2021学年九年级物理全册14. 2 热机效率知识点与考点解析

14.2热机效率知识点与考点解析

★考点概览

一、知识点与考片

热值概念

热值计算

热值r

热

厂厂热机效率的计算

机

热机效率一

效L影响热机效率的因素

率

二、考点解析

1.热机效率是本章重点内容，主要涉及到热值的概念及其相关计算，热机效率的计算

三个方面。故本节主要内容是应用热值进行有关计算问题，希望在复习中加强学生计算能

力的培养。中考试卷中有关效率和热值的计算，虽然分值不一定很高，但在考查学生计算

能力和对效率概念的理解上，属于典型考题；考试题型以选择题、填空题为主，有的也作

为一个知识点与其他压轴题结合。

2.考点分类：考点分类见下表

考点分类考点内容考点分析与常见题型

选择题或填空题，考查对热机效率的理解与计

常考热点热机效率计算

算

一般考点热值有关计算填空题居多，考查热值概念与应用

冷门考点热机效率概念的辨析选择题居多，考查对热机效率的理解

★知识点精析

1.热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量,叫热值；热值单位是：1/kgo

(1)燃料燃烧放出热量：Q，&=qm；(0故是燃料放出的热量，单位是J；g是热值，单位

是J/kg；m是质量，单位是kg。)

对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。

1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg,那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于

热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否

则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。

（2）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。

2.热机的效率：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,叫热机

的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：〃=

Q&qm

3.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利

用率的重要措施。

注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气,研磨成细颗

粒）：②废气排出带走能量（废气的利用）：③克服磨擦,消耗能量（使用润滑剂，

减小摩擦）。

★典例精析

★考点一：热值概念及应用

♦典例一：（2020•南充）若一辆小汽车一年行驶一万公里，消耗It汽油，这些汽油

完全燃烧放出—J的热量；某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴的转速为3600r/min,在

1s内汽油机对外做功次（q*=4.6X107J/kg）。

【答案】（1）4.6X10'°；（2）30。

【解析】⑴汽油的质量：m=lt=1000kg,

汽油完全燃烧放出的热量：Q=mq=1000kgX4.6X10?J/kg=4.6XlO^Jo

（2）四冲程内燃机的曲轴转2圈，完成4个冲程，并对外做功1次：

因为曲轴的转速为3600r/min,汽油机1s曲轴转60圈，30个工作循环，对外做功30

次;

故答案为：（1）4.6X10'°；（2）30。

♦典例二：（2020•江西）下列说法中正确的是（）。

A.敲碎煤块使煤充分燃烧能提高煤热值；

B.汽车在减速过程中，惯性减小，动能减小；

C.当仅有热传递时，物体吸收热量时内能增加，放出热量时内能减小；

D.与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是因为丝绸的正电荷转移到玻璃棒上

【答案】C。

【解析】A.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，敲碎煤块使煤充分燃烧不能提高煤的热值，故A错误；

B.惯性与质量有关，汽车在减速过程中，质量不变，惯性不变，速度减小，动能减

小，故B错误；

C.当仅有热传递时，高温物体放出热量，内能减小，低温物体吸收热量，内能增加，

故C正确：

D.与丝绸摩擦过的玻璃棒带正电，是玻璃棒上的原子核束缚电子的能力弱，使一部分

电子从玻璃棒上转移到丝绸上，故D错误。故选C。

★考点二：热机效率

♦典例一：（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

【答案】B»

【解析】A.热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；

B.使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；

C.任何机器的做功时都不可避免的做额外功，效率不可能达到100%,故C错误；

D.热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故D错误。故选B。

♦典例二：(2018•荆州)某家庭用的电热水器将体积为60L,温度为20℃的自来水

加热到50℃,则水吸收的热量为J［水的比热容4.2X103J/(kg•℃)］。若热水器的功

率为2000W,用时5000s,则该热水器的效率为。

【答案】7.56X10%75.6%。

【解析】根据公式Qa=c〃加求60L水从温度为20℃加热到50℃,吸收的热量为：

0,,,=cmAt=4.2x1O'J/(kg-℃)x60kgx(50℃-20℃)=7.56x106J(每升水质量为1kg)；

7

热水器发出的热量：Q,/(=Pt=200(Wx500Qv=1x10J:

