课时14.2(考点精讲)热机的效率-2020-2021学年九年级物理全册同步讲练考点一遍(人教版)

专题5 热机的效率1.燃料的热值：(1)定义：某种燃料 ① 放出的热量与其 ② 之比，用符号q 表示。

(2)计算公式： ③ 。

(3)大小：在数值上等于1 kg 某种燃料 ④ 放出的热量。

(4)单位： ⑤ ，读作 ⑥ 。

(5)氢的热值： ⑦ ，意义：1 kg 氢 ⑧ 放出的热量是____⑨ J 。

(6)气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下1 m 3燃料完全燃烧放出的热量。

单位： ⑩ ，读作⑪ 。

注 意：热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小，是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关． 2．热机的效率定 义：用来做 ⑫ 的那部分能量，与燃料 ⑬ 放出的能量之比，叫做热机的效率． 计算公式：η＝W 有用Q 放×100%(2)提高效率的方法：减少 ⑭ 。

(3)提高燃料利用率的重要措施：利用 ⑮ 的能量。

注 意：(1)热机效率反映的是热机对能量的利用率，它没有单位且总小于1；(2)热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关． 答案：①完全燃烧 ②质量 ③Q q m放 ④完全燃烧 ⑤J/kg ⑥焦耳每千克 ⑦1.4×108J/kg ⑧完全燃烧⑨1.4×108J ⑩J/m 3 ⑪焦耳每立方米 ⑫有用功 ⑬完全燃烧 ⑭热量损失 ⑮废弃考点1 热值1.定义：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.单位：焦每千克，符号：kg J /3.能量的转化：化学能→内能4.热值的物理意义：表示燃料完全燃烧放热能力强弱的物理量。

大小等于1kg的燃料完全燃烧放出的热量。

（和其他物理量例如速度、比热容等的物理意义表示方式相同）5.37/109.3mJq⨯=煤气的物理意义是：1m3的煤气完全燃烧释放出3.9×107J的热量。

kgJq/109.27⨯=煤的物理意义是：1kg的煤气完全燃烧释放出2.9×107J的热量。

说明：燃料分为固体、液体、气体燃料。

6.计算公式：qm Q=放（固体、液体）变式：qQm=单位：Q m qJ kg kgJ/qV Q=放（气体）变式：qQV=单位：Q V qJ3m3/mJ7.热值、比热容、密度对比考点2 热机的效率1.热机的效率：热机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，叫做热机的效率。

2.公式：%100⨯=qm Q 有η（适用于液体、固体）、%100⨯=qVQ有η（适用于气体） 3.“三率”的区分及计算4.有关效率的几点解释：①热机的效率总小于1，即燃料燃烧释放的热量不可能100%用来做有用功。

由于热机在工作过程中，总有能量损失，即有Q 总小于总Q ，所以热机的效率总小于1。

通常情况下，蒸汽机的效率为6%——15%，汽油机的效率为20%——30%，柴油机的效率为30%——45%，柴油机的效率大于汽油机主要是因为柴油机在压缩冲程中压缩比比汽油机的大。

②效率高低的含义表示的是有用功占总功的比值大，或者是燃料的利用率高，不能代表功率大，或总功多，或有用功多等③效率小于1的原因是：在燃料过程中①燃料未完全燃烧；②废气带走了很大一部分热量；③克服摩擦做功；④一部分热量消耗在散热上。

