142熱機的效率（重難點突破）

20222023學年九年級物理重難點分類突破14.2熱機的效率（重難點突破）一．重點：燃料的熱值和計算（共7小題）1．如圖是“長征六號”運載發(fā)射場景，它首次采用我國最新研制的大推力液氧煤油發(fā)動機。下列說法正確的是（）A．煤油燃燒的越充分，其熱值就越大 B．燃氣對火箭做功，燃氣的內(nèi)能會減少 C．高溫高壓的燃氣推動火箭升空把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D．火箭在加速升空過程中動能轉(zhuǎn)化為重力勢能【解析】A、熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關(guān)，所以煤油燃燒過程中，其熱值大小不變，故A錯誤；B、燃氣對火箭做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，燃氣的內(nèi)能會減小，故B正確；C、燃氣對火箭做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，故C錯誤；D、火箭加速升空過程中質(zhì)量不變，速度和高度都增加，動能和重力勢能都增大，但動能沒有轉(zhuǎn)化為重力勢能，故D錯誤?！敬鸢浮緽。2．關(guān)于熱現(xiàn)象，下列說法正確的是（）A．熱值大的燃料完全燃燒，放出的熱量一定多 B．對物體做功，物體內(nèi)能一定增大 C．物體的內(nèi)能增加，可能是從外界吸收了熱量 D．熱量總是從內(nèi)能大的物體向內(nèi)能小的物體傳遞【解析】A、燃料燃燒放出熱量的多少，與燃料的熱值、質(zhì)量和燃燒程度有關(guān)，故A錯誤；B、對物體做功，如果是改變其位置、高度等，則內(nèi)能不一定增加，故B錯誤；C、物體的內(nèi)能增加，可能是從外界吸收了熱量，也可能外界對物體做了功，故C正確；D、熱量是從高溫物體向低溫物體傳遞的或者從物體的高溫部分傳向低溫部分，內(nèi)能大的物體溫度不一定高，故D錯誤。【答案】C。3．下列說法正確的是（）A．改變物體內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞，這兩種方法在改變內(nèi)能的效果上是不一樣的 B．燃料熱值的大小與燃料的質(zhì)量、有無完全燃燒沒有關(guān)系；比熱容越大的物體吸收的熱量越多 C．汽油機一個工作循環(huán)的四個沖程中，除了做功沖程的其余三個沖程都需要靠飛輪的慣性來完成 D．鐵棒很難被壓縮，說明分子之間只存在斥力【解析】A、改變物體內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞，這兩種方法是等效的；故A錯誤；B、熱值是燃料的一種特性，熱值大小與燃燒情況無關(guān)；物體放出熱量的多少與物質(zhì)的比熱容、升高的溫度、物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)，比熱容大，放出的熱量不一定多，故B錯誤；C、汽油機的四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程；做功沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，對外提供動力；其他三個沖程要靠飛輪的慣性來完成，故C正確；D、鐵棒分子間同時存在相互作用的引力與斥力，鐵棒分子在引力作用下緊密結(jié)合在一起，鐵棒很難被壓縮，說明分子之間表現(xiàn)為斥力，故D錯誤；【答案】C。4．在端午節(jié)幫媽媽煮粽子過程中，小明同學總結(jié)的一些說法，其中正確的是（）A．剛出鍋的粽子燙手，是由于粽子含有的熱量多 B．煮粽子的過程是利用熱傳遞的方法提高了粽子的內(nèi)能 C．天然氣燃燒越充分，放出的熱量越多，熱值越大 D．剝粽子時總有一些糯米粘到粽葉上，是因為分子間存在斥力【解析】A、熱量是過程量，可以說吸收、放出，但不能說含有，故A錯誤；B、煮粽子的過程是利用熱傳遞的方法提高了粽子的內(nèi)能，故B正確；C、熱值是燃料的特性，與其燃燒是否充分沒有關(guān)系，故C錯誤；D、剝粽子時總有一些糯米粘到粽葉上，是因為分子間存在引力，故D錯誤?！