第十四章內(nèi)能與熱機(jī)專項(xiàng)突破熱量、熱效率的綜合計(jì)算

熱機(jī)類1.(2024山東濟(jì)南章丘期中)一輛小轎車以某一速度在平直路

面上勻速行駛100km,消耗汽油10L,若這些汽油完全燃燒放

出的熱量有30%用來驅(qū)動(dòng)汽車做有用功,所用汽油的熱值為4.6×107J/kg,密度為0.7×103kg/m3,則以下說法正確的是(

)①小轎車是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的機(jī)器②這些汽油完全燃燒放出的熱量為3.22×108J③汽車消耗的有用功為9.66×107JA.只有①②正確

B.只有②③正確

BC.只有①③正確

D.①②③均正確解析①小轎車是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器,故①錯(cuò)誤;②

消耗汽油的體積:V=10L=10dm3=1×10-2m3,行駛100km消耗

汽油的質(zhì)量:m=ρV=0.7×103kg/m3×1×10-2m3=7kg;這些汽油完

全燃燒放出的熱量:Q放=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J,故

②正確;③根據(jù)η=

×100%可得用來驅(qū)動(dòng)汽車做的有用功:W有用=ηQ放=30%×Q放=30%×3.22×108J=9.66×107J,故③正確。

故選B。2.【新課標(biāo)·科學(xué)思維】(2025河南鄭州期中)新型混合動(dòng)力汽

車具有節(jié)能、低排放等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)混合動(dòng)力汽車啟動(dòng)時(shí),內(nèi)燃

機(jī)不工作,蓄電池向車輪輸送能量;當(dāng)需要高速行駛或蓄電池

電量過低時(shí),內(nèi)燃機(jī)啟動(dòng),既可以向車輪輸送能量,又可以給蓄

電池充電,行駛時(shí)汽車所受阻力與車速的關(guān)系如圖所示。某

次測(cè)試中,由內(nèi)燃機(jī)提供能量,汽車以50km/h的速度勻速行駛

了0.5h,消耗了汽油8kg(汽油的熱值為4.5×107J/kg)。求:(1)測(cè)試中牽引力做的功;(2)測(cè)試中消耗的汽油完全燃燒放出的熱量;(3)若該次測(cè)試中蓄電池增加的電能為2.6×107J,則此過程中

內(nèi)燃機(jī)的效率。

解析

(1)汽車行駛的路程為s=vt=50km/h×0.5h=25km=2.5×

104m。由圖像可知,汽車速度為50km/h時(shí),所受阻力為4000

N,汽車勻速行駛時(shí),汽車的牽引力和所受阻力是一對(duì)平衡力,

則牽引力F=f=4000N,牽引力做的功W=Fs=4000N×2.5×104

m=1×108J。(2)汽油完全燃燒放出的熱量Q放=mq=8kg×4.5×107J/kg=3.6×108

J。(3)內(nèi)燃機(jī)所做的有用功為W有=W+W電=1×108J+2.6×107J=1.26

×108J。內(nèi)燃機(jī)的效率η=

×100%=

×100%=35%。3.(2025河南汝州期中)發(fā)動(dòng)機(jī)是汽車的核心部件,發(fā)動(dòng)機(jī)的質(zhì)

量決定了汽車的性能和品質(zhì)。某輛以92號(hào)汽油為燃料的汽

車,其發(fā)動(dòng)機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)如表所示。表中空燃比指的是氣缸

內(nèi)空氣和燃油的質(zhì)量比。曲軸轉(zhuǎn)速3600r/min氣缸內(nèi)汽油和空氣混合物的密度1.3kg/m3氣缸的工作容積2L92號(hào)汽油的熱值4.6×107

J/kg發(fā)動(dòng)機(jī)最大輸出功率92kW空燃比12∶1(1)汽車以120km/h的速度勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率最

大,此時(shí)汽車1min內(nèi)做的有用功是多少?(2)汽車完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí),氣缸內(nèi)吸入的汽油和空氣混合

物的質(zhì)量是多少?汽油完全燃燒放出的熱量是多少?(3)當(dāng)汽車以120km/h的速度勻速行駛時(shí),發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是多

大?(結(jié)果精確至0.1%)解析

(1)發(fā)動(dòng)機(jī)的最大輸出功率P=92kW=9.2×104W,t=1min=60s。由P=

得,汽車1min內(nèi)做的有用功為W有=Pt=9.2×104W×60s=5.52×106J。(2)氣缸內(nèi)汽油和空氣混合物的體積等于氣缸的工作容積。

即V=V容=2L=2×10-3m3。由ρ=

得,汽油和空氣混合物的質(zhì)量m=ρV=1.3kg/m3×2×10-3m3=2.6×10-3kg。已知空燃比是12∶1,

則吸入汽油的質(zhì)量m汽油=

m=

×2.6×10-3kg=2×10-4kg。完成一個(gè)工作循環(huán)時(shí),汽油完全燃燒釋放的熱量Q放=m汽油q=2×10-4

kg×4.6×107J/kg=9.2×103J。(3)曲軸的轉(zhuǎn)速是3600r/min,則1min內(nèi)完成1800個(gè)工作循

環(huán),對(duì)外做功1800次。則1min內(nèi)汽油燃燒釋放的熱量:Q放'=1800Q放=1800×9.2×103J=1.656×107J;發(fā)動(dòng)機(jī)的效率η=

