2.3 热机效率- 【通城学典】2024八年级物理暑期升级训练（教科版）

68 3. 热机效率 1. 热机所做 功与所用燃料 之比叫做热机效率。 2. 热机效率的计算式:η= ×100%; 变形式:W有用= ;Q放= 。 3. 热机给人类文明带来了进步,也给生态环境 带来了污染,这主要是指 污染和 污染。 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 典例1 某汽油机工作时的能量损失情况是汽缸 散热损失30%,废气带走35%,机械摩擦及其 他损耗总和为10%。已知汽油热值为4.6× 107J/kg。下列说法中,正确的是 ( ) A. 该汽油机工作的效率是25%,工作时汽油燃 烧释放能量的75%转化为机械能 B. 若该汽油机消耗2kg汽油,则获得的机械能 为2.3×107J C. 若该汽油机消耗2kg汽油,则损失的能量为 3.22×107J D. 经过不断改进和创新,汽油机的效率可以提 高到100% 点拨:因为热机在工作过程中总有能量损失,所 以热机的效率总小于1;热机在工作过程中造成 能量损失的因素有① 燃料很难全部燃烧;② 排 出的废气带走能量;③ 热机部件要散热;④ 克 服运转机件之间的摩擦消耗能量。 典例2 如图所示为一台手扶双轮压路机,机器 质量为550kg,空水箱容积为15L。在一次压 路作业中,水箱装满水后,机器以0.2m/s的速 度在水平路面上匀速行驶10min,行驶过程中 受到的平均阻力是总重的五分之二。不计柴油 的质量和水的损失。(g 取10N/kg,柴油的热 值取4×107J/kg) (典例2图) (1) 水箱装水是为了降低发动机的温度,确保 发动机正常工作,当满水箱的水从20℃上升到 80℃可以吸收多少热量? [水的比热容为 4.2×103J/(kg·℃)] (2) 压路机在这次压路作业中牵引力做的功是 多少? (3) 若发动机效率为30%,则这次作业要消耗 多少千克柴油? 点拨:(1) 根据密度公式求出水的质量,利用 Q吸=cm(t-t0)求出水吸收的热量。(2) 根据 速度公式求出压路机行驶的距离;压路机匀速 前进时处于平衡状态,受到的牵引力和阻力是 一对平衡力,二力大小相等,即F=f= 2 5G总 ; 根据W=Fs求出压路机做的功。(3) 根据η= W Q放×100% 求出柴油完全燃烧释放的热量,利 用Q放=mq求出消耗柴油的质量。 解答: 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(教科版)八年级 69 [基础过关] 1. (南充中考)某单缸四冲程汽油机,飞轮每分 钟转3000r,则每秒对外做功 次, 每次对外做功115J,该汽油机的效率为 25%,连续工作1h需消耗汽油 kg。 (q汽油=4.6×107J/kg) 2. 某汽车热机效率为30%,完全燃烧2kg的汽 油后,汽车匀速行驶20km,已知汽油的热值 为4.6×107J/kg,汽油燃烧放出的热量为 J,有 J能量转化为机械 能,汽车受到的牵引力为 N。 3. (随州中考)汽车是现代生活中最常见的一种 交通工具,如图甲、乙所示为某汽油机的某冲 程及能量流向图。下列说法中,正确的是 ( ) (第3题) A. 图甲是压缩冲程,活塞对汽缸内的气体 做功,气体的温度升高 B. 由图乙可知该汽油机的效率是30% C. 汽车尾气中的“汽油味”越浓,燃料燃烧得 越不充分,这会降低燃料的热值 D. 为了节能,汽车在冬天都会利用尾气中 的余热给车内供暖,该举措大大提高了 燃料的热值 4. 某同学为提高热机效率提出了四种方法,下 列方法中,错误的是 ( ) A. 尽量减少各种热损失 B. 尽量减少克服摩擦额外消耗的功 C. 尽量减小输出功率 D. 尽量使燃料充分燃烧 5. 古语“人要实,火要虚”的意思是人要脚踏实 地,才能事业有成;可燃物要架空一些才能 燃烧更旺。“火要虚”的目的是 ( ) A. 提高可燃物的热值 B. 增大可燃物的比热容 C. 提高可燃物的利用率 D. 不会产生废气,不会造成环境污染 6. 