敬鸢浮緽。5．“西氣東輸”工程中，輸送的燃料為天然氣。這是利用了天然氣熱值較大的特性，當0.05m3天然氣完全燃燒可以放出的熱量為4.2×106J，則天然氣的熱值為8.4×107J/m3，質(zhì)量為5kg、溫度為15℃的水完全吸收了這些熱量后，它的末溫為100℃（在一個標準大氣壓下）?！窘馕觥浚?）天然氣與其它燃料相比較，天然氣的熱值大，燃燒時產(chǎn)生廢氣污染小，所以選擇使用天然氣；（2）天然氣的熱值：q天然氣＝＝＝8.4×107J/m3；（3）水完全吸收了這些熱量：Q吸＝Q放＝4.2×106J；由Q吸＝cmΔt可知，Δt＝＝＝200℃；由Δt＝t﹣t0可知，水的末溫：t＝Δt+t0＝200℃+15℃＝215℃；在一個標準大氣壓下，水的沸點是100℃，水沸騰時，吸收熱量，溫度保持不變，所以水的末溫為100℃?！敬鸢浮繜嶂?；8.4×107；100。6．有200g酒精，其中的一半完全燃燒，放出的熱量是3×106J，則酒精的熱值為3×107J/kg，余下一半酒精的熱值是3×107J/kg；若完全燃燒1.4kg酒精放出的熱量全部被水吸收，可使質(zhì)量為250kg、初溫為70℃的水溫度升高30℃。[c水＝4.2×103J/（kg?℃），氣壓為一標準大氣壓]【解析】有200g酒精，其中的100g＝0.1kg完全燃燒，放出的熱量是3×106J，則酒精的熱值為：q＝＝＝3×107J/kg；熱值的大小只與燃料的種類有關(guān)，與質(zhì)量無關(guān)，所以余下一半酒精的熱值仍為3×107J/kg；1.4kg酒精完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq＝1.4kg×3.0×107J/kg＝4.2×107J；水吸收的熱量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，根據(jù)Q吸＝cmΔt可得，水升高的溫度：Δt＝＝＝40℃；因為標準大氣壓下70℃的水升高30℃時已經(jīng)達到沸點，開始沸騰，且沸騰后溫度不再升高，所以水的溫度只能升高30℃?！敬鸢浮?×107；3×107；30。7．如圖所示，甲、乙、丙三圖中裝置完全相同，燃料的質(zhì)量都是10g，燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量和初溫都相同。（1）實驗裝置的組裝順序應該是由下到上（填“由上到下”或“由下到上”）。（2）比較不同燃料的熱值，應選擇甲、乙兩圖進行實驗，實驗中是通過比較溫度計示數(shù)的變化，來比較燃料熱值的大小。（3）在比較不同物質(zhì)的比熱容時，得到液體a、b的溫度隨時間變化的圖象如圖丁所示，則液體b的比熱容較大。（4）若在研究不同燃料熱值的實驗時，記錄的數(shù)據(jù)如表：燃料加熱前液體溫度/℃燃料燃盡時液體溫度/℃燃料的熱值/（J/kg）115352.4×10621525根據(jù)表中數(shù)據(jù)計算，燃料2的熱值為1.2×106J/kg。（5）通過實驗得到的燃料熱值與實際值相比偏?。ㄌ睢按蟆被颉靶　保?，你認為出現(xiàn)這種情況的主要原因是有熱散失，燃料燃燒放出的熱量沒有全部被水吸收?！窘馕觥浚?）酒精燈需用外焰加熱，所以要放好酒精燈，再固定鐵圈的高度；而溫度計的玻璃泡要全部浸沒到液體中，但不能碰到容器壁和容器底，所以放好燒杯后，再調(diào)節(jié)溫度計的高度，因此必須按照自下而上的順序進行；（2）為了比較熱值大小要用不同的燃料，加熱同一種液體，讓液體的質(zhì)量相同，通過溫度計的示數(shù)高低得出吸熱多少，進而判斷熱值大小；（3）由圖丁所示圖象可知，加熱相同時間，即吸收相等熱量時，b升高的溫度低，因此b的比熱容大；（4）因為Q放＝Q吸，所以燃料1：camΔt1＝m1q1，即cam（35℃﹣15℃）＝m1×2.4×106J/kg，燃料2：camΔt2＝m1q2，即cam（25℃﹣15℃）＝m1×q2，聯(lián)立以上兩式可得：q2＝1.2×106J/kg；（5）因為存在熱散失，燃料燃燒放出的熱量沒有全部被水吸收，所以測得的熱值會偏小?！敬鸢浮浚?）由下到上；（2）甲、乙；溫度計示數(shù)；（3）b；（4）1.2×106；（5）??