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【应用4】关于热机与环境，下列说法不正确的是（
A.汽车内燃机的废气和冷却水带走大量热量，成为城市热岛效应的元凶之一
B.热机效率是热机性能的重要指标之一
C.改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染
D.使用热值更高的燃料，可以有效提高热机效率
D
）A.汽车内燃机的废气和冷却水带走大量热量，成为城市热岛效应的元凶之一
B.热机效率是热机性能的重要指标之一
C.改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染
D.使用热值更高的燃料，可以有效提高热机效率
答案
4. D 解析:汽油和柴油的燃烧,不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅,而且汽车内燃机的废气和冷却水还带走大量热量,对环境产生较大的热污染,成为城市热岛效应的元凶之一,故A正确;改进热机性能,可以增大有效利用的能量,减少排放污染,提高热机的效率;同时,热机效率也是热机性能的重要指标之一,故B、C正确;热机的效率与燃料的热值没有关系,提高燃料的利用率是提高热机效率的关键,故D错误。故选D。
解析
【分析】本题考查热机相关的概念，需逐一分析各选项，明确热机效率、热值的区别，以及热机对环境的影响，从而找出错误选项。先回忆热机的热污染、热机效率的意义、改进热机的作用，再区分热机效率与热值的关系，判断每个选项的正误。
【解析】A选项：汽车内燃机的废气和冷却水会带走大量热量，造成热污染，是城市热岛效应的元凶之一，说法正确；B选项：热机效率反映热机对能量的利用程度，是热机性能的重要指标之一，说法正确；C选项：改进热机性能可提高能量利用率，减少能源浪费和污染物排放，说法正确；D选项：热机效率是热机做有用功的能量与燃料完全燃烧释放能量的比值，与燃料热值无关，使用热值更高的燃料无法提高热机效率，说法错误。
【答案】D
【知识点】热机效率、热值、热机与环境
【点评】本题为热机相关概念的基础题，重点考查学生对热机效率、热值的理解，以及热机与环境的关系，需注意区分热值和热机效率的不同，避免概念混淆。
【难度系数】0.6
【解析】A选项：汽车内燃机的废气和冷却水会带走大量热量，造成热污染，是城市热岛效应的元凶之一，说法正确；B选项：热机效率反映热机对能量的利用程度，是热机性能的重要指标之一，说法正确；C选项：改进热机性能可提高能量利用率，减少能源浪费和污染物排放，说法正确；D选项：热机效率是热机做有用功的能量与燃料完全燃烧释放能量的比值，与燃料热值无关，使用热值更高的燃料无法提高热机效率，说法错误。
【答案】D
【知识点】热机效率、热值、热机与环境
【点评】本题为热机相关概念的基础题，重点考查学生对热机效率、热值的理解，以及热机与环境的关系，需注意区分热值和热机效率的不同，避免概念混淆。
【难度系数】0.6
1. 2024年10月30日4时27分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号F遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。下列说法正确的是（
A.火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大
B.火箭发动机工作过程中的热机效率是100％
C.火箭的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大
D.火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同
D
）A.火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大
B.火箭发动机工作过程中的热机效率是100％
C.火箭的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大
D.火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同
答案
1. D
解析
【分析】
本题考查热学相关基础概念，需逐个分析选项，结合热值、热机效率、比热容、热机能量转化的定义判断正误：首先明确各物理量的特性：热值是燃料固有属性，仅与种类有关；热机效率因能量损失永远小于100%；液氢作燃料是因其热值大；火箭升空是内能转机械能，与热机做功冲程能量转化一致。据此排除错误选项，确定正确答案。
