物理第十四章 内能的利用第2节 热机的效率巩固练习

14.2热机的效率

解题要点梳理：

1. 热值的理解

①热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、燃烧情况等均无关。

②各种燃料的热值是一定的，不能根据公式q＝Q/m (Q/V)错误地认为：q与Q成正比，与m(V )成反比。

2.热机效率类问题的解题思路

①燃料完全燃烧放热：Q放=mq（或Vq）

②热机类型的效率：匀速直线行驶（F=f）,如已知阻力f和行驶速度v，可根据牵引力功率P=Fv,牵引力所做的有用功：W有=FS等，代入公式：×100%，求得热机效率。

③炉子烧水类型的效率：可根据牵Q吸=cmΔt,代入公式：×100% ，求得效率。

    基础巩固

1．（2022·全国·九年级）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，与燃料的质量或体积无关

B．燃烧1千克某种燃料放出的热量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

2.（2022·全国·九年级课时练习）干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示，以下说法不正确的是（　　）

A．都是完全燃烧的情况下，无烟煤放出的热量最多

B．都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少

C．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量是6×107J

D．焦炭的热值是3×107J/kg，0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg

3.（2022·全国·九年级课时练习）甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）

A．甲热机消耗的燃料多          

 B．甲热机比乙热机做功少

C．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的多    

D．甲热机的功率比乙热机的小

4.（2022·全国·九年级课时练习）下列说法正确的是（　　）

A．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%

B．尽量增大热机的功率，可以提高热机的效率

C．燃料燃烧放出的热量越多，它的热值就越大

D．热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧后放出的热量

5．（2022·全国·九年级课时练习）有一种节能型燃气炉灶，据介绍，使用该种炉灶比普通炉灶烧开同样一壶水可以节约燃气10%~15%。这是因为，使用这种炉灶可以（　　）

A．增大燃气的热值 

B．增大燃气的密度

C．降低水的比热容 

D．提高燃气的燃烧效率

6.（2022·全国·九年级课时练习）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是_________J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气_________m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气热值为4.0×107J/m3]

7.（2022·全国·九年级课时练习）如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2立方米/小时。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义是______。微火炬燃烧，火炬碳纤维外壳温度升高，外壳的内能______（选填“增大”、“减少”或“不变”）。若氢气的密度为0.09kg/m3，每小时流过的氢气完全燃烧放出______J的热量。

8.（2022·全国·九年级课时练习）如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完金相同，燃料a、b种类不同但质量都为10g，烧杯内液体a、b种类不同但质量都为100g。当燃料完全燃烧后，甲、乙、丙装置中温度计升高的示数分别为20℃、30℃、35℃。

（1）实验中燃料燃烧放出的热量，通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式使液体的内能增大；在组三套装实验装置时，应该按照______的顺序；（填“自下而上”或“自上而下”）

（2）若要研究不同物质的吸热能力，应该选择______两图；实验中给两物质加热相同时间，最终可通过______来比较两液体的吸热能力；根据题干所给数据可知，液体______。（选填“a”或“b”）的吸热能力更强；

（3）已知液体a的比热容为2.1×103J/(kg·℃)，则甲实验过程中，液体a吸收的热量为______J；根据，用上述热量除以燃料a的质量可求得燃料a的热值，根据此方法求得a的热值______。（填“偏大”“偏小”或“准确”）

能力提升

9.（2022·山东枣庄·九年级期末）利用一燃气热水器对、20℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/kg.℃，煤气的热值为，该热水器烧水的效率是50%。下列说法中（　　）

①煤气完全燃烧放出的热量是   ②水吸收的热量是

③水温升高了50℃                     ④加热过程中水的内能保持不变

A．只有①④正确     B．只有②③正确    C．只有①②正确 D．只有②③④正确

10.（2022·四川泸州·三模）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（　　）

A．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是   B．汽车行驶速度是

C．汽车牵引力做功的功率是30kW              D．汽车发动机的效率是

11.（2021·广西南宁·九年级期中）一辆汽车的牵引力为500N，以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶了9.2×104m，消耗了汽油4kg。求：

