第十四章第2节热机的效率讲义2024-2025学年人教版物理九年级全一册

第十四章 内能的利用 ( 从滑梯上滑下，裤子会发烫 ) ( 冬天经常搓手 )14.2 热机的效率 ★学习目标 1.知道热值的概念； 2.能够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。 一、燃料的热值 经验告诉我们，等质量的不同燃料，充分燃烧后，所放出的热量要不同。 我们用“热值”来表示燃料放出热量的本领。 （1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。 （2）物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （3）符号：q （4）公式：q= ，其中，Q放-燃料完全燃烧放出的热量（J）；m-燃料质量（kg）； q-燃料的热值（J/kg）。 燃料燃烧放出热量的计算：Q放=mq 固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位，因此，计算公式略有差异：Q=mq适用于固体、液体燃料放热计算，Q=Vq适用于气体燃料的放热计算，其中V为气体燃料的体积。 对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料”、“完全燃烧”、“热量与其质量之比”。 ①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小. ②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小. ③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧释放出的热量大小不同. 【课堂练习】 1.一次实验中，燃烧酒精42g，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热量？若这些热量被10kg的水完全吸收，水的温度能上升多少摄氏度？［酒精的热值q=3.0×10⁷J/kg，水的比热容c=4.2×10³J/(kg·℃)］ 2.某校每天将1000kg、20℃的水烧开供师生饮用。 （1）每天烧开这些水至少需要多少热量？ （2）若烧开水的炉子用干木材作燃料，则每天至少需要多少干木材？ {c水=4.2×10³ J/(kg·℃)，q干木材=1.2×10⁷J/kg，水的沸点100℃} 二、热机效率 燃料的有效利用：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，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。 热机效率：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。 物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。 提高燃料利用率的途径 ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。 ②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。 热机效率不可能达到100%：因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。 如何提高热机效率： （1）使燃料充分燃烧；（2）尽量减少各种热量损失； （3）在热机的设计和制造上采用先进的技术； （4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 【课堂练习】 1.为体现低碳经济的理念，上海世博会充分利用太阳能发电技术，其主题馆屋面太阳能板的面积达3×10⁴m²，年发电量1.08×10¹³J。若这些电能由火力发电站提供（煤的热值为3×10⁷J/kg，煤完全燃烧释放的内能转化为电能的效率是30%），则仅此一项每年可节约煤炭的质量为（　）。 A．2.0×10⁴kg B．1.2×10⁵kg C．3.6×10⁵kg D．1.2×10⁶kg 2.目前石油、煤炭消耗量的迅速增长，易导致能源危机。因此，开发和利用新能源，成为全世界最为关注的问题之一。小明家的太阳能热水器内装有100kg、25℃的水，经过一天照射后，温度升高了50℃。则水吸收的热量及至少可以节约煤的质量分别是（　　）。[水的比热容是4.2×10³J/（kg•℃），煤的热值是3.0×10⁷J/kg] A．1.05×10⁷J，0.35kg B．2.1×10⁷J，0.35kg C．1.5×10⁷J，0.7kg D．2.1×10⁷J，0.7kg 3.关于热机，下列说法正确的是（ ）。 A.改进技术，能使热机的效率达到100% B.柴油机的压缩冲程使得气缸内的气体内能减小 C.利用循环水可为热机降温，主要是利用水蒸发时吸热的特性 D.汽油机除了做功冲程外，其他三个冲程都依靠飞轮的惯性完成暗杀者 4.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)。 5.如图所示，将活塞迅速下压，玻璃筒底的硝化棉被点燃。此过程是通过________的方式增加了筒内空气的内能，能量转化方式与汽油机的________ 冲程相同。某汽油机在一次工作中消耗了2 kg汽油，对外做功为2.3×10⁷ J，则汽油机的效率是________（汽油热值为4.6×10⁷J/kg)。 6.下列关于热值和热机效率说法，正确的是（ ）。 A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C. 柴油机的热机效率通常为100% D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大 7.某个家庭预计每月使用天然气4m³，这些天然气完全燃烧放出多少热量？