資源簡介

第3節(jié)　熱機的效率　
　第4節(jié)　跨學科實踐：制作簡易熱機模型　
第1課時　燃料的熱值
　　　　　　　　　　　　
知識點1　燃料的熱值
1．［新素材·現(xiàn)代科技］2024年10月15日，長征六號改運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點火起飛，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。火箭的燃料常使用液態(tài)氫，主要是因為它的　熱值　大。火箭外殼由于與大氣摩擦溫度迅速升高，這是通過　做功　的方式改變內(nèi)能的。
2．有一瓶100 g的酒精，熱值為3.0×107 J/kg，若用掉一半，剩下酒精的熱值為　3.0×107　J/kg；酒精的熱值是3.0×107 J/kg，它的物理意義是　1 kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107 J　。
3．［跨學科·物理學與日常生活］班級廚藝展示活動中，用煤氣爐烹飪食物主要是通過　熱傳遞　(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式增大食物的內(nèi)能；現(xiàn)場香氣四溢屬于　擴散　現(xiàn)象，表明分子在不停地做無規(guī)則運動。活動結(jié)束，剩余煤氣的熱值　不變　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
知識點2　熱值公式的簡單計算
4．將焚燒生活垃圾放出的熱量用來發(fā)電，是綜合利用垃圾的一種方法。據(jù)資料顯示，目前，全國每年城市生活垃圾約有1.6×108 t。若焚燒1 t垃圾可放出1.5×1010 J熱量，且我國每年的城市生活垃圾全部焚燒，則放出的熱量是　2.4×1018　J，這相當于　8×1010　kg煤炭完全燃燒放出的熱量。(煤炭的熱值為3.0×107 J/kg)
5．［易錯題］在標準大氣壓下，使用煤氣灶將2 kg的水從20 ℃加熱到100 ℃，水吸收的熱量是　6.72×105 J　，若不計熱量損失，此過程需要完全燃燒　0.016　kg的煤氣，未使用完的煤氣的熱值　不變　(選填“增大”或“減小”或“不變”)。［水的比熱容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，煤氣的熱值q煤氣＝4.2×107 J/ kg］
6．用汽油和柴油在相同條件下燒開同樣多的水，發(fā)現(xiàn)汽油的使用量更少，說明　汽油　(選填“汽油”或“柴油”)的熱值更高；在使用中，汽油在不完全燃燒的情況下，它的熱值　不變　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
7．農(nóng)作物的秸稈可以回收加工制成秸稈煤，完全燃燒0.5 kg的秸稈煤可放出　1.05×107　J的熱量；若這些熱量完全被質(zhì)量為100 kg、初溫為20 ℃的水吸收，可使水溫升高到　45　℃。［已知q秸稈煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
8．［連云港中考］下列關(guān)于燃料的熱值說法正確的是( D )
A．燃料燃燒越充分，其熱值越大
B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D．焦炭的熱值是3.0×107 J/kg，完全燃燒1 kg焦炭能放出3.0×107 J的熱量
9．［新課標·科學論證］如圖是研究“比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時放出的熱量”的實驗裝置，下列有關(guān)這個實驗的說法，不正確的是( B )
A．該實驗要控制水的質(zhì)量相等
B．該實驗要控制燃料加熱時間相等
C．該實驗燃料的質(zhì)量要相等
D．該實驗要讓燃料完全燃燒
　第2課時　熱機的效率　
　　　　　　　　　　　　
知識點1　熱機的效率
