【暑假衔接】人教版初中物理九年级（八升九）暑假自学讲练 05 热机效率（原卷版+解析版）

这是一份【暑假衔接】人教版初中物理九年级（八升九）暑假自学讲练 05 热机效率（原卷版+解析版），文件包含暑假衔接人教版初中物理九年级八升九暑假自学讲练05热机效率原卷版docx、暑假衔接人教版初中物理九年级八升九暑假自学讲练05热机效率解析版docx等2份试卷配套教学资源，其中试卷共21页， 欢迎下载使用。


1．燃料的热值：
（1）定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用q表示。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（2）公式：，变形：，。
（3）热值的单位：J/kg（固体和液体）；J/m3（气体）
（4）热值反映了燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均无关系。
【注意】认识热值定义时，不要漏掉“完全”这一条件。
2．热机的效率：
（1）热机中燃料能量的去向（以汽车为例）：如图
（2）定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，用η表示。
（3）公式：η＝eq \f(W有,Q总)×100%.
（4）热机效率是指热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所择放的能量的比值,它反映了能量的利用率,热机性能的一个重要标志.
（5） 由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1。
3．提高热机效率的途径
（1）使燃料充分燃烧
（2）尽量减少各种热量损失；
（3）在热机的设计和制造上采用先进的技术；
（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
考点1：燃料的热值
【例1】（双选）一箱汽油用掉一半后，下列说法错误的是（ ）
A. 质量变为原来一半B. 比热容变为原来的一半
C. 热值变为原来的一半D. 密度不变
【答案】BC
【解析】汽车油箱中的汽油用掉一半后，汽油的质量减少一半，但密度、热值和比热容是不变的．故AD正确、BC错．故选BC．
【例2】（2021·四川泸州市·中考真题）人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_______（选填“热值”“热量”或“温度”）不同，完全燃烧0.28m2的天然气可放出_______J的热量，这些热量若全部被水吸收，可让_______kg的水温度升高20°C[已知天然气热值q=3.0×107J/m3，水的比热容c=4.2×103]/（kg．°C）]。
【答案】热值 100
【解析】
[1] 单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，它表示燃料的放热本领强弱，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的热值不同。
[2]完全燃烧0.28m2的天然气可放出的热量
[3]水的质量
【变式训练】
【变式1】关于燃料的热值，以下说法正确的是( )
A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B．容易燃烧的燃料，热值一定大
C．煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D．0.5 g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的
【答案】D
【解析】1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值．热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关．A项，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧程度无关，故A错；B项，热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错；C项，煤的热值比干木柴大，说明1 kg的煤完全燃烧放出的热量比1 kg干木柴完全燃烧放出的热量多．本选项的说法中不一定完全燃烧，故C错；D项，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，故D正确．
【变式2】．烧开一壶水，需要吸收2.3×106焦的热量，需要完全燃烧______克的煤油．(已知煤油的热值是4.6×107J/kg)
【解析】需要煤油的质量为：m＝＝＝0.05 kg＝50 g.
【答案】50
【变式3】（2021年黑龙江省龙东地区中考物理试题）小琦家新安装了一台容积为0.5m3的太阳能热水器，加满水后，经过4h阳光的照射水温由原来的25℃升高到45℃（已知:水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）、焦炭的热值q=3.0×107J/kg、水的密度ρ=1.0×103kg/m3）。问:
（1）在这4h内水吸收的热量为多少焦耳?
（2）若这些热量由效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克的焦炭?
