第十四章 第2节 热机的效率（作业课件）-【原创新课堂】2023-2024学年九年级物理上册（人教版 广东专用）

第2节　热机的效率 物理 九年级全册 人教版 原创新课堂 热量 质量 J/kg 1 kg 完全燃烧 3.0×107 不同 mq 有用功 完全燃烧 热损失 摩擦 充分燃烧 不同 多 完全燃烧释放的热量 燃料质量 热值 4.2×105 10 1.68×107 0.4 C 9.2×1010 25% A A B C D C A C 2500 热值 4.2×108 70 2.52×106 自下而上 酒精和碎纸片的质量 两杯水的质量 1.2×106 小 存在热损失或者燃料没有完全燃烧 不能 水沸腾后吸收热量，温度保持不变，因此无法比较燃料放出热量的多少 增加水的质量或减少燃料的质量 C 160 5∶2 1．热值：我们把某种燃料完全燃烧放出的________与其________之比，叫做这种燃料的热值，单位是__________。酒精的热值是3.0×107 J/kg，它的物理意义是________的酒精____________放出的热量是____________J。 2．热值的特性：质量相同的不同燃料，完全燃烧时放出的热量不同，不同的燃料热值一般________(选填“相同”或“不同”)。 3．燃料完全燃烧时放出的热量公式：Q放＝________。 4．热机效率：用来做__________的那部分能量与燃料____________时所放出的能量之比，叫做热机的效率。 5．提高热机效率的途径：(1)减少各种__________；(2)减少________，保持良好的润滑；(3)尽量让燃料____________。 【例1】木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧。得到了下表的数据： 燃料的质量/g 100 200 300 400 燃料完全燃烧放出的热量 Q木柴/J 1.3×106 2.6×106 3.9×106 5.2×106 Q焦炭/J 3×106 6.0×106 9.0×106 12.0×106 Q木炭/J 3.4×106 6.8×106 10.2×106 13.6×106 　(1)从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是________的；对于同种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越______。 (2)从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料，________________________和____________的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称之为________，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。 (3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量是_______________J；如果这些热量完全用于加热水，可使________kg的水温度升高10 ℃。[q天然气＝4.2×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 【变式训练1】安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重视和广泛利用。某太阳能热水器内装有质量为100 kg、温度为20 ℃的水，在太阳照射一段时间后，水温升高到60 ℃，则水吸收的热量是______________J，这些能量相当于完全燃烧________m3天然气放出的热量。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝4.2×107 J/m3] 【变式训练2】汽油的热值为4.6×107 J/kg，有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个重为600 N的人，从山脚爬到高30 m的山顶。 他克服重力做了多少J的功？ (2)如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少kg？(结果保留一位小数) 解：(1)G＝600 N，h＝30 m，他克服重力做的功W＝Gh＝600 N×30 m＝1.8×104 J　 (2)汽油完全燃烧放出的热量Q放＝W＝1.8×104 J，汽油质量m＝ eq \f(Q放,q) ＝ eq \f(1.8×104 J,4.6×107 J/kg) ≈3.9×10－4 kg 【方法点拨】(1)燃料的热值q的单位为J/kg(如：酒精q＝3.0×107 J/kg)，计算燃料燃烧放出的热量用公式Q放＝mq。 (2)燃料的热值q的单位为J/m3(如：煤气q＝3.9×107 J/m3)，计算燃料燃烧放出的热量用公式Q放＝Vq。 eq \o(\s\up7(),\s\do5(　知识点二)) 　热机的效率 【例2】一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量，共计损失了4.8×107 J能量，下列说法错误的是( ) A.该柴油机的效率为40% B.热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率越高 C.通过科技进步，在未来可以实现能量零损失 D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率 【变式训练3】目前正在我市进行试验飞行的国产大型水陆两栖飞机“鲲龙”AG600在空中满载时的最大巡航速度为460 km/h，发动机巡航推力为5×104 N。某次试飞中AG600以最大速度满载巡航1 h，消耗燃油2×103 kg，燃油完全燃烧产生的内能为________________J，发动机的工作效率为________。(燃油的热值取4.6×107 J/kg) 【方法点拨】热机效率是指有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，比值越大，效率越高。热机效率的计算方法为η＝ eq \f(W有用,Q总放) ×100%＝ eq \f(Q总放－Q损,Q总放) ×100%。减少摩擦，减少热损失，让燃料充分燃烧可以提高热机效率。 eq \o(\s\up7(),\s\do5(　易错点)) 　对热值的概念理解有误 【例3】关于燃料和燃料的热值，以下说法正确的是( ) A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关 B.容易燃烧的燃料，热值一定大 C.煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多 D.