1．某型號汽油機的飛輪轉(zhuǎn)速是1 200 r/min，則該汽油機每秒鐘完成　10　個做功沖程，其中　壓縮　沖程將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，當汽油燃燒不充分時，排氣管會冒“黑煙”，此時汽油機的效率將　變小　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
2．現(xiàn)代生活離不開汽車，某輛行駛的小轎車，其正常工作時的能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示，若輸入的化學能為2 000 J，輸出的動能為300 J，且有用能量是動能，則小轎車正常工作時的效率為　15%　。
3．某單缸四沖程汽油機在1 s內(nèi)完成了10個工作循環(huán)，則該汽油機工作時，飛輪的轉(zhuǎn)速為　1 200　r/min。此汽油機在一個工作循環(huán)中消耗了6 g汽油，已知這臺汽油機的效率為30%，則它在一個工作循環(huán)中輸出的有用機械能為　8.28×104　J，該汽油機的輸出功率為　8.28×105　W。(汽油的熱值為4.6×107 J/kg)
4．關(guān)于熱機的效率，下列說法中正確的是( D )
A．熱機做的有用功越多，效率就一定高
B．熱機的功率大，效率就一定高
C．熱機消耗的燃料越多，效率就越低
D．以上說法都不正確
5．［新情境·環(huán)境保護］為了節(jié)約能源，需要提高熱機效率，關(guān)于提高熱機效率，下列說法正確的是( D )
A．盡量使用熱值大的燃料
B．采用先進的制造技術(shù)，能將熱機的機械效率提高到100%
C．盡量增加熱機工作時間
D．盡量減少廢氣帶走的熱量
知識點2　簡易熱機模型
6．［雅安中考］小明利用如圖所示的裝置進行實驗，加熱試管使水沸騰是通過　熱傳遞　(選填“熱傳遞”或“做功”)的方式改變水的內(nèi)能，水蒸氣驅(qū)動小風車轉(zhuǎn)動起來。該實驗體現(xiàn)了　熱機　(選填“熱機”或“電動機”)的工作原理。
7．［棗莊中考］古代的人們曾發(fā)明一種活塞式點火器，如圖所示。以牛角作套筒，木質(zhì)推桿前端粘附艾絨。取火時，一手握住套筒，另一手猛推推桿，艾絨即燃。下列事例與猛推推桿入筒的過程中，能量轉(zhuǎn)化情況不同的是( A )
A．內(nèi)燃機的做功沖程
B．內(nèi)燃機的壓縮沖程
C．鉆木取火
D．流星雨的形成
8．［易錯題］某單缸四沖程汽油機，飛輪每分鐘轉(zhuǎn)3 600轉(zhuǎn)，則每秒對外做功　30　次，每次對外做功115 J，該汽油機的效率為25%，連續(xù)工作半小時需消耗汽油　0.54　kg。(q汽油＝4.6×107 J/ kg)
9．［新素材·現(xiàn)代科技］我國自主研制的“紅旗HQ3”無人駕駛汽車在某段平直公路上進行測試，汽車以18 m/s的速度勻速行駛了5 min，消耗汽油0.3 kg，汽車發(fā)動機的牽引力是1 000 N。已知汽油的熱值為4.5×107 J/kg，則消耗的汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是　1.35×107　J，發(fā)動機的效率是　40%　。
10．［新課標·科學論證］有甲、乙兩臺汽油機，若在同一時間內(nèi)甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，則在同樣時間內(nèi)，甲、乙兩汽油機消耗的汽油質(zhì)量之比為( B )
A．2∶5　　B．8∶5　　C．5∶8　　D．5∶2
11．［跨學科·物理學與日常生活］隨著人們生活水平的日益提高，小汽車越來越多地走進了百姓人家。一輛使用汽油為燃料的小汽車，以72 km/h的速度在水平路面上勻速行駛時，發(fā)動機的實際功率為20 kW。若小汽車行駛的路程為108 km，汽油的熱值q＝4.6×107 J/kg，小汽車發(fā)動機的效率為25%。則關(guān)于小汽車在這段路程中，下列說法不正確的是( D )
