登录
例4 关于热机的效率，下列说法正确的是
（
A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B.热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.在热机的能量损失中，废气带走的能量较少，由于机械摩擦损失的能量较多
（
A
）A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
B.热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的燃料越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.在热机的能量损失中，废气带走的能量较少，由于机械摩擦损失的能量较多
答案
A
解析
【分析】本题考查热机效率的相关知识，需先明确热机效率的定义、与功率的区别，以及柴油机和汽油机的效率特点、热机能量损失的主要途径，再逐一分析各选项的正误。热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与做功快慢（功率）无关；柴油机压缩比更大，燃烧更充分，效率通常高于汽油机；热机能量损失中废气带走的能量最多。
【解析】根据热机效率的概念及相关知识，对各选项分析如下：
1. 选项A：柴油机的压缩冲程压缩程度大于汽油机，燃料燃烧更充分，能量损失相对较少，因此一般情况下柴油机的效率比汽油机高，该选项正确。
2. 选项B：热机效率η=W有用/Q放，若做功（有用功）W有用相同，效率η越高，则燃料完全燃烧需释放的热量Q放越少，即消耗的燃料越少，而非越多，该选项错误。
3. 选项C：做功快慢是功率，功率表示做功的快慢，热机效率是有用功与总能量的比值，二者是不同物理量，效率高不代表做功快，该选项错误。
4. 选项D：热机的能量损失中，废气带走的能量最多，机械摩擦损失的能量较少，该选项错误。
【答案】A
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的基础概念，需准确辨析效率与功率的区别，牢记柴油机和汽油机的效率特点及热机能量损失的主要途径，属于易混淆知识点的基础考查题。
【难度系数】0.7
【解析】根据热机效率的概念及相关知识，对各选项分析如下：
1. 选项A：柴油机的压缩冲程压缩程度大于汽油机，燃料燃烧更充分，能量损失相对较少，因此一般情况下柴油机的效率比汽油机高，该选项正确。
2. 选项B：热机效率η=W有用/Q放，若做功（有用功）W有用相同，效率η越高，则燃料完全燃烧需释放的热量Q放越少，即消耗的燃料越少，而非越多，该选项错误。
3. 选项C：做功快慢是功率，功率表示做功的快慢，热机效率是有用功与总能量的比值，二者是不同物理量，效率高不代表做功快，该选项错误。
4. 选项D：热机的能量损失中，废气带走的能量最多，机械摩擦损失的能量较少，该选项错误。
【答案】A
【知识点】热机效率
【点评】本题考查热机效率的基础概念，需准确辨析效率与功率的区别，牢记柴油机和汽油机的效率特点及热机能量损失的主要途径，属于易混淆知识点的基础考查题。
【难度系数】0.7
例5（山西中考）山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360 km，驾车前往大约需要4 h。汽油的热值$q$取$4.5×10^7\ \mathrm{J/kg}$，汽油的密度$\rho$取$0.8×10^3\ \mathrm{kg/m}^3$。
(1)求汽车的平均速度。
(2)汽车全程消耗汽油25 L，求汽油完全燃烧放出的热量$Q$。
(3)汽车发动机全程的平均功率为25 kW，求汽车发动机的效率。
(1)求汽车的平均速度。
(2)汽车全程消耗汽油25 L，求汽油完全燃烧放出的热量$Q$。
(3)汽车发动机全程的平均功率为25 kW，求汽车发动机的效率。
答案
解 (1)汽车的平均速度
$v=\frac{s}{t}=\frac{360\ \mathrm{km}}{4\ \mathrm{h}}=90\ \mathrm{km/h}$。
(2)消耗汽油的质量
$m = \rho V = 0. 8 × 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 25 × 10^{-3}\ \mathrm{m^3}=20\ \mathrm{kg}$，
汽油完全燃烧放出的热量
$Q = qm = 4. 5 × 10^7\ \mathrm{J/kg} × 20\ \mathrm{kg} = 9 × 10^8\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机做的有用功
$W_{有用}=Pt=25×10^3\ \mathrm{W}×4×3\ 600\ \mathrm{s}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$，
发动机的效率
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q}=\frac{3.6×10^8\ \mathrm{J}}{9×10^8\ \mathrm{J}}=40\%$。