（1）汽车牵引力做的功；

（2）4kg汽油完全燃烧放出的热量（q汽油=4.6×107J/kg）；

（3）该汽车发动机的效率；

（4）若其他条件不变，如果能把汽车发动机的效率提高到30%，汽车在该路段节约的汽油质量约是多少（结果保留1位小数）。

12.（2022·全国·九年级课时练习）发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。

（1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是______（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），______图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的______能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的______；

（2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是______，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是______J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是______J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）；

（3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约______kg汽油（结果保留整数）。

14.2热机的效率

解题要点梳理：

2. 热值的理解

①热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、燃烧情况等均无关。

②各种燃料的热值是一定的，不能根据公式q＝Q/m (Q/V)错误地认为：q与Q成正比，与m(V )成反比。

2.热机效率类问题的解题思路

①燃料完全燃烧放热：Q放=mq（或Vq）

②热机类型的效率：匀速直线行驶（F=f）,如已知阻力f和行驶速度v，可根据牵引力功率P=Fv,牵引力所做的有用功：W有=FS等，代入公式：×100%，求得热机效率。

③炉子烧水类型的效率：可根据牵Q吸=cmΔt,代入公式：×100% ，求得效率。

    基础巩固

1．（2022·全国·九年级）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，与燃料的质量或体积无关

B．燃烧1千克某种燃料放出的热量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

【答案】A

【详解】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，故A正确；B．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，故B错误；C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大：热值与质量无关，只与燃料种类有关，故C错误；D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小，燃料不完全燃烧时放出的热量不能称之为热值，故D错误。

2.（2022·全国·九年级课时练习）干木柴、焦炭、无烟煤的热值如图所示，以下说法不正确的是（　　）

A．都是完全燃烧的情况下，无烟煤放出的热量最多

B．都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少

C．焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量是6×107J

D．焦炭的热值是3×107J/kg，0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg

【答案】A

【详解】A．由图知，三种燃料中，无烟煤的热值最大，根据可知，在质量不确定的情况下，无法判断哪种燃料完全燃烧放出的热量最多，故A错误，符合题意；B．由图知，三种燃料中，干木柴的热值最小，根据可知，都完全燃烧1kg，干木柴放出的热量最少，故B正确，不符合题意；

由图知，焦炭的热值是3×107J/kg，完全燃烧2kg焦炭放出的热量Q=qm=3×107J/kg×2kg=6×107J，故C正确，不符合题意；D．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以0.5kg焦炭热值也为3×107J/kg，故D正确，不符合题意。故选A。

3.（2022·全国·九年级课时练习）甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）

A．甲热机消耗的燃料多            B．甲热机比乙热机做功少

C．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的多      D．甲热机的功率比乙热机的小

【答案】C

【详解】A．甲热机消耗的燃料多说明做的总功多，但不知道有用功的大小关系，所以不能确定效率高低，故A不符合题意；B．效率高说明有用功占总功的比值大，不能说明做功的多少，故B不符合题意；

C．做相同的有用功时，甲损失的能量比乙损失的多，说明甲消耗的油多，甲的效率低，故C符合题意；

D．效率高说明有用功占总功的比值大，功率大表示做功的快，效率与功率没有联系，故D不符合题意。

故选C。

4.（2022·全国·九年级课时练习）下列说法正确的是（　　）

A．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%

B．尽量增大热机的功率，可以提高热机的效率

C．燃料燃烧放出的热量越多，它的热值就越大

D．热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧后放出的热量

【答案】D

【详解】A．以天然气为燃料，仍有热量散失，仍需克服摩擦做功，因此汽车发动机的效率始终不能达到100%，故A错误；B．功率反映热机做功的快慢程度，而热机效率反映有用功在燃料完全燃烧放出的热量中所占的比例大小，它们是两个不同的物理量，没有直接的关系，故B错误；C．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况以及放出热量的多少无关，故C错误；D．热值是一定质量的燃料完全燃烧放出的热量与其质量的比值，在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧后放出的热量，故D正确。

5．（2022·全国·九年级课时练习）有一种节能型燃气炉灶，据介绍，使用该种炉灶比普通炉灶烧开同样一壶水可以节约燃气10%~15%。这是因为，使用这种炉灶可以（　　）

