課時14.2熱機效率(幫課堂)(解析版)

幼快【學(xué)習(xí)目標(biāo)】

1.知道熱值的概念；

2.會進行熱值的簡單計算；

3.了解熱機效率的概念以及提高熱機效率的途徑;

4.會進行熱機效率的簡單計算。

檢'【知識導(dǎo)圖】

在”【基礎(chǔ)知識】

知識點一、燃料的熱值

1.燃料

(1)燃料的種類

燃料是指可燃燒的物質(zhì)，根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)，燃料可分為不同的種類，最常見的是按其物理狀態(tài)分類。

-固體燃料T木柴、煤炭、秸稈等

------------物理狀木------------------------------

燃料的分類仍用-液訃熱機一汽油、柴油、酒精等

氣體燃料-一＞氫氣、煤氣、天然氣等

(2)燃料燃燒時能量轉(zhuǎn)化

燃料在燃燒時將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

2.燃料的熱值

燃料種類很多，由于其燃燒成分不同，相同質(zhì)量的不同燃料完全燃燒時放出的熱量不同，在物理學(xué)上

用“熱值”來表示燃料燃燒的放熱本領(lǐng)。

(1)熱值：某種燃料完全燃燒放出的熱量，與其質(zhì)量的比值叫這種燃料的熱值；用“q”表示。

(2)熱值單位：J/kg。

(3)熱值的物理意義：一、1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量就等于該燃料的熱值；二、熱值反映的

是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大??；也就是說，

它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān).

(4)燃料燃燒放出的熱量：熱量：Q放=qm；(0放是燃料放出的熱量，單位是J；°是熱值，單位是J/kg；加是

質(zhì)量，單位是kg)

特別提醒

固體燃料、液體燃料的熱值以“J/kg”為單位，而氣體燃料的熱值以“J/n?”為單位。因此Q放=qm—

般用于固體燃料和液體燃料放熱的計算；Q眼=Vq一般用于氣體燃料放出熱值的計算，其中V為氣體燃料的體積。

(5)對燃料熱值的透析

熱值是燃料

熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小；

的一種固有

也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)

對于熱值的概念，要注重理解三個關(guān)鍵詞：“ikg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。ikg是指燃料的質(zhì)量，

對完全燃燒如果燃料的質(zhì)量不是ikg,那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃

料的種類有關(guān)；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該

熱值所確定的值

熱》的作用燃料熱值的高低是衡量燃料優(yōu)劣的主要指標(biāo)

特別提醒

(1)不是任何物質(zhì)都有熱值。熱值是燃料的固有性順，如石塊、鐵塊等非燃料W貢沒有熱值；

(2)只有燃料放熱時，才能用Q攸=qm或Q?=Vq進行計算不要將其與溫度降低時的放熱公式Q斫cmAt混淆。

培優(yōu)拓展,常用燃料的熱值

見下表:

一些燃料的熱值

燃料熱值燃料熱值

干木柴約1.2xIO7J/kg柴油4.3xIO,J/kg

煙煤約2.9xIO’J/kg煤油4.6x1J/kg

無煙煤約3.4xIO7J/kg汽油4.6xIO7J/kg

焦炭3.0xJ/kg氫1.4x108J/kg

木炭3.4x107J/kg煤氣約3.9xl()7j/m3

773

酒精3.0x1()J/kg沼氣約l.9x|0J/m

【例1】關(guān)于熱值和熱機效率，下列說法正確的是()?

A.使燃料燃燒更充分，可提高熱機效率；

B.熱機使用的燃料的熱值越大，熱機效率就越高；

C.1kg汽油在汽缸內(nèi)燃燒放出的熱量，就是汽油的熱值;

D.火箭升空時燃料燃燒放出的熱量全部轉(zhuǎn)化為機械能

【答案】A.

【解析】A.使燃料燃燒更充分，可以增大有效利用的能量，提高熱機的效率，故A正確；

B.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，與燃料的熱值無關(guān)，故B錯

誤；

C.1kg汽油完全燃燒放出的熱量叫做汽油的熱值，熱值是燃料的一種特性，和燃料是否燃燒、是否完

全燃燒、燃料的質(zhì)量等無關(guān)，故C錯誤；

D.火箭升空時燃料燃燒放出的熱量一部分轉(zhuǎn)化為機械能，一部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，故D錯誤。

故選Ao

【例2】安全、清潔、方便的太陽能越來越受到人們的重視和廣泛利用。如圖所示，一太陽能熱水器內(nèi)

裝有質(zhì)量為250kg,溫度為20℃的水，在陽光照射一段時間后，水溫升高到80℃。(水的比熱容為4.2X

103J/(kg?℃)、干木柴的熱值為1.2X10，J/kg)

