专题14.2 热机的效率--九年级物理人教版.doc

第十四章 内能的利用 第2节 热机的效率 一、燃料的热值 1．某种燃料完全燃烧所放出的_______与____之比，叫做这种燃料的_____。 2．热值的单位由____与____的单位组成，在国际单位制中，热量的单位是____，质量的单位是____，所以热值的单位是________，符号是______。 3．酒精的热值是___________，它的物理意义是：___kg酒精__________所放出来的热量是________J。 4．热值是物质本身的一种特性，与燃料的质量、燃烧的状态、放出热量的多少无关。 二、热机的效率 1．对于热机而言，用来做有用功的那一部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫_________。 2．蒸汽机的效率只有_______，汽油机的效率可以达到________，柴油机的效率可以达到________。 3．设法利用___________，是提高燃料利用率的重要措施。 4．提高热机效率，节约能源，减少污染 （1）热机的效率是热机性能的重要指标； （2）提高效率的途径。 ①提高燃料利用率，使燃料充分燃烧； ②改进热机，减少各种能量损失。 热量 其质量 热值 热量 质量 焦耳 千克 焦每千克 J/kg 3.0×107 J/kg 1 完全燃烧 3.0×107 J 效率 6%~15% 20%~30% 30%~45% 废气的能量 一、燃料的利用率 1．影响燃料有效利用的因素 （1）燃料不可能完全燃烧； （2）燃料燃烧放出热量大部分散失掉了，只有一小部分被有效利用。 2．炉子的效率 学科；网 炉子有效利用的热量（水吸收的热量）与燃料完全燃烧放出的能量之比 3．提高燃料利用率（节约能源，减少空气污染） （1）使煤充分燃烧：将煤磨成煤粒，加大送风量。 （2）加大受热面积，减少烟气带走的热。 【例题1】（2018·宁德期末）2017年5月18日，我国在南海海域“可燃冰”试采成功，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。完全燃烧相同质量的“可燃冰”和煤气，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的 A．热量很大 B．内能很大 C．比热容很大 D．热值很大 参考答案：D 试题解析：在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大。故选D。 二、热量、燃料燃烧、热机效率等相关计算 知识点 热量的计算 燃料燃烧放热 热机效率 公式 备注 注意：物体的初温、末温和变化的温度 适用于固体、液体 适用于气体 W有指有效利用的能量，Q放指总能量 【例题2】（2018·上海黄浦模拟）一台柴油机完全燃烧一定质量的燃料放出了8×107 J的热量，损失了4.8×107 J热量，该柴油机的效率为____。 参考答案：40% 试题解析：热机效率是热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，根据题意知道，燃料放出的热量是：Q放=8×107 J，有效利用的能量：E有用=8×107 J–4.8×107 J=3.2×107 J，所以，柴油机的效率为：η=E有用/Q放×100%=3.2×107 J/8×107 J×100%=40%。 1．汽油的热值是4.6×107 J/kg，它的意思是 A．1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107 J的热量 B．1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107 J/kg的热量 C．燃烧1 kg的汽油放出4.6×107 J的热量 D．燃烧1 kg的汽油放出4.6×107 J/kg的热量 2．（2018·广州期末）关于燃料的热值，下列说法中正确的是 A．燃料的热值与燃料是否完全燃烧有关 B．容易燃烧的燃料热值一定更大 C．0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的热值一样大 D．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木柴燃烧放出的热量多 3．（2018·河北期末）将一瓶酒精用去三分之一，则剩余酒精的密度、比热容和热值 A．都不变 B．都变为原来的三分之二 C．热值不变，密度、比热容变为原来的三分之二 D．热值变为原来的三分之二，密度、比热容不变 4．关于热值和热机效率的描述，下列说法正确的是 A．燃料燃烧越充分，燃料的热值就越大 B．热机里燃料燃烧越充分，热机效率越高 C．燃料燃烧放出的热量越多，其热值越大 D．热值和热机效率都只与燃料种类有关 5．（2018·临沂期末）在研究和学习物理学知识的过程中，方法是不可缺少的。比值法是对与多个因素有密切关系的某个物理量进行测量的思想和方法，我们学习过的速度和密度概念都是通过比值法建立起来的，下列物理量也是用这种方法建立起来的有 A．热值 B．功率 C．功 D．比热容 6．完全燃烧1 kg柴油放出的热量能使多少质量的水温度升高20 ℃ （已知柴油的热值是4.2×107 J/kg，水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），假定放出的热量被水完全吸收） A．2 kg B．20 kg C．50 kg D．500 kg 7．关于热机，下列说法中正确的是 A．