第3節熱機的效率【題型導航】TOC\o"13"\h\z\u【重難題型講解】 1題型1燃料的熱值 1題型2熱機的效率 5【能力培優練】 10【鏈接中考】 21【重難題型講解】題型1燃料的熱值1、燃料（1）燃料的種類：燃料是指可燃燒的物質，根據不同標準，燃料可分為不同的種類，最常見的是按其物理狀態分類。（2）燃料燃燒時能量轉化：燃料在燃燒時將化學能轉化為內能。2、燃料的熱值：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值，符號時q。（1）對于氣體燃料而言，熱值的定義是1m3的某種燃料完全燃燒時放出的熱量。（2）熱值是燃料的一種屬性。（3）熱值單位：焦/千克（J/kg），讀作焦每千克。（4）公式：Q=mq：其中M——燃料的質量——單位千克（kg）；q——燃料的熱值——單位焦/千克（J/kg）。Q——燃燒放出的熱量——單位焦耳（J）。（5）熱值的物理意義：熱值表示一定質量的燃料在完全燃燒時所放出的熱量的多少；如木炭的熱值為3.40×107J/kg，表示完全燃燒1kg的木炭，放出的熱量是3.40×107J。★特別提醒（1）“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡。1kg的某種燃料，只有在完全燃燒時放出熱量的大小，在數值上才等于這種燃料的熱值。如果沒有完全燃燒，放出的熱量比按熱值計算出的熱量要小。（2）熱值是燃料本身的一種性質,它只與燃料的種類有關，與燃料的形態、質量、體積、是否完全燃燒、放出熱量的多少均沒有關系，同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值不同。【歸納總結】1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值，它的大小只與燃料的種類有關。4、比較不同燃料的熱值大小（1）準備實驗器材：?需要準備鐵架臺、?石棉網、?燒杯、?溫度計各兩只，?以及適量的水和兩種不同的燃料（?如酒精和汽油）?。?（2）設置實驗裝置：?按照實驗裝置圖依次將燃料盒、?石棉網、?燒杯、?溫度計自下而上固定好。?（3）控制變量：?確保兩種燃料的質量相同，?燃燒的時間相同，?加熱相同質量的同種液體。?（4）進行實驗：?在兩個燒杯中倒入質量相同、?初溫相同的水；?在燃料盒中倒入質量相等的適量酒精和汽油；?分別點燃酒精和汽油，?加熱燒杯內的水，?直到燃料燃盡。?記錄數據：?燃料燃盡后，?記錄兩燒杯內水升高的溫度△t。?（5）分析結果：?比較兩裝置中燒杯內水升高的溫度△t，?升高的溫度越高，?表明水吸收的熱量越多，?進而表明燃料的放熱能力越強。?【典例11】汽車油箱中的柴油用去了一半，則剩下的柴油（

）A．比熱容和熱值均變為原來的一半 B．熱值為原來的一半，比熱容不變C．比熱容為原來的一半，熱值不變 D．比熱容和熱值均不變【答案】D【詳解】柴油用去了一半，質量和體積均減小一半，而比熱容、熱值都是物質的一種特性，不隨質量和體積的變化而變化，故剩下的柴油熱值與比熱容都不變。故選D。【典例13】如圖所示的“自嗨鍋”是當下一種時尚快餐，很受年輕人喜愛。現用它里面的發熱包將500g水從20℃加熱至100℃，已知c水=4.2×103J/（kg·℃），q酒精=3×107J/kg；(1)求水吸收的熱量是多少J？(2)不考慮熱損失，這些熱量由燃燒酒精提供，則至少需要多少kg的酒精？