(1)水吸收的熱量是多少？

(2)這些能量相當(dāng)于完全燃燒多少千克干木柴放出的熱量？

【答案】(1)6.3X1(0；⑵5.25kg。

【解析】(1)水吸收的熱量:Q雙=cmi4t=4.2X10：'j/(kg?℃)X250kgX(80℃-20℃)=6.3X10J,

(2)這些熱量相當(dāng)于完全燃燒叱千克干木柴放出的熱量，

由Q，w=Q4!(=01^口J得：ni2=G~=_63/'】_.=5.25kg。

q1.2xlO'J/kg

答：(1)水吸收的熱量是6.3義10」；(2)這些能量相當(dāng)于完全燃燒5.25kg干木柴放出的熱量。

【點睛】(1)知道水的質(zhì)量、水的初溫和末溫，根據(jù)吸熱公式計算水吸收的熱量；(2)求出了水吸

收的熱量，由題知QQQ，&,利用Qss=mq計算需要完全燃燒多少干木柴。

知識點二、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。如圖所示：

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(shè)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。

鍋爐有效利用的熱量^S-xlOO%

鍋爐的效率〃=

燃料完全燃燒放出的凝Q放

(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(fēng)量等;

二、減少熱量損失，如加大有效受熱面積等。

3.內(nèi)燃機中熱量燃燒的能量流向圖

良?xì)馀懦鰩ё叩哪芊?等，克服摩擦)

很難全贏0卜__

能全屆散發(fā)照/

4.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。

(2)計算公式：〃=@里X100%

?？?/p>

對熱機而言，其中用來做有用功的能量Q有用等于熱機對外的有用功W有用，故熱機的效率公式又可

寫成：7=}^fflxloo%='1^x100%

?？俼m

O

(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(biāo)。

(4)常見熱機效率：蒸汽機6%15%,汽油機20%-30機柴油機30隨45%。

特別提醒：熱機效率總小于1的原因

因為熱機中用于做有用功的育韁只是燃料完全燃燒所放出的總能量的一部分，由于各種能量的損失和燃燒條件的限

制，這部分能量一定小于完全蟆放出總能量，所以有用功的能量與燃燒放出的總能量的比值必然小于1，即熱機的效率

一定小于1。

5.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：H.使用較好的保溫材料，減

少熱損失)；

③在熱機設(shè)計和制造上，采用先進的技術(shù)；

④保障良好的潤滑，減少機械摩擦。

例拓展A廢棄能量的利用

在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多，所以設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的主要措

施。例如，人們將發(fā)電廠蒸汽輪機排除的廢氣送入熱電站進行供熱，將廢氣中的能量甲乙利用，大大提高

了熱量的利用率。

【例1】關(guān)于熱機的效率，下列說法正確的是()。

A.在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高消耗的燃料越多：

B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高；

C.熱機的效率越高說明做功越快；

D.熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的

【答案】Bo

【解析】A.熱機的效率越高，做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況

下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，做功較多，故A錯誤。

B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上，故B正確；

C.熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高說明有用功占的比值越大,

功率表示做功的快慢，功率越高說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯(lián)系，

故C錯誤；

D.根據(jù)內(nèi)燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多，故D錯誤。故選B。

【例2】己知天然氣的熱值為3.8X101/m3,水的比熱容為4.2X10)/(kg?℃)。求：

(1)完全燃燒1.4X10"天然氣放出多少熱量？

(2)若某天然氣灶的效率為60%,則這些天然氣可將質(zhì)量為3.8kg,初溫為25℃的水加熱到多少"C?

(當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簭姙?標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)