效率越高的热机功率也越大 B．汽油机和柴油机均属于内燃机，工作时它们点火的方式也相同 C．汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源 D．使用热值高的燃料可提高热机的效率 8．（2018·北京西城期末）关于热机效率，下列说法正确的是 A．蒸汽机的效率高于汽油机的效率 B．热机所做有用功越多，它的效率就越高 C．内燃机的效率越高，它消耗的燃料就越少 D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大 9．汽车油箱中的柴油用去了一半，则剩下的柴油 A．比热容和热值均变为原来的一半 B．热值为原来的一半，比热容不变 C．比热容为原来的一半，热值不变 D．比热容和热值均不变 10．下面是小明同学笔记中的摘录，其中不正确的是 A．做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 B．汽油机在做功冲程中把内能转化为机械能 C．同种物质质量相同时，温度越高的物体含有的热量越多 D．燃料的热值与燃料的质量没有关系 11．（2018·东营模拟）氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108J/kg，完全燃烧6 g的氢气可放出 _________J 的热量，这些热量能使10 kg常温下的水温度升高_______________。若一罐氢气用去了一半， 则剩余氢气的热值_______（填“大于”、“等于”或“小于”）1.4×108J/kg。 12．用燃气灶烧水时，把2.2 kg初温为20 ℃的水加热到100 ℃，共燃烧了45 g天然气（假设天然气完全燃烧）。已知天然气的热值为4.4×107 J/kg，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）。学科/网 （1）在烧水的过程中，大量向外散失的能量不会自动再汇集回来，这说明能量的转化和转移是有______的。 （2）水的内能增加了_______J。 （3）燃气灶烧水的效率为_______。 13．（2018·安达期末）核电站的核心设备是核反应堆，l kg铀释放的能量约是6.8×1013 J，相当于完全燃烧_____kg煤释放的能量（煤的热值取3.4×107 J/kg）。 14．下列有关热学知识的说法中正确的是 A．固体很难被压缩是因为分子间没有间隙 B．燃料燃烧越充分，其热值越大 C．物体吸收热量，温度不一定升高 D．比热容与物体吸收热量的多少有关 15．（2018·白山期末）热机的工作原理_________________________，完全燃烧10 kg的汽油（热值为4.6×107 J/kg），产生的热量为__________J。 16．（2018·无锡模拟）汽车上的散热器用水作为冷却剂，这是利用了水的__________较大的性质；如果散热器中装有10 kg的水，在温度升高20 ℃的过程中，水吸收的热量相当于完全燃烧__________kg的天然气放出的热量。（天然气的热值q=8.4×107 J/kg） 17．如图所示，是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值_____B燃料的热值（选填“大于”、“小于”或“等于”），完全燃烧0.3 m3的天然气来加热水箱中的水，放出的热量是______J。（该天然气的热值为3.0×107 J/m3） 18．世界能源危机告急，世界上许多国家掀起了开发利用太阳能的热潮，太阳能作为一种绿色、可再生的清洁能源，被充分运用到家庭热水、取暖领域，太阳能热水器无疑成为热水器行业的一个明星。某太阳能热水器的水箱内装有50 kg的水，太阳能热水器吸收1.4×107 J太阳能后，使水温从20 ℃升高到60 ℃。（水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃），焦炭的热值是3.0×107 J/kg）试求： （1）水从太阳能热水器中吸收了多少热量？ （2）水吸收的热量相当于完全燃烧多少kg的焦炭？ （3）太阳能热水器此时的效率是多少？ 19．（2018·芜湖二模）芜湖奇瑞汽车有限公司是一家大型的汽车生产基地。该厂某型号汽车在车型测试中，在一段平直公路上匀速行驶了36 km，用时0.5小时，车的总质量为3×103 kg，受到的阻力为车重的0.1倍，其中g=10 N/kg。求： （1）该汽车牵引力所做的功； （2）已知这一过程消耗燃油1.5×10-2 m3，则热机在这一过程中消耗的总能量（假设燃油完全燃烧，燃油密度为0.8×103 kg/ m3，燃油热值q为4.5×107 J/kg）； （3）该汽车发动机的效率； 20．某家庭需要将50 kg、20 ℃的水加热到60 ℃作为生活用水，他们利用煤气灶烧热水，需要燃烧0.8 kg的煤气。已知煤气的热值q=4.2×107 J/kg。水的比热容为c=4.2×103 J/（kg·℃）。求： （1）把50 kg、20 ℃的水加热到60 ℃需吸收的热量； （2）完全燃烧0.8 kg的煤气时放出的热量； （3）此煤气灶烧水的效率。 21．（2018·泰安卷）某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km，用时5 min45 s，消耗燃油1.5 kg，已知汽车的牵引力是2 000 N，燃油的热值为4.6×107 J/kg，假设燃油完全燃烧。