第十三章 内能与热机
课时13.4 热机效率和环境保护
(
素养目标
)
物理观念
1.概念
(1)热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量（或体积）之比。
（2）热机效率：热机运转中，对外做的有用 功与燃料完全燃烧所释放的热量的比值。
規律
燃料放出热量多少与燃料质量(或体积)和燃料种类有关。
科学思维
燃料放出热量多少与多个因素有关，所以用控制变量法探究燃料放出热量与燃料种类的关系。
科学态度与责任
了解热机给人类社会发展带来的好处，同时认识到热机使用对环境的不良 影响，培养自觉的环保意识。
题型汇总：热值的概念及计算、炉具效率的计算、热机效率的计算。
(
知识梳理
)
燃料的热值
热值：1千克的某种燃料完全燃烧时放出的热量。符号：q
1. 单位：焦/千克。（J/kg）。或气体燃料的热值：J/m3
2.热值的物理意义:
干木柴的燃烧值是1.2×l07焦物理意义是1千克的干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×l07焦。
3.公式： Q=mq或q=Q/m
热机效率
用来做有用功那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。
环境保护
1．内能对环境的影响。
（1）废气污染（CO、SO、酸雨），
（2）噪声污染。
2．保护环境，减小污染措施。
（1）改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置。
2）提高内能的综合利用率。
把直接烧煤、燃油改为烧其工业副产品；把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。
（3）充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。
(
考点突破
)
考点一 燃料的热值
1.我市所有出租车已使用天然气来代替燃油，某出租车在一段时间内消耗了420g天然气，若这些 天然气完全燃烧，可放出热量______J，这些热量可使质量为_____kg的水由20℃升高到100℃；天然气燃烧时将_____能转化为内能．若天然气用去一半，则剩余天然气的热值______（选填“变大”“变小”或“不变”）．[天然气的热值为4.4×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)]
【答案】1.848×107、55、化学、不变
【解析】消耗420g天燃气释放的热量：Q=mq=0.42kg×4.4×107J/kg=1.848×107J；
由题知，Q吸=Q放=1.848×107J，
由Q吸=cm(t t0)得加热水的质量：
天然气燃烧时，天然气的化学能转化为内能；
热值是燃料的特性，天然气用去一半，剩余天然气种类不变，故热值不变．
考点二 热机的效率
2.汽车在一段平直公路上匀速行驶5km，消耗汽油1kg．已知汽车行驶时受到的牵引力为2300N，汽油的热值为4.6×107J/kg求：
（1）消耗的汽油完全燃烧放出的热量；
（2）汽车发动机的效率．
【答案】（1）汽油完全燃烧放出的热量为4.6×107J．
（2）汽车发动机的效率为25%．
【解析】（1）汽油完全燃烧放出的热量：．
（2）汽车牵引力做的功：
汽车发动机的效率：．
3.一辆厢式小货车运货，满载后总质量是5.0×10 kg，在平直的公路上匀速行驶100km，耗油10kg，货车受到的阻力是2000N，发动机的牵引功率是50KW.求：
（汽油的热值取5.0×107J/kg，g取10N/kg）
（1）货车匀速行驶的速度；
（2）10kg汽油完全燃烧放出的热量；
（3）货车发动机的效率．
【答案】（1）货车匀速行驶的速度v=25m/s．
（2）10kg汽油完全燃烧放出的热量为5.0×108J．
（3）货车发动机的效率η=40%．
【解析】（1）汽车匀速行驶，则F=f=2000N，
由P=Fv可得．
（2）汽油燃烧放出的热量：Q=mq=10kg×5.0×107J/kg=5.0×108J．
（3）牵引力做的功：W=Fs=2000N×1×105m=2×108J，
货车发动机的效率：．
(
分层提分
)
题组A 基础过关练
1. 两台汽油机，甲机的效率为35%，乙机的效率为35%，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.在相同时间内甲机消耗的汽油比乙机多
D.在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
2. （多选） 在试管中装适量的水，试管口用塞子塞住，用酒精灯对试管加热，如图所示。加热一段时间后，塞子冲出去了，则（ ）
A.加热过程中，酒精的化学能全部转化为水的内能
B.塞子冲出前，试管内气体压强不断增大
C.塞子冲出时，试管内气体温度不变
D.塞子冲出时，塞子增加的机械能是由试管内气体内能转化
3. 热机的效率是热机性能的一个重要指标．有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为，其中用来做有用功的那部分能量为，该热机的效率是________．当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率________（选填“升高”“不变”或“降低”），因此，汽车用到一定时间后要强制报废．