【解析】
A选项：热值是燃料的固有特性，只由燃料种类决定，与燃烧是否充分无关，故A错误；
B选项：火箭发动机工作时，存在能量散失（如废气带走热量、机械摩擦损耗等），热机效率不可能达到100%，故B错误；
C选项：火箭选用液氢作燃料，是因为液氢的热值大，相同质量的液氢完全燃烧能释放更多能量，而非比热容大，故C错误；
D选项：火箭发射升空时，燃料燃烧的内能转化为火箭的机械能；热机做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化相同，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
热值、热机效率、能量转化
【点评】
本题考查热学基础概念，需准确区分各物理量的特性及热机的能量转化，属于常规基础题，掌握核心概念即可正确解答。
【难度系数】
0.6
本题考查热学相关基础概念，需逐个分析选项，结合热值、热机效率、比热容、热机能量转化的定义判断正误：首先明确各物理量的特性：热值是燃料固有属性，仅与种类有关；热机效率因能量损失永远小于100%；液氢作燃料是因其热值大；火箭升空是内能转机械能，与热机做功冲程能量转化一致。据此排除错误选项，确定正确答案。
【解析】
A选项：热值是燃料的固有特性，只由燃料种类决定，与燃烧是否充分无关，故A错误；
B选项：火箭发动机工作时，存在能量散失（如废气带走热量、机械摩擦损耗等），热机效率不可能达到100%，故B错误；
C选项：火箭选用液氢作燃料，是因为液氢的热值大，相同质量的液氢完全燃烧能释放更多能量，而非比热容大，故C错误；
D选项：火箭发射升空时，燃料燃烧的内能转化为火箭的机械能；热机做功冲程是将内能转化为机械能，二者能量转化相同，故D正确。
【答案】
D
【知识点】
热值、热机效率、能量转化
【点评】
本题考查热学基础概念，需准确区分各物理量的特性及热机的能量转化，属于常规基础题，掌握核心概念即可正确解答。
【难度系数】
0.6
2. 2024年4月，我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。关于热机的效率，下列说法正确的是
（
A.热机的效率越高说明做功越快
B.热机的效率越高，做同样多的有用功消耗的能量越少
C.增大热机的功率，可以提高热机的效率
D.使用热值更大的燃料一定可以提高热机的效率
（
B
）A.热机的效率越高说明做功越快
B.热机的效率越高，做同样多的有用功消耗的能量越少
C.增大热机的功率，可以提高热机的效率
D.使用热值更大的燃料一定可以提高热机的效率
答案
2. B
解析
【分析】首先明确热机效率的定义：热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放总能量的比值，反映能量利用率，与功率（做功快慢）、热值（燃料放热特性）是不同物理量。接下来逐一分析选项：A选项混淆效率与功率；B选项可通过效率公式推导；C选项功率与效率无关；D选项热值不直接决定效率。
【解析】热机效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，功率表示做功快慢，热值是燃料单位质量完全燃烧的放热量，三者物理意义不同。对各选项分析：
A. 效率高仅说明有用功占比大，做功快慢由功率决定，二者无关，A错误；
B. 由$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$得$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}$，当有用功一定时，效率越高，消耗的总能量（$Q_{放}$）越少，B正确；
C. 功率是做功快慢，与能量利用率（效率）无关，C错误；
D. 热机效率是有用功与总放热的比值，与燃料热值大小无直接关联，D错误。
【答案】B
【知识点】热机的效率、功率、热值
【点评】本题考查热机效率的基本概念，需准确区分效率、功率、热值的物理意义，属于热学基础概念辨析题，难度适中，易因概念混淆误选。
【难度系数】0.6
【解析】热机效率公式为$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$，功率表示做功快慢，热值是燃料单位质量完全燃烧的放热量，三者物理意义不同。对各选项分析：
A. 效率高仅说明有用功占比大，做功快慢由功率决定，二者无关，A错误；
B. 由$\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}$得$Q_{放}=\frac{W_{有用}}{\eta}$，当有用功一定时，效率越高，消耗的总能量（$Q_{放}$）越少，B正确；