【答案】(1)5.32X10'5j；(2)45℃。

2:i75

【解析】(D完全燃燒1.4X10討天然氣放出的熱量：Qtt=Vq=1.4X10mX3.8X10J/m=5.32X10J；

(2)由題知，水吸收的熱量:Q?=Q?X60%=5.32X105JX60%=3.192X10SJ,

3.192xlO5J

由QQcmZXt可得水升高的溫度：~釬——7-=20℃；

cm42X103J/(kgU)x38kg

水的溫度升高到：25℃-20℃=45℃o

答：（1）完全燃燒1.4X10冒天然氣可放出5.32X10」熱量；（2）若某天然氣灶的效率為60隊則這些

天然氣可將質(zhì)量為3.8kg,初溫為25℃的水加熱到45℃。

二0【方法幫】

題型一：熱值及其計算

【角度1】對熱值的理解

★易錯警示

某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫這種燃料的熱值。從定義上看，熱值是燃料的一種性

質(zhì)，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒程度等無關(guān)。

【典例】下列說法正確的是（）。

A.以天然氣為燃料，汽車發(fā)動機的效率可以達到100%；

B.盡量增大熱機的功率，可以提高熱機的效率；

C.燃料燃燒放出的熱量越多，它的熱值就越大；

D.熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒后放出的熱量

【答案】Do

【解析】A.以天然氣為燃料，仍有熱量散失，仍需克服摩擦做功，因此汽車發(fā)動機的效率始終不能達

到100%,故A錯誤；

B.功率反映熱機做功的快慢程度，而熱機效率反映有用功在燃料完全燃燒放出的熱量中所占的比例大

小，它們是兩個不同的物理量，沒有直接的關(guān)系，故B錯誤；

C.熱值是燃料的特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒情況以及放出熱量的多少無關(guān)，故

C錯誤；

D,熱值是一定質(zhì)量的燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量的比值，在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃

燒后放出的熱量，故D正確。故選D。

【角度2】熱值的相關(guān)計算

方法也扳

解答是要注意干木柴完全燃燒放出的熱量完全被水吸收，從而建立等式關(guān)系QHQ吸。

【典例】完全燃燒0.35kg干木柴放出的熱量為J,假設(shè)這些熱量全部被水吸收，能使kg

水的溫度升高50℃。（ex4.2X103J/（kg?℃）,干木柴的熱值是1.2X101/kg）

【答案】4.2X106；20.

【解析】干木柴放出的熱量：Q：=肛/g=0.35kg101kg=4.2工103，

假設(shè)這些熱量全部被水吸收：a=。二=4210fJ,

42；10

由爆:詢觸可得，水的質(zhì)量：嘰=級=------——、=20kg。

深34210;J(kgJ，C)50t—

【點睛】本題利用了公式。=打勺和熙：=的掰進行計算，關(guān)鍵是注意“升高到”和“升高了”的區(qū)別，

這個也是學(xué)生容易出錯的地方。

題型二：熱機效率

【角度1】對熱機效率的理解

方法點費

對熱機效率高的兩種理解：

(1)當(dāng)燃燒相同的燃料時，效率高的做的功多；

(2)當(dāng)做的有用功相同時，效率高的消耗的燃料少。

【典例】下列關(guān)于熱機效率的說法中正確的是()。

A.蒸汽機的效率比內(nèi)燃機高；

B.熱機的功率越大，它的效率也一定越高；

C.用來做有用功的那部分能量跟燃料燃燒放出的能量之比叫熱機效率；

D.用來做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒所放出的能量之比叫熱機效率

【答案】D?

【解析】A.在熱機中，蒸汽機的效率最低，故A錯誤；

B.熱機做功越快，表示熱機的功率越大，與效率無關(guān)，故B錯誤；

CD.根據(jù)熱機效率的定義，熱機所做有用功(有效利用的能量)與燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫做

熱機效率，故C錯誤，D正確。故選D。

【角度2】熱機效率相關(guān)計算

【典例】使用清潔能源天然氣有助于國家提出的2060年前實現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。小明同學(xué)用他家的天然

氣灶將質(zhì)量為2kg,初溫為15℃的水加熱到95℃,水吸收的熱量是J：若此過程的熱效率為40%,

則此過程消耗天然氣(水的比熱容為4.2“10號/(kg?℃),天然氣熱值為4.2xl07/m3)

【答案】672X103：004。

【解析】⑴水吸收的熱量是4=加山川2乂1內(nèi)/蚓rix2kgx(9^C-15Vi=672xl0iJ

故水吸收的熱量是672xlO51o

[2]若此過程的熱效率為40笳則天然氣的釋放的熱量為Q.=

則天然氣的體積為仁魚=」⑹=Q04m\

q4.2xlOr1J/%m3

則天然氣的體積為004n?。

【角度3】效率與功率

熱機效率與功率的區(qū)別

熱機效率熱機功率

定義用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比單位時間內(nèi)做的功

物理意義反映熱機對能量的利用反映熱機做功的快慢

,7=2^x100%

定義式

。救t

【典例】下列關(guān)于熱機效率的說法中正確的是()。

A.蒸汽機的效率比內(nèi)燃機高；

B.熱機的功率越大，它的效率也一定越高；

C.用來做有用功的那部分能量跟燃料燃燒放出的能量之比叫熱機效率；

D.用來做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒所放出的能量之比叫熱機效率

【答案】D.