故效率为：〃=2x1()0%=7$空匕*100%=75.6%。

7

QlfiIxlOJ

★提升训练

1.(2019•泰安)某种载重汽车自重12t,车轮与地面的总接触面积为0.5m、汽车以

72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，柴油发动机的功率为210kW,每行驶43s消耗柴

油700g,柴油的热值为4.3X107J/kg。下列说法中正确的是()。

①完全燃烧700g柴油放出的热量为3.01X109J

②该柴油发动机效率为30%

③汽车的牵引力为1.05X10%

④若公路所能承受的最大压强8X10'Pa,汽车最多能装载40t的货物

A.只有①②正确B.只有③④正确C.只有①③正确D.只有②③正确

【答案】D»

【解析】①完全燃烧700g干木柴放出的热量：

77

=^>,,,<7=0.7kgx4.3xlOJ/kg=3.01xlOJ（故①错误;

②柴油发动机做功：W=Pr=210xl03Wx43s=9.03xl06J,

w903x1061

rj=——x100%=x100%=30%

柴油发动机的效率：Q放3.01x107J,故②正确;

v=72km/h=72x—m/s=20m/s

③汽车速度：3.6

WFs„P210xl0'w

Pp=—=—=FrvF=—=----------=1.05x10N

由「r得，汽车的牵引力：v20m/s,故③正

确；

_£

?525

④由得，公路所能承受的最大压力：/=p5=8xl0Pax0,5m=4xl0N>

%=2=£=Bl%=4xl04kg=40t

汽车与货物的质量之和：“gg10N/kg,

汽车最多能装载货物质量：加=相总—机*=40.12t=28t,故④错误。

综上，①④错误，②③正确。故选D。

2.（2019•广州）（1）完全燃烧1.4g酒精释放的热量是完全燃烧0.7g酒精释放热量的

一倍。0.7g酒精完全燃烧释放的热量是2.IxlO'j。这些热量全部被100g的液体A吸

收，液体的温度升高了50℃；完全燃烧1.4g酒精释放的热量全部被200g的液体A吸收，

液体的温度升高了At=℃（不考虑散热）。

（2）现用图所示装置加热200g的液体A,燃烧了1.4g酒精，液体升高的温度小于△

t,有哪些原因会导致这个结果?

工

由

【答案】(1)2；(2)50；(3)酒精没有完全燃烧、酒精燃烧放出的热量没有全部被液体

吸收、液体A边吸收热量边蒸发带走了热量等。

【解析】(1)根据仍加，在热值一定的情况下，燃料完全燃烧释放的热量跟其质量

成正比，所以完全燃烧1.4g酒精释放的热量是完全燃烧0.7g酒精释放热量的2倍；设

0.7g酒精完全燃烧放出的热量为火吸收热量的液体A的质量为此,升高的温度为

则有2=「A町A。①；设完全燃烧1.4g酒精放出的热量为Q：,吸收热量液体A的质量为

他，则有。2=。人加2△/②；由题意及上面分析知，Q=2Q,痣=20，则②：①即

Q-,c.m^tAr1小

7r=----T7得TT=；即Af=△/=50c；

01CA町A：Ar,1

(2)实际燃烧1.4g酒精，液体A升高的温度小于△3原因可能有：酒精没有完全燃

烧、酒精燃烧放出的热量没有全部被液体吸收、液体A边吸收热量边蒸发带走了热量等.

3.(2019•盐城)用天然气灶将一壶质量为2kg、初温为30℃的水加热到80C,消耗

了16g天然气。已知水的比热容为4.2X10」(kg℃),天然气的热值为4.2Xl()7j/kg,则

天然气完全燃烧放出的热量为______J,水吸收的热量为J,天然气灶烧水的效

率为%0

【答案】(1)6.72X105；(2)4.2X105；(3)62.5»

【解析】天然气完全燃烧放出的热量为Q016kgX4.2X107J/kg=6.72X

105J；

质量为2kg、初温为30℃的水加热到80℃,

吸收的热量为Q®=c®Ai=4.2X103J(kg℃)X2kgX(80℃-30℃)=4.2X103J；则天

然气灶烧水的效率为〃42x1°J=62.5%o

5

。放6.72xlOJ

4.(2019•无锡)用煤气灶将质量为4kg的水从25℃加热到50℃,水吸收的热量为

_J，若水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量，则需要完全燃烧的煤

气。[水的比热容为4.2X101/(kg•℃),煤气的热值为4.2X10，J/kg]

