专题05：热机及其效率-2023-2024学年九年级（全一册）物理同步培优方法题型讲义（人教版）

专题05 热机及其效率 一、热机 1．定义：利用燃料燃烧释放出的能量做功的机械叫做热机。 2．工作原理：燃料的化学能→内能→机械能。 3．分类：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等． 4．汽油机：工汽油机的一个工作循环要经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，属于四冲程内燃机。它的一个工作循环中，活塞往复运动2次，压缩冲程把机械能转化为内能．只有做功冲程中燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能．其他三个冲程是靠飞轮转动的惯性来完成的。 【方法技巧1】根据剖面图识别汽油机的工作冲程，主要有三个关键点：（1）活塞的运动方向。（2）气门的开闭情况。（3）火花塞是否产生电火花。 【方法技巧1】工作循环次数：做功次数：往复运动次数：冲程数=1:1:2:4。 二、汽油机和柴油机的区别 汽油机 柴油机 原理图 结构 气缸顶部有火花塞、无喷油嘴 气缸顶部有喷油嘴、无火花塞 燃料 汽油 柴油 工作过程 吸气冲程 吸进汽油和空气燃料混合物 吸进空气 压缩冲程 混合燃料被压缩、压强增大，温度升高 空气被压缩，压强增大，温度升高 做功冲程 压缩末，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压燃气对外做功 压缩末，喷油嘴喷出雾状柴油，自燃产生高温高压燃气对外做功 效率 不高：20%～30% 稍高：30%～45% 用途 质量较小、体积小，常用于汽车、飞机和小型农业机械 笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克等 三、热机功率和热机效率的辨析 热机效率 热机功率 定义 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率 单位时间内所做的功 物理意义 反映热机对能量利用率的高低 反映热机做功的快慢 定义式 η＝×100% P＝ 单位 无单位 瓦特（W） 注意 热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关；提高效率的途径是减少热机中的各种能量损失，即减少燃烧过程中的热量的损失和减少机械能的损失。 典例·解读 例1．如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热，两图装置均相同。燃料的质量用m表示，燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示（水未沸腾）（　　） A．若m相同，Δt越小，燃料的热值越大 B．若Δt相同，m越大，燃料的热值越大 C．若的值越大，燃料的热值越大 D．若的值越大，燃料的热值越大 【答案】D 【解析】我们假定为两套装置的加热水的效率是相同的。燃料的热值大小不能直接测量，需要通过水吸收热量的多少来体现燃料燃烧放出热量的多少，而水吸收热量的多少跟水的质量和升高的温度有关，因此为了比较热值大小可以利用Q吸=Q放η，而 Q吸=c水m水Δt Q放=mq 即 c水m水Δt=mqη 解得 通过这个式子可以做以下推导： A．若m相同，Δt越小，则燃料的热值越小，故A错误，不符合题意； B．若Δt相同，m越大，则燃料的热值越小，故B错误，不符合题意； C．若的值越大，即的值越小，则燃料的热值越小，故C错误，不符合题意； D．若的值越大，则燃料的热值越大，故D正确，符合题意。 故选D。 例2．目前，我国新能源汽车呈现多元化发展，在新能源汽车发展过程中，甲醇燃料因成本低、资源丰富等优点逐渐受到关注，在新能源汽车上得到应用，现有一款甲醇汽车正在行驶，（甲醇的热值为2×107J/kg）求： （1）甲醇汽车行驶过程中，燃料箱内甲醇越来越少，甲醇的热值 （选填“变小”、“不变”或“变大”）。 （2）若利用甲醇进行加热，0.21kg的甲醇燃料完全燃烧可以让20kg初温为20℃的水最多升高多少℃（不计热量损失） ？ （3）若该款甲醇汽车发动机效率为36%，，某次行驶中该汽车以1×104W的功率匀速直线行驶，燃烧一定质量的甲醇放出1×108J的热量，求该甲醇汽车能够行驶多少小时 ？ 【答案】 不变 50℃ 3600s 【解析】（1）[1]热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，故燃料箱内甲醉越来越少，甲醇的热值不变。 （2）[2]甲醇燃料完全燃烧放出的热量为 Q放＝qm＝2×107J/kg×0.21kg＝4.2×106J 不计热量损失，则水吸收的热量为 Q吸＝Q放＝4.2×106J 水升高的温度为 （3）[3]发动机做的功为 W＝Q放′η＝1×108J×36%＝3.6×107J 汽车能够行驶的时间为 例3．阅读文，回答文后问题。 航速优化 化石燃料的广泛应用加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境.因为大量燃烧化石燃料使大气中CO2浓度增加，引起温室效应而导致全球变暖。人们意识到环境保护的重要性，开始从各个方面着手减少碳排放． 船舶航行大多使用