【解析】A.在熱機中，蒸汽機的效率最低，故A錯誤；

B.熱機做功越快，表示熱機的功率越大，與效率無關(guān)，故B錯誤：

CD.根據(jù)熱機效率的定義，熱機所做有用功(有效利用的能量)與燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫做

熱機效率，故C錯誤，D正確。故選D。

題型三：熱值、比熱容與熱機效率綜合

Zi做點接

(1)物質(zhì)吸熱時，利用比熱容的概念藪=。皿/一。)計算吸收的熱量；

(2)物質(zhì)燃燒時，利用熱值概念Q放=效?計算發(fā)出的熱量；

(3)根據(jù)熱機效率的概念秘=區(qū)x100%計算待求物理量。

【典例】2020年5月13日，備受大家關(guān)注的“懸崖村”的村民們逐漸搬進位于涼山州昭覺縣城的易地

扶貧搬遷安置點，實現(xiàn)了“拎包入住”。易地扶貧搬遷安置戶小強同學(xué)家里有一個容積為5L的水壺，水壺

里裝有3.5kg初溫為50℃的水，他用家里的液化氣爐具把水加熱到70℃使用。(己知液化氣的熱值q=4.9

XlO'J/m)求:

(1)燒水過程水吸收了多少熱量？

(2)若實際使用了0.02n?的液化氣，則該液化氣爐具的效率是多少？

【答案】(1)燒水過程水吸收的熱量為2.94X10」；(2)液化氣爐具的效率是30%。

【解析】(1)水吸收的熱量：

35

Q.s=cmAt=4.2X10J/(kg?℃)X3.5kgX(70℃-50℃)=2.94X10J；

(2)0.02m$的液化氣完全燃燒放出的熱量:QH<=Vq=O.02m3X4.9X107J/m3=9.8X105J,

該液化氣爐具的效率：n=步="生X13工X100%=30=

Q放9.8X10&J

【點睛】此題考查了吸熱公式、燃料完全燃燒放熱公式和熱效率計算公式的應(yīng)用，屬于基本規(guī)律的考

查，難度不大。

(1)已知水的質(zhì)量、比熱容、初溫和末溫，利用吸熱公式Q.ucmAt求出水吸收的熱量；

(2)己知實際使用液化氣的體積及其熱值，根據(jù)公式Qv<=Vq可以求出液化氣完全燃燒放出的熱量；

知道水吸收的熱量和液化氣完全燃燒釋放的熱量，兩者之比就是該液化氣爐具的效率。

題型四：探究實驗-燃料的熱值

【典例】如圖所示，甲、乙、丙圖中的裝置完全相同，燃料的質(zhì)量是10g,燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量和初溫也

相同。

(1)下列說法正確的是;

A.比較不同液體的比熱容，可以選擇甲、丙兩圖

B.比較不同液體的比熱容，可以選擇乙、丙兩圖

C.比較不同燃料的熱值，可以選擇乙、丙兩圖

D.比較不同燃料的熱值，可以選擇甲、丙兩圖

(2)為了研究不同物質(zhì)的吸熱能力，利用其中兩幅圖進行實驗，根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)作出了兩種液體的溫度

隨時間變化的圖像，如圖2所示：

①加熱lOmin,a液體吸收的熱量(選填“大于”、“小于”或“等于”)b液體吸收的熱量；

②由圖可以看出，在沸騰前，升高相同的溫度，液體時間較長，液體的比熱容大；

③如果已知b液體的比熱容是1.8X103J/(kg-r),則a液體的比熱容是J/(kg?℃)。若要在a、

b中選擇某種液體作為冷卻液，應(yīng)選用。

【答案】A；等于；b；b；0.9X103；bo

【解析】(D[1]AB.比較不同液體的吸熱能力，則需要燃燒相同的燃料(確保相同時間放出的熱量相

同)，加熱相同的時間，比較質(zhì)量和初溫相同的液體升高的溫度，可以選擇甲、丙兩圖，故A正確、B錯誤;

CD.為了比較不同燃料的熱值大小，要用不同的燃料，加熱質(zhì)量相同的同種液體，故選用甲、乙兩圖,

故CD錯誤。故選A。

(2)①[2]根據(jù)轉(zhuǎn)換法，不同物質(zhì)吸熱的多少是通過加熱時間來反映的，加熱lOmin,a液體吸收的熱量

等于b液體吸收的熱量。

②[3][4]由圖可知，兩種物質(zhì)都升高80℃-20℃=60℃

a的加熱時間為lOmin,b的加熱時間為20min,b加熱時間長，b吸收的熱量為a吸收熱量的2倍，由

比較吸熱能力的方法，b的吸熱能力強。

③[5]根據(jù)口可知，在液體的質(zhì)量相同、升高相同的溫度時，比熱容與吸收的熱量成正比，b

吸收的熱量為a吸收熱量的2倍，則b的比熱容為a的比熱容的2倍，即a的比熱容

q=1x18xlOlJ/(kgT>=09x1011/(kgti

[6]根據(jù)&可知，相同質(zhì)量的b、a兩種物質(zhì)升高相同的溫度，因b的比熱容大，故b吸熱多，

故若要在a、b中選擇某種液體作為冷卻液，應(yīng)選用b。

【點睛】本題比較不同物質(zhì)的吸熱能力和比較不同燃料的熱值，考查控制變量法、轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用和比