相当于多少千克木柴完全燃烧放出的热量？（q气为7.5×10⁷J/m3， q柴为1.0×10⁷J/kg） 8.随着人们生活水平的提高，房车旅游受到了大众的青睐，某公司推出了如图所示的小型房车，小林和父母参观车展时试驾了该车，该车在平直公路上以54km/h的速度匀速行驶了3600m。已知车轮与水平地面总接触面积为，试驾时车和人总质量为 ，阻力是车重的0.1倍。（燃油热值为，g取10N/kg。）求： （1）该房车匀速行驶了多长时间？ （2）该房车静止在水平地面上时，对地面的压强是多少？ （3）该房车匀速行驶3600m消耗燃油0.8kg，求房车热机的效率是多少？ 【基础知识•过关检测】 1.2021年6月17日9时22分，搭载神舟十二号载人飞船的长征二号F遥十二运载火箭，在酒泉卫星发射中心点火发射。此后，神舟十二号载人飞船与火箭成功分离，进入预定轨道，顺利将3名航天员送入太空，发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料，主要因为液态氢具有（　　) A.较低的凝固点　　　B.较大的比热容 C.较低的沸点　　 　D.较大的热值 2.煤油的热值为4.6×10⁷J/kg、比热容为2.1×10³J/(kg·℃)，以下说法中正确的是（　　) A.煤油的热值、比热容与质量大小无关 B.燃烧1 kg煤油一定放出4.6×10⁷J的热量 C.1 kg煤油用去一半，煤油的热值减小，比热容不变 D.1 kg煤油温度升高1 ℃需要放出2.1×10³J的热量 3.为了减少大气污染，可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤，完全燃烧200 g秸秆煤可放出的热量是　　　　。若这些热量只有50%被水吸收，可使质量为10 kg、初温20 ℃的水温度升高　　　　℃。燃烧一半后，秸秆煤的热值　　　　（选填“变大”“变小”或“不变”）。[已知c水=4.2×10³J/(kg·℃),q秸秆煤=2.1×10⁷J/kg]  4.下列说法中正确的是 (　　) A.热机消耗的燃料越多，效率就越低 B.柴油机的效率一般低于汽油机的效率 C.使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 D.燃料燃烧释放的热量越多，热值越大 5.邱老师新买了一辆汽车，他在高速路上行驶时，记录了一组数据：匀速行驶27 km，耗油2 L，由此数据可以计算出2 L汽油完全燃烧时放出的热量为　　　　J；又查到汽油机的效率一般为30%，则该汽车的牵引力为　　　　　N。(已知q汽油=4.6×10⁷J/kg,ρ汽油=0.71×10³kg/m3)  6.关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　) A.没有燃烧的燃料，热值等于零 B.燃料完全燃烧时，它的热值最大 C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D.燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 7.下列选项可能符合汽车热机能量流向的是 (　　) A. B. C. D. 8.一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油放出的热量为1.0×10⁹J，其中损失的热量为6.0×10⁸J，则柴油机获得有用的机械能为　　　　J，柴油机的效率为　　　　。  9.“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将600 g水从10 ℃加热至沸腾（标准气压下）的过程中，提供给水的热量至少为　　　　J。如果用酒精灯给600 g水加热升高同样温度，至少需要　　　　g酒精。[c水=4.2×10³J/(kg·℃)、q酒精=3×10⁷J/kg] 10.某种国产汽车，当它在某平直公路上以20 m/s的速度匀速行驶时，每百公里的油耗为6 L.当汽车行驶500s，则汽车消耗的汽油是　　　　L.假设汽车在运动过程中受到的平均阻力是495 N.则汽油机的效率是　　　　%.（已知汽油的热值是 11.某家庭需要将50 kg、20℃的水加热到60 ℃作为生活用水，利用煤气灶烧水，需燃烧0.8k g煤气.已知煤气的热值( 水的比热容 求： (1)50 kg、20℃的水升温到60 ℃需吸收的热量. （2）完全燃烧0.8 kg煤气放出的热量. （3）煤气灶烧水的效率. 12.某厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶3km，受到的阻力恒为 消耗燃油 假设燃油完全燃烧，燃油的密度 燃油热值 求： （1）该专用车牵引力所做的功。 （2）燃油放出的热量。 （3）该专用车的热机效率。 13某家庭需要将50 kg、20 ℃的水加热到60 ℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8 kg的煤气，已知水的比热容为4.2× 煤气的热值为 求： (1)0.8 kg煤气完全燃烧放出的热量。 （2）水吸收的热量。 （3）煤气灶烧水的效率。 14.某单缸四冲程汽油机的活塞横截面积为30 cm²，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为 飞轮转速为 1 800 r/min。当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若l min消耗汽油8g，汽油的热值为4.6×10⁷J/kg。则： （1）这种汽油机燃气对活塞的平均压力是多少? （2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功是多少? （3）该汽油机满负荷工作时的效率是多少?（结果保留到1%) 学科网（北京）股份有限公司 $$