cm（t﹣t0）可知，水的质量：m＝＝≈8.3×105kg。
故答案为：1.4×1012；8.3×105。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）小明采用如图所示的装置进行进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
（1）探究过程中，要控制两套装置中燃料的质量和水的 质量 （选填“初始温度”、“质量”）一定要相等。
（2）实验后，可以通过比较 水升高的温度 （填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。
（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后， 酒精 放出的热量多。
（4）通过实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是 不同 （填“相同”或“不同”）的。
（5）在学习时，我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，用q表示，这里定义热值的方法，我们称之为比值法，热值是能够燃烧的物质的属性。
下列几个用比值法定义，并反映物质属性的物理量有： ③ （填写序号）。
①速度 ②功率 ③比热容 ④压强
【答案】（1）质量；（2）水升高的温度；（3）酒精；（4）不同；（5）③。
【解答】解：
（1）由于探究过程中，燃料燃烧放出的热量与燃料的质量和种类有关，要比较酒精和碎纸片的放热多少，要控制两套装置中燃料的质量和水的质量一定要相等；
（2）实验中，用酒精和碎纸片燃烧给水加热，可通过水升高的温度来比较酒精和碎纸片放出的热量多少；
（3）由表格中数据知，酒精使水升高的温度更高，可知酒精放出的热量多；
（4）由实验可知，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不同的；
（5）①速度②功率③密度④压强都是根据比值定义法定义的，其中比热容是物质本身的一种属性，可用来鉴别物质，故选③。
故答案为：（1）质量；（2）水升高的温度；（3）酒精；（4）不同；（5）③。
【变式训练4】（2021秋•建瓯市校级期末）合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油，若燃料油的热值为3.0×107J/kg。求：[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
（1）140kg燃料油完全燃烧能释放多少热量？
（2）若这些热量完全被水吸收，可以将质量为多少的初温30℃的水加热至80℃？
【解答】解：（1）1t垃圾“榨”出的燃料油：m油＝140kg，则燃料油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m油q＝140kg×3.0×107J/kg＝4.2×109J；
（2）这些热量完全被水吸收，水吸收的热量：Q吸＝Q放＝4.2×109J；
由Q吸＝cmΔt可知，水的质量：m＝＝＝20000kg。
答：（1）1t垃圾“榨”出的燃料油完全燃烧能释放的热量为4.2×109J；
（2）这些热量完全被水吸收，可以将质量为20000kg的初温30℃的水加热至80℃。
考点2 热机的效率
（1）定义：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，其表达式为：，由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1；
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。
【典例4】（2021秋•洛龙区校级期末）两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．甲机做的功比乙机的多
B．甲机的功率比乙机的大
C．在相同时间内甲机燃烧的汽油较乙机多
D．在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【答案】D。
【解答】解：甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率，说明：消耗相同的汽油，甲汽油机做的有用功多；或者做相同的有用功，甲消耗的汽油少。功率大只能说明做功快，与效率没有关系。
故选：D。
【典例5】（2021秋•青龙县期中）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%
【答案】D。
【解答】解：由能流图可知，燃料完全燃烧放出的热量（即燃气内能）为E，有用功（即有用机械能）为E2，所以内燃机的效率可表示为η＝×100%。
故选：D。
【典例6】（2022•宿州一模）在一段平直的公路上汽车匀速行驶1h，行驶的平均功率为21kW，效率为30%，这段时间内汽车至少消耗 7.2 L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）。
【答案】7.2。
【解答】解：由P＝可得，汽车牵引力做的功：
W＝Pt＝21×103W×3600s＝7.56×107J，
由η＝×100%可得，汽油完全燃烧释放的热量：
Q放＝＝＝2.52×108J，
由Q放＝Vq可得，需要燃烧汽油的体积：
V＝＝＝7.2L。
故答案为：7.2。