較吸熱能力的方法及兩實驗相同與不同之處，為熱學(xué)中的重要實驗。

（1）我們使用相同的熱源通過加熱時間的長短來比較吸熱多少，這種方法叫轉(zhuǎn)換法；為了比較熱值大小,

要用不同的燃料，加熱質(zhì)量相同的同種液體，根據(jù)Q=cn4,液體升溫越高，則燃料放出的熱量越多，這

種燃料熱值越大，據(jù)此分析；比較a、b兩種液體的吸熱能力，則需要燃燒相同的燃料（確保相同時間放出

的熱量相同），加熱相同的時間，比較質(zhì)量和初溫相同的液體升高的溫度，由4=2比較溫度的變化，溫

cm

度升高越多，則吸熱能力越小。

（2）①根據(jù)轉(zhuǎn)換法回答；②根據(jù)圖示回答；使相同質(zhì)量的不同物質(zhì)升高相同的溫度，比較吸收的熱量（即

比較加熱時間），吸收熱量多的吸熱能力強；③由圖可知兩種物質(zhì)都升高60℃的a、b的加熱時間，據(jù)此確

定哪種物質(zhì)吸熱能力強。

（3）根據(jù)&可知，在液體的質(zhì)量相同、升高相同的溫度時，比熱容與吸收的熱量成正比，據(jù)此

得出a的比熱容；根據(jù)&=c刖&分析。

尊【中考幫】

考點一：對熱值的理解

【典例】（2022?湖北宜昌）關(guān)于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（）。

A.沒有燃燒的燃料，熱值等于零；

B.燃料完全燃燒時，它的熱值最大；

C.燃料的熱值與質(zhì)量和燃燒狀態(tài)無關(guān)；

D.燃料燃燒時溫度越高，放出的熱量越多

【答案】C.

【解析】ABC.熱值是燃料自身的一種屬性，大小與燃料的質(zhì)量、溫度、燃燒情況無關(guān)，故AB錯誤，C

正確；

D.根據(jù)公式/也可知，燃料燃燒放出的熱量多少與燃料的熱值、燃料的質(zhì)量有關(guān)，與燃燒時的溫度

無關(guān)，故D錯誤。故選C。

分］中考考題要求同學(xué)們理解燃料熱值的概念，能從熱值的角度認(rèn)識燃料燃燒放熱以及對相

關(guān)概念的理解。這是物理核心素養(yǎng)的物理概念的體現(xiàn)。

考點二：熱效率的計算

【典例】（2022?云南?。╉樋诹铩蔽逶挛濉⑦^端午、蒸粽子、吃包子、掛菖蒲、佩香囊、賽龍舟”，

生動的呈現(xiàn)了某地端午文化習(xí)俗。蒸粽子是利用水沸騰產(chǎn)生的蒸氣進行加熱。若將2.5kg的水加熱到沸騰,

水溫升高了80℃,[c*=4.2X103J/(kg-℃),9o=3X107J/kg],在此過程中，求:

(1)水吸收的熱量；

(2)采用煤爐加熱，煤爐加熱水的效率為10%,煤燃燒放出的熱量；

(3)需要完全燃燒煤的質(zhì)量.

【答案】(1)8.4X107;(2)8.4X107(3)0.28kg.

【解析】(1)根據(jù)?！?可知，水吸收的熱量

Q及=c6水&=4.2x103J/(kg-℃)x2.5kgx80℃=8.4xlO5J

(2)采用煤爐加熱，煤爐加熱水的效率為10%,

根據(jù)〃=&xlOO%可知，煤燃燒放出的熱量為。=8.4x106j

Q故n10%

6

QQ4x10T

(3)根據(jù)。片也可知，需要完全燃燒煤的質(zhì)量為加煤=拳=藪商丘=0.28kg。

答:(1)水吸收的熱量為8.4義10」；(2)采用煤爐加熱，煤爐加熱水的效率為10%,煤燃燒放出的

熱量為8.4X1O\J；(3)需要完全燃燒煤的質(zhì)量為0.28kg。

與林分|中考考題要求同學(xué)們能應(yīng)用燃料燃燒放熱公式計算燃料放出的熱量，利用比熱容公式計

算物質(zhì)吸收的熱量，并利用熱轉(zhuǎn)換效率進行相關(guān)計算。

【作業(yè)幫】

一、基礎(chǔ)練(知識鞏固)