题组B 能力提升练
4. “神舟十三号”飞船于2021年10月在酒泉发射基地发射，并获得了圆满成功．请回答下列问题：
（1）火箭发射升空时，燃料燃烧将化学能转化为燃气的________能，再转化为火箭的________能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且________大．
（2）飞船绕地球飞行时，当运动到地球的背面没有太阳光照射时，飞船表面的温度会急剧下降，内能________，这是通过________的方式改变物体的内能．
（3）飞船在轨道上从远地点到近地点运行的过程中，飞船的________变小．（选填“动能”“重力势能”或“机械能”）
题组C 培优拔尖练
5. 为了实现节能减排，城市里很多出租车都换成了燃气汽车，最常见的是压缩天然气汽车（将天然气加压后装在汽车燃气瓶内作为燃料），若某出租车以压缩天然气为燃料，在平直的高速公路上以的速度匀速行驶了0.5h，发动机的功率恒为25kw，消耗的天燃气的体积为4m ，已知天然气的热值为．求：
（1）假设4m 天然气完全燃烧，放出的热量是多少？
（2）发动机的牵引力是多大？
（3）发动机的效率是多少？
6. 十一黄金周小芳同学一家驾车沿高速公路到某地旅游，路程为360km，所用时间为10h。假设轿车是匀速行驶，且受到的阻力为500N，用了20kg汽油。汽油的热值为。求：
（1）汽车牵引力所做的功是多少？
（2）汽车发动机的功率是多少？
（3）汽油机的效率是多少？
7. 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，汽油的密度为，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）．
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第十三章 内能与热机
课时13.4 热机效率和环境保护
(
素养目标
)
物理观念
1.概念
(1)热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量（或体积）之比。
（2）热机效率：热机运转中，对外做的有用 功与燃料完全燃烧所释放的热量的比值。
規律
燃料放出热量多少与燃料质量(或体积)和燃料种类有关。
科学思维
燃料放出热量多少与多个因素有关，所以用控制变量法探究燃料放出热量与燃料种类的关系。
科学态度与责任
了解热机给人类社会发展带来的好处，同时认识到热机使用对环境的不良 影响，培养自觉的环保意识。
题型汇总：热值的概念及计算、炉具效率的计算、热机效率的计算。
(
知识梳理
)
燃料的热值
热值：1千克的某种燃料完全燃烧时放出的热量。符号：q
1. 单位：焦/千克。（J/kg）。或气体燃料的热值：J/m3
2.热值的物理意义:
干木柴的燃烧值是1.2×l07焦物理意义是1千克的干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×l07焦。
3.公式： Q=mq或q=Q/m
热机效率
用来做有用功那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。
环境保护
1．内能对环境的影响。
（1）废气污染（CO、SO、酸雨），
（2）噪声污染。
2．保护环境，减小污染措施。
（1）改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置。
2）提高内能的综合利用率。
把直接烧煤、燃油改为烧其工业副产品；把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。
（3）充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。
(
考点突破
)
考点一 燃料的热值
1.我市所有出租车已使用天然气来代替燃油，某出租车在一段时间内消耗了420g天然气，若这些 天然气完全燃烧，可放出热量______J，这些热量可使质量为_____kg的水由20℃升高到100℃；天然气燃烧时将_____能转化为内能．若天然气用去一半，则剩余天然气的热值______（选填“变大”“变小”或“不变”）．[天然气的热值为4.4×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)]
【答案】1.848×107、55、化学、不变
【解析】消耗420g天燃气释放的热量：Q=mq=0.42kg×4.4×107J/kg=1.848×107J；
由题知，Q吸=Q放=1.848×107J，
由Q吸=cm(t t0)得加热水的质量：
天然气燃烧时，天然气的化学能转化为内能；
热值是燃料的特性，天然气用去一半，剩余天然气种类不变，故热值不变．
考点二 热机的效率
2.汽车在一段平直公路上匀速行驶5km，消耗汽油1kg．已知汽车行驶时受到的牵引力为2300N，汽油的热值为4.6×107J/kg求：
（1）消耗的汽油完全燃烧放出的热量；
（2）汽车发动机的效率．
【答案】（1）汽油完全燃烧放出的热量为4.6×107J．
（2）汽车发动机的效率为25%．
【解析】（1）汽油完全燃烧放出的热量：．
（2）汽车牵引力做的功：
