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第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
一．选择题
1．煤炭是一种重要能源。为判断煤炭品质的优劣，最科学的方法是检验煤炭的（ ）
A．比热容 B．密度 C．热值 D．温度
【答案】C
【解析】热值是燃料的一种特性，单位质量的煤完全燃烧时所释放出的热量越大，说明该煤的
热值越大，即是优质煤炭，故C正确。
选C。
2．为了比较两种燃料的热值，小明采用如图甲所示的两套完全相同的装置进行实验，下列说法正
确的是（ ）
A．实验中需要保证两种燃料燃烧时间相同
B．通过调节铁圈A的位置，使温度计处于适当的高度
C．将两烧杯中的水换成比热容小的液体可以使实验现象更明显
D．如要进一步研究不同物质的吸热能力，只需将其中一个烧杯中的水换成等质量煤油
【答案】C
【解析】
A、实验中采用的是控制变量法，需要控制两种燃料的质量相同，并且全部燃烧，不需要控制燃
烧时间相同，故A错误；
B、实验中通过调节铁圈B的位置，使温度计处于适当的高度，故B错误；
C、将两烧杯中的水换成比热容小的液体，在吸收相同热量时，比热容越小，温度变化越大，可
以使实验现象更明显，故C正确；
D、如要进一步研究不同物质的吸热能力，实验中需要用相同的热源加热，即用相同的燃料进行加热，还需要将其中一个烧杯中的水换成等质量的煤油，故D错误。
选C。
3．下列说法正确的是（ ）
A．冠状病毒的传播是扩散现象
B．即使煤炭没有完全燃烧，其热值也不会改变
C．一个物体的内能增加了，一定是它吸收了热量
D．因为沙石的比热容比水小，所以吸收相同的热量，沙石比水升温快
【答案】B
【解析】
A．新冠病毒属于微生物，它通过飞沫传播是微生物所做的机械运动，不是分子的运动，不属于
扩散现象，故A错误；
B．热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料是否燃烧无关，故B正确；
C．一个物体的内能增加可能是吸收了热量，也可能是外界对此物体做功，故C错误；
D．因为沙石的比热容比水小，所以相同质量的沙石和水吸收相同的热量，沙石比水升温快，故
D错误。
选B。
4．关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）
A．在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多
B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
【答案】B
【解析】
A．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，
消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故A错误。
B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故B正确；
C．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功与总功
的比值越大；功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，效率和功率是两个不同的物理量，
二者之间没有必然联系，故C错误；
D．根据内燃机的能量流向，热机损失的能量中，废气带走的能量较多，故D错误。
选B。5．甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质量关系的图象如图所示，下列分析正确的是
（ ）
A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B．使用甲燃料的热机做的有用功一定更多
C．完全燃烧相同质量的两种燃料，甲放出的热量更多
D．使用甲燃料的热机效率一定高，但是热机效率肯定小于 100%
【答案】C
【解析】
A、由图可知，取相同质量时，Q ＞Q ，根据q＝ 可知，q ＞q ，即甲燃料的热值大于乙燃
甲 乙 甲 乙
料的热值，故A错误；
BD、甲燃料的热值大，由Q ＝mq可知，完全燃烧相同质量的甲燃料和其它燃料相比，甲放出
放
的热量多，但使用甲燃料的热机做的有用功不一定多；使用甲燃料的热机做的有用功与燃料完
全燃烧放出的热量之比不一定大，使用甲燃料的热机效率不一定高（热机效率肯定小于 100%是
正确的），故BD错误；
C、甲燃料的热值大于乙燃料的热值，由Q ＝mq可知，完全燃烧相同质量的甲、乙燃料，甲放
放
出的热量大于乙燃料，故C正确；
选C。
6．关于热机效率，下列说法正确的是（ ）
A．因为能量是守恒的，所以热机的效率可以达到100%
B．采用热值高的燃料一定能提高热机的效率
C．效率越高的热机功率越大