现有甲、乙两台柴油机,如果在相同的时间 内,它们所做的有用功之比是6∶5,消耗柴 油的质量之比是4∶3,那么它们的效率之 比是 ( ) A. 8∶5 B. 2∶5 C. 9∶10 D. 5∶2 7. 全球汽车保有量在迅速增长,假设全球处于 使用状态的汽车数量约为1×109 辆。每辆 汽车每年耗油2t,汽车内燃机的效率平均值 取30%。如果能把内燃机效率平均值提高 10%,那么全球每年可以节约燃油的质量 约为 ( ) A. 1.5×108t B. 1.5×109t C. 5×107t D. 5×108t 8. 下列关于热机效率的说法,正确的是 ( ) A. 热机所做的有用功增加,热机的效率也 会增大 B. 热机效率是指热机所做的有用功与所用 燃料燃烧释放的热量之比 C. 柴油机的效率一般比汽油机的效率高,对 空气污染小 D. 在设计与制造热机时不断改进与创新, 减少能量损失可以提高热机的效率 9. 如果甲热机的效率比乙热机的效率高,那么 可以说 ( ) A. 甲热机的功率比乙热机的大 B. 在单位时间内甲消耗的燃料比乙热机 的少 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 3预学储备 70 C. 甲热机的转速比乙热机的大 D. 甲热机将燃气产生的内能变成机械能的 百分比比乙热机的大 答案讲解 10. 某人为了测试汽车发动机的效率, 开车以60km/h的平均速度行驶 了120km,用去25L汽油,已知汽 油的密度为0.7×103kg/m3,热值为4.6× 107J/kg,发动机的功率为32kW,则该汽 车发动机的效率约为 ( ) A. 28.6%B. 36.5%C. 23.6%D. 38% [综合提升] 11. 一辆载货汽车,在平直的公路上以90km/h 的速度匀速行驶180km,消耗27kg汽油, 汽车受到的阻力为2760N。完全燃烧 27kg汽油放出的热量为 J;汽车 匀速行驶的功率为 W;汽车发动 机的效率为 。(汽油的热值为 4.6×107J/kg) 12. 汽油机甲的飞轮每分钟转2400r,汽缸容积 为150cm3,满负荷工作时,做功冲程中燃 气的平均压强为2.0×106Pa,且汽油机甲 在1min内消耗25g汽油。汽油机甲与汽 油机乙的效率之比为5∶4,汽油机甲的功 率是乙的2.5倍,则汽油机甲的功率以及汽 油机甲、乙在相同时间内的油耗之比为(汽 油的热值取4.8×107J/kg) ( ) A. 3.6×106W,2∶1 B. 6000W,2∶1 C. 3.6×106W,1∶2 D. 6000W,1∶2 13. 汽油机的效率是30%,柴油机的效率是 45%,如果它们的功率相同,那么在相等的 时间内完全燃烧的汽油和柴油产生的热量 之比是 ( ) A. 3∶2 B. 1∶1 C. 2∶3 D. 2∶5 答案讲解 14. 为了保障学生人身安全,目前已有 大批校车投入使用。如图所示为 某学校专用校车,其质量为6.4t, 这辆校车在某段平直公路上匀速行驶 8km,用时10min,消耗1.7kg柴油,校车 受到的阻力是1.8×103N。求:(柴油的热 值为3.3×107J/kg) (1) 这段路程内发动机做功的功率。 (2) 这段路程内校车消耗的柴油完全燃烧 放出的热量。 (3) 校车发动机的效率。(结果精确至0.1%) (第14题) 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 物理(教科版)八年级 27 功1次,所以飞轮转动1800r,要对外做功900次,燃气对 活塞做的总功W总=W×900=135J×900=121500J,t= 1min=60s,汽油机的功率 P= W总 t = 121500J 60s = 2025W,故B正确。 