14.2 热机的效率-2021-2022学年九年级物理全册举一反三系列（人教版）

14.2 热机的效率（解析版） 本节学习目标 1.知道热值的概念； 2.会进行热值的简单计算； 3.了解热机效率的概念以及提高热机效率的途径； 4.会进行热机效率的简单计算。 要点一 热值及其相关计算 热值（q）：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。 （1）燃料燃烧放出热量：Q放 ＝qm；（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。） 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 （2）热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小；也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 【要点诠释】 （1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关： ①燃料的种类； ②燃料的质量； ③燃料是否充分燃烧。 （2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：，其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 【例】质量是500g的铁壶内装有2kg 15℃的水，把这壶水加热到100℃，共需要吸收多少焦耳的热量？如果这些热量全部由木炭的燃烧来提供，需要完全燃烧多少kg的木炭？（ ，木炭的燃烧值） 【解析】先求出铁壶吸收的热量，然后再求出水吸收的热量，两部分热量加起来，就是总共吸收的热量，那么这些热量就是木炭完全燃烧所放出的热量，然后再求木炭的质量，解法如下： 　 答：这壶水共吸收的热量为733550J，需完全燃烧木炭约21.6g。 【点睛】（1）知道水和铁的质量、比热容、初温和末温，利用吸热公式Q吸=cm△t求水吸收的热量和铁壶吸收的热量；（2）由题知Q吸=Q放，根据公式Q放=mq求出需要燃烧木炭的质量。 【考点分析】本题考查学生对吸热公式Q吸=cm△t和Q放=qm的掌握和运用，属于必会题。 【变式1】用煤气灶把2kg、初温为20℃的水加热到70℃，消耗了20g煤气。已知水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），煤气的热值为4.0×107J/kg，则水吸收的热量为______J，煤气灶烧水的效率为______。 【答案】（1）4.2×105 ；（2）52.5%。 【解析】水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(70℃-20℃)=4.2×105J 20g煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=20×10-3kg×4.0×107J/kg=8×105J 燃气灶烧水的效率：η==52.5%。 【变式2】若一辆小汽车一年行驶一万公里，消耗1t汽油，这次汽油完全燃烧放出________J的热量；某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴的转速为3600r/min，在1s内汽油机对外做功________次(q汽=4.6×107J/kg)。 【答案】（1） ；（2）30。 【解析】这次消耗的汽油为，根据公式可算出汽油完全燃烧放出的热量为： 故汽油完全燃烧放出的热量为。 该汽车汽油机曲轴的转速为，内燃机做一次功，曲轴转动两次，某次行驶过程中，该汽车汽油机曲轴1s内转动60次，则该汽车1s内油机对外做功30次。 【变式3】某同学家使用燃气热水器，平均每天需将 100kg 的水从 18℃加热到 58℃，若天然气完全燃烧放出热量的 70%被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气________m³。[c 水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4.0×107J/m³]。 【答案】0.6。 【解析】根据 Q=cmΔt 可以算出水吸收的热量： Q 吸=c 水 mΔt =4.2×103J/（kg·℃）×100kg×（58℃－18℃）=1.68×107J； 根据×100%可知，则天然气完全燃烧放出的热量Q放 = 2.4 × 107； 则根据 Q=Vq 可知， 故答案为 0.6m³。 要点二 热机效率及其计算 1.热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：。 2.在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧（完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒）； ②废气排出带走能量（废气的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用润滑剂，减小摩擦）。 要点诠释： （1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 （2）提高热机效率的途径： ①在设计和制造上，要不断改进和