④提高效率的举措：①让燃料充分燃烧；②把固体磨成粉；③加大送风量；④加大受热面积，减少烟气带走的热量；⑤将废气热量再次利用；⑥加润滑油。

对于燃料来说，热值是燃料优劣程度的体现，热值高的燃料，为优质燃料，热值低的燃料，为劣质燃料。

5.内燃机燃料燃烧能量走向图【题组1】燃料的热值1.据中央电视台新闻联播报道，2016年7月，我国将发射全球首颗量子通信卫星．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【答案】A【解析】发射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A正确．2.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象，由图象可知，A、B两种燃料的热值大小关系是()A．q A＜q BB．q A＝q BC．q A＞q BD.无法比较【答案】C【解析】根据图象可知，燃烧相同质量A、B两种燃料，A放出的热量大于B放出的热量，q A＞q B.3.氢的热值是1.4×108J/m3,5 m3的氢完全燃烧一半，剩下一半的热值是________ J/m3.火箭常采用氢作燃料是因为氢的________，在完全燃烧一样多的燃料时，可以获得更多的能量．【答案】1.4×108热值大【解析】氢的热值是1.4×108J/m3,5 m3的氢完全燃烧一半，剩下一半的热值不变，仍为1.4×108J/m3；运载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．4.一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到．则干木柴的热值为________ J/Kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将________．(选填“变大”“变小”或“不变”)【答案】1.2×107不变【解析】：(1)由Q放＝mq可得，q＝＝＝1.2×107J/kg.(2)热值是燃料的特性，其大小与燃料的质量无关，用掉一半后，干木柴的热值仍为1.2×107J/kg.5.我国南海海底探明有大量的“可燃冰”，在同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的________很大；以10倍的关系粗略计算，1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量是________ J．(q煤气＝4.2×107J/kg)．【答案】热值 4.2×108【解析】(1)在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大；(2)1 kg煤气气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝1 kg×4.2×107J/kg＝4.2×107J,1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′＝Q放×10＝4.2×107J×10＝4.2×108J.6.为比较酒精和汽油热值的大小，小小制定了以下实验方案：(1)取质量相同的酒精和汽油作燃料，制成酒精灯和汽油灯．(2)两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相同的水加热(烧杯质量也相同)如图所示(3)通过观察水温的变化，由此判断两种燃料热值的大小．请根据小小的设计方案回答：①当两灯的燃料完全燃烧完后，甲装置中温度计读数是80 ℃，而乙装置的读数是90 ℃.由此判断________的热值比较大．②实验中燃料燃烧放出的热量，通过________方式使水的内能增大．③根据Q＝cm水(t－t0)计算出水吸收的热量，然后利用这个热量计算出汽油的热值，发现结果与资料中给吸出的汽油热值相比________(选填：“偏大”或“偏小”)．结合装置图，分析原因：________.(只写出一个即可)【答案】①汽油②热传递③偏小烧杯没有加盖，在进行热传递时，有部分内能直接散失了【解析】①当两灯的燃料完全燃烧完后，甲装置中温度计读数是80 ℃，而乙装置的读数是90 ℃.根据公式Q吸＝cmΔt得，汽油相同情况下汽油放出的热量较多．根据公式Q放＝mq得，q＝，所以汽油的热值大于酒精的热值．②热传递，是热从温度高的物体传到温度低的物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程．所以燃料燃烧放出的热量是通过热传递的方式使水的内能增大的．③由于热量的直接散失、烧杯未加盖等，所以汽油燃烧放出的热量大部分未被水吸收，所以根据Q吸＝cm 水(t－t0)计算出水吸收的热量偏小，从而根据公式q＝＝计算出的汽油的热值偏小．7.小洪同学家原来用液化石油气烧水，每天约用60 ℃的热水100 kg.她参加“探究性学习”活动后，在老师指导和同学帮助下，制作了一台简易的太阳能热水器．