142热机的效率复习讲义解析版.docx
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142热机的效率复习讲义解析版
人教版九年级物理上册第14章《内能的利用》
第2节热机的效率讲义
（知识点总结+例题讲解）
序号
知识点
难易程度
例题数
变式题数
合计
一
热值
★★
4
4
18
二
热机的效率
★★
5
5
一、热值：
1.概念：
我们把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；
2.大小：
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量；
3.公式：
（或
一般用于气体、液体燃料）
（1）其中：
m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值
（2）公式变形：
（已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）
（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）
4.单位：
焦每千克（符号是J/kg）。
（1）热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成；
（2）在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J），质量的单位是千克（kg）
5.影响因素：
热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类和状态有关，
与燃料的形态、质量、体积等均无关；
6.常见物质的热值：
①煤气的热值约为3.9×107J/m3，
物理意义为：
体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J。
②焦炭的热值3.0×107J/kg，
物理意义为：
质量为1kg的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
【例题1】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】A
【解析】解：
A、喷气式飞机是将内能转化为机械能的装置，故A符合题意；
BC、洗衣机和电动自行车都是将电能转化为了机械能，故BC不合题意；
D、电饭煲是利用电流的热效应，故D不符合题意。
故选：
A。
【变式1】现代火箭常用液态氢做燃料，氢的热值是1.4×108J/m3，在完全燃烧一样多的燃料时，可以获得更多的能量。
因为液态氢具有（ ）
A．较小的密度B．较低的沸点C．较大的比热容D．较高的热值
【答案】D
【解析】解：
现代火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量；
故选：
D。
【例题2】下列关于热值的说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，用的燃料越多，燃料的热值越大
B．燃料燃烧时，放出的热量越多，燃料的热值越大
C．相同质量的不同燃料燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
D．相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
【答案】D
【解析】解：
AB、燃料的热值只与燃料的种类有关，与放出热量的多少、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关，故A、B错误；
CD、相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量越大的燃料，其热值越大，故C错误，D正确。
故选：
D。
【变式2】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A．容易燃烧的燃料，热值一定大
B．燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
C．煤的热值大于干木材的热值，煤燃烧放出的热量一定比干木材放出的热量多
D．为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
【答案】B
【解析】解：
AB、热值是燃料的一种特性，热值的大小与燃料是否容易燃烧、燃烧情况、燃料放出的热量等均无关，故A错误，B正确；
C、燃料燃烧放出热量的多少与燃料的热值和质量有关，只根据热值无法判定放出热量的多少，故C错误；
D、提高锅炉的效率的方法有尽可能使燃料完全燃烧、减少热量损失等，热效率与热值无关，故D错误。
故选：
B。
【例题3】已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧2.1m3的天然气可以获得
J的热量，不计热量损失，这些热量可以使500kg的水，温度升高℃。
【c水＝4.2×103J/（kg·℃）】
【答案】8.4×107；40。
【解析】完全燃烧2.1m3的天然气放出的热量
Q放＝Vq＝2.1m3×4.0×107J/m3＝8.4×107J；
由于不计热量损失，则Q吸＝Q放＝8.4×107J；
故水升高的温度Δt＝
＝
＝40℃。
【变式3】为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧5kg秸秆煤放出的热量是 J，若放出的热量有40%被水吸收，可使 kg的水温度升高80℃。
【已知q秸秆煤＝2.1×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）】
【答案】1.05×108；125。
【解析】解：
完全燃烧5kg秸秆煤可放出的热量：
Q放＝m秸秆煤q秸秆煤＝5kg×2.1×107J/kg＝1.05×108J；
由题意可知，水吸收的热量为：
Q吸＝Q放×40%＝1.05×108J×40%＝4.2×107J；
由Q吸＝cm△t可得水的质量：
m
125kg。
故答案为：
1.05×108；125。
【例题4】如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10g，烧杯中液体的质量都为10g，比较不同燃料的热值应该选择 两个装置，通过观察 比较燃料燃烧放出热量的多少。
【答案】甲、乙；温度计示数的变化。
【解析】解：
为了比较热值大小要用质量相同的不同燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数的变化得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、乙两图进行实验；
