【暑假提升】人教版物理八年级（八升九）暑假预习-第12讲 热机效率 讲学案

第12讲 热机效率（原卷版）

【学习目标】

1.知道热值的概念；

2.会进行热值的简单计算；

3.了解热机效率的概念以及提高热机效率的途径；

4.会进行热机效率的简单计算。

【基础知识】

知识点一、燃料的热值

1.燃料

（1）燃料的种类

燃料是指可燃烧的物质，根据不同标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类。

（2）燃料燃烧时能量转化

燃料在燃烧时将化学能转化为内能。

2.燃料的热值

燃料种类很多，由于其燃烧成分不同，相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量不同，在物理学上用“热值”来表示燃料燃烧的放热本领。

（1）热值：某种燃料完全燃烧放出的热量，与其质量的比值叫这种燃料的热值；用“q”表示。

（2）热值单位：J/kg。

（3）热值的物理意义：一、1kg某种燃料完全燃烧放出的热量就等于该燃料的热值；二、热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是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、体积等均无关。

（4）燃料燃烧放出的热量：热量：Q放  ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg）

特别提醒

固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位。因此Q放  ＝qm一般用于固体燃料和液体燃料放热的计算；Q放  ＝Vq一般用于气体燃料放出热值的计算，其中V为气体燃料的体积。

（5）对燃料热值的透析

特别提醒

（1）不是任何物质都有热值。热值是燃料的固有性质，如石块、铁块等非燃料物质没有热值；

（2）只有燃料放热时，才能用Q放  ＝qm或Q放  ＝Vq进行计算，不要将其与温度降低时的放热公式Q放=cm△t混淆。

常用燃料的热值

见下表：

2.热机的效率

（1）燃料的有效利用：用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。如图所示：

（2）锅炉的效率

1）锅炉是利用燃料或其他热源把水加热成热水或蒸汽的设备。锅炉包括锅和炉两部分，锅是指盛水的容器，炉是燃料燃烧的装置。

2）提高锅炉燃料利用率的途径：一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等；二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。

（3）内燃机中热量燃烧的能量流向图

（4）热机效率

1）定义：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。

2）计算公式：

对热机而言，其中用来做有用功的能量Q有用等于热机对外的有用功W有用，故热机的效率公式又可写成：。

3）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。

4）常见热机效率：蒸汽机6%-15%，汽油机20%-30%，柴油机30%-45%。

特别提醒：热机效率总小于1的原因

因为热机中用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的总能量的一部分，由于各种能量的损失和燃烧条件的限制，这部分能量一定小于完全燃烧放出总能量，所以有用功的能量与燃烧放出的总能量的比值必然小于1，即热机的效率一定小于1。

（5）提高热机效率的主要途径

①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）；

②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）；

③在热机设计和制造上，采用先进的技术；

④保障良好的润滑，减少机械摩擦。

废弃能量的利用

在热机的能量损失中，废气带走的能量最多，所以设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的主要措施。例如，人们将发电厂蒸汽轮机排除的废气送入热电站进行供热，将废气中的能量甲乙利用，大大提高了热量的利用率。

【考点剖析】

考点一：热值及其计算

角度1:对热值的理解

关于热机效率和热值描述正确的是（　　）。

A．燃料燃烧越充分，燃料热值越大；

B．使用热值大的燃料，可以提高热机效率；

C．额定功率越大的机械，其发动机效率越高；

D．燃料燃烧越充分，热机效率越大

角度2:热值的有关计算

氢能源具有热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108 J/kg，完全燃烧0.2kg的氢气可放出______J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值是______J/kg。

考点二：热机的效率

角度1：对热机效率的理解

下列关于热机效率的说法中正确的是（　　）。

A ．蒸汽机的效率比内燃机高；

B ．热机的功率越大，它的效率也一定越高；

C ．用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧放出的能量之比叫热机效率；

D ．用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫热机效率

角度2：热机效率的有关计算

某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧．通过计算可知，下列结果正确的是（　　）。

①汽车行驶速度是20km/h         ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J

③汽车牵引力做功的功率是30kW    ④汽车发动机的效率是20%

A．只有①和②   B．只有②和③    C．只有①和④   D．只有②和④

角度3：效率与功率

甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是（　　）。

A．甲的功率大于乙的功率；

B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料；

C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大；

D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少

考点三：热值、比热容与热效率综合

已知天然气的热值为3.8×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求：

（1）完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出多少热量?

