14.2热机的效率(原卷版)_2

14.2 热机的效率（原卷版）
考点直击
典例分析＋变式训练
考点1 燃料的热值及其计算
①对于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量。

②热值是燃料的一种属性。

（3）公式：Q=mq
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg。

（5）同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同。

【典例1】（2021秋•东港区期末）关于燃料的热值，下列说法正确的是（）A．燃料燃烧时放出的热量叫做燃料的热值
B．热值大的燃料比热值小的燃烧时放出的热量多
C．10kg木炭比1kg木炭的热值大
D．燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【典例2】（2022•西吉县一模）小明在参加中考体育考试的过程中，其身体消耗的总能量为
4.8×105J，这些能量相当于完全燃烧kg干木柴所释放的热量；当干木柴燃烧了
一半，则剩余干木柴的热值为J/kg。

（q干木柴＝1.2×107J/kg）
【典例3】（2021秋•紫金县期末）已知天然气的热值为3.2×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg•℃）。

求：
（1）完全燃烧1.4×10﹣2m3天然气放出的热量；
（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg、初温为25℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为标准大气压）
【变式训练1】（2021秋•博望区校级期末）关于热值的下列说法中正确的是（）A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧时放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
【变式训练2】（2022•剑阁县模拟）2021年4月29日，天和核心舱搭乘长征五号B遥二运载火箭发射升空，如图所示，这是国内首个空间站，中国也成为全球第三个独立建造空间站的国家。

长征五号B火箭使用的燃料是液氢，其中芯二级液氢质量为104kg，这些燃料完全燃烧释放出的热量是J，若这些热量有20%被水吸收，能够使kg 的水温度从20℃升高到100℃[结果保留2位有效数字，q液氢＝1.4×108J/kg，c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。

【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）小明采用如图所示的装置进行进行探究“质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。

燃料加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃
酒精2565
纸片2544
（1）探究过程中，要控制两套装置中燃料的质量和水的（选填“初始温度”、“质量”）一定要相等。

（2）实验后，可以通过比较（填“加热时间”或“水升高的温度”）来比较酒精和碎纸片放出的热量多少。

（3）从表格中数据可以发现，质量相同的酒精和碎纸片都充分燃烧后，放出的热量多。

（4）通过实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是（填“相同”或“不同”）的。

（5）在学习时，我们把燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比称为热值，用q 表示，这里定义热值的方法，我们称之为比值法，热值是能够燃烧的物质的属性。

下列几个用比值法定义，并反映物质属性的物理量有：（填写序号）。

①速度②功率③比热容④压强
【变式训练4】（2021秋•建瓯市校级期末）合理分类和利用垃圾可以保护环境、变废为宝。

在一定条件下，1t分类后的垃圾能“榨”出140kg燃料油，若燃料油的热值为3.0×107J/kg。

求：[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
（1）140kg燃料油完全燃烧能释放多少热量？
（2）若这些热量完全被水吸收，可以将质量为多少的初温30℃的水加热至80℃？
考点2 热机的效率
（1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑。

【典例4】（2021秋•洛龙区校级期末）两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（）
A．甲机做的功比乙机的多B．甲机的功率比乙机的大
C．在相同时间内甲机燃烧的汽油较乙机多
D．在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【典例5】（2021秋•青龙县期中）如图所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（）
A．η＝×100%B．η＝×100%
C．η＝×100%D．η＝×100%
（2022•宿州一模）在一段平直的公路上汽车匀速行驶1h，行驶的平均功率为21kW，【典例6】
效率为30%，这段时间内汽车至少消耗L汽油（汽油的热值为3.5×107J/L）。

【典例7】（2021•大庆）某汽车在水平地面上以25m/s的速度匀速行驶，行驶600s汽车发动机产生的牵引力所做的功为3×107J，消耗汽油1kg（假设汽油在发动机气缸内完全燃烧，汽油热值取q＝5×107J/kg，g＝10N/kg）。

针对这一过程，求：
（1）汽车行驶的路程；
（2）汽车受到的阻力；
（3）汽车发动机的效率。

【变式训练1】（2021•宝安区校级一模）甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
【变式训练2】（2021秋•西峡期中）如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η不等于（）
A ．×100%
B ．×100%
C ．×100%
D ．×100%
【变式训练3】（2021秋•清苑区校级期末）一台四冲程汽油机所用汽油的热值是4.6×107J/kg ，完全燃烧2g 汽油所释放的热量是 J ，若热机效率为40%，燃烧2g 汽油转化的机械能是 J 。