D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
【答案】D
【解析】
A、热机在工作时，不可避免的有能量损失，所以效率不可能到达100%，故A错误；B、选用热值高的燃料，其利用率不一定高，所以不一定能提高热机的效率，故B错误；
C、热机的效率与热机功率无关，二者是两个不同的概念，故C错误；
D、热机效率越高，热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，比值越大，内能
转化为机械能的比例越大，故D正确。
选D。
7．如图所示为内燃机能量流向图。以下有关热机的相关知识说法正确的是（ ）
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．该热机效率一般大于80%
C．增大该热机工作时间，热机效率并不会增加
D．（2）处应填“废气带走的能量”
【答案】C
【解析】
A、热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧情况无关，故A错误；
B、由图知该热机有用的机械能占不到总能量的一半，所以该热机效率一般在40%左右，不可能
大于80%，故B错误；
C、增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以热机效率并不会增加，故C正确；
D、在热机的能量损失中，废气带走了大部分的热量，所以由图知（3）处应填“废气带走的能
量”，故D错误。
选C。
8．下列有关热现象的说法中，正确的是（ ）
A．单缸四冲程内燃机的转速为2400r/min，则每秒钟对外做功20次
B．形成雾霾天气的主要污染物PM2.5在空气中的运动属于分子的无规则运动
C．煤的热值大于干木柴的热值，所以烧煤放出的热量一定比烧干木柴放出的热量多
D．在使用实验室常用温度计测量物体温度时，温度计可以离开被测物体读数
【答案】A
【解析】A、飞轮转速为2400r/min＝40r/s，也就是1s飞轮转动40r，飞轮转动40r，燃气对外做功20次，故A正确；
B、PM2.5是微小物体，是微小物体悬浮在空气中，不是分子，不能说分子无规则运动，故B错
误；
C、燃料燃烧放出热量的多少不仅与燃料的热值大小有关，还与燃料的质量以及燃烧程度有关，
热值大的燃料燃烧放出的热量不一定多，故C错误；
D、使用温度计测量液体的温度，读数时玻璃泡要继续留在被测液体中，故D错误。
选A。
9．一台四冲程汽油机的飞轮转速为2400r/min，那么该汽油机每秒完成做功冲程的个数是（ ）
A．20个 B．40个 C．80个 D．120个
【答案】A
【解析】汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数为 ＝40．一个工作
循环中，曲轴转动两周，完成4个冲程，1s内曲轴转动40次，所以完成做功20个冲程。
选A。
10．我国自主生产的“吉利金刚”小轿车，发动机正常怠速为 1200转/分钟，怠速指汽车不前进时
发动机的转速。则对于怠速说法正确的是（ ）
A．发动机1秒钟完成20个工作循环
B．发动机1分钟完成吸气冲程1200次
C．发动机1秒钟完成做功冲程10次
D．发动机1秒钟共完成80个冲程
【答案】C
【解析】
ACD、发动机飞轮转速是1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，
因为热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，飞轮转动2周；
所以，发动机1秒钟完成10个工作循环，完成40个冲程，对外做功10次，故AD错误，C正确；
B、发动机每秒完成10个工作循环，则1分钟完成600个工作循环，即完成的吸气冲程为600次，
故B错误。
选C。
二．填空题
11．为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工，然后制成秸秆煤，完全燃烧 2kg秸秆煤放出的热
量完全被水吸收，可使________kg的水温度有20℃升高到60℃．（已知q ＝2.1×107J/kg，c
秸秆煤
＝4.2×103J/（kg•℃）
水【答案】250
【解析】完全燃烧2kg秸秆煤可放出的热量：
Q ＝m q＝2kg×2.1×107J/kg＝4.2×107J。
放 秸秆煤
由题意可知，水吸收的热量为：Q ＝Q ＝4.2×107J，
吸 放
由Q ＝cm△t可得水的质量：
吸
m＝ ＝ ＝250kg。
12．如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在冲程 压缩 （填名
称）此过程的能量转化是________；某效率为25%的汽油机在一个工作循环中消耗了4kg汽油，
该汽油机对外做的机械功为________J．（汽油热值为4.6×107J/kg）。
【答案】压缩 机械能转化为内能 4.6×107
