2021學年九年級物理全冊14. 2 熱機效率知識點與考點解析

14.2熱機效率知識點與考點解析

★考點概覽

一、知識點與考片

熱值概念

熱值計算

熱值r

熱

廠廠熱機效率的計算

機

熱機效率一

效L影響熱機效率的因素

率

二、考點解析

1.熱機效率是本章重點內(nèi)容，主要涉及到熱值的概念及其相關計算，熱機效率的計算

三個方面。故本節(jié)主要內(nèi)容是應用熱值進行有關計算問題，希望在復習中加強學生計算能

力的培養(yǎng)。中考試卷中有關效率和熱值的計算，雖然分值不一定很高，但在考查學生計算

能力和對效率概念的理解上，屬于典型考題；考試題型以選擇題、填空題為主，有的也作

為一個知識點與其他壓軸題結合。

2.考點分類：考點分類見下表

考點分類考點內(nèi)容考點分析與常見題型

選擇題或填空題，考查對熱機效率的理解與計

?？紵狳c熱機效率計算

算

一般考點熱值有關計算填空題居多，考查熱值概念與應用

冷門考點熱機效率概念的辨析選擇題居多，考查對熱機效率的理解

★知識點精析

1.熱值(q)：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量,叫熱值；熱值單位是：1/kgo

(1)燃料燃燒放出熱量：Q，&=qm；(0故是燃料放出的熱量，單位是J；g是熱值，單位

是J/kg；m是質(zhì)量，單位是kg。)

對于熱值的概念，要注重理解三個關鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。

1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg,那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于

熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否

則1kg燃料燃燒過程中，化學能轉變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。

（2）熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學

能轉變成內(nèi)能的本領大?。灰簿褪钦f，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，

與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關。

2.熱機的效率：用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比,叫熱機

的效率。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。公式：〃=

Q&qm

3.在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料利

用率的重要措施。

注意：熱機能量的損失：①燃料未完全燃燒（完全燃燒條件：充足空氣,研磨成細顆

粒）：②廢氣排出帶走能量（廢氣的利用）：③克服磨擦,消耗能量（使用潤滑劑，

減小摩擦）。

★典例精析

★考點一：熱值概念及應用

?典例一：（2020?南充）若一輛小汽車一年行駛一萬公里，消耗It汽油，這些汽油

完全燃燒放出—J的熱量；某次行駛過程中，該汽車汽油機曲軸的轉速為3600r/min,在

1s內(nèi)汽油機對外做功次（q*=4.6X107J/kg）。

【答案】（1）4.6X10'°；（2）30。

【解析】⑴汽油的質(zhì)量：m=lt=1000kg,

汽油完全燃燒放出的熱量：Q=mq=1000kgX4.6X10?J/kg=4.6XlO^Jo

（2）四沖程內(nèi)燃機的曲軸轉2圈，完成4個沖程，并對外做功1次：

因為曲軸的轉速為3600r/min,汽油機1s曲軸轉60圈，30個工作循環(huán)，對外做功30

次;