【典例7】（2021•大庆）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg，g＝10N/kg）。针对这一过程，求：
（1）汽车行驶的路程；
（2）汽车受到的阻力；
（3）汽车发动机的效率。
【解答】解：（1）由v＝得，汽车行驶的路程为：s＝vt＝25m/s×600s＝1.5×104m；
（2）因为汽车匀速直线行驶，所以受到的阻力和牵引力是一对平衡力，汽车受到的阻力为：
f＝F＝＝＝2×103N；
（3）1kg汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝mq＝1kg×5×107J/kg＝5×107J；
汽车发动机的效率为：
η＝×100%＝×100%＝60%。
答：（1）汽车行驶的路程为1.5×104m；
（2）汽车受到的阻力为2×103N；
（3）汽车发动机的效率为60%。
【变式训练1】（2021•宝安区校级一模）甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
【答案】D。
【解答】解：AB、做功多少和功率的大小以及热机的效率没有关系，故A、B错误；
CD、甲内燃机的效率高于乙内燃机的效率，说明消耗相同的燃油，甲内燃机做的有用功多；或者做相同的有用功，甲消耗的燃油少，故C错误，D正确。
故选：D。
【变式训练2】（2021秋•西峡县期中）如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η不等于（ ）
A．×100% B．×100%
C．×100% D．×100%
【答案】A。
【解答】解：由图可知，做有用功的能量E4，燃料完全燃烧放出的能量E1，且E1＝E2+E3+E4+E5，
则内燃机的热机效率：
η＝×100%或×100%或×100%，故A符合题意。
故选：A。
【变式训练3】（2021秋•清苑区校级期末）一台四冲程汽油机所用汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧2g汽油所释放的热量是 9.2×104 J，若热机效率为40%，燃烧2g汽油转化的机械能是 3.68×104 J。
【答案】9.2×104；3.68×104。
【解答】解：（1）2g汽油完全燃烧释放出的热量：
Q＝qm＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J；
（2）由η＝可知，燃烧2g汽油转化的机械能为：
W＝ηQ＝40%×9.2×104J＝3.68×104J；
故答案为：9.2×104；3.68×104。
【变式训练4】（2021•青秀区校级模拟）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。某新能源公交车在平直的公路上匀速行驶4km，用时6min，发动机输出功率保持70kw，此过程共消耗氢燃料0.3kg，已知氢燃料的热值为q氢＝1.4×108J/kg，在匀速行驶过程中，求：
（1）公交车的速度；
（2）公交车做的有用功；
（3）发动机的效率。
【解答】解：（1）汽车行驶的路程为：s＝4km，
所用时间为：t＝6min＝h，
则公交车的速度：
v＝＝＝40km/h；
（2）根据P＝可得6min内公交车做的有用功为：
W＝Pt＝70×103W×6×60s＝2.52×107J；
（3）氢燃料完全燃烧放出的热量为：
Q放＝qm＝1.4×108J/kg×0.3kg＝4.2×107J，
发动机的效率为：
η＝＝＝60%。
答：（1）公交车的速度为40km/h；
（2）公交车做的有用功为2.52×107J；
（3）发动机的效率为60%。
考点3 有关热机的计算
（1）热机一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。
（2）对于公式可推导出的公式：
【典例8】（2021秋•宁德月考）一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（ ）
A．60个冲程，做了30次功 B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功 D．120个冲程，做了30次功
【答案】D。
【解答】解：飞轮转速为3600r/min＝60r/s，
因为内燃机完成一个工作循环，要经过4个冲程，飞轮和曲轴转动2周，活塞往返2次，燃气对外做功1次，
所以该内燃机1s完成30个工作循环，完成120个冲程，对外做功30次，故ABC错误，D正确。
故选：D。
【典例9】（2022•金水区校级模拟）某汽油机飞轮的转速为3000转/分，则这台汽油机在1分钟内对外做功 1500 次，共完成了 6000 个冲程。
【答案】1500；6000。
【解答】解：四冲程汽油机的转速为3000r/min，表示1min飞轮转动3000圈，
因热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，
所以，1min内活塞往复3000次，曲轴转动3000周，对外做功1500次，完成6000个冲程。
故答案为：1500；6000。
【变式训练1】（2021秋•保定期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（ ）
A．60和15B．30和30C．15和15D．60和30
【答案】A。
【解答】解：
四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则该飞轮每秒钟转30圈。因为一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以该汽油机每秒钟内飞轮转30圈，共60个冲程，共做功15次，故A正确。