【变式训练4】（2021•青秀区校级模拟）近年来，我国多个城市成功实现氢燃料新能源公交车投放使用。

某新能源公交车在平直的公路上匀速行驶4km ，用时6min ，发动机输出功率保持70kw ，此过程共消耗氢燃料0.3kg ，已知氢燃料的热值为q 氢＝1.4×108J/kg ，在匀速行驶过程中，求：
（1）公交车的速度；
（2）公交车做的有用功；
（3）发动机的效率。

考点3 有关热机的计算
（1）热机一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周，飞轮转2圈。

（2%100%100⨯=⨯=qm W Q W 有用总有用η
【典例8】（2021秋•宁德月考）一台四冲程内燃机飞轮转速为3600转/分钟，它1秒内完成了（）
A．60个冲程，做了30次功B．120个冲程，做了120次功
C．240个冲程，做了60次功D．120个冲程，做了30次功
【典例9】（2022•金水区校级模拟）某汽油机飞轮的转速为3000转/分，则这台汽油机在1分钟内对外做功次，共完成了个冲程。

【变式训练1】（2021秋•保定期末）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和对外做功的次数分别是（）
A．60和15B．30和30C．15和15D．60和30
【变式训练2】（2022春•江阴市期中）一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3000r/min，该柴油机活塞1s对外做功次。

若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是J。

（q柴油＝4.3×107J/kg）
【变式训练3】（2021秋•东港区校级期末）一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功多少J？若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收多少J热量？[c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q汽油＝4.6×107J/kg）]
课堂巩固训练
一、选择题。

1．（2021秋•灌南县期末）一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精（）
A．热值不变，比热容减小一半B．热值不变，比热容不变
C．热值和比热容都减小一半D．热值减小一半，比热容不变
2．（2021秋•怀仁市期末）甲、乙两种燃料，甲的质量是乙的2倍，甲、乙完全燃烧后放出的热量之比为3：2，则甲、乙两种燃料的热值之比为（）
A．3：4B．4：3C．2：3D．3：2 3．（2021秋•兖州期末）汽油机工作时的热损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%．机械摩擦损耗10%，则完全燃烧2g汽油（热值为4.6×107J/kg）获得的机械能是（）A．2.76×104J B．3.22×104J C．0.92×104J D．2.3×104 J 4．（2021秋•新都区期末）有甲、乙两台柴油机，在相同的时间内，它们所做的有用功之比是5：4，消耗柴油的质量之比是3：2，那么它们的效率之比是（）
A．15：8B．5：6C．6：5D．1：1 5．（2021•荣县校级模拟）一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成的冲程数和做功的次数分别是（）
A．40和10B．20和20C．10和10D．40和20 6．（2021秋•南充期末）一台单缸四冲程汽油机正常工作时飞轮的转速为1800r/min，那么1s内该汽油机做功的次数为（）
A．l800次B．30次C．15次D．2次7．（2021秋•通辽期末）一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800r/min，该汽油机每秒钟内完成的冲程数、做功次数分别是（）
A．30 15次B．60 15次C．120 30次D．15 60次8．（2021•容县模拟）如图所示装置甲、乙和丙完全相同，燃料质量均为10g，烧杯内液体初温和质量都相等，燃料完全燃烧完后，液体均未沸腾，液体的末温分别为t甲、t乙和t
，且t甲＞t乙＞t丙，则下列说法正确的是（）
丙
A．燃料b放出热量最多B．液体2吸收的热量最少
C．燃料a的热值比燃料b的大D．液体1的比热容比液体2的大
二、填空题。

9．（2022•淮北一模）我国研发制造的大容量海上风电机组、超长叶片、漂浮式风电机组、长距离输电工程等一系列海上风电关键技术均取得重要突破，技术创新能力处于全球第一梯队。

某台风电机发电5kW•h，若通过燃烧煤来获得这些电能，则至少需要完全燃烧kg的煤。

（煤的热值取3.0×107J/kg）
10．（2022•香洲区校级开学）某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现有8.4kg完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量J；设该热量有25%被水吸收，能将kg的水从25℃加热到100℃，剩余焦炭的热值为J/kg[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃）]。