；有熱散失，燃料燃燒放出的熱量沒有全部被水吸收。二．難點：熱機的效率（共9小題）8．下列說法中正確的（）A．熱機的功率大，熱機效率一定高 B．柴油機的吸氣沖程將燃料和空氣的混合氣體進入氣缸，柴油機的效率一定比汽油機效率高 C．熱機單位時間內(nèi)消耗的燃料少，熱機效率一定高 D．四沖程內(nèi)燃機一個工作循環(huán)中有三個沖程都要靠飛輪的慣性來完成【解析】A.功率是表示物體做功快慢的物理量，熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，兩者之間沒有直接關(guān)系。故A錯誤。B.柴油機的吸氣沖程是將空氣吸入氣缸，而燃料是從噴油嘴噴入氣缸，且效率是有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，汽油機的效率是26%﹣40%，柴油機的效率是34%﹣45%，柴油機的效率通常比汽油機高。故B錯誤。C.熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，與熱機單位時間內(nèi)消耗的燃料多少無關(guān)。故C錯誤。D.四沖程內(nèi)燃機的一個工作循環(huán)中吸氣沖程、壓縮沖程、排氣沖程都是靠飛輪的慣性來完成的。故D正確?！敬鸢浮緿。9．下列說法正確的是（）A．使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率 B．“鉆木取火”是通過熱傳遞的方式改變物體的內(nèi)能 C．日常生活中使燃料燃燒更充分，可以增大熱值 D．海邊晝夜溫差變化比沙漠中小，是因為水的比熱容比沙石的小得多【解析】A、使燃料燃燒更充分，可以提高燃料的利用率，可以提高熱機效率，故A正確；B、“鉆木取火”是將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，因此是通過做功的方式改變物體的內(nèi)能，故B錯誤；C、熱值是燃料的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料燃燒是否充分等因素無關(guān)，故C錯誤；D、由Q＝cmΔt可知，質(zhì)量相同的水和沙石吸收或放出相同的熱量，水的溫度變化得小，是因為水的比熱容比沙石的大得多，故D錯誤?！敬鸢浮緼。10．下列有關(guān)燃料的熱值和熱機效率的說法正確的是（）A．減少汽油機在工作過程中的各種熱損失，可以提高其熱機效率 B．燃料燃燒的越充分，放出的熱量越多，其熱值越大 C．煤的熱值比干木材的大，煤燃燒放出的熱量一定比干木材燃燒放出的熱量多 D．用熱值大的燃料，可以提高熱機效率【解析】A、熱機效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，因此減少汽油機工作過程中的各種熱損失，可以提高熱機效率，故A正確；B、熱值是燃料的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料燃燒的是否充分等因素無關(guān)，故B錯誤；C、由Q放＝qm可知，燃料燃燒放出的熱量與燃料的熱值和消耗的燃料質(zhì)量有關(guān)，因此煤的熱值比干木材的大，但煤燃燒放出的熱量不一定比干木材燃燒放出的熱量多，故C錯誤；D、熱機效率與熱值無關(guān)，故D錯誤?！敬鸢浮緼。11．“運﹣20”飛機是我國研造的新一代大型運輸機。若“運﹣20”飛機在空中飛行1h，發(fā)動機輸出的機械功為1.4×1011J，需燃燒航空煤油5000kg，已知q航空煤油＝4×107J/kg。則1h內(nèi)，航空煤油完全燃燒放出的熱量為2×1011J；發(fā)動機的熱機效率為70%?！窘馕觥浚?）航空煤油完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq航空煤油＝4×107J/kg×5000kg＝2×1011J；（2）發(fā)動機的熱機效率：η＝＝＝70%?！敬鸢浮?×1011J；70%。12．內(nèi)燃機的使用在促進社會進步的同時，也給人類帶來了污染，主要是指大氣污染和噪聲污染。某內(nèi)燃機工作時，能量損失所占百分比是：廢氣內(nèi)能35%，散熱損失30%，機械能損失10%，則該內(nèi)燃機的熱機效率是25%?！