【答案】(1)1.68×105(2)5.6×103跟蹤訓練1下列關于燃料的熱值，說法正確的是（）A．燃料燃燒越充分，其熱值越大B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小D．焦炭的熱值是3.0×107J/kg，完全燃燒2kg焦炭能放出6.0×107J的熱量【答案】D【詳解】A．燃料的熱值與燃料的種類有關，與燃料的燃燒程度無關，故A錯誤；B．根據Q=mq可知，燃料完全燃燒放出的熱量與熱值、質量有關，燃料的熱值越小，質量未知，則完全燃燒放出的熱量無法比較，故B錯誤；C．一瓶酒精用去三分之一后，剩余酒精的質量減小，熱值不變，故C錯誤；D．焦炭的熱值是3.0×107J/kg，根據Q=mq可知，完全燃燒2kg焦炭放出的熱量為故D正確。故選D。【詳解】[1]用液氫作燃料，是因為液氫的熱值大，在質量一定時，燃料的熱值越大，燃料完全燃燒放出的熱量就越多。[2]3kg液氫完全燃燒放出的熱量為[3]根據題意可知，水吸收的熱量則水的質量為(1)水吸收的熱量；(2)干木柴完全燃燒放出的熱量；(3)所需干木柴的質量。【答案】(1)6.72×105J(2)8.4×106J(3)0.7kg【詳解】（1）水吸收的熱量（2）已知柴火灶的加熱效率為8%，則干木柴完全燃燒放出的熱量為題型2熱機的效率1、燃料的有效利用：用煤氣灶、鍋爐、煤爐等燒水時，燃料不能完全燃燒利用，具體原因是多樣的。例如，燃料不能完全燃燒而損失了一部分能量，裝水的容器吸收了一部分能量、灶體本身也會吸收一部分能量，高溫的煙氣帶走了一部分能量，還有一部分能量直接散失掉了，水吸收的熱量只占燃料燃燒放出熱量的一部分，只有水吸收的熱量才是有效利用的部分。2、鍋爐的效率（1）鍋爐是利用燃料或其他熱源把水加熱成熱水或蒸汽的設備。鍋爐包括鍋和爐兩部分，鍋是指盛水的容器，爐是燃料燃燒的裝置。（2）提高鍋爐燃料利用率的途徑：一、讓燃料盡可能充分燃燒，如將煤研磨成粉狀，加大進風量等；二、減少熱量損失，如加大有效受熱面積等。3、熱機效率（1）定義：用來做有用功的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量的比值。（3）物理意義：熱機的效率表示使用熱機時對燃料的利用率的高低，因此熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。（4）常見熱機效率：蒸汽機6%15%，汽油機20%30%，柴油機30%45%。★特別提醒對于熱機效率可與機械效率進行對比理解，熱機效率是衡量熱機性能好壞的一個重要參數，要提高熱機的效率就是要提高熱機用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，由于熱機在工作過程中總有能量損失，所以熱機的效率總小于1。4、提高熱機效率的主要途徑（1）改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒（將煤磨成煤粉，用空氣吹進爐膛，使之更充分燃燒）。（2）減少各種熱量損失（I.加大受熱面積，以減少煙塵廢氣帶走的熱量；II.使用較好的保溫材料，減少熱損失）。（3）在熱機設計和制造上，采用先進的技術。（4）保障良好的潤滑，減少機械摩擦。【歸納總結】提高熱機效率的方法：盡量讓燃料充分燃燒；設法利用廢氣的能量；減少能量損失；保證良好的潤滑。【典例21】關于熱機和鍋爐的效率，下列說法中正確的是（）A．熱機做的有用功越多，效率一定越高B．