故答案為：（1）4.6X10'°；（2）30。

?典例二：（2020?江西）下列說法中正確的是（）。

A.敲碎煤塊使煤充分燃燒能提高煤熱值；

B.汽車在減速過程中，慣性減小，動能減??；

C.當僅有熱傳遞時，物體吸收熱量時內(nèi)能增加，放出熱量時內(nèi)能減小；

D.與絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，是因為絲綢的正電荷轉移到玻璃棒上

【答案】C。

【解析】A.熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關，與燃料的質(zhì)量、燃燒程

度等均無關，敲碎煤塊使煤充分燃燒不能提高煤的熱值，故A錯誤；

B.慣性與質(zhì)量有關，汽車在減速過程中，質(zhì)量不變，慣性不變，速度減小，動能減

小，故B錯誤；

C.當僅有熱傳遞時，高溫物體放出熱量，內(nèi)能減小，低溫物體吸收熱量，內(nèi)能增加，

故C正確：

D.與絲綢摩擦過的玻璃棒帶正電，是玻璃棒上的原子核束縛電子的能力弱，使一部分

電子從玻璃棒上轉移到絲綢上，故D錯誤。故選C。

★考點二：熱機效率

?典例一：（2020?四川甘孜州）下列關于熱值和熱機效率說法，正確的是

（）。

A.使燃料燃燒更充分，可以增大熱值；

B.使燃料燃燒更充分，可以提高熱機效率；

C.柴油機的熱機效率通常為100%；

D.燃料燃燒釋放的熱量越大，熱值越大

【答案】B?

【解析】A.熱值是燃料的特性，與燃燒情況無關，故A錯誤；

B.使燃料燃燒更充分，可以增大有效利用的能量，提高熱機的效率，故B正確；

C.任何機器的做功時都不可避免的做額外功，效率不可能達到100%,故C錯誤；

D.熱值是燃料的特性，與放出熱量的多少無關，故D錯誤。故選B。

?典例二：(2018?荊州)某家庭用的電熱水器將體積為60L,溫度為20℃的自來水

加熱到50℃,則水吸收的熱量為J［水的比熱容4.2X103J/(kg?℃)］。若熱水器的功

率為2000W,用時5000s,則該熱水器的效率為。

【答案】7.56X10%75.6%。

【解析】根據(jù)公式Qa=c〃加求60L水從溫度為20℃加熱到50℃,吸收的熱量為：

0,,,=cmAt=4.2x1O'J/(kg-℃)x60kgx(50℃-20℃)=7.56x106J(每升水質(zhì)量為1kg)；

7

熱水器發(fā)出的熱量：Q,/(=Pt=200(Wx500Qv=1x10J:

故效率為：〃=2x1()0%=7$空匕*100%=75.6%。

7

QlfiIxlOJ

★提升訓練

1.(2019?泰安)某種載重汽車自重12t,車輪與地面的總接觸面積為0.5m、汽車以

72km/h的速度在平直公路上勻速行駛時，柴油發(fā)動機的功率為210kW,每行駛43s消耗柴

油700g,柴油的熱值為4.3X107J/kg。下列說法中正確的是()。

①完全燃燒700g柴油放出的熱量為3.01X109J

②該柴油發(fā)動機效率為30%

③汽車的牽引力為1.05X10%

④若公路所能承受的最大壓強8X10'Pa,汽車最多能裝載40t的貨物

A.只有①②正確B.只有③④正確C.只有①③正確D.只有②③正確

【答案】D?

【解析】①完全燃燒700g干木柴放出的熱量：

77

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

②柴油發(fā)動機做功：W=Pr=210xl03Wx43s=9.03xl06J,

w903x1061

rj=——x100%=x100%=30%

柴油發(fā)動機的效率：Q放3.01x107J,故②正確;

v=72km/h=72x—m/s=20m/s

③汽車速度：3.6

WFs?P210xl0'w

Pp=—=—=FrvF=—=----------=1.05x10N

由「r得，汽車的牽引力：v20m/s,故③正

確；

_￡

?525

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

%=2=￡=Bl%=4xl04kg=40t

汽車與貨物的質(zhì)量之和：“gg10N/kg,

汽車最多能裝載貨物質(zhì)量：加=相總—機*=40.12t=28t,故④錯誤。

綜上，①④錯誤，②③正確。故選D。

2.（2019?廣州）（1）完全燃燒1.4g酒精釋放的熱量是完全燃燒0.7g酒精釋放熱量的

一倍。0.7g酒精完全燃燒釋放的熱量是2.IxlO'j。這些熱量全部被100g的液體A吸

收，液體的溫度升高了50℃；完全燃燒1.4g酒精釋放的熱量全部被200g的液體A吸收，

液體的溫度升高了At=℃（不考慮散熱）。

（2）現(xiàn)用圖所示裝置加熱200g的液體A,燃燒了1.4g酒精，液體升高的溫度小于△

t,有哪些原因會導致這個結果?