故选：A。
【变式训练2】（2022春•江阴市期中）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功 25 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 8.6×107 J。（q柴油＝4.3×107J/kg）
【答案】25；8.6×107。
【解答】解：
（1）已知飞轮转速为3000r/min＝50r/s，一个工作循环活塞往复2次，曲轴转动2周，故该活塞每秒钟燃气推动活塞往返50次，做功25次；
（2）柴油燃烧放出的热量：Q＝mq＝5kg×4.3×107J/kg＝21.5×107J，
其转化的机械能为：W＝21.5×107J×40%＝8.6×107J。
故答案为：25；8.6×107。
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功 25 次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功多少J？若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收多少J热量？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽油＝4.6×107J/kg）]
【解答】解：（1）已知飞轮转速为3000r/min＝50r/s，一个工作循环活塞往复2次，飞轮转动2周，对外做功1次，故该汽油机1s内对外做功25次；
（2）100g汽油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq汽油＝0.1kg×4.6×107J/kg＝4.6×106J，
根据η＝得汽油机对外做的功为：
W＝Q放η＝4.6×106J×30%＝1.38×106J；
（3）水吸收的热量：
Q吸＝c水m′（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（100℃﹣20℃）＝1.68×106J。
答：25；
若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功1.38×106J；
若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收1.68×106J的热量。
课堂巩固训练
一、选择题。
1．（2021秋•灌南县期末）一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（ ）
A．热值不变，比热容减小一半 B．热值不变，比热容不变
C．热值和比热容都减小一半 D．热值减小一半，比热容不变
【答案】B。
【解答】解：把一瓶酒精用去一半后，所含的酒精减少，质量变为原来的一半，但是燃烧值和比热容是不会改变的，酒精的热值和比热容与质量无关。故A、C、D错。
故选：B。
2．（2021秋•怀仁市期末）甲、乙两种燃料，甲的质量是乙的2倍，甲、乙完全燃烧后放出的热量之比为3：2，则甲、乙两种燃料的热值之比为（ ）
A．3：4B．4：3C．2：3D．3：2
【答案】A。
【解答】解：由题意可知，m甲＝2m乙，Q甲＝1.5Q乙，根据Q放＝mq可知：＝×＝×＝。
故选：A。
3．（2021秋•兖州期末）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（ ）
A．2.76×104JB．3.22×104JC．0.92×104JD．2.3×104 J
【答案】D。
【解答】解：
（1）汽油机的效率：η＝100%﹣35%﹣30%﹣10%＝25%；
（2）2g汽油完全燃烧产生的热量：
Q＝mq＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J；
（3）根据η＝可知获得的机械能：
W＝ηQ＝25%×9.2×104J＝2.3×104J。
故选：D。
4．（2021秋•新都区期末）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（ ）
A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1
【答案】B。
【解答】解：它们的效率之比：
＝＝＝＝＝。
故选：B。
5．（2021•荣县校级模拟）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和做功的次数分别是（ ）
A．40和10B．20和20C．10和10D．40和20
【答案】A。
【解答】解：内燃机完成四个冲程，飞轮转2转，对外做功1次，1200r/min＝20r/s，即每秒完成10个工作循环，40个冲程，做功10次，所以B、C、D不符合题意；
故选：A。
6．（2021秋•南充期末）一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（ ）
A．l800次B．30次C．15次D．2次
【答案】C。
【解答】解：
在四冲程内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈，
一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，说明1min飞轮转1800r；
