14.2 热机的效率(第2课时) 导学案- 2023-2024学年人教版物理九年级全册

第 2节　热机的效率(第2课时) 课程标准 课程标准(2022年版) 本节要点 从能量转化和转移的角度认识效率． 1.了解内燃机燃料释放能量的流向. 2.理解热机效率并知道提高热机效率的方法. 3.掌握比热容、热值和热机效率的有关计算．(重点) 热机的效率 现实生活中燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小．燃料燃烧释放的能量也不会全部转化为有用的能量． 1．热机的效率定义：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，叫做热机的效率． 2．表达式：热机效率＝，即η＝. 3．提高热机效率的方法：①使燃料尽量充分燃烧；②在设计和制造热机时不断改进和创新，以减少各种能量损失；③废气带走的热量最多，可设法利用废气；④减少热机各部件之间的摩擦． 4.内燃机的能量流向图如图所示．内燃机的效率为(　D　) A．7% B．28% C．31% D．34% 5.关于热机的效率，下列说法中正确的是(　C　) A．热机做的有用功多，效率一定高 B．热机所用燃料的热值越大，效率越高 C．提高热机效率的方法之一是减少热量损失 D．热机的效率可以达到100% 与比热容、热值、热效率有关的综合计算 热效率一般可分为两类：一是热机效率，即燃烧燃料获得的内能转化成机械能推动热机(如汽车、飞机等)工作，使热机工作的是有用功(计算公式有W＝Fs、W＝Pt)，燃烧燃料放出的热量(Q放＝mq)是总功，公式为η＝；二是加热效率，即燃烧燃料加热水或食物，被水或食物吸收的热量(计算公式为Q吸＝cmΔt)是有用功，燃烧燃料放出的热量(计算公式为Q放＝mq)是总功，公式为η＝. 6.柴油机是工农业生产中常用的热机．已知某型号柴油机的效率是30%. (1)完全燃烧2 kg的柴油放出多少热量？(柴油的热值为q＝4.2×107 J/kg) 解：(1)柴油完全燃烧放出的热量 Q放＝mq＝2 kg×4.2×107 J/kg＝8.4×107 J 答：完全燃烧2 kg的柴油放出8.4×107 J的热量； (2)这些热量通过该柴油机转化能对外做多少有用功？ 07 小结 1.W有＝ηQ放，常见的错误为记错公式，使用W有＝. 2．计算热机输出的有用功还可应用这两个公式：W有＝Fs、W有＝Pt. 7.无人驾驶清扫车基于激光雷达、超声波雷达等多传感器融合的感知系统和嵌入式车规级处理器，具有自动遇障暂停、自动避障绕障、自动驾驶清扫、自动驾驶喷雾打药与防疫等功能．如图所示是一款远程无人驾驶清扫车在城郊一段平直的公路上匀速行驶清扫路面的场景．清扫车在该路段匀速行驶1 600 m，消耗汽油0.2 kg.若清扫车此时的质量保持1.15×103 kg不变，行驶中受到的阻力为车重的0.01倍．(q汽油＝4.6×107 J/kg，g取10 N/kg)求： (1)0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量； 解：0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量 Q放＝mq＝0.2 kg×4.6×107 J/kg＝9.2×106 J 答：0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量为9.2×106 J； (2)在此过程中清扫车牵引力做的功； 解：因为清扫车做匀速直线运动，所以牵引力与阻力为一对平衡力，则牵引力的大小 F＝f＝0.01G＝0.01mg＝0.01×1.15×103 kg×10 N/kg＝115 N 牵引力做的功W＝Fs＝115 N×1 600 m＝1.84×105 J 答：清扫车牵引力做的功为1.84×105 J； (3)清扫车发动机的效率． 8.国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将2 kg的水倒入烧水壶中，并测出水温为20 ℃，在标准大气压下，把水刚加热到100 ℃时，测出消耗天然气 0.048 m3，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值约为 q天然气＝4.0×107 J/m3.则： (1)将这些水烧开，需吸收多少热量？ 解：水吸收的热量Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105 J 答：将这些水烧开，需吸收6.72×105 J的热量； (2)在这种情况下，天然气完全燃烧放出了多少热量？ 解：天然气完全燃烧放出的热量 Q放＝q天然气V＝4.0×107 J/m3×0.048 m3＝1.92×106 J 答：在这种情况下，天然气完全燃烧放出1.92×106 J的热量； (3)他家天然气灶的效率为多大？ 解 答：他家天然气灶的效率为35%. 9.某同学家使用燃气热水器，平均每天需将100 kg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多少天然气？[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4.0×107 J