答:(1)汽车的平均速度为90 km/h。
(2)汽油完全燃烧放出的热量Q为$9×10^8\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机的效率为40%。
$v=\frac{s}{t}=\frac{360\ \mathrm{km}}{4\ \mathrm{h}}=90\ \mathrm{km/h}$。
(2)消耗汽油的质量
$m = \rho V = 0. 8 × 10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 25 × 10^{-3}\ \mathrm{m^3}=20\ \mathrm{kg}$，
汽油完全燃烧放出的热量
$Q = qm = 4. 5 × 10^7\ \mathrm{J/kg} × 20\ \mathrm{kg} = 9 × 10^8\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机做的有用功
$W_{有用}=Pt=25×10^3\ \mathrm{W}×4×3\ 600\ \mathrm{s}=3.6×10^8\ \mathrm{J}$，
发动机的效率
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q}=\frac{3.6×10^8\ \mathrm{J}}{9×10^8\ \mathrm{J}}=40\%$。
答:(1)汽车的平均速度为90 km/h。
(2)汽油完全燃烧放出的热量Q为$9×10^8\ \mathrm{J}$。
(3)汽车发动机的效率为40%。
解析
【分析】
本题分为三个小问，分别考察平均速度、燃料完全燃烧放热、热机效率的计算。第(1)问利用速度公式直接计算平均速度；第(2)问需先通过密度公式算出汽油质量，再结合热值公式求放热；第(3)问先计算发动机做的有用功，再通过有用功与总热量的比值求效率，解题时需注意单位的统一与转换。
【解析】
(1) 根据平均速度公式 $ v = \frac{s}{t} $，代入路程 $ s=360\ \mathrm{km} $、时间 $ t=4\ \mathrm{h} $，得：
$ v = \frac{360\ \mathrm{km}}{4\ \mathrm{h}} = 90\ \mathrm{km/h} $。
(2) 先将汽油体积单位转换：$ V=25\ \mathrm{L}=25×10^{-3}\ \mathrm{m^3} $，根据密度公式 $ m=\rho V $，代入数据得汽油质量：
$ m = 0.8×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 25×10^{-3}\ \mathrm{m^3} = 20\ \mathrm{kg} $；
再根据热值公式 $ Q=qm $，得汽油完全燃烧放出的热量：
$ Q = 4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} × 20\ \mathrm{kg} = 9×10^8\ \mathrm{J} $。
(3) 先统一单位：$ P=25\ \mathrm{kW}=25×10^3\ \mathrm{W} $，$ t=4\ \mathrm{h}=4×3600\ \mathrm{s}=14400\ \mathrm{s} $；
发动机做的有用功 $ W_{有用}=Pt $，代入得：
$ W_{有用}=25×10^3\ \mathrm{W} × 14400\ \mathrm{s} = 3.6×10^8\ \mathrm{J} $；
发动机效率 $ \eta=\frac{W_{有用}}{Q}×100\% $，代入得：
$ \eta=\frac{3.6×10^8\ \mathrm{J}}{9×10^8\ \mathrm{J}}×100\% = 40\% $。
【答案】
(1) 90 km/h；(2) $ 9×10^8\ \mathrm{J} $；(3) 40%
【知识点】
平均速度计算、燃料热值计算、热机效率计算
【点评】
本题为中考基础应用题，考察力学、热学核心公式的应用，关键在于单位的正确转换，整体难度不大，是学生需熟练掌握的常规题型。
【难度系数】
0.7
本题分为三个小问，分别考察平均速度、燃料完全燃烧放热、热机效率的计算。第(1)问利用速度公式直接计算平均速度；第(2)问需先通过密度公式算出汽油质量，再结合热值公式求放热；第(3)问先计算发动机做的有用功，再通过有用功与总热量的比值求效率，解题时需注意单位的统一与转换。
【解析】
(1) 根据平均速度公式 $ v = \frac{s}{t} $，代入路程 $ s=360\ \mathrm{km} $、时间 $ t=4\ \mathrm{h} $，得：
$ v = \frac{360\ \mathrm{km}}{4\ \mathrm{h}} = 90\ \mathrm{km/h} $。
(2) 先将汽油体积单位转换：$ V=25\ \mathrm{L}=25×10^{-3}\ \mathrm{m^3} $，根据密度公式 $ m=\rho V $，代入数据得汽油质量：