【答案】（1）；（2）
【详解】
解（1）水吸收的热量为
（2）燃烧焦炭所释放的能量
需要燃烧焦炭的质量为
答：（1）在这4h内水吸收的热量为。
（2）需要燃烧的焦炭。

考点2：热机的效率
【例3】为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机的效率的是( )
A. 让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
B. 在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
C. 尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D. 尽量增加热机的工作时间
【答案】D
【分析】由热机效率的定义式η＝eq \f(W有,Q总)分析。多数情况下，在有效利用的能量Q有用不变的情况下，设法减少能量损耗，便可以提高热机的效率。减少能量损耗的常用方法：尽量让燃料充分燃烧，尽量减少克服摩擦做功等。
【解析】提高热机效率的前提是设法减少热机工作过程中的能量损失。
【例4】某家庭用的燃气热水器，将20 kg的水从20℃加热到70℃，完全燃烧了0.2 kg的燃气．已知水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），燃气的热值为5×107 J/kg．求：
（1）燃气完全燃烧放出的热量Q1；
（2）水吸收的热量Q2；
（3）该热水器烧水的效率．
【答案】1×107J 4.2×106J 42%
【解析】（1）知道燃气的体积和热值，根据Q放＝qm求出燃气完全燃烧放出的热量；
（2）知道水的质量、水的比热容以及初温、末温，根据Q吸＝cm（t-t0）求水吸收的热量；
（3）根据η＝求出该热水器烧水的效率．
【详解】(1)燃气完全燃烧放出的热量：Q1＝qm＝5×107J/kg×0.2kg＝1×107J；
(2)水吸收的热量：Q2＝cm(t−t0)＝4.2×103J/(kg⋅℃)×20kg×(70℃−20℃)＝4.2×106J，
(3)该热水器烧水的效率：η＝×100%＝42%．
【变式训练】
【变式1】甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明（ ）
A. 甲的功率比乙的大 B. 甲做的功比乙的多
C. 甲消耗的柴油比乙的少 D. 甲柴油机内能转化为机械能的百分比大
【答案】D
【解析】热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比．比值越大，热机的效率越高．
A. 功率是表示物体做功快慢的物理量，与热机的效率是两个完全不同的概念，故A错误；
B. 做功多少与效率也没有关系，故B错误；
C. 消耗柴油少，与热机效率也没有关系，故C错误；
D. 甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，说明甲柴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大，故D正确；
故选D．
【变式2】（2021·四川成都市·中考真题）小帆在老师指导下，用如图所示的同一个实验装置分别加热100g的甲、乙两种液体（其中一种是水），用测得的数据绘制了温度随时间变化图像如图，乙从20℃加热至沸腾刚好消耗了4g酒精（）。若单位时间内甲吸收的热量与乙吸收的热量相等，，则下列说法中正确的是（ ）
A．
B．乙的吸热能力大于甲的吸热能力
C．0~8min乙吸收的热量为
D．该酒精灯的加热效率为28%
【答案】C
【解析】
ABC．由图乙知，甲从20℃加热至沸腾用时8min，乙从20℃加热至沸腾用时10min。 升高相同温度，甲所需时间长，需要吸收的热量多，那么甲的吸热能力更强，则甲是水，甲从20℃升温至100℃，需要吸收的热量
Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg⋅℃)×0.1kg×(100℃-20℃)=3.36×104J
即酒精灯在8min内放出的热量为3.36×104J，那么乙在8min内吸收的热量为3.36×104J。乙从20℃升温至100℃，所需时间为4min，吸收的热量
那么乙的比热容
故AB错误，C正确；
D．乙从20℃加热至沸腾，所需时间为10min，吸收的热量
消耗的酒精放出的热量
Q放=m酒精q酒精=0.004g×3×107J/kg=1.2×105J
那么酒精灯的加热效率
故D错误。
故选C。
【变式3】（2021·云南中考真题）中国首次火星探索任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图所示是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料、液态氧作为助燃剂。火箭燃料的发展如表1所示，表2是一些燃料的热值。
表1
表2
（1）使用氢作为燃料的主要优点是：______和______；
（2）某火箭发射时携带了液态氢燃料，这些燃料完全燃烧最多能将多少千克初温为的水加热至沸腾______？[，当地大气压为1标准大气压]
（3）氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在气缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了2kg燃料，求该发动机的效率______。