则每秒钟飞轮转＝30转，完成＝15个工作循环，做功15次。
故选：C。
7．（2021秋•通辽期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成的冲程数、做功次数分别是（ ）
A．30 15次B．60 15次C．120 30次D．15 60次
【答案】B。
【解答】解：飞轮转速：1800转/min，表示1min飞轮转了1800转；
飞轮转2转就有一个工作循环，1min的工作循环数：n＝，
则1s完成的工作循环数：n＝；
一个工作循环有4个冲程，所以1s冲程数：n＝15×4＝60；
一个工作循环只对外做功1次，所以1s对外做功的次数：n＝15×1＝15。
故选：B。
8．（2021•容县模拟）如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t丙，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（ ）
A．燃料b放出热量最多 B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大 D．液体1的比热容比液体2的大
【答案】C。
【解答】解：
（1）为了比较燃料的热值大小，要用不同的燃料，加热同种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出液体吸热多少和燃料燃烧放热多少，进而判断热值大小，则应选择甲、乙两图进行实验；
由题意知甲、乙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t乙，则△t甲＞△t乙，
由图甲、乙所示实验可知，两烧杯中的液体种类即比热容c、质量m都相同，由公式Q＝cm△t可知，吸收的热量Q甲＞Q乙﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则燃料释放的热量Qa＞Qb，且燃料的质量相同，由Q放＝mq可知qa＞qb，即燃料a的热值比燃料b的大，故A错误，C正确；
（2）为了比较两种液体的比热容，需要燃烧同种燃料，加热不同的液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出升高温度的关系，进而判断两种液体比热容的大小关系，应选择甲、丙两图进行实验；
甲、丙所示实验中所用燃料种类与质量均相同，则燃料完全燃烧释放的热量相等，燃料燃烧释放的热量被烧杯中的液体吸收，则液体吸收的热量Q甲＝Q丙﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
所以综合前面解答可知，乙图中液体1吸收的热量最少，故B错误；
甲、丙两实验中液体的初温相等，末温t甲＞t丙，则△t甲＞△t丙，即△t1＞△t2，
因为Q甲＝Q丙，液体质量m相等，升高的温度△t1＞△t2，
所以由c＝可知c1＜c2，即液体1的比热容比液体2的小，故D错误。
故选：C。
二、填空题。
9．（2022•淮北一模）我国研发制造的大容量海上风电机组、超长叶片、漂浮式风电机组、长距离输电工程等一系列海上风电关键技术均取得重要突破，技术创新能力处于全球第一梯队。某台风电机发电5kW•h，若通过燃烧煤来获得这些电能，则至少需要完全燃烧 0.6 kg的煤。（煤的热值取3.0×107J/kg）
【答案】0.6。
【解答】解：煤完全燃烧需要放出的热量Q＝W＝5kW•h＝5×3.6×106J＝1.8×107J；
由Q＝mq可知，需要完全燃烧煤的质量：m＝＝＝0.6kg。
故答案为：0.6。
10．（2022•香洲区校级开学）某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现有8.4kg完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量 1.26×108 J；设该热量有25%被水吸收，能将 100 kg的水从25℃加热到100℃，剩余焦炭的热值为 3×107 J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。
【答案】1.26×108；100；3×107。
【解答】解：（1）焦炭完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq＝4.2kg×3×107J/kg＝1.26×108J；
（2）水吸收的热量：Q吸＝25%×Q放＝25%×1.26×108J＝3.15×107J；
根据Q吸＝cm（t﹣t0）可知水的质量：m′＝＝＝100kg；
燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，则剩余焦炭的热值是3×107J/kg。
故答案为：1.26×108；100；3×107。
11．（2022•南海区一模）某城市一种燃烧柴油的公交车，满载时的总重为2×105N，发动机的额定功率是100kW，以额定功率匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，百公里耗油是20L。公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽是为了 减小 （选填“增大”或“减小”）车辆对地面的压强。公交车以额定功率匀速直线行驶时，公交车消耗20L柴油做的机械功是 4×108 J，以额定功率匀速行驶时的效率是 50% 。（柴油的热值取5×107J/kg，密度取0.8×103kg/m3）
【答案】减小；4×108；50%。