(1)若这台热水器夏天平均每天可将100 kg的水从20 ℃加热到60 ℃，这些水吸收的热量为多少？(2)若液化石油气燃烧放出的热量有70%被水吸收，她家改用太阳能热水器后，平均每天可节约液化石油气多少千克？(液化石油气的热值为8.0×107J/kg)(3)请你说出使用太阳能热水器的优点．(至少说出一点)【答案】(1)水吸收的热量：Q吸＝cmΔt＝4.2×103J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃－20 ℃)＝1.68×107J；(2)∵Q吸＝Q放×70%,∴Q＝＝＝2.4×107J,放又∵Q放＝m气q气，∴m＝＝＝0.3 kg.气(3)太阳能热水器是将太阳能转化为内能，被水吸收，温度升高，供人使用，对环境无污染．答：(1)水吸收的热量为1.68×107J；(2)平均每天可节约液化石油气0.3千克；(3)对环境无污染．8.用某锅炉把50 kg的水从20 ℃加热到100 ℃.水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)．试求：(1)水吸收的热量是多少？(2)这些热量相当于完全燃烧多少千克酒精放出的热量？(酒精的热值是3.0×107J/kg)【答案】(1)水吸收的热量为：Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×50 kg×(100 ℃－20 ℃)＝1.68×107J.(2)∵Q放＝mq，q＝3.0×107J/kg，∴需要燃烧酒精的质量：m＝＝＝0.56 kg.答：(1)水吸收的热量是1.68×107J；(2)这些热量相当于完全燃烧0.56千克酒精放出的热量．9.阿根廷科学家设计了一款“牛屁屁收集器”，在牛背上装有个塑料袋，通过导管收集牛体内排放出的气体，从一头成年牛平均每天排放出的气体中可提取0.21 kg甲烷．若这些甲烷完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可使多少质量的水从20 ℃升高到70 ℃？[q甲烷＝5.6×107J/kg，c水＝4.2×103J/(kg·℃)]【答案】甲烷完全燃烧放出的热量：Q放＝m1q＝0.21 kg×5.6×107J/kg＝1.176×107J,由题意可知，Q吸＝Q放＝1.176×107J,根据Q吸＝cm(t﹣t0)可得，m＝＝＝56 kg.答：若这些甲烷完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可使56kg的水从20 ℃升高到70 ℃.【题组2】热机的效率10.甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是()A.甲比乙做的有用功少B.做相同有用功，甲消耗的燃料多C.甲比乙消耗的燃料多D.甲热机的功率比乙热机的小【答案】B【解析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．甲的效率低，则甲用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比小，即甲对燃料释放的热能的利用率比乙低．11.甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明()A.甲做功比乙多B.甲做功比乙快C.甲消耗的汽油比乙少D.以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少【答案】D【解析】热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．效率高说明比值大．汽油机的效率是汽油机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，所以消耗相同的油，甲做的功多；做同样多的功，甲消耗的油少．A、B、C没有注意控制变量．D 正确．12.为了提高热机的效率，你认为下列方法无效的是()A.设法有效利用尾气中带走的那部分热量B.经常对热机进行保养和润滑以减小各种摩擦C.使燃料尽量充分燃烧提高燃料的利用率D.更换热值更高的燃料【答案】D【解析】热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．提高热机的效率要从减少热量的损失及让燃料充分燃烧等方法．使燃料充分燃烧、减少带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，所以A、B、C都可行．而采用使用热值大的燃料，并不能提高热机的效率，所以D不可行．13.用管道天然气烧水时，将2 kg水从20 ℃加热至100 ℃，用去燃气0.0336 m3，已知家用燃气灶的效率为50%[c水＝1.2×103J/(kg·℃)]，则天然气的热值为________ J/m3.【答案】4×107J/m3【解析】水吸收的热量：Q吸＝cm(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105J；根据η＝可得：ηQ放＝Q吸即ηqv＝Q吸50%×q×0.0336 m3＝6.72×105Jq＝4×107J/m3.14.