×100%=

×100%≈33.3%。

熱傳遞類4.【跨學(xué)科·日常生活】(2025安徽合肥期中)某家庭每天需要

將50kg、20℃的水加熱到40℃作為生活用水。若利用熱效

率為25%的煤氣灶燒水,則需要完全燃燒___________kg煤氣。[煤氣的熱值q=4.2×107J/kg,水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)]

0.4

解析水吸收的熱量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×50kg×(40℃-20℃)=4.2×106J;由η=

可知,煤氣完全燃燒放出的熱量Q放=

=

=1.68×107J。由Q放=mq可知,需要完全燃燒煤氣的質(zhì)量m煤氣=

=

=0.4kg。5.【跨學(xué)科·日常生活】(2025四川蒼溪期中)李華家新裝的天

然氣熱水器標(biāo)注的能效等級(jí)為2級(jí)。國(guó)家規(guī)定能效等級(jí)為2級(jí)

的熱水器,其熱效率值不低于88%。李華想通過洗澡來估測(cè)

一下這款天然氣熱水器的能效等級(jí)是否達(dá)標(biāo),于是他將天然

氣熱水器的溫度設(shè)定在40℃(即水從熱水器流出的溫度),某

次洗澡用水90kg,洗澡一次使用天然氣0.2m3。已知進(jìn)入熱水

器的冷水溫度為5℃[水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃),天然氣

的熱值q=7.0×107J/m3]。(1)求消耗的天然氣完全燃燒放出的熱量;(2)求水吸收的熱量;(3)通過計(jì)算判定該款熱水器能效等級(jí)是否達(dá)標(biāo)。解析

(1)這些天然氣完全燃燒放出的熱量Q放=qV=7.0×107J/

m3×0.2m3=1.4×107J。(2)水吸收的熱量Q吸=cm水Δt=4.2×103J/(kg·℃)×90kg×(40℃-5℃)=1.323×107J。(3)熱水器的效率:η=

×100%=

×100%=94.5%>88%,因此該款熱水器能效等級(jí)達(dá)標(biāo)。6.(2025福建龍巖月考)如圖所示,將要鍛打的鐵器先在火爐中

煅燒,然后進(jìn)行鍛打,再將鍛打好的鐵器放在水中進(jìn)行淬火,以

增加鐵器的硬度。一個(gè)質(zhì)量為2kg的鍛打好的鐵器毛坯,溫度

為700℃,淬火后它的溫度降低到200℃,釋放的熱量中有84%

被質(zhì)量為10kg、初溫為16℃的水吸收,求水的末溫。[c鐵=0.46×103J/(kg·℃),c水=4.2×103J/(kg·℃)]解析由Q=cmΔt可得,鐵器毛坯放出的熱量Q放=c鐵m鐵Δt1=0.46

×103J/(kg·℃)×2kg×(700℃-200℃)=4.6×105J。水吸收的熱

量Q吸=Q放×84%=4.6×105J×84%=3.864×105J。由Q=cmΔt可得，水升高的溫度Δt2=

=

=9.2℃。水的末溫t=16℃+9.2℃=25.2℃。7.小明學(xué)習(xí)了燃料的熱值后,很想知道家中使用的天然氣的熱

值是多少。于是,他在家里將裝有2kg水的水壺放到天然氣灶

上去燒,用溫度計(jì)測(cè)量水從20℃加熱至80℃的過程中,觀察到

天然氣表的數(shù)字變化了0.035m3。他通過上網(wǎng)查閱得知天然

氣灶的效率約為36%,已知水的比熱容c水=4.2×103J/(kg·℃)。(1)求在這個(gè)過程中水吸收的熱量。(2)請(qǐng)你幫小明算出天然氣的熱值。解析

(1)在這個(gè)過程中水吸收的熱量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103

J/(kg·℃)×2kg×(80℃-20℃)=5.04×105J。(2)天然氣完全燃燒放出的熱量Q放=

=

=1.4×106J,天然氣的熱值q天然氣=

=

=4×107J/m3。8.(2025四川遂寧船山期中)由于天氣寒冷,吃早飯時(shí)媽媽要用

熱水給小明加熱250g瓶裝牛奶,如圖所示,這瓶牛奶的溫度由

10℃最終升高到50℃,已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃),牛

奶的比熱容為2.1×103J/(kg·℃),不計(jì)熱量損失,求:(1)牛奶需要吸收的熱量。(2)媽媽至少需要60℃熱水的質(zhì)量。(3)若小明家燃?xì)庠畹臒嵝适?5%,媽媽將質(zhì)量為1kg,溫度

為10℃的水加熱到60℃,需消耗燃?xì)獾馁|(zhì)量。(燃?xì)獾臒嶂?/p>

為4.2×107J/kg)解析

(1)牛奶吸收的熱量Q吸=c牛奶m牛奶(t-t01)=2.1×103J/(kg·℃)

×0.25kg×(50℃-10℃)=2.1×104J。(2)不計(jì)熱量損失,Q吸=Q放=2.1×104J。即c水m水(t02-t)=