C. 功率是做功快慢，与能量利用率（效率）无关，C错误；
D. 热机效率是有用功与总放热的比值，与燃料热值大小无直接关联，D错误。
【答案】B
【知识点】热机的效率、功率、热值
【点评】本题考查热机效率的基本概念，需准确区分效率、功率、热值的物理意义，属于热学基础概念辨析题，难度适中，易因概念混淆误选。
【难度系数】0.6
3. 如图所示是汽油机的
排气
冲程。若其效率为25%，则完全燃烧1 kg汽油转化的机械能是$1.15×10^7$
J。($q_{汽油}=4.6×10^7 J/kg$)答案
3. 排气 1.15×10^7 解析:汽油机的进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，说明是汽油机的排气冲程;完全燃烧1 kg汽油放出的热量为$Q_{放}=q_{汽油}m=4.6×10^7 J/kg×1 kg=4.6×10^7 J$;已知效率$\eta=25\%$,消耗1 kg汽油转化的机械能为$W=Q_{放}\eta=4.6×10^7 J×25\%=1.15×10^7 J$。
解析
【分析】首先判断汽油机冲程需观察气门状态和活塞运动方向：图中排气门打开，进气门关闭，活塞向上运动，符合排气冲程的特征；计算转化的机械能时，先利用热值公式算出1kg汽油完全燃烧放出的热量，再根据热机效率公式，用热量乘以效率得到转化的机械能。
【解析】1. 判断冲程：汽油机的进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，因此是排气冲程。2. 计算汽油完全燃烧放出的热量：根据热值公式$Q_{放}=qm$，代入$q_{汽油}=4.6×10^7 J/kg$，$m=1kg$，得$Q_{放}=4.6×10^7 J/kg ×1kg=4.6×10^7 J$。3. 计算转化的机械能：根据热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，得机械能$W=Q_{放}\eta=4.6×10^7 J ×25\%=1.15×10^7 J$。
【答案】排气；1.15×10^7
【知识点】汽油机冲程判断、热值计算、热机效率
【点评】本题结合汽油机冲程判断和热机效率计算，属于基础知识点的综合应用，需掌握冲程判断方法及效率公式的应用，难度适中。
【难度系数】0.6
【解析】1. 判断冲程：汽油机的进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，因此是排气冲程。2. 计算汽油完全燃烧放出的热量：根据热值公式$Q_{放}=qm$，代入$q_{汽油}=4.6×10^7 J/kg$，$m=1kg$，得$Q_{放}=4.6×10^7 J/kg ×1kg=4.6×10^7 J$。3. 计算转化的机械能：根据热机效率公式$\eta=\frac{W}{Q_{放}}$，得机械能$W=Q_{放}\eta=4.6×10^7 J ×25\%=1.15×10^7 J$。
【答案】排气；1.15×10^7
【知识点】汽油机冲程判断、热值计算、热机效率
【点评】本题结合汽油机冲程判断和热机效率计算，属于基础知识点的综合应用，需掌握冲程判断方法及效率公式的应用，难度适中。
【难度系数】0.6
4. 如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图，某次该汽车行驶过程中消耗了0.1 kg汽油。求：[汽油的热值为$4.2×10^7$ J/kg，水的比热容为$4.2×10^3$ J/(kg·℃)]
(1)该汽油机的效率；
(2)此行驶过程中汽油完全燃烧释放的热量；
(3)若释放的热量有25%被冷却水吸收，则质量为5 kg的冷却水升高的温度。
(1)该汽油机的效率；
(2)此行驶过程中汽油完全燃烧释放的热量；
(3)若释放的热量有25%被冷却水吸收，则质量为5 kg的冷却水升高的温度。
答案
4. 解:(1)热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值,由题图可知,输出有用机械能所占比例为 100%-33%-25%-7%=35%,即该汽油机的效率为 35%。
(2)汽油完全燃烧释放的热量
$Q_{放}=qm=4.2×10^7 J/kg×0.1 kg=4.2×10^6 J$。
(3)水吸收的热量
$Q_{吸}=\eta Q_{放}=25\%×4.2×10^6 J=1.05×10^6 J$，
冷却水升高的温度