熱機和鍋爐使用的燃料的熱值越大，它們的效率越高C．向鍋爐內多加些煤，加大火力可以提高鍋爐的效率D．熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高【答案】D【詳解】A．熱機的效率不僅取決于有用功的多少，還與燃料完全燃燒放出的能量有關。僅有用功多，若燃料燃燒放出的能量更多，效率不一定高，故A錯誤。B．熱機和鍋爐的效率與燃料的熱值大小無關，熱值是燃料本身的屬性，效率取決于有用功和燃料燃燒放出的熱量的比值，故B錯誤。C．向鍋爐內多加煤，加大火力，不能保證燃料完全燃燒，也不能保證有效利用的熱量增加，效率不一定提高，故C錯誤。D．熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，即燃料完全燃燒放出的能量越少，根據效率公式，效率一定越高，故D正確。故選D。【詳解】[1]如圖為某汽油機工作時的能量流向圖，可得汽油機的效率為[2]0.5kg汽油完全燃燒放出的熱量是該汽油機消耗0.5kg汽油可輸出有用功[3]熱值是燃料的屬性，與燃料的種類有關，與燃料的質量關、燃料是否完全燃燒無關，所以當汽油燃燒不充分時，汽油的熱值仍然不變。[4]由能量流向圖可知，機械各部分之間的摩擦損失部分能量，可以針對此提出提高熱機效率的措施：加潤滑油，減小摩擦。(1)15L汽油完全燃燒放出的熱量；(2)百公里測試時間內發動機所做的功；(3)該品牌汽車發動機的熱機效率。跟蹤訓練1汽車發動機一般是汽油機，汽油的熱值為4.5×107J/kg。某內燃機的能量流向如圖所示，下列說法正確的是（）A．該汽油機的效率為35%B．1kg的汽油燃燒能夠釋放4.5×107J/kg的能量C．換用熱值較大的燃料，熱機效率會提高D．如果改進技術，汽油機的效率就可以達到100%【答案】A【詳解】A．根據內燃機的能量流向圖可知，該汽油機的效率為η=100%25%40%=35%故A正確；B．由題意可知，汽油的熱值為4.5×107J/kg，則1kg的汽油完全燃燒能夠釋放的能量為Q放=mq=1kg×4.5×107J/kg=4.5×107J故B錯誤；C．熱值大只是代表在充分燃燒的情況下其放出的熱量多，與提高熱機效率無關，故C錯誤；D．汽油機工作時要克服機械間的摩擦做額外功，同時存在熱散失，并且廢氣帶走大部分能量，所以熱機的效率不能達到100%，故D錯誤。故選A。跟蹤訓練2媽媽開車帶小明去南湖公園游玩，到達南湖公園后，油箱里的汽油沒有發生變化的是（選填序號“①質量；②密度；③熱值”）。若完全燃燒10kg汽油對外做功1.61×108J，則效率為。（q汽油=4.6×107J/kg）【答案】②③35%【詳解】[1]汽油機工作一段時間后，油箱里的汽油的多少發生了變化，所以汽油的質量變小了，但是汽油這種物質的種類沒有發生變化，所以汽油的密度和熱值都沒有發生變化，故選②③。[2]完全燃燒10kg汽油放出熱量為汽油機效率為(1)木炭完全燃燒產生的熱量；(3)煤爐燒水時的熱效率。水的質量為（3）煤爐燒水時的熱效率【能力培優練】1．如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同。燃料的質量相同，燒杯內的液體質量也相同。下列說法正確的是（）A．比較不同燃料燃燒放出熱量，可以選擇甲、乙兩圖B．比較不同燃料燃燒放出熱量，可以選擇甲、丙兩圖C．比較不同液體吸熱升溫現象，可以選擇甲、乙兩圖D．