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时绘了如下图所示的加热过程中水温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧了0.2 kg的煤，煤的热值为3×107J/kg.6min内煤完全燃烧产生的热量________ J；在烧水过程中，热效率最高(选填“0～2 min”、“2～4 min”或“4～6 min”)．(水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)【答案】6×1060～2 min【解析】已知煤的质量和热值，利用Q＝mq可求得煤完全燃烧产生的热量；由于每段时间内煤燃烧放出的热量相同，由图知，0－2 min时间加热，水升高的温度最高可知其热效率最高．(1)煤完全燃烧产生的热量Q放＝mq＝0.2 kg×3×107J/kg＝6×106J；(2)图中所示在0～2 min时间内，水的温度升高最快，所以该时间段热效率最高．15.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线．若在6 min内完全燃烧了0.2 kg的煤，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107J/kg.求：(1)煤完全燃烧产生的热量；(2)经过6 min时间加热，水所吸收的热量；(3)煤炉烧水时的热效率．【答案】(1)煤完全燃烧产生的热量：Q放＝mq＝0.2 kg×3×107J/kg＝6×106J，(2)由图可知，经过6 min时间加热后水温由20 ℃达到80 ℃，则水吸收的热量：Q吸＝cm(t﹣t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃﹣20 ℃)＝2.52×106J；(3)煤炉烧水时的热效率：η＝×100%＝×100%＝42%；答：(1)煤完全燃烧产生的热量为6×106J；(2)经过6min时间加热，水所吸收的热量为2.52×106J；(3)煤炉烧水时的热效率为42%.16.一台汽油机，活塞面积是50 cm2，活塞行程是25 cm，做功冲程燃气产生的平均压强为9.84×105Pa，若飞轮的转速是600 r/min，效率为30%，求汽油机在一小时内要消耗多少汽油？(汽油的燃烧值为4.6×107J/kg) 【答案】发动机做功一次所做的功：W＝Fs＝pSL＝9.84×105Pa×5×10－3m2×0.25 m＝1230 J,汽油机在一小时内做的总功：W总＝60×300×1230 J＝2.214×107J,发动机做功的平均功率：p＝＝＝6150 W；∵η＝∴汽油完全燃烧放出的总能量：Q＝＝＝7.38×107J,∵Q＝mq∴完全燃烧汽油的质量：m＝＝≈1.60 kg.答：汽油机在一小时内要消耗1.60 kg的汽油．17.某型号汽车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶了6 km，消耗汽油2 kg，汽油的热值q汽油＝4.5×107J/kg.假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在此过程中，受到的阻力是多大？【答案】(1)Q放＝mq汽油＝2 kg×4.5×107J/kg＝9×107J,由效率公式η＝可得，牵引力做的功：W＝ηQ放＝40%×9×107J＝3.6×107J.(2)由功的公式W＝Fs可得，汽车的牵引力：F＝＝＝6×103N,∵汽车做匀速直线运动，∴阻力f＝F＝6.0×103N.答：汽车在此过程中，受到的阻力是6.0×103N.18.已知某品牌校车在正常行驶时，汽油完全燃烧释放的能量转化为校车做功的效率是30%(汽油热值q＝4.6×107J/kg，汽油密度0.7×103kg/m3)．试求：(1)10L汽油完全燃烧释放的热量为多少焦耳？(2)当汽车以最高时速(1080 km/h)在水平地面上匀速行驶时，所受阻力为3000 N，则连续行驶5 min，汽车所做的有用功是多大？这个过程消耗的汽油是多少千克？(保留两位小数)【答案】(1)由ρ＝可得，汽油的质量m＝ρV＝0.7×103kg/m3×10×10－3m3＝7 kg,完全燃烧释放的热量Q＝mq＝7 kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J；(2)已知v＝1080 km/h＝30 m/s，t＝5 min＝300 s,由v＝可得，s＝vt＝30 m/s×300 s＝9000 m匀速行驶时，F＝f＝3000 N,则汽车所做的有用功W有用＝Fs＝3000 N×9000 m＝2.7×107J,已知η＝×100%＝30%，则Q＝＝＝9×107J,由Q＝mq可得，m＝＝≈1.96 kg.答：(1)10 L汽油完全燃烧释放的热量为3.22×108J；(2)汽车所做的有用功是2.7×107J，这个过程消耗的汽油是1.96千克．。