窘馕觥浚?）內(nèi)燃機在工作時，要產(chǎn)生聲音并排出廢氣。所以會產(chǎn)生大氣污染和噪聲污染；（2）熱機的效率是用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比。所以η＝1﹣35%﹣30%﹣10%＝25%?！敬鸢浮看髿?；噪聲；25%。13．有兩臺單缸四沖程柴油機，其中甲柴油機飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min，其效率為40%，則消耗2.5kg的柴油轉(zhuǎn)化成的機械能是4.3×107J；乙柴油機的效率是30%，柴油機甲的功率是乙的1.5倍，那么柴油機甲與乙每小時消耗的油量之比為9：8。（q柴油＝4.3×107J/kg）【解析】柴油機的效率是40%，則消耗2.5kg的汽油轉(zhuǎn)化成的機械能：W＝40%×Q＝40%×q柴油m＝40%×4.3×107J/kg×2.5kg＝4.3×107J；[2]由題意可知＝1.5，＝，甲在時間t內(nèi)消耗的總能量：Q甲＝＝，甲在時間t內(nèi)的耗油量：m甲＝＝，故乙在時間t內(nèi)的耗油量：m乙＝，那么柴油機甲與乙每小時消耗的油量之比：＝＝＝＝.【答案】4.3×107；9：8。14．某汽油機的各項能量損失所占的百分率分別是：廢氣內(nèi)能35%，散熱損失30%，機械損失10%，則該汽油機的熱機效率是25%。若它的飛輪轉(zhuǎn)數(shù)是1800/min，則該汽油機每秒鐘對外做功15次，若一次做功為120J，則該汽油機的功率為1800W?！窘馕觥繜釞C效率是指有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，由題可知該汽油機的熱機效率為：η＝100%﹣35%﹣30%﹣10%＝25%；若飛輪轉(zhuǎn)速是1800/min，則每秒轉(zhuǎn)速是，飛輪每轉(zhuǎn)2圈完成一個工作循環(huán)，對外做一次功，因此該汽油機每秒完成15個工作循環(huán)，對外做15次功；對外做一次功所需的時間為：t＝＝，則該汽油機的功率為：P＝＝＝1800W?！敬鸢浮?5%；15；1800。15．某柴油機的能量流向如圖所示，其中內(nèi)能輸入為1kg柴油完全燃燒放出的能量，那么，從能量流向圖可以得出，該柴油機的效率為50%，柴油的熱值為6.02×107J/kg?！窘馕觥吭摬裼蜋C的效率為：η＝＝＝＝50%；1kg柴油完全燃燒放出的熱量為：Q放＝W機+W內(nèi)＝3.01×107J+3.01×107J＝6.02×107J，則柴油的熱值為：q＝?！敬鸢浮?0%；6.02×107。16．如圖是汽油機的能量流向圖，根據(jù)圖中給出的信息，該內(nèi)燃機的效率為30%。若工作效率按此計算，當汽油完全燃燒放出的熱量2.3×107J時，汽車獲得的機械能是的6.9×106J?！窘獯稹浚?）由圖可知，輸出的有用功在總能量中所占的比例：100%﹣33%﹣30%﹣7%＝30%，所以熱機的效率為η＝30%；（2）汽車獲得的機械能：W有＝ηQ放＝30%×2.3×107J＝6.9×106J?！敬鸢浮?0%；6.9×106。三．重點：與熱量有關(guān)的計算題目（共6小題）17．某家庭用的燃氣熱水器，將20kg的水從10℃加熱到60℃，完全燃燒了0.21m3的煤氣。已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），煤氣的熱值為4×107J/m3．求：（1）煤氣完全燃燒放出的熱量；（2）20kg的水從10℃加熱到60℃吸收的熱量；（3）該熱水器燒水的效率?！窘馕觥浚?）煤氣完全燃燒放出的熱量：Q放＝Vq＝0.21m3×4×107J/m3＝8.4×106J；（2）水吸收的熱量：Q吸＝cm（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg?℃）×20kg×（60℃﹣10℃）＝4.2×106J；（3）該熱水器燒水的效率：η＝＝×100%＝50%。答：（1）煤氣完全燃燒放出的熱量是8.4×106J；（2）水吸收的熱量是4.2×106J；（3）該熱水器燒水的效率是50%。18．