1.生活中能量轉(zhuǎn)化的實例很多，下列描述中正確的是()。

A.摩擦生熱是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；

B.燃料燃燒放熱是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；

C.電動機帶動水泵把水送到高處是把電能轉(zhuǎn)化為機械能；

D.摩擦起電是把電能轉(zhuǎn)化為機械能

【答案】Co

【解析】A、摩擦生熱是克服摩擦做功，摩擦過程中，消耗了機械能，內(nèi)能增大，把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,

故A錯誤；

B、燃料燃燒放熱是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故B錯誤；

C、電動機帶動水泵把水送到高處是把電能轉(zhuǎn)化為機械能，故C正確:

D、摩擦起電是消耗了機械能，獲得了電能，故是把機械能轉(zhuǎn)化為電能，故D錯誤。故選C。

2.2018年4月2日，天宮一號圓滿完成預(yù)定任務(wù)后返回地球。8.5t重的天宮一號，在100km左右的

高空以約22倍音速再入大氣層。其中部分器件在大氣層中與大氣層摩擦燒蝕銷毀。最后大約L5t殘骸墜

入南太平洋。在這個過程中，天宮一號的部分機械能（）。

A.通過熱傳遞轉(zhuǎn)化為大氣的內(nèi)能；B.通過重力做功轉(zhuǎn)化為大氣的內(nèi)能；

C.通過摩擦做功轉(zhuǎn)化為大氣的內(nèi)能；D.通過重力做功轉(zhuǎn)化為殘骸的內(nèi)能

【答案】I）。

【解析】天宮一號在100km左右的高空以約22倍音速再入大氣層時，高度減小，重力勢能減小，克服

與大氣的摩擦做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。故D正確。故選D。

3.如圖是某內(nèi)燃機能量流向圖，該內(nèi)燃機的熱機效率是（）。

A.25%B.40%C.75%D.35%

【答案】Do

【解析】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；即做有用功的能量在

燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量中所占的百分比，

所以內(nèi)燃機的熱機效率n=l-25%-40%=35%。故選1）。

4.（2020?棗莊）關(guān)于熱機的效率，下列說法正確的是（）。

A.在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高消耗的燃料越多；

B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高；

C.熱機的效率越高說明做功越快；

D.熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的

【答案】B。

【解析】A.熱機的效率越高，做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況

下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，做功較多，故A錯誤。

B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上，故B正確；

C.熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高說明有用功占的比值越大,

功率表示做功的快慢，功率越高說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯(lián)系,

故c錯誤；

D.根據(jù)內(nèi)燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多，故D錯誤。

故選B。

5.關(guān)于熱機，下列說法中錯送的是()。

A.汽油機的效率高于蒸汽機的效率；

B.汽油機頂部有噴油嘴，柴油機頂部有火花塞；

C.熱機功率越大，它做功越快；

D.熱機效率越高，它將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的比例越大

【答案】Bo

【解析】A.蒸汽機的燃料是在機器的外部燃燒，熱損失多，效率低，故A正確，不符合題意；

B.汽油機頂部有火花塞，柴油機頂部有噴油嘴，故B錯誤，符合題意；

C.功率表示做功的快慢，熱機功率越大，它做功越快，故C正確，不符合題意；

D.熱機效率越高，熱機用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比比值越大，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機

械能的比例越大，故D正確，不符合題意。

6.汽車汽油機是由四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的，其中由機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是

沖程。己知汽油的熱值為4.6X10'J/kg,2kg汽油完全燃燒時釋放的熱量為Jo已知汽車防凍液的比

熱容為4.2乂10打/(1^?℃)。某汽車中的防凍液從90℃冷卻到20℃的過程中，放出的熱量為2.94X10%

則該汽車中防凍液的質(zhì)量為kg。

若某型號單缸四沖程汽油機的活塞面積取塊3.OXIO%?,活塞沖程長度為/=5cm,做功沖程燃?xì)獾钠骄?/p>

壓強為片1.0X10叩a,活塞以爐2400r/min作往復(fù)運動，汽油機往復(fù)運動兩次，對外做功一次。

(1)汽油機在此工作狀態(tài)下的功率是多少？

(2)如果此工作狀態(tài)下每分鐘消耗20g汽油，那么汽油機把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率是多少？(保留一

位小數(shù)，q汽=4.6X107j/kg、不計摩擦)

【答案】(D3000W；(2)19.6%.