【解析】
（1）根据题中的图可看出，汽油机的进气门和排气门都关闭，活塞自上向下运动，由此可知图
是压缩冲程；压缩过程中，机械能转化内能；
（2）汽油完全燃烧放出的热量：Q ＝mq＝4kg×4.6×107J/kg＝1.84×108J；
放
输出的机械能为：E＝ηQ ＝25%×1.84×108J＝4.6×107J。
放
13．汽油机的转速为3000r/min，则1s内汽油机对外做功________次，活塞往复运动________次。
【答案】25 50
【解析】
汽油机转速为3000r/min＝50r/s，说明1s飞轮转过50r，
因为飞轮转2r，活塞往复运动2次，对外做功1次，
所以，飞轮转50r，活塞往复运动50次，对外做功25次。
三．实验探究题
14．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小
关系。他们组装了如图甲和乙所示的装置进行实验，记录结果见下表：
煤油 菜籽油燃料
前后温度
加热前的水温/℃ 25 25
燃料燃尽后水温/℃ 44 34
（1）为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量
以及水的质量相同。但对于两杯水的初温他们的看法却不同。请将下列他们的想法补充完整。
①小辉认为实验中是直接用________来表示煤油和菜籽油放出热量的多少。所以，实验中两杯
水的初温可以不同。
②小明认为因为探究过程中他们采用了________法，所以只有燃料的________不同，其他因素
都必须控制相同。如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相
同，于是两杯水的________就不相同，就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热
量少、水温变化小的情况。所以，实验时必须控制水的初温相同。
③你认为________（小明/小辉）的想法更合理。
（2）根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是________。
（3）小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量。并由记录的数据，
利用公式Q ＝cm（t﹣t ）计算出了水吸收的热量。小辉想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的
吸 0
热值。你认为他的计算结果是________的（可靠/不可靠）。
【答案】（1）①水温升高的多少 ②控制变量 种类 散热 ③小明 （2）煤油 （3）不可
靠
【解析】
（1）为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量
以及水的质量相同；
①质量相同的水，温度变化越大，说明吸收热量越多，所以实验中通过水温升高的多少来表示
煤油和菜籽油放出热量的多少；
②要探究不同燃料热值的大小，应使其它条件相同，只有燃料的种类不同，即用到控制变量法；根据热传递的条件，水温与周围环境温度相差越大，越容易发生热传递，若水的初温不同，便
可造成水的散热情况不同，所以实验中应控制水的初温相同；
③由上分析知，小明的分析更加合理；
（2）根据表格中数据，相同质量的两种燃料燃烧完后，煤油的水温升高较大，说明煤油放出的
热量较多，即煤油的热值较大；
（3）在实验过程中，燃油不可能完全燃烧，且燃料燃烧放出的热量一部分直接散失掉、一部分
被烧杯吸收，同时水也会向外散热，所以不能通过水温的变化得出燃料燃烧放出的热量，计算
结果不可靠。
15．小明利用图甲装置研究某燃料热值。他取少量燃料置于燃烧皿中，测出总质量为 30g，点燃后
对100g的热水加热4min立即熄灭燃料，再测得燃料和燃烧皿总质量，天平平衡时砝码数量和游
码位置如图乙所示，并根据实验数据绘制的水温随时间变化的图象如图丙中a线所示。
（1）如图甲所示，组装实验器材时为了能使温度计液泡与液体充分接触，应依次调节图中 A、
B两铁环，应先调节________（选填“A”、“B”）铁环。
（2）实验时水面上方的气压________（选填“大于”、“等于”或“小于”）1标准大气压。
在第2～4min的过程中，水________（选填“吸”或“不吸”）热。
（3）已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅 60%能被水吸收，则该燃料的热值为
________J/kg。[水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），整个过程中忽略水的质量变化]
（4）若实验装置和热损失比例均不变，利用该燃料加热另一杯水绘出了如图丙中 b线，则另一
杯水的质量________（选填“大于”、“等于”或“小于”）上一杯水质量。