A．運動的時間為1.5 h
B．發(fā)動機所做的功為1.08×108 J
C．汽車所受的阻力為1 000 N
D．消耗汽油的質(zhì)量為5 kg
12．［蘇州中考］如圖所示為某折疊卡式爐，采用丁烷氣體作為燃料。水壺裝入2 L初溫為25 ℃的水，用卡式爐加熱至100 ℃，消耗了25 g丁烷氣體［水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)，丁烷的熱值為4.8×107 J/kg］。求：
(1)壺中水的質(zhì)量。
(2)水吸收的熱量。
(3)卡式爐的加熱效率。
解：(1)壺中水的質(zhì)量m水＝ρ水V水＝1.0×103 kg/m3×2×10－3 m3＝2 kg。
(2)水吸收的熱量Q吸＝c水m水Δt水＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－25 ℃)＝6.3×105 J。
(3)丁烷氣體完全燃燒放出的熱量Q丁烷＝m丁烷q丁烷＝25×10－3 kg×4.8×107 J/kg＝1.2×106 J，卡式爐的加熱效率η＝×100%＝×100%＝52.5%。
13．［新素材·現(xiàn)代科技］如圖所示，是新開發(fā)的一款無人駕駛汽車，汽車自動駕駛時用激光測距器來了解周圍的交通狀況，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行定位和導(dǎo)航，該款車以某速度在一段平直的公路上勻速行駛一段距離時，消耗汽油2 kg，汽油機的效率為30%，在這段行駛過程中［已知汽油的熱值為4.5×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］，求：
(1)在勻速行駛過程中，汽車的牽引力為1 000 N，則消耗2 kg汽油，汽車可以行駛的路程是多少？
(2)假設(shè)該汽車在這次行駛過程中，發(fā)動機排出的廢氣帶走的能量占汽油完全燃燒放出熱量的42%，若這些廢氣帶走的能量全部被質(zhì)量為200 kg的水吸收，水升高的溫度是多少(水未沸騰)？
(3)如果汽油機的效率提高到40%，其他條件都不變，那么汽車在這段路程消耗的汽油質(zhì)量是多少？
解：(1)2 kg汽油完全燃燒放出的熱量Q＝mq＝2 kg×4.5×107 J/kg＝9×107 J，汽油機的效率為30%，根據(jù)η＝×100%可知，牽引力所做的有用功W＝ηQ＝30%×9×107 J＝2.7×107 J，由W＝Fs得，汽車可以行駛的路程s＝＝2.7×104 m。
(2)由題知，發(fā)動機排出的廢氣帶走的能量占汽油完全燃燒放出的熱量的42%，且這些能量全部被水吸收，則水吸收的熱量Q吸＝Q廢氣＝42%×Q放＝42%×9×107 J＝3.78×107 J，由Q吸＝cmΔt得，水升高的溫度Δt＝＝45 ℃。
(3)由題意可知，兩種情況下汽車所做的有用功W相同，由W＝ηQ放可得，W＝η1＝η2，即30%mq＝40%m'q，所以效率提高后消耗的汽油質(zhì)量 m'＝＝1.5 kg。第3節(jié)　熱機的效率　
　第4節(jié)　跨學科實踐：制作簡易熱機模型　
第1課時　燃料的熱值
　　　　　　　　　　　　
知識點1　燃料的熱值
1．［新素材·現(xiàn)代科技］2024年10月15日，長征六號改運載火箭在太原衛(wèi)星發(fā)射中心點火起飛，發(fā)射任務(wù)取得圓滿成功。火箭的燃料常使用液態(tài)氫，主要是因為它的　 　大。火箭外殼由于與大氣摩擦溫度迅速升高，這是通過　 　的方式改變內(nèi)能的。
2．有一瓶100 g的酒精，熱值為3.0×107 J/kg，若用掉一半，剩下酒精的熱值為　 　J/kg；酒精的熱值是3.0×107 J/kg，它的物理意義是　 　。
3．［跨學科·物理學與日常生活］班級廚藝展示活動中，用煤氣爐烹飪食物主要是通過　 　(選填“做功”或“熱傳遞”)的方式增大食物的內(nèi)能；現(xiàn)場香氣四溢屬于　 　現(xiàn)象，表明分子在不停地做無規(guī)則運動。活動結(jié)束，剩余煤氣的熱值　 　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