为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料 【变式训练4】(2022·吴川月考)煤油的热值为4.6×107 J/kg、比热容为2.1×103 J/(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4.6×107 J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2.1×103 J的热量 【易错警示】热值是燃料的一种特性，反映燃料在完全燃烧时放热本领的大小。不同的燃料热值一般不同，热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积以及是否完全燃烧等均无关。 夯实基础 1．(教材P24图14.2－2改编)如图所示为内燃机的能量流向图。下列说法中正确的是( ) A.(1)处应该填“燃料的内能” B.(1)处应该填“燃料的化学能” C.(2)处应该填“废气带走的能量” D.(3)处应该填“克服机械之间的摩擦消耗的能量” 2．中国在文昌航天发射场用长征五号遥五运载火箭成功发射嫦娥五号探测器，开启了中国月球探测的新旅程。火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有( ) A.较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点 3．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是( ) A.热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C.热机都是使用汽油作为燃料 D．热机的大量使用会造成环境污染 4．如图所示是完全燃烧A、B两种燃料放出的热量与燃料质量的关系图象，由图象可知，A、B两种燃料的热值大小关系是( ) A.qA<qB B.qA＝qB C.qA>qB D.无法比较 5．(2022·南海区期中)下列关于热值和热机效率的说法，正确的是( ) A.减少热机各部件间的摩擦可提高热机效率 B．柴油机的效率通常低于汽油机 C.使燃料燃烧更充分，可以增大燃料的热值 D．燃料燃烧放出的热量越多，热值一定越大 6．(2022·越秀区期中)有甲、乙两辆汽车，使用相同品质的汽油，在水平高速公路上匀速行驶时动力相同。甲车行驶50 km消耗的汽油为4 L，乙车行驶100 km消耗的汽油为7.3 L。则这两台汽车热机的效率η大小关系为( ) A.η甲＝η乙 B．η甲＞η乙 C．η甲＜η乙 D．条件不足，无法判断 7．“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的________很大。以10倍的关系粗略计算，1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为____________J，若这些热量完全被水吸收，可以将__________kg的水从15 ℃加热至55 ℃。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q煤气＝4.2×107 J/kg] 8．完全燃烧140 g焦炭所放出的热量有60%被初始温度为10 ℃、质量为10 kg的水吸收，则水吸收的热量为_____________J，水的温度将升高到_______℃。[q焦炭＝3.0×107 J/kg，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，在1个标准大气压下] 9．学习了燃料的热值后，小王自己设计实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。 燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/(J·kg－1) 酒精 15 35 2.4×106 碎纸片 15 25 ？ (1)实验装置如图所示，你认为图中器材的安装顺序是____________(选填“自下而上”或“自上而下”)。 (2)为保证实验结论的可靠，以及方便比较，小王同学在实验中应保持______________________、________________以及两个烧杯都应相同。 (3)实验数据记录如表所示：根据表中数据，计算出碎纸片的热值是____________J/kg。 (4)通过实验得到的燃料热值与实际相比偏______(选填“大”或“小”)，出现这样情况的主要原因是________________________________。 另一组同学用同样的装置进行实验，在实验中两种燃料完全燃烧完之前都使得水沸腾了，你能否比较出两种燃料的热值？__________(选填“能”或“不能”)。理由：____________________________________________________________________。为避免这种情况的出现，你可以对他们组提什么改进建议？ ____________________________________________。 能力提升 10．(2022·越秀区期中)如图所示为甲、乙、丙三台使用不同燃料的热机完全燃烧1 kg燃料所释放的内能和热机输出机械能的二维柱状图。三台热机的转速和效率始终保持不变。根据图中的信息，下列选项正确的是( ) A.丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低 B.在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少 C.在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料 D.三台热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高 11．赛车上一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是9600 r/min，则每秒钟汽油机的活塞往复运动__________次。如果有两台四冲程汽油机，在相同时间内甲做的有用功是乙的2倍，甲机的效率是20%，乙机的效率是25%，则甲、乙两汽油机在相同时间内消耗汽油的质量之比是____________。 12．我国自主研发的某品牌汽车进行技术测试，已知该车在某段长1.2 km的水平路面做匀速直线运动，用时40 s，汽车在行驶过程中受到的阻力为400 N，汽车在此过程中发动机热机效率为48%，汽油的热值q＝4.6×107 J/kg。求在该段测试过程中： (1)汽车的功率为多少W? (2)燃烧了多少kg汽油？(计算结果保留两位小数) 解：(1)因汽车匀速行驶时处于平衡状态，受到的牵引力和阻力是一对平衡力，所以，此过程中汽车牵引力做的功W＝Fs＝fs＝400 N×1.2×103 m＝4.8×105 J，汽车牵引力做功的功率P＝ eq \f(W,t) ＝ eq \f(4.8×105 J,40 s) ＝1.2×104 W　 (2)由η＝ eq \f(W,Q放) ×100%可得，汽油完全燃烧释放的热量Q放＝ eq \f(W,η) ＝ eq \f(4.8×105 J,48%) ＝1×106 J，由Q放＝mq可得，消耗汽油的质量m＝ eq \f(Q放,q) ＝ eq \f(1×106 J,4.6×107 J/kg) ≈0.02 kg $$