第04讲 热机的效率-2025年新九年级物理暑假预习精品讲义（沪科版（五四制） 新教材）

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2025年新九年级物理暑假预习精品讲义

第04讲 热机的效率

内容导航——预习三步曲

第一步：学

析教材 学知识：教材精讲精析、全方位预习

练习题 讲典例：教材习题学解题、快速掌握解题方法

练考点 强知识：六大核心题型精准练

第二步：记

串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握

第三步：测

过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升

 知识点1 燃料的热值

1、引入

①背景引入：在历史上很长一段时期，木柴和煤炭是人类的主要生活燃料。20世纪末，煤气成为城市居民日常使用的生活燃料，煤气生产出来后储存在巨大的“煤气包”(图10-4-2)中，并通过管道输送到千家万户；进入21世纪以后，更清洁环保的天然气逐步替代煤气成为居民的主要生活燃料．遍布城市各处的“煤气包”也陆续退出历史舞台。

②燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关

a．根据常识，通常情况下，质量（或体积）不相等的同种燃料，在完全燃烧时所放出的热量不相同；

b．通常情况下，体积相同的煤气和天然气完全燃烧，天然气放出的热量比煤气放出的热量多。

研究发现，质量（或体积）相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。

那么，燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？

2、热值

①燃料的热值：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量Q与燃料质量m之比，叫做这种燃料的热值,用q表示，单位是焦/千克，符号是J/kg。热值q可表示为

所以，燃料完全燃烧放出的热量Q=mq。

②气体燃料热值的第二定义（或公式）：

气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示，热值q可表示为

单位是焦/米³,符号是J/m³。

3、表10-4-1是一些常见燃料的热值。

 知识点2 热机效率

1、热机工作时的能量分配

热机工作时对外做功的能量只是从高温物 体吸收的一部分能量；高温物体的相当一部分能量散失了。对于内燃机而言，由于其排出的废气温度较高，带走很大一部分能量；此外，还有一部分能量损耗在散热及克服摩擦做功上。图10-4-4为某汽车发动机的能量分配

2、热机效率

①热机效率：热机工作时，用来做功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。

*②热机效率的公式表示：  ；其中W_做功表示用来做功的能量，单位是焦（J），Q_放表示燃料完全燃烧放出的能量，单位是焦（J），η表示热机效率,通常用百分率表示。

③常见热机的热机效率：蒸汽机的效率很低、只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%, 柴油机的效率则可达30%～45%。

热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。

④提高热机效率的途径

a．提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；b．改进热机，减少各种能量损失；c．充分利用废气的能量；d．注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。

3、热机的使用对环境有何影响?

第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展。但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体，会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨(图10 – 4 – 5)。二氧化碳及大量热量通过废气排入空气中，导致温室效应加剧、全球气候变暖。

为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公 共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能 减排的生活方式。

4、STSE（部分）：2022年，北京冬季奥运会首次使用氢（作为火炬）燃料。氢燃烧时，只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的持续的“绿色环保”理念。

5、氢燃料不但绿色环保，而且热值大，完全燃烧相同质量的氢燃料，氢燃料可以放出更多的热量；故氢燃料（液态氢）常作为火箭发动机的燃料。

教材习题01

阅读表10-4-1,回答下列问题。

(1)酒精热值的物理意义是什么?

(2)完全燃烧2kg 干木柴可以释放出多少热量?如果放出相同的热量，则需要完全燃烧多少立方米天然气(0℃,1个标准大气压)?

(3)燃料燃烧实际放出的热量，往往比根据热值计算出来的要少， 而且有效利用的热量又比放出的热量少，为什么?

题型一 计算题

1．已知柴油的热值为4．3×10⁷J/kg，求4kg柴油完全燃烧释放的热量。

2．太阳能热水器深受广大用户的青睐，如图是常见的太阳能热水器。假如该热水器内盛有100kg、25℃的水，在阳光的照射下，水温升高到55℃，那么这些水吸收了多少热量？这些热量相当于多少焦炭完全燃烧所释放的热量？（水的比热容为，焦炭的热值是3．0×10⁷J/kg）

3．小红家煮饭、烧水使用的是管道天然气，已知天然气的热值是8．4×10⁷J/m³，放出的热量有50％被有效利用，现要将质量为4kg，初温为25℃的水加热到100℃，求：

(1)水吸收的热量是多少？

(2)需要完全燃烧多少立方米的天然气？

4．小明同学的爸爸驾车去往40km的目的地，此过程消耗了汽油2．1kg，已知汽油的热值为4．6×10⁷J/kg。若汽车行驶过程中发动机的牵引力为725N。求：

(1)完全燃烧2．1kg汽油放出的热量；

(2)该汽车的热机效率。

5．某家庭需要将50kg、20℃的水加热升高60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0．8kg煤气。已知煤气的热值q=4．2×10⁷J/kg，水的比热容c=4．2×10³J/（kg·℃）。求：

(1)50kg、20℃的水加热升高60℃需吸收的热量；

(2)完全燃烧0．8kg煤气放出的热量；

6．如图所示，轻巧便携的卡式炉已成为户外餐桌上的神器，卡式炉又叫便携式丁烷气炉，某种气瓶装有250g液化丁烷气，若该液化丁烷气的热值约为4．8×10⁷J/kg。水的比热容为4．2×10³J/（kg·℃）。求：

(1)这瓶丁烷气完全燃烧放出的热量；

(2)若这些热量有35%被水吸收，可以把多少kg初温为20℃的水烧开（标准大气压下）？

7．某家庭天然气热水器将质量为80 kg，温度为20℃的自来水加热到70℃，消耗的天然气体积为（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为c_水=4．2J/()，天然气的热值为。求：

（1）天然气完全燃烧放出的热量。

（2）该热水器的工作效率。

8．下表列出了几种燃料的热值，单位是J/kg。

（1）完全燃烧1g的酒精可放出热量为多少J？

（2）放出相同的热量，求完全燃烧干木柴与氢气的质量之比。

题型二 热值的有关概念辨析、填空

9．汽油在使用过程中，随着质量的减小，它的（　　）

A．热值不变、比热容不变                       B．热值变小、比热容变小

C．热值不变、比热容变小                        D．热值变小、比热容不变

10．焦炭的热值是，它的物理含义是______________。

11．关于燃料的热值，以下说法正确的是（　　）

A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关

B．1g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的

C．煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比干木柴的多

D．容易燃烧的燃料，热值一定大

12．下列关于燃料的热值说法正确的是（    ）

A．燃料燃烧越充分，其热值越大

B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少

C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小

D．焦炭的热值是，完全燃烧焦炭能放出的热量

题型三 比较不同燃料的热值大小

13．目前，大部分汽车使用汽油作为燃料，这是因为汽油的热值_______（选填“大”或“小”），如果油箱中的汽油用去了一半，则剩余汽油的热值_______（选填“增大”“减小”或“不变”）。

14．我国航天事业迅猛发展，科学家正在研制大功率液氢发动机，主要是因为氢燃料（　　）

A．比热容大                                           B．密度小

C．热值大                                               D．内能大

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参考答案

教材习题01

【答案】（1）1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3．0×10⁷J．

（2）2．4×10⁷J ；约0．686立方米

（3）主要原因包括燃料难以完全燃烧和燃烧过程中存在热损失‌。

解题方法 知道热值的定义，根据热值的定义式与有关变形式进行计算。

1． 1．72×10⁸J

【详解】解：由热值公式变形可得完全燃烧释放的热量

Q=mq=4kg×4．3×10⁷J/kg =1．72×10⁸J

答：4kg柴油完全燃烧释放的热量是1．72×10⁸J。

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