小专题（三） 热机效率的相关计算 课件 2023-2024学年苏科版物理九年级上册

小专题（三）　热机效率的相关计算 第十二章　机械能和内能 提示：热机的效率是指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，即η＝×100％. 1. （2023·西安期中）我国自主研制的某品牌无人驾驶汽车在某段平直 公路上进行测试，汽车发动机以恒定牵引力为1000N行驶了5.4km， 消耗燃油0.3kg.[q燃油＝4.5×107J/kg] （1） 无人驾驶汽车在加速启动过程中，无人驾驶汽车的动 能 ；测试后油箱中剩余燃油的热值 .（变 大/不变/变小） 变大　 不变　 1 2 3 4 5 （2） 消耗的燃油完全燃烧放出的热量是多少？ 解：（2） 0.3kg燃油完全燃烧放出的热量Q放＝mq燃油＝ 0.3kg×4.5×107J/kg＝1.35×107J （3） 汽车发动机的效率是多少？ 解：（3） 汽车发动机做的有用功W＝Fs＝1000N×5.4×103m ＝5.4×106J，则汽车发动机的效率η＝×100％＝ ×100％＝40％ 1 2 3 4 5 2. （2023·咸阳秦都期中）某型号汽车在一平直公路上进行驾驶测试， 以某一速度做匀速直线运动.在这段行驶过程中汽车共消耗汽油7kg， 发动机的效率为30％.（q汽油取4.5×107J/kg） （1） 该汽车匀速上坡时（忽略质量的变化），重力势能 ⁠， 机械能 .（变大/不变/变小） 变大　 变大　 1 2 3 4 5 （2） 该过程中汽车发动机做的有用功是多少？ 解：（2） Q放＝m汽油q汽油＝7kg×4.5×107J/kg＝3.15×108J， 由η＝×100％可得，W有用＝ηQ放＝30％×3.15×108J＝ 9.45×107J （3） 请你写出一种提高发动机效率的方法. 解：（3） 要提高效率，首先要使燃料充分燃烧，利用尾气带 走的热量，涂润滑油减小摩擦 1 2 3 4 5 3. 小明家新买了一辆以汽油为燃料的汽车.细心的小明发现行驶的速度 不同时，耗油量不同.当汽车以90km/h的速度匀速行驶时最省油，此 时发动机的功率为25kW，发动机的效率为30％.若汽车以最省油的速 度行驶270km，则在此过程中： （1） 汽车受到的阻力是多少？ 解：（1） 汽车行驶的速度v＝90km/h＝25m/s，因为汽车匀速 行驶，汽车受到的阻力的大小等于牵引力，由公式P＝＝＝ Fv可知，汽车受到的阻力f＝F＝＝＝1000N 1 2 3 4 5 （2） 汽车牵引力做的功是多少？ 解：（2） 汽车牵引力做的功W＝Fs＝1000N×2.7×105m＝ 2.7×108J （3） 消耗汽油的质量是多少？（汽油的热值q汽取4.5×107J/kg） 解：（3） 由η＝×100％可知，汽油完全燃烧放出的热量Q＝ ＝＝9×108J，由Q＝mq可知，消耗汽油的质量m＝ ＝＝20kg 1 2 3 4 5 4. 如表所示为某品牌小轿车的一些技术参数.其中排气量是指发动机汽 缸的工作容积，一般情况下，发动机的排气量越大，功率越大.空燃 比是指汽缸内空气和燃油的质量比.汽油的热值表示每千克汽油完全 燃烧放出的热量为4.6×107J. 当该发动机以最大功率工作时，汽缸内 汽油和空气的混合物密度为1.5kg/m3，1min内高温高压的燃气推动活 塞做功2500次.请你计算发动机在最大功率工作时： 排气量 1.8L 最大功率 75kW 空燃比 14∶1 汽油的热值 4.6×107J/kg 1 2 3 4 5 （1） 1min内做的有用功. 解：（1） 1min内做的有用功W＝Pt＝7.5×104W×60s＝ 4.5×106J （2） 做功一次消耗汽油的质量. 解：（2） 做一次功消耗燃气的质量m＝ρV＝ 1.5kg/m3×1.8×10－3m3＝2.7×10－3kg，因为空燃比是14∶1， 所以燃油的质量是整个质量的，做一次功消耗的汽油质量m汽 ＝m＝×2.7×10－3kg＝1.8×10－4kg 1 2 3 4 5 （3） 发动机的效率.（结果精确到0.1％） 解：（3） 1min内做功2500次消耗的汽油质量m汽'＝1.8×10－ 4kg×2500＝0.45kg，1min内汽油燃烧释放的热量Q＝m汽'q＝ 0.45kg×4.6×107J/kg＝2.07×107J，发动机的效率η＝×100 ％＝×100％≈21.7％ 1 2 3 4 5 5. 某款油电混合动力小汽车的相关信息如表.在某次水平道路测试中， 描绘出了从启动到中速过程中，速度与时间的关系图像如图所示.已 知v1＝90km/h为中速，t1＝20s.该车以中速匀速行驶193km，共消耗汽 油10L. 中速行驶过程中，内燃机既向车轮提供能量，又向蓄电池充 电，同时蓄电池又将部分能量通过电动机向车轮输送，此时，内燃机 和电动机共同驱动车辆前进.若平均阻力为车重的 10％，则：（g取10N/kg） 第5题 1 2 3 4 5 驱动模式 纯电动（输出15kW） 启动、低速 油电混动（输出25kW以上） 中　速 纯燃油（输出50kW以上） 高　速 汽车质量 1000kg （1） 从启动到中速过程，纯电动时牵引力做功是多少？ 解：（1） W1＝P1t1＝15×103W×20s＝3×105J 第5题 1 2 3 4 5 （2） 在水平道路上以中速匀速行驶测试中，牵引力做的功是多少？ 解：（2） f＝10％×G车＝10％×m车g＝10％ ×1000kg×10N/kg＝1000N，汽车匀速行驶时， F＝f＝1000N，W2＝Fs＝1000N×193×1000m＝ 1.93×108J 第5题 1 2 3 4 5 （3） 在水平道路上以中速匀速行驶测试中，若该车内燃机的效率为 60％，此过程最终使蓄电池增加了多少能量？（忽略蓄电池和 电动机的热损失，ρ汽油取0.7×103kg/m3，q汽油＝4.6×107J/kg） 解：（3） V＝10L＝10dm3＝0.01m3，由ρ＝可知，m＝ρ汽油V＝0.7×103kg/m3×0.01m3＝7kg，汽油完全燃烧放出的热量Q放＝mq汽油＝7kg×4.6×107J/kg＝3.22×108J，由η＝×100％可知，W有用＝ηQ放＝60％×3.22×108J＝1.932×108J，W电＝ W有用－W2＝1.932×108J－1.93×108J＝0.002×108J＝2×105J 1 2 3 4 5 $$