A．增大燃气的热值 B．增大燃气的密度

C．降低水的比热容 D．提高燃气的燃烧效率

【答案】D

【详解】A．热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，不能增大燃气的热值，故A不符合题意；B．密度是物质的一种特性，与物质的种类有关，不能增大燃气的密度，故B不符合题意；C．比热容是物质的一种特性，与物质的种类有关，不能降低水的比热容，故C不符合题意；D．烧开同样一壶水，水吸收的热量相同，使用节能型燃气炉灶比普通炉灶烧开同样一壶水可以节约燃气10%～15%，说明提高了燃料的利用率，即使用这种炉灶可以提高燃气的燃烧效率，故D符合题意。

6.（2022·全国·九年级课时练习）为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，荆州市大部分农村地区已经使用上了煤气烧水煮饭。小王同学用他家的煤气将体积为2L，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是_________J；若此过程的热效率为40%，则消耗煤气_________m3。[水的密度为1.0×103kg/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），煤气热值为4.0×107J/m3]

【答案】 6.72×105     0.042

【详解】 由题意可知，水的质量为m=ρV=1.0×103kg/m3×2×10-3m3=2kg，所以将初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是，若煤气灶效率为40%，则煤气完全燃烧释放的热量为，所以需要煤气的体积为。

7.（2022·全国·九年级课时练习）如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2立方米/小时。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义是______。微火炬燃烧，火炬碳纤维外壳温度升高，外壳的内能______（选填“增大”、“减少”或“不变”）。若氢气的密度为0.09kg/m3，每小时流过的氢气完全燃烧放出______J的热量。

【答案】1kg氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J     增大     1.512×107

【详解】 氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义就是1kg氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J。

微火炬燃烧，火炬碳纤维外壳温度升高，物体的内能随着温度的升高而升高。根据

。

8.（2022·全国·九年级课时练习）如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完金相同，燃料a、b种类不同但质量都为10g，烧杯内液体a、b种类不同但质量都为100g。当燃料完全燃烧后，甲、乙、丙装置中温度计升高的示数分别为20℃、30℃、35℃。

（1）实验中燃料燃烧放出的热量，通过______（选填“做功”或“热传递”）的方式使液体的内能增大；在组三套装实验装置时，应该按照______的顺序；（填“自下而上”或“自上而下”）

（2）若要研究不同物质的吸热能力，应该选择______两图；实验中给两物质加热相同时间，最终可通过______来比较两液体的吸热能力；根据题干所给数据可知，液体______。（选填“a”或“b”）的吸热能力更强；

（3）已知液体a的比热容为2.1×103J/(kg·℃)，则甲实验过程中，液体a吸收的热量为______J；根据，用上述热量除以燃料a的质量可求得燃料a的热值，根据此方法求得a的热值______。（填“偏大”“偏小”或“准确”）

【答案】热传递   自下而上  甲、乙   温度计升高的示数   a   420/4.2×102    偏小

【详解】（1）燃料燃烧放出热量，液体吸收热量，内能增大，通过热传递的方式使液体的内能增大。

为保证用火焰的外焰加热，且温度计的玻璃泡不能接触容器底和容器壁，所以先安装下面器材，再安装上面器材，便于调节器材间的距离，即按照自下而上的顺序组装。（2）要比较不同物质的吸热本领，必须保证不同物质的质量相等，相同时间吸收的热量相同，且选择的热源要相同，所以选择甲、乙两图进行实验。实验中用相同的加热器加热，在相同时间内物质吸收的热量相同，最终被加热的液体a、b，升高温度不同，所以可以通过温度计升高的示数来反映吸热能力的大小。根据题干数据可知，甲中温度计升高的示数要低于乙中温度计升高的示数，根据Q=cmΔt可知液体a的吸热能力强。（3）液体a吸收的热量为Q=cmΔt=2.1×103J/(kg·℃)×0.01kg×20℃=420J，实际中，酒精完全放出的热量并没有全部被水吸收，所以根据算出的热值比标准值偏小。

能力提升

9.（2022·山东枣庄·九年级期末）利用一燃气热水器对、20℃的水进行加热时，完全燃烧了的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/kg.℃，煤气的热值为，该热水器烧水的效率是50%。下列说法中（　　）