$\Delta t = \frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}} = \frac{1.05×10^6 J}{4.2×10^3 J/(kg·℃)×5 kg} = 50 ℃$。
(2)汽油完全燃烧释放的热量
$Q_{放}=qm=4.2×10^7 J/kg×0.1 kg=4.2×10^6 J$。
(3)水吸收的热量
$Q_{吸}=\eta Q_{放}=25\%×4.2×10^6 J=1.05×10^6 J$，
冷却水升高的温度
$\Delta t = \frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}} = \frac{1.05×10^6 J}{4.2×10^3 J/(kg·℃)×5 kg} = 50 ℃$。
解析
【分析】
本题考查热学相关计算，分三个小问逐步求解：第(1)问需明确热机效率的定义，从能量流程图中用总能量比例减去各能量损失比例得到汽油机效率；第(2)问直接应用热值公式计算汽油完全燃烧释放的热量；第(3)问先算出冷却水吸收的热量，再利用热量公式变形求升高的温度。
【解析】
解：(1) 热机效率是有用机械能与燃料完全燃烧放出热量的比值。由能量流程图可知，能量损失的比例为废气33%、冷却水25%、摩擦与辐射7%，因此汽油机的效率：
$\eta = 100\% - 33\% - 25\% - 7\% = 35\%$。
(2) 根据热值公式，汽油完全燃烧释放的热量：
$Q_{放} = qm = 4.2×10^7\ \mathrm{J/kg} × 0.1\ \mathrm{kg} = 4.2×10^6\ \mathrm{J}$。
(3) 冷却水吸收的热量为汽油释放热量的25%，即：
$Q_{吸} = 25\% × Q_{放} = 0.25 × 4.2×10^6\ \mathrm{J} = 1.05×10^6\ \mathrm{J}$。
根据热量公式$Q_{吸} = c_{水}m_{水}\Delta t$，变形得冷却水升高的温度：
$\Delta t = \frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}} = \frac{1.05×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 5\ \mathrm{kg}} = 50\ \mathrm{℃}$。
【答案】
(1) 35%；(2) $4.2×10^6$ J；(3) 50 ℃
【知识点】
热机效率、热值计算、比热容计算
【点评】
本题是热学基础计算题，结合能量流程图考查核心公式的应用，关键是理解热机效率的含义，从图中提取正确的比例数据，整体难度不大，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
本题考查热学相关计算，分三个小问逐步求解：第(1)问需明确热机效率的定义，从能量流程图中用总能量比例减去各能量损失比例得到汽油机效率；第(2)问直接应用热值公式计算汽油完全燃烧释放的热量；第(3)问先算出冷却水吸收的热量，再利用热量公式变形求升高的温度。
【解析】
解：(1) 热机效率是有用机械能与燃料完全燃烧放出热量的比值。由能量流程图可知，能量损失的比例为废气33%、冷却水25%、摩擦与辐射7%，因此汽油机的效率：
$\eta = 100\% - 33\% - 25\% - 7\% = 35\%$。
(2) 根据热值公式，汽油完全燃烧释放的热量：
$Q_{放} = qm = 4.2×10^7\ \mathrm{J/kg} × 0.1\ \mathrm{kg} = 4.2×10^6\ \mathrm{J}$。
(3) 冷却水吸收的热量为汽油释放热量的25%，即：
$Q_{吸} = 25\% × Q_{放} = 0.25 × 4.2×10^6\ \mathrm{J} = 1.05×10^6\ \mathrm{J}$。
根据热量公式$Q_{吸} = c_{水}m_{水}\Delta t$，变形得冷却水升高的温度：
$\Delta t = \frac{Q_{吸}}{c_{水}m_{水}} = \frac{1.05×10^6\ \mathrm{J}}{4.2×10^3\ \mathrm{J/(kg·℃)} × 5\ \mathrm{kg}} = 50\ \mathrm{℃}$。
【答案】
(1) 35%；(2) $4.2×10^6$ J；(3) 50 ℃
【知识点】
热机效率、热值计算、比热容计算
【点评】
本题是热学基础计算题，结合能量流程图考查核心公式的应用，关键是理解热机效率的含义，从图中提取正确的比例数据，整体难度不大，适合巩固基础知识点。
【难度系数】
0.6