【解答】解：公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽，可增大受力面积，在压力不变的情况下，根据p＝可知，车辆对地面的压强减小；
额定功率匀速行驶时，处于平衡状态，所受牵引力F牵＝f＝0.02G总＝0.02×2×105N＝4000N，
公交车以额定功率匀速直线行驶时，消耗20L柴油做的机械功W＝F牵s＝4000N×100×103m＝4×108J，
柴油的体积V＝20L＝20dm3＝0.02m3，
柴油的质量m柴油＝ρ柴油V＝0.8×103kg/m3×0.02m3＝16kg，
柴油完全燃烧放出的热量Q放＝q柴油m柴油＝5×107J/kg×16kg＝8×108J，
以额定功率匀速行驶时的效率η＝＝＝50%。
故答案为：减小；4×108；50%。
12．（2021秋•九龙坡区期末）如图是四冲程汽油机的工作过程中 压缩 冲程；若该汽油机功率为8kW，工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是7.2×107J，则汽油机工作的效率为 40% 。
【答案】压缩；40%。
【解答】解：如图所示，活塞往上运动，进气门和排气门关闭，所以此冲程为压缩冲程；汽油机做的有用功为W有用＝Pt＝8000W×3600s＝2.88×107J，燃料完全燃烧放出的能量为Q＝7.2×107J，所以汽油机的效率为η＝×100%＝×100%＝40%。
故答案为：压缩；40%。
13．（2022•娄星区模拟）如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图。将内能转化为机械能的是 丙 图；若汽油机飞轮转速为3600r/min，则汽油机1s内对外做功 30 次。
【答案】丙；30。
【解答】解：（1）在汽油机的四个冲程中，将内能转化为机械能的是做功冲程；
由图可知，甲的进气门打开，是吸气冲程；乙的两气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程；丙两气门都关闭，活塞下行，火花塞点火，是做功冲程；丁的排气门打开，是排气冲程。故将内能转化为机械能的是丙；
（2）单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3600r/min＝60r/s，即每秒钟转60圈，完成30个工作循环，30个做功冲程，做功30次。
故答案为：丙；30。
14．（2022•拱墅区校级三模）一台四冲程汽油机，其中 压缩 冲程将机械能转化为内能；飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s对外做功 20 次，若每次做功735J，该内燃机的功率 1470 W。
【答案】压缩；20；1470。
【解答】解：汽油机在工作过程中，压缩冲程将机械能转化为内能；
飞轮转速是2400r/min＝40r/s，即飞轮每秒转40r，
因为飞轮转2r，完成4个冲程，对外做功1次，
所以，飞轮转40r，对外做功20次；
每次做功735J，该内燃机的功率：P＝＝＝1470W。
故答案为：压缩；20；1470。
三、实验探究题。
15．（2022•娄星区模拟）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。
（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为 97 ℃，第10秒的内能 小于 （选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择 甲、乙 两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料 a 更多（选填“a”或“b”）。
【答案】（1）97；小于；（2）甲、乙；（3）a。
【解答】解：（1）液体a沸腾图如图丁所示，a液体的温度到达97℃后，吸收热量，温度不变，处于沸腾状态，沸点为97℃；
液体a持续吸收热量，部分液体由液态变为气态，使得液体的质量变小，温度不变，所以内能变小，故第10秒的内能小于第12秒的内能；
（2）比较不同燃料的热值，应选择不同的燃料加热相同的物质，即用甲、乙两图进行实验；
（3）若液体a的吸热能力越强，表示比热容越大，实验中a、b升高相同温度，根据Q＝cmΔt知液体a吸收的热量多，根据Q放＝mq知a消耗的燃料越多。
故答案为：（1）97；小于；（2）甲、乙；（3）a。
16．（2022春•桥西区月考）如图所示的实验装置可以模拟大自然中“雨”的形成。
（1）用酒精灯对烧瓶加热，在烧瓶口会冒出许多“白气”，这是 烧瓶中冒出 （选填“空气中原有”或“烧瓶中冒出”）的水蒸气发生 液化 形成的。
（2）实验中，金属盘底部会有水滴不断滴下，就类似于大自然中的“雨”，如果想让“雨”下得更大一些，则可在金属盘内加 冰块 （选填“热水”或“冰块”）。
（3）若实验中燃烧了3g酒精，则酒精完全燃烧会放出 9×104 J的热量（q酒精＝3.0×107J/kg）。
【答案】（1）烧瓶中冒出；液化；（2）冰块；（3）9×104。
【解答】解：（1）在烧瓶口会冒出许多“白气”，这些白气是烧瓶中的高温水蒸气冒出后遇冷液化形成的；
（2）液化需要放热，为了实验效果明显，让“雨”下得更大一些，可在金属盘内加冰块，这样金属盘的温度会更低，水蒸气更易液化。
（3）酒精完全燃烧放出的热量为：Q放＝qm＝3.0×107J/kg×3×10﹣3kg＝9×104J。
故答案为：（1）烧瓶中冒出；液化；（2）冰块；（3）9×104。
四、计算题。