①煤气完全燃烧放出的热量是   ②水吸收的热量是

③水温升高了50℃                     ④加热过程中水的内能保持不变

A．只有①④正确     B．只有②③正确    C．只有①②正确 D．只有②③④正确

【答案】B

【详解】①由知道，煤气完全燃烧放出的热量是

故①错误；②由于该热水器烧水的效率是50%，所以，水吸收的热量是，故②错误；③由知道，水温升高了

，故③正确；④加热过程中水的温度升高内能增大，故④错误。

故选B。

10.（2022·四川泸州·三模）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是（　　）

A．消耗的燃油完全燃烧放出的热量是   B．汽车行驶速度是

C．汽车牵引力做功的功率是30kW              D．汽车发动机的效率是

【答案】AD

【详解】A．1.5kg燃油完全燃烧放出的热量，故A项正确；

B．因为5min45合345s，则汽车行驶速度是，故B项错误；C．汽车牵引力做功的功，汽车牵引力做功的功率是，故C项错误；D．汽车发动机的效率是，故D项正确。故选AD。

11.（2021·广西南宁·九年级期中）一辆汽车的牵引力为500N，以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶了9.2×104m，消耗了汽油4kg。求：

（1）汽车牵引力做的功；

（2）4kg汽油完全燃烧放出的热量（q汽油=4.6×107J/kg）；

（3）该汽车发动机的效率；

（4）若其他条件不变，如果能把汽车发动机的效率提高到30%，汽车在该路段节约的汽油质量约是多少（结果保留1位小数）。

【答案】（1）4.6×107J；（2）1.84×108J；（3）25%；（4）0.7kg

【详解】解：（1）汽车牵引力做的功

（2）汽油完全燃烧放出的热量是

（3）该汽车发动机的效率

（4）已知汽车所做的功相同，把汽车发动机的效率提高到30%时，汽油燃烧放出的热量为

，需要的汽油质量为

节约的汽油质量为

答：（1）汽车牵引力做的功；（2）4kg汽油完全燃烧放出的热量；

（3）该汽车发动机的效率；（4）汽车在该路段节约的汽油质量约是。

12.（2022·全国·九年级课时练习）发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能和品质，现代汽车主要分汽油与柴油两类发动机。

（1）如图A所示，汽油机一个工作循环包括四个冲程，一个汽缸正常工作四个冲程顺序是______（按“甲、乙、丙、丁”重新排序），______图所示冲程汽油机给汽车提供动力，将燃料燃烧放出的______能转化为机械能。汽车发动机通常用水做冷却剂是因为水的______；

（2）如图B所示是某小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，则该汽油机的效率是______，该车完全燃烧2L汽油，释放的热量是______J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能是______J。（汽油的密度ρ＝0.7×103kg/m3，汽油的热值q＝4.6×107J/kg）；

（3）近年来，我国汽车保有量在迅速增长。若一辆汽车每年耗油1.8t，汽车发动机的平均效率为25%，如果能把发动机效率提高1%，则每辆汽车每年大约可节约______kg汽油（结果保留整数）。

【答案】     甲丙丁乙     丁     内     比热容大     30%     6.44×107     1.932×107     69

【详解】（1）甲中的一个气阀打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程，是第一冲程；乙中的一个气阀打开，活塞向上运动，所以为排气冲程，是第四冲程；丙中的两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是第二冲程；丁中的两个气阀都关闭，活塞下运动，所以为做功冲程，是第三冲程。故一个汽缸正常工作四个冲程顺序是排序为：甲丙丁乙。做功冲程燃料燃烧，把化学能转化为内能，高温高压的燃气对活塞做功，把内能转化为机械能，给汽车提供动力。汽车发动机工作时产生大量热量，这些热量如果不迅速转移，就可能损害发动机，由于水的比热容较大，质量和初温相同的水和其它液体相比较，升高相同的温度时，水吸收的热量多，因此汽车发动机通常用水做冷却剂。（2）该汽油机的效率，汽油的质量m汽油=ρ汽V=0.7×103kg/m3×2×10-3m3=1.4kg，

该车完全燃烧2L汽油，释放的热量Q=m汽油q=1.4kg×4.6×107J/kg=6.44×107J，若在效率不变的情况下，转化为有用的机械能W有=ηW总=30%×6.44×107J=1.932×107J；（3）内燃机效率提高1%，此时内燃机的效率η2=η1+1%=25%+1%=26%，由于，可知，因为内燃机效率提高后有用功是相同的，所以每辆汽车的有用功η1qm1=η2qm2，则，则每辆汽车每年节约燃油的质量。