知識點2　熱值公式的簡單計算
4．將焚燒生活垃圾放出的熱量用來發(fā)電，是綜合利用垃圾的一種方法。據(jù)資料顯示，目前，全國每年城市生活垃圾約有1.6×108 t。若焚燒1 t垃圾可放出1.5×1010 J熱量，且我國每年的城市生活垃圾全部焚燒，則放出的熱量是　 　J，這相當于　 　kg煤炭完全燃燒放出的熱量。(煤炭的熱值為3.0×107 J/kg)
5．［易錯題］在標準大氣壓下，使用煤氣灶將2 kg的水從20 ℃加熱到100 ℃，水吸收的熱量是　 　，若不計熱量損失，此過程需要完全燃燒　 　kg的煤氣，未使用完的煤氣的熱值　 　(選填“增大”或“減小”或“不變”)。［水的比熱容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，煤氣的熱值q煤氣＝4.2×107 J/ kg］
6．用汽油和柴油在相同條件下燒開同樣多的水，發(fā)現(xiàn)汽油的使用量更少，說明　 　(選填“汽油”或“柴油”)的熱值更高；在使用中，汽油在不完全燃燒的情況下，它的熱值　 　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
7．農(nóng)作物的秸稈可以回收加工制成秸稈煤，完全燃燒0.5 kg的秸稈煤可放出　 　J的熱量；若這些熱量完全被質(zhì)量為100 kg、初溫為20 ℃的水吸收，可使水溫升高到　 　℃。［已知q秸稈煤＝2.1×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］
8．［連云港中考］下列關(guān)于燃料的熱值說法正確的是( )
A．燃料燃燒越充分，其熱值越大
B．燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D．焦炭的熱值是3.0×107 J/kg，完全燃燒1 kg焦炭能放出3.0×107 J的熱量
9．［新課標·科學論證］如圖是研究“比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時放出的熱量”的實驗裝置，下列有關(guān)這個實驗的說法，不正確的是( )
A．該實驗要控制水的質(zhì)量相等
B．該實驗要控制燃料加熱時間相等
C．該實驗燃料的質(zhì)量要相等
D．該實驗要讓燃料完全燃燒
　第2課時　熱機的效率　
　　　　　　　　　　　　
知識點1　熱機的效率
1．某型號汽油機的飛輪轉(zhuǎn)速是1 200 r/min，則該汽油機每秒鐘完成　 　個做功沖程，其中　 　沖程將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，當汽油燃燒不充分時，排氣管會冒“黑煙”，此時汽油機的效率將　 　(選填“變大”“變小”或“不變”)。
2．現(xiàn)代生活離不開汽車，某輛行駛的小轎車，其正常工作時的能量轉(zhuǎn)化情況如圖所示，若輸入的化學能為2 000 J，輸出的動能為300 J，且有用能量是動能，則小轎車正常工作時的效率為　 　。
3．某單缸四沖程汽油機在1 s內(nèi)完成了10個工作循環(huán)，則該汽油機工作時，飛輪的轉(zhuǎn)速為　 　r/min。此汽油機在一個工作循環(huán)中消耗了6 g汽油，已知這臺汽油機的效率為30%，則它在一個工作循環(huán)中輸出的有用機械能為　 　J，該汽油機的輸出功率為　 　W。(汽油的熱值為4.6×107 J/kg)
4．關(guān)于熱機的效率，下列說法中正確的是( )
A．熱機做的有用功越多，效率就一定高
B．熱機的功率大，效率就一定高
C．熱機消耗的燃料越多，效率就越低
D．以上說法都不正確
5．［新情境·環(huán)境保護］為了節(jié)約能源，需要提高熱機效率，關(guān)于提高熱機效率，下列說法正確的是( )
A．盡量使用熱值大的燃料
B．采用先進的制造技術(shù)，能將熱機的機械效率提高到100%