【答案】(D4.2X105；(2).O.Olkgo

【解析】水吸收的热量：Q小cmXt=4.2X103J/(kg«℃)X4kgX(50℃-25℃)=4.2

X105J；

水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量：0%=。放=4.2X10工

由0放=/?应可得，煤气质量：“尸旦^==0.01kg。

q4.2xlO7J/kg

5.(2018•遂宁)我国于2017年5月18日在南海海域成功试采“可燃冰”，“可燃

冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，在相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出

的热量可达到天然气的数十倍。如果“可燃冰”热值是天然气的10倍，设天燃气热值为

4.2X107J/kg,完全燃烧0.5kg“可燃冰”放出的热量为J；若在不考虑热量损失的

情况下，这些热量能使800kg、45℃的水刚好达到沸点，则此时水的沸点是℃,水

面上方的气压1标准大气压。(选填“大于”、“小于”或“等于“)(C=4.2X

103J/kg.r))

【解析】(1)1kg天然气完全燃烧放出的热量：Qxmq犬然气=lkgX4.2X10，J/kg=4.2

X107J,

0.5kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q/=CUX5=4.2X107jX5=2.1义10工

,S

(2)由题知，Q«=QIS=2.1X1OJ,根据、吸=颔水(t-to)可知水达到沸点时的温度

为:

Q吸2.1X1O8j

t=t»H一竺=45℃+■=107.5℃

cm水4.2X103J/(kg-DX800kg

因为1标准大气压下水的沸点为100℃,液体的沸点随着表面气压的增大而升高，随

气压减小而降低，所以此时水面上方的气压大于1标准大气压。

故答案为：2.1X108；107.5；大于。

6.（2018•南充）某台汽油机飞轮的转速为1800r/min,在1s内，汽油机完成了

个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热

量J。（q汽油=4.6X107J/kg）

【解析】（1）四冲程汽油机一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1

次，活塞往复2次，四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min,所以Is内，飞轮转30圈，

共15个工作循环，60个冲程，做功15次。

（2）500g=0.5kg汽油完全燃烧产生的热量：

Q®=mq=0.5kgX4.6X10'J/kg=2.3X10j。

故答案为：15；2.3X101

7.（2018•广西）可燃冰，石油、煤都属于（选填“可"或“不”》再生能源。若可燃

冰的热值为4.2XlO'j/m：',完全燃烧1m：'的可燃冰可放出的热量是J,这些热量有6（»被水

吸收，可把kg的水从20℃加热到80℃。［水的比热容C=4.2xl（）3j/（kg.℃）

【答案】⑴不;⑵4.2X10）；（3）0.01.

【解析】（1）煤等燃料，一旦燃烧完毕不可再生，故是不可再生能源。

（2）根据公式。=q〃?，计算完全燃烧In?的可燃冰可放出的热量:

33

。放=qm=4.2xlOJ/Wx1加-42xlOJ。

（3）根据比热容概念计算。质量为m的水从20℃加热到80℃,吸收的热为:

4=,

因为4=60%。…所以有：QLcm\t=60%2,

底具*60%。故60%x4.2xl0'J„

质里为：m=------=----------------------------=0n.0n1奴o

cAf4.2x1O'J/{kg-℃)x(80℃-20℃)

8.(2020•临沂)新冠肺炎肆虐，武汉封城，全国各地纷纷伸出援助之手。2020年1

月29日，我市兰陵县捐赠的首批200t优质大蒜由10辆货车运往武汉(如图)，其中一辆

货车装满大蒜后总重为3.0X10^,车轮与地面的总接触面积为0.5m2,该货车在某段平直

高速公路上以108km/h的速度匀速行驶时，受到的阻力为5.0X10；iN,30min内消耗柴油

24L,已知柴油的密度P=0.85X103kg/m3.热值q=4.3X10‘J/kg,求：

(1)该货车静止时对水平路面的压强；

(2)24L柴油完全燃烧放出的热量；

(3)30min内该货车牵引力所做的功。

【解析】(1)一辆货车装满大蒜后总重为3.0X10^,车轮与地面的总接触面积为

0.5m",

3

5

该货车静止时对水平路面的压强：p=E=生丝丝」L=6义iopa；

S0.5m2

(2)消耗柴油的体积：V=24L=24dm3=0.024m3,

由P=g可得，消耗柴油的质量：m柴油=pV=0.85X103kg/n?X0.024m3=20.4kg,