13.4 热机效率与环境保护 2024-2025学年沪科版物理九年级上学期

13.4 热机效率与环境保护 一、热机效率 1.热机能量流向图 从生活中热机的应用我们知道，热机在工作过程中燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，其中废气带走的能量最多。 2.热机的效率 热机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，用符号η表示。 ×100% 热机效率中的总功为燃料完全燃烧放出的热量，而有用功有两种形式：一种为热机在实际应用于物体中克服摩擦做的功，另一种为活塞做功。 提高热机效率的方法：使燃料充分燃烧; 利用废气的能量; 保证良好润滑，减少摩擦; 改进热机，减少各种能量的损失。 例题： 1.甲、乙两台热机，甲的效率比乙高，含义是（　　） A．甲热机做的有用功多，效率高 B．甲热机功率大，效率高 C．甲热机单位时间里耗费的燃料少，效率高 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙少 2.关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机消耗的燃料越多，效率就越低 C．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少 D．增加热机的工作时间可以提高热机的效率 3.甲、乙两台汽油机使用相同的汽油，若在同一时间内，甲、乙两汽油机做的有用功之比为3∶2，甲的效率是25%，乙的效率是20%，则在同样的时间内，甲、乙两汽油机消耗汽油的质量之比为（　　） A．2∶5 B．5∶2 C．5∶6 D．6∶5 4.道路维修时常用到路面钻机，若其机械效率为40%，则完全燃烧50kg柴油对外做的有用功是__________J。（柴油的热值是4.3×107J/kg） 5.已知汽油的热值是4.6×107J/kg，3kg汽油完全燃烧，放出热量_____________J，若某汽车发动机的效率是20%，消耗这3kg汽油使该车在水平路面上匀速行驶40km，汽车发动机做的有用功为___________J，牵引力为________N。 二、热效率 1.纯热效率：使用燃料给物体加热 ×100% 物体吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，其中Q吸=cm△t，Q总=mq/Vq。在计算时要注意使用的是气体燃料还是固体燃料，物理量的单位有没有使用国际单位。 例题：某同学购买了一款户外分体式燃气炉。若某次户外野炊时，用该燃气炉将初温为20℃、质量为1kg的水加热到100℃，共消耗了0.025m3的天然气。[假设天然气完全燃烧，c水=4.2×103J/（kg·℃），q天然气=4×107J/m3）。求： (1)此过程中水吸收的热量； (2)0.025m3天然气完全燃烧放出的热量； (3)该分体式燃气炉的热效率。 2.热机效率 ×100% 热机做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比，其中W有=Fs/Pt（F是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机功率，t是行驶时间）活塞做的功W有=Fs=pSL=pV。 例题： 1.一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了15km，所用时间为600s，消耗汽油1kg，汽车在行驶过程中所受阻力恒为1000N（汽油的热值取q汽油＝5.0×107J/kg）。求： (1)牵引力所做功的大小 (2)1kg汽油完全燃烧放出的热量 (3)汽车发动机的效率 2.某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50cm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强是9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作（不计摩擦），汽油的热值为4.6×107J/kg，求： （1）汽油机每完成一次做功冲程，燃气对活塞做的功； （2）汽油机的平均功率； （3）若此汽油机的效率为30%，求一分钟耗油量。 3.太阳能效率 小明家新安装了一台容积为0.5m3的太阳能热水器，其接收太阳能的面积为5m3，该太阳能热水器1m3的面积上每小时接收的太阳能是3×106J/(m3·h)，加满水后，经过4小时阳光的照射水温由原来的20℃升高到40℃。【c水=4.2×103J/(kg·℃)，ρ水=1×103kg/m3，焦炭的热值q=4.2×107J/kg】。问： (1)在这4h内水吸收了多少热量？ (2)这个太阳能热水器的吸热效率是多大？ (3)若水吸收的这些热量由热效率为20%的火炉燃烧焦炭来提供，则需要完全燃烧多少千克焦炭？ 课堂练习 1.在一个标准大气压下，用天然气将一壶质量为3kg的水刚好烧开，消耗了0.03m3的天然气（假设天然气完全燃烧），已知该过程的加热效率为42%，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=8×107J/m3。求： (1)该天然气完全燃烧放出的热量； (2)水吸收的热量； (3)水的初始温度。 2.氢燃料被公认为是21世纪最理想的能源。某氢燃料新能源公交车满载时的重力为2×105N，某次满载后匀速直线运行1200m从A站到B站，用时2分钟，汽车所受阻力是总重力的0.07倍，汽车消耗氢燃料0.25kg（氢的热值是1.4×108J/kg）。求此过程中： （1）牵引力所做的功； （2）牵引力的功率； （3）汽车发动机的效率。 3.一台汽油机，活塞面积是Sm2，活塞行程是Lcm，做功冲程燃气产生的平均压强为pPa，若飞轮的转速是n转/分钟，汽油机的效率为η，汽油的热值为qJ/kg，汽油机在1min内要消耗多少kg的汽油？ 4.右表是某品牌轿车的一些技术参数，其中排气量是指发动机气缸的工作容积。空燃比是指吸气冲程末，吸入气缸内的空气和汽油的质量之比。当该发动机以最大功率工作时，气缸内汽油和空气的混合气密度为1.5kg/m3。1min内高温高压的燃气推动活塞做功3000次。 请你计算发动机在最大功率工作时： （1）每次吸入混合气的质量？ （2）1min内汽油燃烧放出的热量？ （3）1min内做的有用功？求出该发动机的效率？ 车型 某品牌轿车 排气量 1.5L 最大功率 69kW 空燃比 14∶1 汽油热值 4.6×107J/kg 学科网（北京）股份有限公司 $$