汽车发动机的效率：．
3.一辆厢式小货车运货，满载后总质量是5.0×10 kg，在平直的公路上匀速行驶100km，耗油10kg，货车受到的阻力是2000N，发动机的牵引功率是50KW.求：
（汽油的热值取5.0×107J/kg，g取10N/kg）
（1）货车匀速行驶的速度；
（2）10kg汽油完全燃烧放出的热量；
（3）货车发动机的效率．
【答案】（1）货车匀速行驶的速度v=25m/s．
（2）10kg汽油完全燃烧放出的热量为5.0×108J．
（3）货车发动机的效率η=40%．
【解析】（1）汽车匀速行驶，则F=f=2000N，
由P=Fv可得．
（2）汽油燃烧放出的热量：Q=mq=10kg×5.0×107J/kg=5.0×108J．
（3）牵引力做的功：W=Fs=2000N×1×105m=2×108J，
货车发动机的效率：．
(
分层提分
)
题组A 基础过关练
1. 两台汽油机，甲机的效率为35%，乙机的效率为35%，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.在相同时间内甲机消耗的汽油比乙机多
D.在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多
【答案】D
【解析】甲的效率大，表示在消耗相同的汽油时，甲机做的有用功比乙机多。
2. （多选） 在试管中装适量的水，试管口用塞子塞住，用酒精灯对试管加热，如图所示。加热一段时间后，塞子冲出去了，则（ ）
A.加热过程中，酒精的化学能全部转化为水的内能
B.塞子冲出前，试管内气体压强不断增大
C.塞子冲出时，试管内气体温度不变
D.塞子冲出时，塞子增加的机械能是由试管内气体内能转化
【答案】B,D
【解析】A.加热过程中，酒精燃烧过程中有能量损失，化学能未全部转化为水的内能。
B.塞子冲出前，试管内气体压强不断增大。
C.塞子冲出时，试管内气体对外做功，内能减小，温度降低。
D.塞子冲出时，塞子增加的机械能是由试管内气体内能转化
3. 热机的效率是热机性能的一个重要指标．有一热机，若一部分燃料完全燃烧时，放出的能量为，其中用来做有用功的那部分能量为，该热机的效率是________．当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率________（选填“升高”“不变”或“降低”），因此，汽车用到一定时间后要强制报废．
【答案】37.% 降低
【解析】热机效率
汽油发动机冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低．
题组B 能力提升练
4. “神舟十三号”飞船于2021年10月在酒泉发射基地发射，并获得了圆满成功．请你回答下列问题：
（1）火箭发射升空时，燃料燃烧将化学能转化为燃气的________能，再转化为火箭的________能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且________大．
（2）飞船绕地球飞行时，当运动到地球的背面没有太阳光照射时，飞船表面的温度会急剧下降，内能________，这是通过________的方式改变物体的内能．
（3）飞船在轨道上从远地点到近地点运行的过程中，飞船的________变小．（选填“动能”“重力势能”或“机械能”）
【答案】（1）内,机械,热值（2）减少,热传递
（3）重力势能
【解析】略
题组C 培优拔尖练
5. 为了实现节能减排，城市里很多出租车都换成了燃气汽车，最常见的是压缩天然气汽车（将天然气加压后装在汽车燃气瓶内作为燃料），若某出租车以压缩天然气为燃料，在平直的高速公路上以的速度匀速行驶了0.5h，发动机的功率恒为25kw，消耗的天燃气的体积为4m ，已知天然气的热值为．求：
（1）假设4m 天然气完全燃烧，放出的热量是多少？
（2）发动机的牵引力是多大？
（3）发动机的效率是多少？
【答案】（1）假设4m 天然气完全燃烧，放出的热量是。
（2）发动机的牵引力是1000．
（3）发动机的效率是31.25%．
【解析】
解：（1）消耗的天然气V=4m ，．
（2）功率，
，．
（3）已知功率，，
，
发动机效率．
6. 十一黄金周小芳同学一家驾车沿高速公路到某地旅游，路程为360km，所用时间为10h。假设轿车是匀速行驶，且受到的阻力为500N，用了20kg汽油。汽油的热值为。求：
（1）汽车牵引力所做的功是多少？
（2）汽车发动机的功率是多少？
（3）汽油机的效率是多少？
【答案】（1） （2） （3）19.6%
【解析】（1）轿车匀速行驶时，牵引力等于受到的阻力，
轿车牵引力做的功为
（2）汽车发动机的功率是
（3）
汽油机的效率是19.6%
7. 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，汽油的密度为，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）．
【答案】（1）消耗汽油的质量为4.2kg；
（2）发动机所做的功为；
（3）发动机的效率为31%．
【解析】
解：（1）消耗汽油的质量：．
（2）汽车的行驶时间：，
发动机所做的功：．
（3）汽油完全燃烧放出的热量：，
发动机的效率：．
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