比較不同液體吸熱升溫現象，可以選擇乙、丙兩圖【答案】A【詳解】AB．比較不同燃料熱值大小要控制加熱的液體種類、液體質量，改變燃料的種類，根據溫度計的示數高低得出吸熱多少，從而判斷熱值大小，因此選擇甲、乙兩圖進行實驗，故A正確，B錯誤；CD．比較兩種液體的比熱容，必須控制燃料的種類相同，改變液體的種類，控制液體的質量相同，根據溫度計的示數高低得出吸熱多少，從而判斷兩種比熱容的大小關系，應選擇甲、丙兩圖進行實驗；故CD錯誤。故選A。2．某內燃機的能量流向圖如圖所示。該內燃機的效率為（）A．34% B．28% C．31% D．7%【答案】A故A符合題意，BCD不符合題意。故選A。3．《齊民要術》中對醋的制作工藝有記載：“作大豆千歲苦酒（醋）法：用大豆一斗，熟汰之，漬令澤炊。暴極燥，以酒醅灌之。任性多少，以此為率。”蒸煮是釀醋過程中的一個重要工序。如圖所示是將大豆進行蒸煮的過程，則（）A．煮大豆是通過做功的方式增加內能B．用火種引燃木柴是通過做功的方式改變內能C．灶里木柴燃燒的過程，將化學能轉化成了內能D．將木柴架空一些，火能燃燒更旺，可以提高木柴的熱值【答案】C【詳解】A．煮大豆時大豆從外界吸熱，是通過熱傳遞的方式增加內能，故A不符合題意；B．用火種引燃木柴，木柴從火種吸熱達到燃點，是通過熱傳遞的方式改變內能，故B不符合題意；C．灶里木柴燃燒的過程，發生化學反應，將化學能轉化成了內能，故C符合題意；D．熱值是燃料的一種特性，只與燃料種類有關，將木柴架空一些，火能燃燒更旺，不能提高木柴的熱值，故D不符合題意。故選C。4．小明家新買了一輛汽車，下列說法錯誤的是（

）A．汽車長時間行駛輪胎會發熱，這是通過做功改變內能B．汽車啟動時，小明聞到了汽油味說明了分子在不停地做無規則運動C．汽車內燃機工作時，在做功沖程獲得動力D．小明認為，隨著科技的發展，內燃機的效率可以達到100%【答案】D【詳解】A．汽車長時間行駛輪胎會克服摩擦做功，將機械能轉化為內能，通過做功的方式改變物體的內能，故A正確，不符合題意；B．汽車啟動時，小明聞到了汽油味是擴散現象，說明構成物質的分子不停地做無規則運動，故B正確，不符合題意；C．汽車內燃機工作時，做功沖程將內能轉化為機械能對外做功，是提供動力的沖程，故C正確，不符合題意；D．即使科技在不停的發展，但內燃機做工作過程中存在能量的損失而且不可避免，因此內燃機的效率不可能達到100%，故D錯誤，符合題意。故選D。5．2024年4月25日，搭載著神舟十八號載人飛船的長征二號F遙十八運載火箭（如圖）在酒泉衛星發射中心成功發射。下列說法正確的是（）A．火箭的燃料燃燒得越充分，熱值越大B．火箭用液態氫做燃料，是因為液態氫熱值大D．火箭發動機工作過程中的熱機效率是100%【答案】B【詳解】A．熱值是燃料的特性，與燃燒情況無關，所以火箭的燃料燃燒得越充分，熱值不變，故A錯誤；B．火箭使用液態氫作燃料，是因為液態氫熱值較大，與質量相同的其它燃料相比，液態氫完全燃燒時放出的熱量較多，故B正確；C．一切物體在任何情況下都具有內能，所以火箭“體內”的液氫燃料溫度低至253℃，內能不為零，故C錯誤；D．火箭發動機在工作過程中，其熱機效率并不能達到100%，這是因為火箭發動機在工作時，由于排出尾氣等原因不可避免地會產生一些能量損失，故D錯誤。故選B。6．2024年4月20日，我國研制的全球首款本體熱效率達53.09%的柴油機正式亮相世界內燃機大會，刷新了柴油機熱效率的世界紀錄。與普通柴油機平均45%~46%的熱效率水平相比，下列關于該款柴油機說法正確的是（）A．