11．（2022•南海区一模）某城市一种燃烧柴油的公交车，满载时的总重为2×105N，发动机的额定功率是100kW，以额定功率匀速行驶时受到的阻力是车重的0.02倍，百公里耗油是20L。

公交车轮胎比普通汽车的轮胎宽是为了（选填“增大”或“减小”）车辆对地面的压强。

公交车以额定功率匀速直线行驶时，公交车消耗20L柴油做的机械功是J，以额定功率匀速行驶时的效率是。

（柴油的热值取5×107J/kg，密度取0.8×103kg/m3）
12．（2021秋•九龙坡区期末）如图是四冲程汽油机的工作过程中冲程；若该汽油机功率为8kW，工作1小时使用的乙醇汽油燃烧产生的热量是7.2×107J，则汽油机工作的效率为。

13．（2022•娄星区模拟）如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图。

将内能转化为机械能的是图；若汽油机飞轮转速为3600r/min，则汽油机1s内对外做功次。

14．（2022•拱墅区校级三模）一台四冲程汽油机，其中冲程将机械能转化为内能；
飞轮转速为2400r/min，该汽油机1s对外做功次，若每次做功735J，该内燃机
的功率W。

三、实验探究题。

15．（2022•娄星区模拟）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。

（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为℃，第10秒的内能（选填“大于”“等于”“小于”）第12秒的内能；
（2）若要比较不同燃料的热值，应选择两图来进行实验；
（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b 升高相同温度，消耗的燃料更多（选填“a”或“b”）。

16．（2022春•桥西区月考）如图所示的实验装置可以模拟大自然中“雨”的形成。

（1）用酒精灯对烧瓶加热，在烧瓶口会冒出许多“白气”，这是（选填“空气中原有”或“烧瓶中冒出”）的水蒸气发生形成的。

（2）实验中，金属盘底部会有水滴不断滴下，就类似于大自然中的“雨”，如果想让“雨”
下得更大一些，则可在金属盘内加（选填“热水”或“冰块”）。

（3）若实验中燃烧了3g酒精，则酒精完全燃烧会放出J的热量（q酒精＝3.0×107J/kg）。

四、计算题。

17．（2021秋•巫溪县期末）天然气是一种洁净环保的优质能源，目前已被更广泛地使用。

若某家庭一个月使用了14m3的天然气，这些天然气完全燃烧放出的热量为多少？若天然气炉具的效率是30%，则这些热量能让多少质量的水温度从25℃升高到100℃？（q天然
＝7.5×107/m3）
气
18．（2021•眉山）改革开放以来，我国人民的生活水平不断提高，汽车已成为多数人的代步工具。

某品牌国产汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶100km，消耗了汽油6L，汽车发动机功率为12kW，已知：汽油的热值为q＝4.6×107J/kg，汽油的密度为ρ＝0.7×103kg/m3。

求该汽车匀速行驶100km过程中：
（1）消耗汽油的质量；
（2）发动机所做的功；
（3）发动机的效率（百分号前保留整数）。

19．（2022•江西模拟）现有一台单缸四冲程汽油机，其主要技术指标如表。

（不计克服摩擦消耗的能量，汽油热值取4.8×107J/kg）求：
排量 1.25L
输出功率8kW
转速2400r/min
效率25%
（1）汽油机一次做功冲程对外做功W0；
（2）1min消耗的汽油质量m；
（3）排量指发动机汽缸的工作容积，等于活塞的面积与活塞上下运动的距离（即冲程长）的乘积。

若燃气对活塞压强看作恒压，则燃气压强p为多少？
20．（2022•平凉一模）有一辆由汽油机提供动力的汽车，该车的输出功率与汽油机转速的关系图像如图所示。

这辆汽车在某次测试时以90km/h的速度在水平公路上匀速行驶了10min，消耗1.1kg的汽油，此过程中汽油机的转速为2000r/min.（q汽油＝4.6×107J/kg）（1）该汽车在这段时间内行驶了多少路程？
（2）1.1kg的汽油完全燃烧能产生多少热量？
（3）此过程中汽油机的效率是多少？（计算结果精确到0.1%）。