C．盡量增加熱機工作時間
D．盡量減少廢氣帶走的熱量
知識點2　簡易熱機模型
6．［雅安中考］小明利用如圖所示的裝置進行實驗，加熱試管使水沸騰是通過　 　(選填“熱傳遞”或“做功”)的方式改變水的內(nèi)能，水蒸氣驅(qū)動小風車轉(zhuǎn)動起來。該實驗體現(xiàn)了　 　(選填“熱機”或“電動機”)的工作原理。
7．［棗莊中考］古代的人們曾發(fā)明一種活塞式點火器，如圖所示。以牛角作套筒，木質(zhì)推桿前端粘附艾絨。取火時，一手握住套筒，另一手猛推推桿，艾絨即燃。下列事例與猛推推桿入筒的過程中，能量轉(zhuǎn)化情況不同的是( )
A．內(nèi)燃機的做功沖程
B．內(nèi)燃機的壓縮沖程
C．鉆木取火
D．流星雨的形成
8．［易錯題］某單缸四沖程汽油機，飛輪每分鐘轉(zhuǎn)3 600轉(zhuǎn)，則每秒對外做功　 　次，每次對外做功115 J，該汽油機的效率為25%，連續(xù)工作半小時需消耗汽油　 　kg。(q汽油＝4.6×107 J/ kg)
9．［新素材·現(xiàn)代科技］我國自主研制的“紅旗HQ3”無人駕駛汽車在某段平直公路上進行測試，汽車以18 m/s的速度勻速行駛了5 min，消耗汽油0.3 kg，汽車發(fā)動機的牽引力是1 000 N。已知汽油的熱值為4.5×107 J/kg，則消耗的汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是　 　J，發(fā)動機的效率是　 　。
10．［新課標·科學論證］有甲、乙兩臺汽油機，若在同一時間內(nèi)甲做的有用功是乙做的有用功的2倍，甲的效率是25%，乙的效率是20%，則在同樣時間內(nèi)，甲、乙兩汽油機消耗的汽油質(zhì)量之比為( )
A．2∶5　　B．8∶5　　C．5∶8　　D．5∶2
11．［跨學科·物理學與日常生活］隨著人們生活水平的日益提高，小汽車越來越多地走進了百姓人家。一輛使用汽油為燃料的小汽車，以72 km/h的速度在水平路面上勻速行駛時，發(fā)動機的實際功率為20 kW。若小汽車行駛的路程為108 km，汽油的熱值q＝4.6×107 J/kg，小汽車發(fā)動機的效率為25%。則關(guān)于小汽車在這段路程中，下列說法不正確的是( )
A．運動的時間為1.5 h
B．發(fā)動機所做的功為1.08×108 J
C．汽車所受的阻力為1 000 N
D．消耗汽油的質(zhì)量為5 kg
12．［蘇州中考］如圖所示為某折疊卡式爐，采用丁烷氣體作為燃料。水壺裝入2 L初溫為25 ℃的水，用卡式爐加熱至100 ℃，消耗了25 g丁烷氣體［水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)，丁烷的熱值為4.8×107 J/kg］。求：
(1)壺中水的質(zhì)量。
(2)水吸收的熱量。
(3)卡式爐的加熱效率。
13．［新素材·現(xiàn)代科技］如圖所示，是新開發(fā)的一款無人駕駛汽車，汽車自動駕駛時用激光測距器來了解周圍的交通狀況，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進行定位和導(dǎo)航，該款車以某速度在一段平直的公路上勻速行駛一段距離時，消耗汽油2 kg，汽油機的效率為30%，在這段行駛過程中［已知汽油的熱值為4.5×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)］，求：
(1)在勻速行駛過程中，汽車的牽引力為1 000 N，則消耗2 kg汽油，汽車可以行駛的路程是多少？
(2)假設(shè)該汽車在這次行駛過程中，發(fā)動機排出的廢氣帶走的能量占汽油完全燃燒放出熱量的42%，若這些廢氣帶走的能量全部被質(zhì)量為200 kg的水吸收，水升高的溫度是多少(水未沸騰)？
(3)如果汽油機的效率提高到40%，其他條件都不變，那么汽車在這段路程消耗的汽油質(zhì)量是多少？

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