【解析】⑴汽油機做功沖程，做一次功是工=幾=￡S2=L0xl0'Pa>3.0xl0am:<O.O5m=15OJ

n=2400r/min.則Imin轉(zhuǎn)2400r,則Is轉(zhuǎn)了40r,則Is做功次數(shù)為30次,故1s做的總功為

JV*=〃匯=20xl50J=3000J

?IT*1

汽油機在此工作狀態(tài)下的功率是產(chǎn)=—i^J=3000W

tIs

⑵如果此工作狀態(tài)下，每分鐘做的功是丁=尸?=3000\V605=1810打

工作狀態(tài)下20g汽油完全燃燒釋放的熱量是0二=s=20xl0+gx4.6xl0，kg=9.2x1(/J

內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率〃=祟1003宗卷100°o=19.60。

汽油機把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的效率是19.6%?

二、綜合練(能力提升)

7.(2022?四川南充)用某型號天然氣熱水器燒水，完全燃燒熱值為3.2'10;1/1113的天然氣().125013,

放出熱量________J;若該熱水器的加熱效率為84%,則能將40kg初始溫度為20℃的水加熱至________℃,

水的比熱容為4.2X1(0/施.℃)?

【答案】①4.0X106；②40o

7：f6

【解析】［1］燃燒0.125m：'的天然氣放出的熱量^(s=<7^3.2X10J/m'X0.125m=4.0X10.1

［2］水吸收的熱量Q*FQ儂4=4.0X106JX84%=3.36X10fiJ

水升高的溫度加=冬3.36xl06J

=20℃

3

°水〃?4ffixl0J/（A：g?C）x

水的末溫t=to+Ai=20℃+20℃=40℃?

8.(2022?湖南郴州)熱水器將質(zhì)量為20kg、溫度為15℃的水加熱到65C,消耗天然氣0.15m、在此

過程中水吸收的熱量是J,熱水器的熱效率是。［c木=4.2Xl(Tj/(kg?℃)“天==3.2X10)/011

【答案】①4.2x106；②87.5%。

【解析】［1］水吸收的熱量

Q方cmg)=4.2X103J/(kg?℃)X20kgX(65℃-15℃)=4.2X10」

［2］消耗的天然氣完全燃燒放出的熱量為0廣力=0.15m：'X3.2X107J/mM.8X106J

熱水器的熱效率為〃="x100%=x100%=87.5%。

Q放4.8xlO°J

9.(2022?江西省)如圖所示，某同學(xué)用燃?xì)庠顭o餐具消毒。已知密閉鍋內(nèi)水的質(zhì)量為5kg,水的

初溫為22℃,當(dāng)水剛好燒開時，共消耗了0.06m：'的天然氣，該燃?xì)庠顭臒嵝蕿?0雙［水的比熱容為

4.2X103J/(kg?℃),天然氣的熱值為4.OXlO’J/m'］求：

(1)0.06nf的天然氣完全燃燒所放出的熱量;

(2)以上過程中，水吸收的熱量；

(3)密閉的鍋內(nèi)水燒開時的溫度。

【答案】(1)2.4X10%(2)1.68X106J；(3)1020

【解析】(1)天然氣的熱值為aOXIO'j/n?,根據(jù)伊力可得，0.06m：'的天然氣完全燃燒所放出的熱量

為0放=30.06m3X4.0X107J/m3=2.4X10°J

(2)燃?xì)庠顭臒嵝蕿?0%,水吸收的熱量為

Q及=2=70%X2.4X106J=1.68X106J

,Q岐1.68X106J

⑶燒開水時，水的溫度變化為―竦二石而^/他.?■項=80℃

所以密閉的鍋內(nèi)水燒開時的溫度t=t0+M=22℃+80℃=102℃

答：(1)0.06m、的天然氣完全燃燒所放出的熱量為2.4X10°J；(2)以上過程中，水吸收的熱量1.68

XIO'J；(3)密閉的鍋內(nèi)水燒開時的溫度為102'C。

三、培優(yōu)練(挑戰(zhàn)自我)

10.(2022?陜西省)今年“五一”假期，廣大市民按照疫情防控要求，積極響應(yīng)“非必要不離市”號

召，在郊區(qū)、公園指定區(qū)域進行戶外活動。小剛同學(xué)家購買了一款如圖-1所示戶外分體式燃?xì)鉅t，準(zhǔn)備去

戶外野炊。該燃?xì)鉅t的銘牌如圖-2所示，其中功率4500W是指氣體燃料完全燃燒時燃?xì)鉅t每秒放出4500J

的熱量。

'【品名】XX牌分體式防風(fēng)燃?xì)鉅t'