【答案】（1）B （2）小于 吸 （3）2×106 （4）等于
【解析】（1）组装实验仪器时，应根据酒精灯及其火焰的高度先固定图中的 B铁环，使酒精灯
的外焰正好能给烧杯加热，然后再固定图中的A铁环，这样可以避免重复调整；
（2）水沸腾的特点是：不断吸热，但温度不变；则由图象知，水沸腾时温度保持99℃，说明水
的沸点为99℃，由于液体的沸点随气压的降低而降低，所以，此时水面上方的气压小于一标准大气压；
在第2～4min的过程中，水的温度不变，但处于沸腾状态，需要不断吸热。
（3）水4min吸收的热量等于2min水吸热的2倍：
Q ＝2Q ′＝2×cm△t＝2×4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（99℃﹣93℃）＝5.04×103J；
吸 吸
由图乙可知，剩余燃料和燃烧皿的总质量为25.8g，
则燃烧的燃料的质量：m′＝30g﹣25.8g＝4.2g，
已知此过程中燃料均匀燃烧放热，所放热量仅60%能被水吸收，
根据η＝ 和Q ＝m′q可得，燃料的热值：
放
q＝ ＝ ＝2×106J/kg；
（3）由图可知，相同时间，两杯水吸收的热量相同，温度变化相同，根据Q＝cm△t可知两杯
水的质量相等。
16．（1）如图所示，在胶卷盒中滴入几点酒精后密封，在下方电火花发生器产生电火花后看到的
现象是________，该过程模拟的是________（发电机/电动机/热机）的工作原理；
（2）图中燃料1与燃料2质量相同，水与油的质量相同，则比较不同燃料的热值，应选择
________两图进行实验（填写ABC字母符号）；比较不同物质的比热容，应选择________。
【答案】（1）盒盖飞出，盒口有白雾生成 热机 （2）AB AC
【解析】（1）塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高
温高压的燃气，推动盒盖运动，把内能转化为机械能，故燃气的内能减小，温度降低，盒口附
近水蒸气液化形成白雾；这一过程与热机工作时的做功冲程类似。
（2）为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的
示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择AB两图进行实验；
为了比较两种液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的
变化相同，通过比较加热时间，进而判断两种比热容的大小关系，应选择AC两图进行实验。四．计算题
17．天然气作为燃料其优点有热值高、污染小，福安各小区均铺设有天然气管道。你知道完全燃烧
0.0105m3的天然气能放出多少焦的热量吗？若这些热量完全被水吸收，能使2千克的水温度升高
多少摄氏度？【水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值取q＝4×107J/m3）】
【答案】完全燃烧0.0105m3的天然气放出4.2×105J的热量；若这些热量完全被水吸收，能使2kg
的水温度升高50℃。
【解析】（1）完全燃烧0.0105m3的天然气放出的热量：
Q＝Vq＝0.0105m3×4×107J/m3＝4.2×105J；
（2）由Q ＝cm△t可得，这些热量完全被水吸收后水的温度升高：
吸
△t＝ ＝ ＝50℃。
答：完全燃烧0.0105m3的天然气放出4.2×105J的热量；若这些热量完全被水吸收，能使2kg的
水温度升高50℃。
18．学习热学知识后，两位同学设计了一个测定液化气热值的实验，取500g水放入锅中，用温度
计测得水的初始温度为20℃，读出液化气表的示数为12.563m3，然后用液化气给水加热当温度
计的示数为80℃时，液化气表的示数为12.560m3【c＝4.2×103J/（kg•℃）】
（1）实验过程中水吸收的热量Q。
（2）理想状况下可求得液化气的热值为多少？
（3）但实际上利用该方法测得的液化气的热值是偏小的，为什么？
【答案】（1）在此过程中水吸收的热量为1.26×105J；
（2）此次实验测得液化气的热值为4.2×107J/m3；
（3）燃料放出的热量不可能全部被水吸收，有热量的散失。
【解析】
（1）已知水的质量m＝500g＝0.5kg，△t＝80℃﹣20℃＝60℃，
水吸收的热量：Q＝cm△t＝4.2×103J/（kg•℃）×0.5kg×60℃＝1.26×105J；
（2）消耗液化气的体积：V＝0.003m3。
液化气完全燃烧放出的热量：Q ＝Q＝1.26×105J，
放
热值：q＝ ＝ ＝4.2×107J/m3；
（3）在加热的过程中，燃料放出的热量不可能全部被水吸收，有热量的散失，所以使得测量的热值偏小。
答：（1）在此过程中水吸收的热量为1.26×105J；
（2）此次实验测得液化气的热值为4.2×107J/m3；
（3）燃料放出的热量不可能全部被水吸收，有热量的散失。