【答案】热值大 无污染 45％
【解析】
（1）[1][2] 氢作为燃料的主要优点热值大、无污染。质量相同的燃料，热值大的燃烧后释放出更多的热量。氢燃烧后的产物是水，对环境无污染。
（2）[3]氢燃烧后释放的热量
水吸收的热量
由可知，水的质量
（3）[4]2kg氢完全燃烧释放的热量
汽车发动机做的功
发动机的效率

考点3：热值实验探究
【例4】小王学习燃料的热值之后，自己设计一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小．
（1）实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是_____（由下而上/由上而下）．
（2）为保证实验结论的可靠，在实验中应控制的因素有：_____，_____等．
（3）实验数据记录如表：
根据表中数据，计算出碎纸片的热值是_____J/kg．
（4）通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏_____（选填“大”或“小”），你认为出现这样情况的主要原因是：_____．
（5）另一组同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？_____（能/不能）理由：_____，为避免这种情况的出现，你可以对他们组提什么改进建议？_____．
【答案】 (1). 由下而上 (2). 酒精和碎纸片的质量 (3). 两杯水的质量 (4). 1.2×106 (5). 小 (6). 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 (7). 不能 (8). 水沸腾后吸热温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少 (9). 增加水的质量或减少燃料的质量
【解析】（1）为了利用酒精灯的外焰给烧杯充分加热，并且温度计不要碰到烧杯壁和烧杯底，应按照由下往上的顺序组装器材；
（2）为了比较相同质量的酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少，必须控制二者的质量相等、烧杯内水的质量相等、两个烧杯相同；
（3）相同质量的酒精和碎纸片燃烧放热，酒精燃烧放出的热量可以将水的温度升高20℃，碎纸片燃烧放出的热量可以将水的温度升高10℃，可见酒精的热值是碎纸片的2倍，所以碎纸片的热值为1.2×106J/kg；
（4）因为烧杯、空气也吸收热量，并且燃料不可能完全燃烧，所以测得的热值会偏小．
（5）因为水沸腾后吸热温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少，所以在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，将不能比较两种燃料的热值；为避免出现在实验中水沸腾的现象，应增加水的质量或减少燃料的质量．
1．在热现象中，下列说法正确的是（ ）
A．冰在熔化过程中，要不断吸收热量，温度同时升高
B．一个物体内能增加了，一定是吸收了热量
C．新型燃料汽车实现了“零排放”，其效率已达到了100%
D．初春培育水稻秧苗时，为了不使秧苗受冻，应该早晨多排水，傍晚多灌水
【答案】D
【解析】A、冰是晶体，熔化过程中吸热，温度不变，故A错误；
B、一个物体的内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对此物体做功，故B错误；
C、目前有些新型燃料汽车，实现了“零排放”，减少了污染，提高了效率，但效率不会达到100%，故C错误；
D、初春培育水稻秧苗时，为了不使秧苗受冻，傍晚多灌水，当夜晚温度降低时，因为水的比热大，水放出热量，水的温度降低的比较少，不至于使秧苗受冻；在早晨把稻田内是水排出，稻田接受太阳光的照射，泥土的比热小，泥土吸收热量，温度升高快，有利于秧苗的生长，故D正确。
2．下列关于热机、热值的说法正确的是（ ）
A．汽油机、柴油机都有火花塞和喷油嘴这两个关键部件
B．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值，单位是kg/J
C．柴油机工作的效率是35%，说明它工作时柴油燃烧释放的能量65%转化为有用功
D．四冲程内燃机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的
【答案】D
【解析】A、汽油机和柴油机构造不同。汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。故A错误；
B、单位质量的燃料完全燃烧时释放出的热量是燃料的热值，所以热值的单位是J/kg。故B错误；
C、柴油机的效率为35%，说明它工作时柴油完全燃烧放出的热量的35%转化为有用功。故C错误；
D、四冲程内燃机是吸气、压缩、做功、排气四个冲程连续工作的循环过程。故D正确。
3．我国北方房屋中的“暖气”用水作为介质，是因为水的 大；火箭用液态氢作燃料，是因为液态氢的 大。
【答案】比热容；热值
【解析】
（1）比热容越大，说明物质的吸放热能力就越强；北方房屋中的“暖气”用水作为介质，是因为水的比热容较大，在相同条件水可以放出更多的热量。