消耗1kg柴油，該柴油機內能轉化為的機械能更多B．消耗1kg柴油，該柴油機釋放的熱量更多C．該柴油機工作時消耗的燃料一定更少D．消耗1kg柴油，該柴油機由于摩擦損失的能量一定更少【答案】A【詳解】A．消耗1kg柴油，該柴油機的效率比較高，該柴油機內能轉化為的機械能更多，故A正確；B．消耗1kg柴油，該柴油機釋放的熱量差不多相同，內能轉化為機械能占比不同，故B錯誤；C．由于有用功未知，故該柴油機工作時消耗的燃料不一定相同，故C錯誤；D．消耗1kg柴油，內能轉化為機械能占比不同，該柴油機由于摩擦損失的能量不一定少，故D錯誤。故選A。C．隨著科技進步，可以實現能量零損失 D．在損失能量中，最多【答案】C【詳解】A．汽油機的效率為故A正確，不符合題意；B．圖中E7是有用的機械能故B正確，不符合題意；C．由于汽油機運轉時各部分之間存在摩擦，汽油燃燒產生的熱量散失一部分，不可能實現能量零損失，有用功小于總功，故C錯誤，符合題意；D．在損失能量中，廢棄帶走的能量最大，即E6最多，故D正確，不符合題意。故選C。8．有兩臺柴油機，已知甲的功率是乙的2倍，甲的效率是30%，乙的效率是20%，那么甲與乙每小時消耗的油量之比為（）A．3∶2 B．4∶3 C．12∶1 D．3∶1【答案】B故選B。9．下列關于熱學和熱機的相關知識說法正確的是（）A．一般情況下汽油機的效率比柴油機的高B．燃料完全燃燒時熱值較大，不完全燃燒時熱值較小C．冰熔化成水，它的質量不變，比熱容變大D．沿海地區的晝夜溫差比內陸地區要小，是因為水的比熱容比較小【答案】C【詳解】A．通常情況下，柴油機的效率高于汽油機，故A錯誤；B．熱值是燃料的一種特性，其大小只與燃料的種類有關，與燃料是否充分燃燒無關，故B錯誤；C．冰熔化成水，它的質量不變，水和冰的比熱容由于狀態不同，它們的比熱容也不同，水的比熱容大于冰的比熱容，故C正確；D．沿海地區和內陸地區相比，沿海地區水多，水的比熱容較大；相同質量的水和砂石相比，在吸收相同熱量時，水的溫度變化小，所以沿海地區的晝夜溫差比內陸地區要小，故D錯誤。故選C。【詳解】[1]此過程中消耗天然氣的體積為天然氣完全燃燒放出的熱量為[2]水吸收的熱量為熱水器的效率為【答案】6.72×1050.04【詳解】[1]在1個標準大氣壓下，水的沸點為100℃，質量2kg的水，從20℃加熱到沸騰，水吸收的熱量是【答案】1.5熱值2.25【詳解】[1]心臟的功率約為【詳解】[1]水吸收的熱量Q吸=cm(tt0)=4.2×103J/(kg·℃)×20kg×(70℃20℃)=4.2×106J[2]這些煤氣完全燃燒放出的熱量Q放=qV=4×107J/m3×0.21m3=8.4×106J[3]該燃氣熱水器燒水的效率14．2024年9月25日，我國成功發射了一枚洲際彈道導彈。導彈從地面向上發射過程中，其外殼與大氣摩擦后溫度升高，內能，導彈主要使用液態氫作為燃料，主要是因為該燃料具有較大的。【答案】增大（變大）熱值【詳解】[1]導彈從地面向上發射過程中，其外殼克服摩擦做功產生大量的熱量，使外殼溫度升高，內能增大。[2]導彈主要使用液態氫作為燃料，主要是因為該燃料具有較大的熱值，和其它燃料相比較，完全燃燒同質量的液態氫放出的熱量更多，為導彈飛行提供更多的能量。15．如圖所示，為比較1、2兩種液體的比熱容及A、B兩種燃料的熱值，甲、乙、丙三圖中的裝置相同，燃料的質量均為10g，燒杯內的液體初溫相同，t0=22℃，三組實驗均至燃料燃盡時的液體溫度變化如圖所示。