用某金屬壺在天然氣灶上燒水，金屬壺的質(zhì)量為300g，內(nèi)盛1kg水。當把壺中水從20℃燒開時，它們一共吸收3.47×105J的熱量（一標準大氣壓下），共消耗了17.35L的天然氣，天然氣灶的熱效率為50%。已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃）。求：（1）水吸收多少熱量；（2）金屬的比熱容；（3）天然氣的熱值?！窘馕觥浚?）1標準大氣壓下水的沸點為100℃，即水和金屬壺的末溫為100℃，水吸收的熱量：Q水吸＝c水m水△t＝4.2×103J/（kg?℃）×1kg×（100℃﹣20℃）＝3.36×105J；（2）水和金屬壺總共吸收了3.47×105J的熱量，則金屬壺吸收的熱量：Q壺吸＝Q總﹣Q水吸＝3.47×105J﹣3.36×105J＝1.1×104J；則該金屬的比熱容為：c壺＝＝＝0.458×103J/（kg?℃）；（3）Q總＝ηQ放＝ηVq天然氣可得天然氣的熱值：q天然氣＝＝＝4×107J/m3。答：（1）水吸收的熱量為3.36×105J；（2）金屬的比熱容為0.458×103J/（kg?℃）；（3）天然氣的熱值是4×107J/m3。19．某一品牌無人駕駛汽車在一段平直公路上勻速行駛6.9km，用時5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽車的牽引力是2000N，燃油的熱值為4.6×107J/kg，假設(shè)燃油完全燃燒。求：（1）汽車牽引力做的功是多少J？（2）消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是多少J？（3）汽車發(fā)動機的效率是多少？【解析】（1）汽車行駛的路程為：s＝6.9km＝6900m；牽引力所做的功為：W有用＝Fs＝2000N×6900m＝1.38×107J；（2）燃油完全燃燒放出的熱量為：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×1.5kg＝6.9×107J；（3）汽車發(fā)動機的效率為：η＝×100%＝×100%＝20%；答：（1）汽車牽引力做的功是1.68×107J；（2）消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是6.9×107J；（3）汽車發(fā)動機的效率是20%。20．某單缸四沖程汽油機的汽缸活塞面積為30cm2，氣缸容積為150mL；滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800r，當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），若1min消耗汽油10g，汽油的熱值為4.6×107J/kg，求：（1）一個做功沖程中燃氣對活塞做的功；（2）該汽油機的效率?！窘馕觥浚?）氣缸容積V＝150mL＝150cm3＝1.5×10﹣4m3，一個做功沖程中燃氣對活塞做的功：W0＝FL＝pSL＝pV＝9.0×105Pa×1.5×10﹣4m3＝135J；（2）因飛輪每轉(zhuǎn)兩圈對外做功一次，所以，由1800r/min可知，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800周，做功900次，則1min燃氣對活塞做的功：W＝W0×900＝135J×900＝1.215×105J，1min消耗汽油完全燃燒釋放的熱量：Q放＝mq＝10×10﹣3kg×4.6×107J/kg＝4.6×105J，該汽油機的效率：η＝×100%＝×100%≈26.4%。答：（1）一個做功沖程中燃氣對活塞做的功為135J；（2）該汽油機的效率為26.4%。21．如圖所示，某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50cm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強是9.0×105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800周，當汽油機滿負荷工作（不計摩擦），汽油的熱值為4.6×107J/kg，求：（1）汽油機