【材料】不銹鋼銅鑄鋁

【規(guī)格】展開(p260x1i6mm

折疊(pl27x132mm

【功率】4500W

X__________________________________________________________/

圖-1圖-2

(1)氣體燃料在常溫下是通過______的方式液化存儲在儲氣罐內(nèi)，使用過程中，罐體溫度變低是因為

燃料發(fā)生汽化時要(選填“吸收”或“放出”)熱量；

(2)在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用該燃?xì)鉅t將1L水從25℃加熱到沸騰用時140s,燃?xì)鉅t燒水時的效率是多

少？已知水的密度為l.OXlO/g/n?,水的比熱容為4.2X10)/(kg℃)；；

(3)小剛注意到爐頭上標(biāo)有參數(shù)：15字樣，他查閱說明書得知，該參數(shù)表示的是：燃?xì)鉅t功率［單位:

瓦(W)］與耗氣量［單位：克/時(g/h)］之比的數(shù)值為15,計算該燃?xì)鉅t所使用燃料的熱值是多少？

(4)小剛同學(xué)打算展示在勞動課上學(xué)習(xí)的烹飪技能，為家人做頓可口飯菜，下表是他出發(fā)前做的規(guī)劃,

則小剛至少應(yīng)攜帶幾個如圖-3所示的新儲氣罐？.

內(nèi)容每次耗時/min次數(shù)/次

炒菜83

煮湯101

燒水32

7

【答案】①壓縮體積：②吸收；③50機@5.4X10J/kg;⑤2。

【解析】(1)[1]液化的方式有兩種，分別是壓縮體積和降低溫度，氣體燃料在常溫下是通過壓縮體

積的方式液化的。

[2]汽化是物質(zhì)由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，需要吸收熱量。

(2)[3]1L水的質(zhì)量以=亞=l.OxIO?kg/m3x1x1(尸n?=1kg

1L水從25℃升高到100℃吸收的熱量

Q及=cm水=4.2xlO3J/(kg-℃)xlkgx(l(X)℃-25℃)=3.15x1O5J

140s內(nèi)燃?xì)鉅t放出的熱量Q放=4500WX14()S=6.3X105J

燃?xì)鉅t燒水時的效率〃=妙x100%=妾”?x100%=50%

。放6.3x10J

(3)[4]lh內(nèi)燃?xì)鉅t放出的熱量0=尸b=4500Wx3600s=1.62xl()7j

燃?xì)鉅t功率與耗氣量之比的數(shù)值為15,則ih內(nèi)燃?xì)鉅t消耗燃?xì)獾馁|(zhì)量

P4500…八＞

/?=—="jy-g=300g=0.3kg

皿一以“八Q1.62xlO7J

燃?xì)獾臒嶂祋=—=-------=5.4xIO'7j/kg

m0.3kg

(4)[5]由題意知，物料總加熱時間

￡總=￡炒+，煮+￡燒=3x8min+1Omin+2x3min=40min=2400s

2400s內(nèi)燃?xì)鉅t放出的熱量?？?臼總=4500Wx2400s=1.08xl()7j

7

Q1QQxinT

2400s內(nèi)消耗燃?xì)獾馁|(zhì)量倒也=掌=54x1O,j/kg=0.2kg=200g

由圖可知，一個儲氣罐的質(zhì)量是120g,所以需要的儲氣罐個數(shù)〃=2

120g

小剛至少應(yīng)攜帶2個新儲氣罐。

11.某同學(xué)學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，自己設(shè)計了一個實驗來探究煤油和菜籽油的熱值大小關(guān)系，他實驗時

組裝了如圖所示的兩套規(guī)格完全相同的裝置，并每隔1分鐘記錄了杯中水的溫度（見表）。

加熱的時間/min0123456

甲杯水溫/七25272932343638

乙杯水溫/℃25262728293031

（1）在安裝、調(diào)整實驗器材時，科學(xué)合理的順序是（甲圖中）：先調(diào)整固定的位置，再調(diào)整固

定______的位置。（填“A”或"B”）

甲乙

（2）為保證實驗結(jié)論的可靠，實驗時應(yīng)控制兩套裝置中相同的量有加熱時間和水的。

（3）通過表中記錄的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為煤油和菜籽油兩種燃料中，熱值較大的是o

（4）該同學(xué)實驗前用天平測出了燒杯中水的質(zhì)量及兩油燈中燃料的質(zhì)量，并利用記錄的數(shù)據(jù)、公式0

吸=cH計算出了水吸收的熱量，他認(rèn)為通過這些數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地計算出煤油和菜籽油的熱值。你認(rèn)為

他的計算結(jié)果可靠嗎？，為什么？