燃料完全燃烧放出的热量的多少，是通过温度计示数的变化来反映，这用到了转换法。
故答案为：
甲、乙；温度计示数的变化。
【变式4】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。
燃料及烧杯内的液体质量也相同。
比较不同物质的比热容，应选择 两图的装置进行实验；比较不同燃料热值的实验中，同时点燃燃料后，需等待燃料 （选填“燃烧相同时间”或“充分燃烧完毕”），然后通过观察升高的温度来比较两种燃料热值大小，实验过程是通过 方式使液体内能增加的。
【答案】甲、丙；充分燃烧；热传递。
【解析】解：
（1）比较不同物质的比热容即比较吸热能力不同，应选择燃料相同、而相同质量的不同物质作为吸热物质，故选用甲、丙两图的装置进行实验；
（2）比较不同燃料热值的实验中，同时点燃料后，需等待燃料充分燃烧，通过观察温度计示数的示数上升来比较两种燃料热值大小；
（3）液体吸收热量，是铜热传递的方式改变内能的大小的。
故答案为：
甲、丙；充分燃烧；热传递。
二、热机的效率：
1.概念：
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，
叫做热机的效率；
2.公式：
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法：
（1）废气回收利用：
减少机械散热和废气带走热量；
（2）使燃料充分燃烧：
雾化液体燃料、粉碎固体燃料，通气足够；
（3）减少机械摩擦损失。
【例题5】某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．2.3×104JD．0.92×104J
【答案】C
【解析】解：
汽油机的效率为：
η＝100%﹣30%﹣35%﹣10%＝25%，
2g汽油完全燃烧产生的热量为：
Q放＝mq＝2×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝9.2×104J，
（3）根据η
100%可知，获得的机械能为：
W有用＝ηQ放＝25%×9.2×104J＝2.3×104J。
故选：
C。
【变式5】据新华社报道，2020年4月8日，中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息：
人们新发现了储量达到2.28亿吨的石油，如图所示。
这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油！
石油燃烧时能释放出巨大的能量[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q石油=4.4×107J/kg]。
求：
（1）200g石油完全燃烧放出的热量多少J？
（2）若这些热量的42%被水吸收，可以使多少kg的水的温度升高40℃？
【答案】
（1）8.8×106J；40℃。
【解析】解：
（1）石油的质量：
m＝200g＝0.2kg；
石油完全燃烧放出的热量：
Q放＝mq石油＝0.2kg×4.4×107J/kg＝8.8×106J；
（2）若这些热量的42%被水吸收，则有：
Q吸＝42%Q放＝42%×8.8×106J＝3.696×106J；
由Q吸＝cm△t可得：
m水＝
＝
＝22kg。
【例题6】如图所示是四冲程汽油机的某一冲程的剖面图，该冲程是 冲程；若该汽车行驶时效率为25%，汽车油箱的容积为50L，则油箱装满汽油后，汽油完全燃烧可对外做功 J。
（ρ汽油＝0.71g/cm3，q汽油＝4.6×107J/kg）
【答案】压缩；4.0825×108。
【解析】解：
（1）由图可知，两个气阀都关闭，活塞向上运动，所以是压缩冲程；
（2）汽油的体积为：
V＝50L＝5×104cm3，
汽油的质量为：
m＝ρV＝0.71g/cm3×5×104cm3＝3.55×104g＝35.5kg，
汽油完全燃烧放出的热量为：
Q放＝mq＝35.5kg×4.6×107J/kg＝1.633×109J，
由η
100%得，汽油完全燃烧可对外做功为：
W＝ηQ放＝25%×1.633×109J＝4.0825×108J。
故答案为：
压缩；4.0825×108。
【变式6】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 ；若汽油机效率是25%，在汽油机内完全燃烧2kg汽油放出的热量通过汽油机的转化，能对外做 J的有用功。
（q汽油＝5×107J/kg）
【答案】丙；2.5×107。
【解析】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）完全燃烧2kg汽油放出的热量：
Q＝mq汽油＝2kg×5×107J/kg＝1×108J；
对外做的有用功为：
W＝Qη＝1×108J×25%＝2.5×107J。
故答案为：
丙；2.5×107。
【例题7】如图甲是内燃机的 冲程。
活塞下降时，燃气内能 （填“减少”或“增加”）。
汽车发动机工作时的温度高，常使用水冷式冷却系统对汽车发动机降温。
水冷却液的特点是比热容 。
如图乙是某柴油机工作时的能量流向图。
该柴油机的热机效率是 ，柴油属于 （填“一次”或“二次”）能源。
【答案】做功；减少；大；35%；二次。
【解析】解：
（1）图中火花塞正在喷出电火花，所以是内燃机的做功冲程；
（2）在做功冲程中，高温气体迅速膨胀对活塞做功，气体的内能减小，转化为机械能；
（3）冷却液的特点是比热容大，升高相同的温度，吸收较多的热量；
（4）由图可知，燃料完全燃烧放出的热量中，由25%是机械自身消耗的能量，40%是废气带走的能量，则内燃机的效率为：
100%﹣25%﹣40%＝35%；
（5）柴油无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到，所以是二次能源。
故答案为：
做功；减少；大；35%；二次。
【变式7】如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为 。
两个铁块的质量之比为4：
1，升高的温度之比是1：
2，则两铁块的比热之比为 ，吸收的热量之比为 。
【答案】
100%；1：
1；2：
1。
【解析】解：
（1）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%。
（2）因比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，与其他因素无关，
所以，两个铁块的比热之比为1：
1；
（3）由
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