$ m = 0.8×10^3\ \mathrm{kg/m^3} × 25×10^{-3}\ \mathrm{m^3} = 20\ \mathrm{kg} $；
再根据热值公式 $ Q=qm $，得汽油完全燃烧放出的热量：
$ Q = 4.5×10^7\ \mathrm{J/kg} × 20\ \mathrm{kg} = 9×10^8\ \mathrm{J} $。
(3) 先统一单位：$ P=25\ \mathrm{kW}=25×10^3\ \mathrm{W} $，$ t=4\ \mathrm{h}=4×3600\ \mathrm{s}=14400\ \mathrm{s} $；
发动机做的有用功 $ W_{有用}=Pt $，代入得：
$ W_{有用}=25×10^3\ \mathrm{W} × 14400\ \mathrm{s} = 3.6×10^8\ \mathrm{J} $；
发动机效率 $ \eta=\frac{W_{有用}}{Q}×100\% $，代入得：
$ \eta=\frac{3.6×10^8\ \mathrm{J}}{9×10^8\ \mathrm{J}}×100\% = 40\% $。
【答案】
(1) 90 km/h；(2) $ 9×10^8\ \mathrm{J} $；(3) 40%
【知识点】
平均速度计算、燃料热值计算、热机效率计算
【点评】
本题为中考基础应用题，考察力学、热学核心公式的应用，关键在于单位的正确转换，整体难度不大，是学生需熟练掌握的常规题型。
【难度系数】
0.7
燃料
燃料的热值
热机的效率
分类
建构
能量转化：①
定义
单位：②
燃料完全燃烧放热的计算公式
计算总热量
定义
计算公式：③
提高热机效率的途径
燃料的热值
热机的效率
分类
建构
能量转化：①
化学能转化为内能
定义
单位：②
J/kg 或 J/m³
燃料完全燃烧放热的计算公式
计算总热量
定义
计算公式：③
$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$
提高热机效率的途径
答案
①化学能转化为内能
②$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$
③$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$
②$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$
③$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$
解析
【分析】本题考查燃料相关的基础热学概念，需回忆三个核心知识点：燃料燃烧时的能量转化形式、热值的单位、热机效率的计算公式，逐一对应填空即可。
【解析】1. 燃料储存化学能，燃烧时将化学能转化为内能，故①为化学能转化为内能；2. 热值的单位：固体、液体燃料的热值单位为$\mathrm{J/kg}$，气体燃料的热值单位为$\mathrm{J/m^3}$，故②为$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$；3. 热机效率是热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的总热量的比值，计算公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$，故③为此式。
【答案】①化学能转化为内能；②$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$；③$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$
【知识点】燃料的能量转化、热值的单位、热机效率公式
【点评】本题为热学基础概念识记题，考查内容均为教材核心知识点，难度较低，适合巩固基础。
【难度系数】0.8
【解析】1. 燃料储存化学能，燃烧时将化学能转化为内能，故①为化学能转化为内能；2. 热值的单位：固体、液体燃料的热值单位为$\mathrm{J/kg}$，气体燃料的热值单位为$\mathrm{J/m^3}$，故②为$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$；3. 热机效率是热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的总热量的比值，计算公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$，故③为此式。
【答案】①化学能转化为内能；②$\mathrm{J/kg}$ 或 $\mathrm{J/m^3}$；③$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{总}}$
【知识点】燃料的能量转化、热值的单位、热机效率公式
【点评】本题为热学基础概念识记题，考查内容均为教材核心知识点，难度较低，适合巩固基础。
【难度系数】0.8
1.(济南中考)完全燃烧1 g液态氢能释放出$1.4×10^5$ J的热量，是完全燃烧1 g汽油释放热量的3倍，由此可知液态氢比汽油（