工

由

【答案】(1)2；(2)50；(3)酒精沒有完全燃燒、酒精燃燒放出的熱量沒有全部被液體

吸收、液體A邊吸收熱量邊蒸發(fā)帶走了熱量等。

【解析】(1)根據(jù)仍加，在熱值一定的情況下，燃料完全燃燒釋放的熱量跟其質(zhì)量

成正比，所以完全燃燒1.4g酒精釋放的熱量是完全燃燒0.7g酒精釋放熱量的2倍；設

0.7g酒精完全燃燒放出的熱量為火吸收熱量的液體A的質(zhì)量為此,升高的溫度為

則有2=「A町A。①；設完全燃燒1.4g酒精放出的熱量為Q：,吸收熱量液體A的質(zhì)量為

他，則有。2=。人加2△/②；由題意及上面分析知，Q=2Q,痣=20，則②：①即

Q-,c.m^tAr1小

7r=----T7得TT=；即Af=△/=50c；

01CA町A：Ar,1

(2)實際燃燒1.4g酒精，液體A升高的溫度小于△3原因可能有：酒精沒有完全燃

燒、酒精燃燒放出的熱量沒有全部被液體吸收、液體A邊吸收熱量邊蒸發(fā)帶走了熱量等.

3.(2019?鹽城)用天然氣灶將一壺質(zhì)量為2kg、初溫為30℃的水加熱到80C,消耗

了16g天然氣。已知水的比熱容為4.2X10」(kg℃),天然氣的熱值為4.2Xl()7j/kg,則

天然氣完全燃燒放出的熱量為______J,水吸收的熱量為J,天然氣灶燒水的效

率為%0

【答案】(1)6.72X105；(2)4.2X105；(3)62.5?

【解析】天然氣完全燃燒放出的熱量為Q016kgX4.2X107J/kg=6.72X

105J；

質(zhì)量為2kg、初溫為30℃的水加熱到80℃,

吸收的熱量為Q?=c?Ai=4.2X103J(kg℃)X2kgX(80℃-30℃)=4.2X103J；則天

然氣灶燒水的效率為〃42x1°J=62.5%o

5

。放6.72xlOJ

4.(2019?無錫)用煤氣灶將質(zhì)量為4kg的水從25℃加熱到50℃,水吸收的熱量為

_J，若水吸收的熱量等于煤氣燃燒所放出的熱量，則需要完全燃燒的煤

氣。[水的比熱容為4.2X101/(kg?℃),煤氣的熱值為4.2X10，J/kg]

【答案】(D4.2X105；(2).O.Olkgo

【解析】水吸收的熱量：Q小cmXt=4.2X103J/(kg?℃)X4kgX(50℃-25℃)=4.2

X105J；

水吸收的熱量等于煤氣燃燒所放出的熱量：0%=。放=4.2X10工

由0放=/?應可得，煤氣質(zhì)量：“尸旦^==0.01kg。

q4.2xlO7J/kg

5.(2018?遂寧)我國于2017年5月18日在南海海域成功試采“可燃冰”，“可燃

冰”作為新型能源，有著巨大的開發(fā)使用潛力，在相同條件下，“可燃冰”完全燃燒放出

的熱量可達到天然氣的數(shù)十倍。如果“可燃冰”熱值是天然氣的10倍，設天燃氣熱值為

4.2X107J/kg,完全燃燒0.5kg“可燃冰”放出的熱量為J；若在不考慮熱量損失的

情況下，這些熱量能使800kg、45℃的水剛好達到沸點，則此時水的沸點是℃,水

面上方的氣壓1標準大氣壓。(選填“大于”、“小于”或“等于“)(C=4.2X

103J/kg.r))