（2）火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的液态氢和其它燃料相比，液态氢可以释放出更多的热量。
4．现有0.028kg酒精，完全燃烧释放的热量为 J，若这些热量完全被水吸收，可以使10kg的水，温度从20℃升高到 ℃[q洒精＝3×107J/kg，c水＝4.2×l03J/（kg•℃）]
【答案】8.4×105；20
【解析】（1）知道酒精的质量和热值，利用燃料完全燃烧放热公式Q放＝mq求放出的热量；
（2）再由Q放＝Q吸＝cm△t，得到△t=eq \f(Q吸, cm)后计算水升高的温度。
解：
（1）完全燃烧0.028kg酒精放出的热量：
Q放＝q酒精m酒精＝3×107J/kg×0.028kg＝8.4×105J；
（2）由热量完全被水吸收，Q吸＝cm△t＝Q放，
所以水温度升高值：
△t=eq \f(Q吸, cm)= eq \f(8.4×105J, 4.2×103J/（kg•℃）×10 kg)=20℃。
可以使水的温度升高到20℃。
5．我们每天都在产生大量垃圾，合理分类和利用垃圾是我们面临的一个重大课题。某垃圾处理厂处理垃圾时提炼出了200kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107J/kg，则这些燃料油完全燃烧放出的热量为________J，燃料油燃烧时发热，燃料油的化学能转化为________能。
【答案】8.0×109；内
【解析】（1）这些燃油完全燃烧放出的热量：
Q＝mq＝200kg×4.0×107J/kg＝8.0×109J；
（2）燃料油燃烧时发热，燃料油的化学能转化为内能。
6．一个标准大气压下，将质量1.0kg的水从20℃加热到沸腾，水吸收的热量是________J．小明家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡，耗水40kg，自来水进热水器的温度是24℃，出热水器的温度是40℃，小明这次洗澡消耗天然气________m3．已知水的比热容是4.2×103J/（kg℃），天然气的热值是3.2×107J/m3。
【答案】3.36×105J；0.1
【解析】（1）利用Q吸=cm△t求水吸收的热量；
（2）利用Q吸=cm△t求洗澡时水吸收的热量；已知热水器的热效率，由η=EQ \F(Q吸, Q放)
可求得天然气放出的热量，再利用Q放=Vq可求得天然气体积。
（1）水吸收的热量：
Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×1.0kg×（100℃－20℃）=3.36×105J；
（2）他某次洗澡时水吸收的热量：
Q吸′=cm′△t′=4.2×103J/（kg•℃）×40kg×（40℃－24℃）=2.688×106J；
由η=EQ \F(Q吸, Q放)可得，天然气放出的热量：Q放=EQ \F(Q吸,η)= EQ \F(2.688×106J, 84%)=3.2×106J；
由Q放=Vq可得，消耗天然气体积：V=EQ \F(Q放,q) =EQ \F(3.2×106J,3.2×107J/m3)
7.某同学在烧杯中装人质量为100g、初温为20℃的水，然后用酒精灯给水加热一段时间后，水的温度升高到70℃，此过程中水的内能增加了______J，水增加的内能______（选填“大于”、“小于”或“等于”）酒精完全燃烧所放出的热量。已知c水=4.2×103J/（kg•℃）。
【答案】2.1×104 小于
【解析】
（1）水吸收的热量（水的内能增加值）：
Q吸=c水m水（t－t0）=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（70℃－20℃）℃=2.1×104J；
（2）由于酒精不可能完全燃烧，有热量散失，且烧杯也会吸收一部分热量，
所以，水增加的内能小于酒精完全燃烧所放出的热量。
故答案为：2.1×104；小于。
（1）根据Q吸=c水m水（t－t0）求出水吸收的热量（水的内能增加值）；
（2）由于酒精不可能完全燃烧，有热量散失，且烧杯也会吸收一部分热量，进而判断水增加的内能与酒精完全燃烧所放出的热量的关系。
本题主要考查吸热公式的应用，知道在热传递过程中存在热损失，只要细心应该容易解答，比较简单。
8．用液化气灶烧水，把1.5kg初温为20℃的水加热到100℃，需要吸收的热量为 J．若上述过程中完全燃烧了0.021kg液化气，且只有60%的热量被水吸收，则液化气的热值为 J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
【答案】5.04×105；4×107
【解析】解：（1）水吸收的热量：
Q吸＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×1.5kg×（100℃－20℃）＝5.04×105J；
（2）由题知，Q吸＝Q放×60%＝m液化气q×60%，
需要液化气的体积：
q液化气＝ EQ \F(Q吸, 60%m) ＝ EQ \F(5.04×105J,0.021kg×60%) ＝4×107J/kg。
第1代
第2代
第3代
第4代
燃 料
氧气和汽油混合
偏二甲胼
煤 油
液态氢
氧化剂
四氧化二氮
液态氧
液态氧
燃料
热值
燃料
热值
汽油

煤油
柴油

氢