17．（2021秋•巫溪县期末）天然气是一种洁净环保的优质能源，目前已被更广泛地使用。若某家庭一个月使用了14m3的天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量为多少？若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让多少质量的水温度从25℃升高到100℃？（q天然气＝7.5×107/m3）
【解答】解：
（1）这些天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝q天然气V＝7.5×107/m3×14m3＝1.05×109J；
（2）若天然气炉具的效率是30%，则水吸收的热量Q吸＝Q放η＝1.05×109J×30%＝3.15×108J，
水的质量m水＝＝＝1000kg。
答：这些天然气完全燃烧放出的热量为1.05×109J；若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让1000kg的水温度从25℃升高到100℃。
18．（2021•眉山）改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。求该汽车匀速行驶100km过程中：
（1）消耗汽油的质量；
（2）发动机所做的功；
（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。
【解答】解：（1）6L＝6×10﹣3m3，由密度公式ρ＝变形可得消耗汽油的质量m＝ρV＝0.7×103kg/m3×6×10﹣3m3＝4.2kg；
（2）由速度公式v＝变形可得汽车行驶100km用时为
t＝＝＝h＝×3600s＝5000s；
由功率公式W＝Pt可得发动机所做的功
W＝Pt＝12kW×5000s＝1.2×104W×5×103s＝6×107J；
（3）由放热公式Q＝qm可得汽油完全燃烧所放出的热量
Q＝qm＝4.6×107J/kg×4.2kg＝1.932×108J；
发动机的效率为
η＝×100%＝×100%≈31%；
答：（1）消耗汽油的质量为4.2kg；
（2）发动机所做的功为6×107J；
（3）发动机的效率为31%。
19．（2022•江西模拟）现有一台单缸四冲程汽油机，其主要技术指标如表。（不计克服摩擦消耗的能量，汽油热值取4.8×107J/kg）求：
（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0；
（2）1min消耗的汽油质量m；
（3）排量指发动机汽缸的工作容积，等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积。若燃气对活塞压强看作恒压，则燃气压强p为多少？
【解答】解：（1）根据P＝知汽油机做的总功为：
W＝Pt＝8×103W×60s＝4.8×105J；
因为飞轮每转两圈对外做功一次，所以飞轮转动2400周，要对外做功1200次，
汽油机一次做功冲程对外做功为：
W0＝＝＝400J；
（2）根据η＝知汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝＝＝1.96×106J，
根据Q放＝mq得1min消耗汽油的质量为：
m＝＝＝0.04kg；
（3）设运动长度为L，活塞的横截面积为S，则气缸的容积为V＝SL＝1.25L＝1.25×10﹣3m3，
压力F＝pS＝，
则燃气压强为：
p＝＝＝＝3.2×105Pa。
答：（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0为400J；
（2）1min消耗的汽油质量m为0.04kg；
（3）燃气压强p为3.2×105Pa。
20．（2022•平凉一模）有一辆由汽油机提供动力的汽车，该车的输出功率与汽油机转速的关系图像如图所示。这辆汽车在某次测试时以90km/h的速度在水平公路上匀速行驶了10min，消耗1.1kg的汽油，此过程中汽油机的转速为2000r/min.（q汽油＝4.6×107J/kg）
（1）该汽车在这段时间内行驶了多少路程？
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生多少热量？
（3）此过程中汽油机的效率是多少？（计算结果精确到0.1%）
【解答】解：（1）已知汽车的速度v＝90km/h，行驶的时间t＝10min＝h，
由v＝可知汽车行驶的路程为：s＝vt＝90 km/h×h＝15km；
（2）1.1 kg汽油完全燃烧产生的热量为：Q放＝mq汽油＝1.1 kg×4.6×107 J/kg＝5.06×107J；
（3）由图可知，转速为2000r/min时对应的汽车输出功率为P＝30kW＝3×104W，
由P＝可得汽油机在此过程做的有用功为：W＝Pt＝3×104W×10×60s＝1.8×107J，
汽油机的效率为：η＝×100%＝≈35.6%。
答：（1）该汽车在这段时间内行驶了15km路程；
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生5.06×107J热量；
（3）此过程中汽油机的效率是35.6%。
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后的水温/℃
酒精
25
65
纸片
25
44
排量
1.25L
输出功率
8kW
转速
2400r/min
效率
25%
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