（1）在實驗中，三個燒杯中液體1和液體2的質量必須相同；（2）本次實驗中用比較兩種液體吸收熱量的多少（填“升高的溫度”或“加熱時間”）；液體1的比熱容c1與液體2的比熱容c2相比，c1c2；（選填“＞”、“＝”、“＜”）；（3）比較A、B兩種燃料的熱值，應選擇乙丙兩圖進行實驗，不計熱量損失，燃料A和B的熱值之比為；（4）在甲裝置中，若燃料為酒精，燒杯內的液體為水，測出水的質量和燃料燒盡時水升高的溫度，再結合燃料的質量這一數據，計算出燃料的熱值，通過實驗算出的熱值與實際相比（選填“偏大”、“不變”或“偏小”）。【答案】加熱時間＞5∶4偏小【詳解】（2）[1]比較1、2兩種液體的比熱容，需要使用相同的加熱裝置，液體吸收熱量的多少不易觀察，相同的加熱裝置，在加熱時間相同時，燃料放出的熱量相同，所以實驗時通過加熱時間的長短來比較兩種液體吸收熱量的多少，采用了轉換法。[2]比較1、2兩種液體的比熱容，需要使用相同的加熱裝置，所以應比較甲實驗和丙實驗，由圖可知，加熱相同的時間，即吸收相同的熱量，甲中的液體1溫度變化量較小，說明液體1的吸熱能力更強，即c1＞c2。16．下圖是某太陽能熱水器，向其中注入50kg的水，陽光照射一段時間后，水溫從10℃升高到50℃。求:(1)這段時間該熱水器中的水吸收的熱量是多少？[c水=4.2×103J/（kg?℃）](2)如果這段時間該太陽能熱水器的效率是30%，則這段時間熱水器接收到太陽輻射的熱量是多少?(3)若用煤燃燒來提供太陽輻射的熱量，需完全燃燒多少千克煤?[q煤=3.5×107J/kg]【詳解】（1）水吸收的熱量17．上汽大通FCV80是國內第一款運用全新標準燃料電池輕客車型，它用氫氣代替石油作為燃料，用燃料電池代替發動機為客車提供動力，其功率可達75kW，續航里程可達500km，已知車載儲氫罐存儲滿氫氣完全燃燒可放出熱量8.4×108J。（氫氣的熱值取1.4×108J/kg）(1)儲氫罐能存儲多少千克氫氣？(2)若該車以最大功率勻速行駛時，速度可達108km/h，此時該車所受的阻力是多大？(3)該車在某次測試時以最大功率行駛，每消耗一罐氫氣可行駛1.4h，則該款氫燃料車的效率是多少？【答案】(1)6kg(2)2500N(3)45%【詳解】（1）儲氫罐能存儲氫氣的質量為（2）若該車以最大功率勻速行駛時，受力平衡，則阻力為（3）牽引力做功為則該款氫燃料車的效率為(1)0.8kg的水溫度升高50℃，需要吸收多少J熱量?(2)10g酒精完全燃燒放出多少J的熱量?(3)此酒精的加熱效率是多少?【鏈接中考】1．（2024·青海·中考真題）與固體燃料相比，液體燃料火箭無需人工雕刻火藥。甲烷是天然氣的主要成分。液態甲烷作為火箭發射的燃料之一，其密度約為0.42×103kg/m3，熱值為5.0×107J/kg。酒精的密度為0.8×103kg/m3，熱值為3.0×107J/kg，下列關于液態甲烷和酒精的敘述正確的是（）A．酒精的密度比液態甲烷的密度小B．液態甲烷燃燒時，內能轉化為化學能C．相同體積的液態甲烷和酒精，液態甲烷的質量更大D．10kg的液態甲烷完全燃燒，放出的熱量為5.0×108J【答案】D【詳解】A．液態甲烷密度約為0.42×103kg/m3，酒精的密度為0.8×103kg/m3，酒精的密度比液態甲烷的密度大，故A錯誤；B．液態甲烷燃燒時，化學能轉化為內能，故B錯誤；D．10kg的液態甲烷完全燃燒，放出的熱量為故D正確。故選D。2．（2024·四川巴中·中考真題）如圖所示，青瓦是古建筑常用