14. (1) 已知输出功率是120kW,转速为6000r/min= 100r/s,则转动1r需要的时间t= 1100s=0.01s ,因为飞 轮转2r,对外做功一次,则对外做功一次(转动2r)需要 的时间t'=2×0.01s=0.02s,做一次功W=Pt'=120× 103W×0.02s=2.4×103J (2) 已知单缸的排量是 2.0L=2×10-3m3,由公式W=Fs及p= F S 可得,W= FL=pSL=pV,则 燃 气 对 活 塞 的 压 强 p= W V = 2.4×103J 2×10-3m3=1.2×10 6Pa 3. 热机效率 知识梳理 1. 有用 完全燃烧释放的热量 2. W有用 Q放 ηQ放 W有用 η 3. 大气 噪声 典例演练 典例1 B 解析:该汽油机工作的效率η=1-30%- 35%-10%=25%,工作时汽油燃烧释放能量的25%转 化为机械能,故A错误;若该汽油机消耗2kg汽油,产生 的热量Q总=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J,由 η= W有用 Q总 ×100% 得,获得的机械能W有用=ηQ总=25%× 9.2×107J=2.3×107J,故B正确;若该汽油机消耗2kg 汽油,损失的能量Q损耗=Q总-W有用=9.2×107J-2.3× 107J=6.9×107J,故C错误;因为热机在工作过程中总 有能量损失,所以热机的效率总小于1,汽油机的效率不 可以提高到100%,故D错误。 典例2 (1) 水的质量m水=ρ水V=1g/cm3×15×103cm3= 15000g=15kg,水吸收的热量Q吸=c水m水Δt=4.2× 103J/(kg·℃)×15kg×(80℃-20℃)=3.78×106J (2) 压路机行驶的距离s=vt=0.2m/s×10×60s= 120m;G总=G压路机+G水=G压路机+m水g=5500N+ 15kg×10N/kg=5650N,压路机匀速前进时处于平衡状 态,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,二力大小相等,即 F牵=f= 2 5G总= 2 5×5650N=2260N ,压路机做的功 W=F牵s=2260N×120m=2.712×105J (3) 由η= W Q放×100% 得,柴油完全燃烧释放的热量Q放=W η = 2.712×105J 30% =9.04×10 5J,由Q放=mq可得,消耗柴油 的质量m油= Q放 q柴油= 9.04×105J 4×107J/kg =0.0226kg 预学训练 [基础过关] 1. 25 0.9 2. 9.2×107 2.76×107 1380 解析:2kg汽油完全燃 烧放出的热量Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2× 107J;由η= W Q放×100% 可知,转化获得的机械能W= ηQ放=30%×9.2×107J=2.76×107J;由W=Fs可知, 汽车受到的牵引力F=Ws= 2.76×107J 20×103m=1380N 。 3. A 4. C 5. C 6. C 解析:它 们 的 效 率 之 比 η 甲 η乙 = W甲 Q甲×100% W乙 Q乙×100% = W甲 m甲q×100% W乙 m乙q×100% = W甲m乙 W乙m甲= 6×3 5×4= 9 10 。 7. D 解析:每辆汽车做有用功所需燃油的质量为2t× 30%=0.6t,内燃机效率提高至30%+10%=40%,效率 提高后所需燃油的质量为0.6t 40%=1.5t ,每辆车每年节约 燃油的质量为2t-1.5t=0.5t,1×109 辆车每年节约燃 油的质量约为1×109×0.5t=5×108t。 8. D 9. D 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 28 10. A 解析:已知汽车速度v=60km/h,行驶的路程s= 120km,汽车行驶的时间t=sv= 120km 60km/h=2h=7200s , 汽车做的有用功W=Pt=32×103W×7200s=2.304× 108J,消耗汽油的体积V=25L=0.025m3,消耗汽油的 质量m=ρV=0.7×103kg/m3×0.025m3=17.5kg,汽 油完全燃烧放出的热量Q放 =qm=4.6×107J/kg× 17.5kg=8.05×108J,则该汽车发动机的效率η= W Q放× 100%=2.304×10 8J 8.05×108J×100% ≈28.6%,故A正确。 [综合提升] 11. 1.242×109 6.9×104 40% 12. B 解析:满负荷工作时,做功冲程中燃气的平均压强 为2.0×106Pa,根据压强公式p= F S 得,平均压力F= pS,根据体积公式V=Sh 得,活塞冲程长h= V S 。一次 做功冲程对外做的功W=Fh=pS× V S =pV=2.0× 106Pa×150×10-6m3=300J。汽油机甲的飞轮每分钟 转2400r,则在1min内,汽油 机 甲 的 做 功 次 数 为 1200次。1min内,汽油机甲做功 W甲=W×1200= 300J×1200=3.6×105J。由P=Wt 得,汽油机甲的功率 P甲= W甲 t = 3.6×105J 60s =6000W ;汽油机甲在1min内消 耗25g汽油,则其在1min内燃烧汽油释放的热量Q甲= mq=25×10-3kg×4.8×107J/kg=1.2×106J,所以汽 油机甲的效率η甲= W甲 Q甲×100%= 3.6×105J 1.2×106J×100%= 30%。汽油机甲与汽油机乙的效率之比为5∶4,则汽油 机乙的效率η乙= 4 5η甲= 4 5×30%=24% 。汽油机甲的 功率是乙的2.5倍,则汽油机乙的功率 P乙 = P甲 2.5= 6000W 2.5 =2400W 。所以汽油机乙在1min内做的功 W乙=P乙t=2400W×60s=1.44×105J,则汽油机乙在 1min内燃烧汽油释放的热量Q乙= W乙 η乙 =1.44×10 5J 24% = 6×105J,由q= Q m 得,汽油机乙在1min内消耗的汽油质 量m乙= Q乙 q = 6×105J 4.8×107J/kg =0.0125kg=12.5g。甲、 乙汽油机在相同时间内油耗之比为25g∶12.5g=2∶1。 故B正确。 13. A 解析:如果它们的功率相同,那么在相同时间内所 做有用功相同,即W汽=W柴。又因为η汽=30%,η柴= 45%,所以由η= W有用 Q放 ×100% 得,Q汽放∶Q柴放= W汽 η汽 ∶ W柴 η柴 = W汽 30%∶ W柴 45%=3∶2 。故A正确。 14. (1) 因为校车匀速直线运动,所以发动机的牵引力 F=f=1.8×103N,校车行驶的路程s=8km=8000m, 这段路程内发动机做的功 W =Fs=1.8×103 N× 8000m=1.44×107J,校车行驶这段路程所用的时间t= 10min=600s,这段路程内发动机做功的功率P=Wt = 1.44×107J 600s =2.4×10 4W (2) 这段路程内消耗的柴油 完全燃烧放出的热量Q放=m柴油q柴油=1.7kg×3.3× 107J/kg=5.61×107J (3) 校车发动机的效率η= W Q放×100%= 1.44×107J 5.61×107J×100% ≈25.7% 第一、二章预学检测 一、 1. C 2. B 3. A 解析:① 用热水加热凉牛奶时,热水的温度降低, 凉牛奶的温度升高,由图乙可知,曲线a应是热水的温度 变化图线,曲线b应是牛奶的温度变化图线,故①错误; ② 凉牛奶置于室内盛有热水的敞口玻璃杯中加热时,有 热量散失到空气中,所以热水放出的热量不等于凉牛奶吸 收的热量,故②错误;③ 用热水加热凉牛奶时,热水放出 热量、温度降低,凉牛奶吸收热量、温度升高,是通过热传 递的方式来改变牛奶内能的,故③正确;④ 由图乙可知, 牛奶的初温t0=20℃、末温t=40℃,则牛奶在加热过程中 吸收的热量Q吸=c牛奶m(t-t0)=2.5×103J/(kg·℃)× 0.25kg×(40℃-20℃)=1.25×104J,故④错误。综上 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈 􀥈