A.内能大
B.温度高
C.热值大
D.密度大
C
）A.内能大
B.温度高
C.热值大
D.密度大
答案
C
解析
【分析】
首先明确各物理概念的核心定义：热值是单位质量的燃料完全燃烧时释放的热量；内能与物体的质量、状态、温度等多种因素有关；温度表示物体的冷热程度；密度是物质质量与体积的比值。题目给出单位质量的液态氢完全燃烧放热量是汽油的3倍，结合各概念的定义即可判断正确选项。
【解析】
逐一分析选项：
A. 内能的大小受质量、状态、温度等影响，题目未提供足够信息比较液态氢和汽油的内能，排除；
B. 题目未提及两者的温度，无法判断温度高低，排除；
C. 热值是单位质量燃料完全燃烧的放热量，1g液态氢完全燃烧放热是1g汽油的3倍，说明液态氢的热值更大，符合题意；
D. 密度是质量与体积的比值，题目未涉及质量、体积信息，无法比较密度，排除。
【答案】
C
【知识点】
燃料的热值
【点评】
本题考查热值的基础概念辨析，属于中考常见的概念类基础题，难度较低，只要掌握热值的定义即可快速选出答案，是易得分题。
【难度系数】
0.8
首先明确各物理概念的核心定义：热值是单位质量的燃料完全燃烧时释放的热量；内能与物体的质量、状态、温度等多种因素有关；温度表示物体的冷热程度；密度是物质质量与体积的比值。题目给出单位质量的液态氢完全燃烧放热量是汽油的3倍，结合各概念的定义即可判断正确选项。
【解析】
逐一分析选项：
A. 内能的大小受质量、状态、温度等影响，题目未提供足够信息比较液态氢和汽油的内能，排除；
B. 题目未提及两者的温度，无法判断温度高低，排除；
C. 热值是单位质量燃料完全燃烧的放热量，1g液态氢完全燃烧放热是1g汽油的3倍，说明液态氢的热值更大，符合题意；
D. 密度是质量与体积的比值，题目未涉及质量、体积信息，无法比较密度，排除。
【答案】
C
【知识点】
燃料的热值
【点评】
本题考查热值的基础概念辨析，属于中考常见的概念类基础题，难度较低，只要掌握热值的定义即可快速选出答案，是易得分题。
【难度系数】
0.8
2.下列关于热值的说法正确的是 （
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C.燃料燃烧不完全时热值变小
D.燃料的热值是燃料本身的特性，与燃料的种类有关
D
）A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C.燃料燃烧不完全时热值变小
D.燃料的热值是燃料本身的特性，与燃料的种类有关
答案
D
解析
【分析】首先明确热值的定义与特性：热值是燃料的固有特性，仅由燃料的种类决定，与燃料的质量、燃烧是否完全等因素无关。接着逐一分析各选项：A选项混淆了热值与质量的关系；B选项忽略了燃料燃烧放热的多重影响因素；C选项错误关联了热值与燃烧程度；D选项符合热值的本质特性。
【解析】热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时释放的热量，它是燃料本身的固有特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧是否完全等均无关。对各选项分析如下：
A选项：热值与燃料质量无关，2kg煤和1kg煤属于同一种燃料，热值相同，故A错误；
B选项：燃料燃烧放出的热量公式为$Q=mq$（固体燃料）或$Q=Vq$（气体燃料），放出热量的多少不仅与热值有关，还与燃料的质量（或体积）、是否完全燃烧有关，因此热值大的燃料，燃烧放出的热量不一定多，故B错误；
C选项：热值与燃料是否完全燃烧无关，不完全燃烧时燃料的热值不变，故C错误；
D选项：燃料的热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，故D正确。
【答案】D
【知识点】燃料的热值
【点评】本题考查对热值概念的理解，核心是掌握热值作为燃料固有特性的本质，需区分热值与燃料燃烧放出热量的影响因素，属于初中物理热学部分的基础概念题，难度不大。
【难度系数】0.6
【解析】热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时释放的热量，它是燃料本身的固有特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧是否完全等均无关。对各选项分析如下：
A选项：热值与燃料质量无关，2kg煤和1kg煤属于同一种燃料，热值相同，故A错误；
B选项：燃料燃烧放出的热量公式为$Q=mq$（固体燃料）或$Q=Vq$（气体燃料），放出热量的多少不仅与热值有关，还与燃料的质量（或体积）、是否完全燃烧有关，因此热值大的燃料，燃烧放出的热量不一定多，故B错误；
C选项：热值与燃料是否完全燃烧无关，不完全燃烧时燃料的热值不变，故C错误；
D选项：燃料的热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，故D正确。
【答案】D
【知识点】燃料的热值
【点评】本题考查对热值概念的理解，核心是掌握热值作为燃料固有特性的本质，需区分热值与燃料燃烧放出热量的影响因素，属于初中物理热学部分的基础概念题，难度不大。
【难度系数】0.6