【解析】(1)1kg天然氣完全燃燒放出的熱量：Qxmq犬然氣=lkgX4.2X10，J/kg=4.2

X107J,

0.5kg“可燃冰”完全燃燒放出的熱量：Q/=CUX5=4.2X107jX5=2.1義10工

,S

(2)由題知，Q?=QIS=2.1X1OJ,根據(jù)、吸=頷水(t-to)可知水達到沸點時的溫度

為:

Q吸2.1X1O8j

t=t?H一竺=45℃+■=107.5℃

cm水4.2X103J/(kg-DX800kg

因為1標準大氣壓下水的沸點為100℃,液體的沸點隨著表面氣壓的增大而升高，隨

氣壓減小而降低，所以此時水面上方的氣壓大于1標準大氣壓。

故答案為：2.1X108；107.5；大于。

6.（2018?南充）某臺汽油機飛輪的轉速為1800r/min,在1s內(nèi)，汽油機完成了

個工作循環(huán)。如果汽油機在一段時間內(nèi)消耗了500g汽油，若這些汽油完全燃燒，可放出熱

量J。（q汽油=4.6X107J/kg）

【解析】（1）四沖程汽油機一個工作循環(huán)飛輪轉2圈，完成四個工作沖程，做功1

次，活塞往復2次，四沖程汽油機的飛輪轉速為1800r/min,所以Is內(nèi)，飛輪轉30圈，

共15個工作循環(huán)，60個沖程，做功15次。

（2）500g=0.5kg汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量：

Q?=mq=0.5kgX4.6X10'J/kg=2.3X10j。

故答案為：15；2.3X101

7.（2018?廣西）可燃冰，石油、煤都屬于（選填“可"或“不”》再生能源。若可燃

冰的熱值為4.2XlO'j/m：',完全燃燒1m：'的可燃冰可放出的熱量是J,這些熱量有6（?被水

吸收，可把kg的水從20℃加熱到80℃。［水的比熱容C=4.2xl（）3j/（kg.℃）

【答案】⑴不;⑵4.2X10）；（3）0.01.

【解析】（1）煤等燃料，一旦燃燒完畢不可再生，故是不可再生能源。

（2）根據(jù)公式。=q〃?，計算完全燃燒In?的可燃冰可放出的熱量:

33

。放=qm=4.2xlOJ/Wx1加-42xlOJ。

（3）根據(jù)比熱容概念計算。質(zhì)量為m的水從20℃加熱到80℃,吸收的熱為:

4=,

因為4=60%?！杂校篞Lcm\t=60%2,

底具*60%。故60%x4.2xl0'J?

質(zhì)里為：m=------=----------------------------=0n.0n1奴o

cAf4.2x1O'J/{kg-℃)x(80℃-20℃)

8.(2020?臨沂)新冠肺炎肆虐，武漢封城，全國各地紛紛伸出援助之手。2020年1

月29日，我市蘭陵縣捐贈的首批200t優(yōu)質(zhì)大蒜由10輛貨車運往武漢(如圖)，其中一輛

貨車裝滿大蒜后總重為3.0X10^,車輪與地面的總接觸面積為0.5m2,該貨車在某段平直

高速公路上以108km/h的速度勻速行駛時，受到的阻力為5.0X10；iN,30min內(nèi)消耗柴油

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

(1)該貨車靜止時對水平路面的壓強；

(2)24L柴油完全燃燒放出的熱量；

(3)30min內(nèi)該貨車牽引力所做的功。

【解析】(1)一輛貨車裝滿大蒜后總重為3.0X10^,車輪與地面的總接觸面積為

0.5m",

3

5

該貨車靜止時對水平路面的壓強：p=E=生絲絲」L=6義iopa；

S0.5m2

(2)消耗柴油的體積：V=24L=24dm3=0.024m3,

由P=g可得，消耗柴油的質(zhì)量：m柴油=pV=0.85X103kg/n?X0.024m3=20.4kg,