（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℃?（当地的大气压强为1标准大气压）

【真题演练】

1．（2021·黑龙江中考真题）下列说法正确的是（  ）。

A．内燃机消耗的燃料越多，其效率越高；

B．物体吸收热量，其温度一定升高；

C．外界对物体做功，物体内能可能增加；

D．在热传递过程中，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体

2．（2021·湖南郴州市）小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2103J/（kg℃，酒精的热值为q=3107J/kg]。则（  ）。

A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14%；

B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%；

C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4%；

D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%

3．（2021·四川成都市）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%

4．（2020•呼伦贝尔）西昌卫星发射中心用长征三号运载火箭，于2019年4月20日将第44颗北斗导航卫星成功送上太空。下列说法中正确的是（  ）。

A．火箭升空过程中，将机械能转化为内能；

B．燃料燃烧时将内能转化为化学能；

C．火箭使用液氢燃料，主要是利用了液氢的比热容较大；

D．火箭使用液氢燃料，主要是利用了液氢的热值较大

5.（2020·四川甘孜州）下列关于热值和热机效率说法，正确的是（　　）。

A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值；

B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率；

C. 柴油机的热机效率通常为100%；

D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大

6．（2021·内蒙古通辽市）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•℃）]

7．（2021·贵州黔东南苗族侗族自治州）如图所示，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内硝化棉燃烧起来，该过程能量是由______能转化为______能，这一特点与汽油机______冲程相同。完全燃烧0.5kg的汽油，放出的热量是______J（已知汽油的热值为4.6107J/kg）。

8．（2021·湖北荆州市）使用清洁能源天然气有助于国家提出的2060年前实现碳中和的目标。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量是_______J：若此过程的热效率为40%，则此过程消耗天然气_______m3。（水的比热容为4．2103J/（kg·℃），天然气热值为4.2107/m3）

9．（2021·湖北十堰市）如图所示，小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与柴油机的______冲程相同。小明参加了一次长跑，身体消耗的能量约为8.4×106J，这些能量相当于完全燃烧______m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将______kg20℃的水烧开。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q天燃气＝4×107J/m3）

【过关检测】

1.下列有关热学知识的说法中正确的是（  ）。

A．固体和液体很难被压缩是因为分子间没有间隙；

B．物体吸收热量，温度不一定升高；

C．燃料燃烧越充分，其热值越大；

D．比热容与物体吸收热量的多少有关

2.面点师傅炸油条时，用天然气将油加热至沸腾，把和好的面拉成长条放入油中炸至金黄。关于涉及的物理知识，下列说法正确的是（  ）。

A．油沸腾过程中继续加热，内能不变，温度升高；

B．面被拉长未断，说明分子间存在引力；

C．刚出锅的油条烫手，是由于油条含有的热量多；

D．天然气燃烧越充分，放出的热量越多，热值越大

3.下列有关说法正确的是（  ）。

A．以天然气为燃料，汽车发动机的效率可以达到100%；

B．内能小的物体可以将热量传给内能大的物体；

C．热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量一定越多；

D．的水比的水含有的热量多

4.关于内燃机，下列说法正确的是（  ）。

A．四个冲程中只有一个冲程发生内能与机械能相互转化；

B．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能；

C．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的；

D．只要技术进步，内燃机的效率可以达到100%

5.一杯酒精用掉一半，剩下一半的酒精的质量、密度、比热容和热值的情况是（ ）。

A．质量.密度.比热容和热值不变；

B．质量和密度变为原来的一半，比热容和热值不变；

C．质量和热值变为原来的一半，密度和比热容不变；

D．质量变为原来的一半，密度.比热容和热值不变

6.质量为1.4kg的干木柴完全燃烧，所放出的热量为______J，木材燃烧后通过______方式将水加热，如果这些热量的50%被质量为50kg的水吸收，则水的温度升高______℃（已知：干木柴的热值为1.2×107J/kg，水的比热4.2×103J/（kg•℃）

7.用天然气烧水，水烧沸腾时，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的______冲程的能量转化相同；在标准大气压下用天然气把3kg的水从20℃加热至刚沸腾时，水的比热容______（填“增大”“减小”或“不变”），水吸收了______J的热量。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]

8.物体的内能与物体质量、温度、形态______（选填“有”或“无”）关，与物体运动速度及位置高度无关。改变物体内能的方法有做功和热传递。它们在改变物体内能上是______的；提高燃料利用率的途径：一是让燃料尽可能地完全燃烧；二是要减少热量______。

9.川人爱吃辣，色香味俱佳的红油辣子是川人家常必备。红油辣子制作关键是对油温的控制，用菜油制作红油辣子的最佳温度为150℃。用沼气将0.1kg菜油从室温17℃加热到制作红油辣子的最佳温度，则菜油吸收了_______J的热量，燃烧了________m3的沼气。已知沼气燃烧释放的热量有50%被菜油吸收，沼气热值取1.9×107Ｊ/m3，取ｃ菜油=2.0×103J·（kg·℃ ）-1。

10.总长55km的港珠澳大桥进行通车测试时，一辆小汽车以某速度匀速通过大桥（ 看成直线运动），远动过程中受到的阻力恒为车重的0.08倍，全程消耗了5kg的汽油，耗时50min。已知汽车的总质量为1.5t，q汽油=4.6×107J/kg，g取10N/kg，由此可计算：

（1）假设每个轮胎与桥面的接触面积为0.025m2，则汽车静止时对桥面的压强是多少？

（2）汽车牵引力所做的功和功率各是多少？

（3）汽油机的效率是多少？（结果精确到0.1%）