通过计算可知，下列结果正确的是 ①汽车行驶速度是20 km/h； ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107 J； ③汽车牵引力做功的功率是30 kW； ④汽车发动机的效率是20% A．只有①和② B．只有②和③ C．只有①和④ D．只有②和④ 22．（2017·枣庄卷）如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是 A．25% B．35% C．40% D．75% 23．（2017·岳阳卷）随着人们的生活水平的提高，汽车走进千家万户。关于小汽车涉及的知识说法正确的是 A．用甘油做发电机的冷却剂 B．发电机做功冲程将内能转化为机械能 C．精心保养可使发电机的效率达到100% D．排出的尾气对环境没有任何污染 24．（2018·福建卷）合理分类和利用垃圾可以变废为宝，在一定条件下，1吨垃圾能榨出170 kg燃料油，若燃料油的热值为4.0×107 J/kg，则这些燃料油完全燃烧释放出的热量为________J，燃烧时燃料油的化学能转化为______能。（燃料油的热值取4×107 J/kg） 25．（2018·泸州卷）泸州沱江六桥全程长4 km，桥面设计为双向8车道，中间预留了轻轨线路，于2018年1月通车。一辆小轿车做匀速直线运动通过全程，速度为50 km/h，受到的阻力恒为600 N，通过全程所需的时间为_____min，牵引力所做的功为_____J；若通过全程消耗了0.2 kg的汽油，汽油机的效率为_____。（已知热值q汽=4.4×107 J/kg） 26．（2018·连云港卷）天然气热水器将40 kg的水由22 ℃加热到42 ℃，水的内能增加了_________J，水的内能增加是通过_____________方式实现的，若天然气燃烧放出的热量有84%被水吸收，需要消耗_____________kg的天然气。已知c水=4.2×103J/（kg•℃），q天性气=4×107J/kg。 27．（2018·达州卷）小张驾驶一辆额定功率为35千瓦、效率为30%的汽车在一段平直的公路上匀速行驶，在额定功率下行驶1小时至少需要_____L汽油（汽油的热值为3.5×107 J/L）；若行驶的速度为72 km/h，则汽车受到的阻力为_____N。 28．（2018·南充卷）某台汽油机飞轮的转速为1 800 r/min，在1 s内，汽油机完成了______个工作循环。如果汽油机在一段时间内消耗了500 g汽油，若这些汽油完全燃烧，可放出热量__________J。(q汽油=4.6×107 J/kg) 29．（2017·衡阳卷）今年5月18日，我国首次在南海成功试采海域可燃冰，可燃冰具有热值大、储值大、能直接点燃等特点，它的热值约为1.4×1010J/m3，则3 m3的可燃冰完全燃烧后放出的热量为 J，假设这些热量全部被比热容为4.2×103J/（kg·℃）的水吸收，可以使 kg的水温度升高50℃。 30．（2017·绵阳卷）菜油最适宜的烹饪温度在150 ℃至180 ℃之间。用天然气将质量为0.02 kg的菜油从室温20 ℃加热到170 ℃，天然气燃烧释放出的热量有60%被菜油吸收。则菜油吸收了_______J热量，燃烧了______m-3的天然气。（取c菜油 = 2.0×103J·(kg·℃）-1，天然气的热值为4×107 J/m3） 31．（2017·安徽卷）农作物的秸秆可以回收加工制成秸秆煤。完全燃烧0.5 kg的秸秆煤可放出______J的热量；若这些热量完全被质量为100 kg，初温为200C的水吸收，可使水温升高到______℃ [已知q秸秆煤=2.1×107J/kg，c水=4.2×103 J/（kg· ℃)]。 32．（2017·连云港卷）2017年5月18日，中国宣布对南海可燃冰试采实现稳定产气，引发世界各国高度关注，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的近20倍，若1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量全部被水吸收，可以使______kg水的温度升高50 ℃，已知c水=4.2×103J/（kg·℃），q可燃冰=8.4×108 J/kg。学-科网 33．（2017·苏州卷）电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远（如图）。此过程中的能量转化方式与汽油机的______冲程相类似，实验时在盒内滴入2×10-4 kg酒精，这些酒精完全燃烧放出的热量是______J。(q酒精=3×107 J/kg) 34．（2017·扬州卷）今年5月18日，我国在世界上第一次对可燃冰实现安全可控开采。1 m3可燃冰分解后，可释放出约150 m3天然气，已知q天然气=2.1×l07 J/m3，c水=4.2×l03 J/(kg·℃)。求： （1）1 m3可燃冰释放出的天然气完全燃烧，放出的热量约是多少？ （2）若上述热量全部被水吸收，可将多少kg的水从20 ℃加热至95 ℃？ 1．A【解析】汽油的热值是4.6×107 J/kg，它的意思是1 kg的汽油完全燃烧放出4.6×107J的热量。选A。 4．B【解析】热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，故A错误；使燃料燃烧更充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故B正确；热值是燃料的特性，与放出热量的多少无关，故C错误；热值取决与燃料种类，与外界条件无关；而燃料的燃烧情况、能量的损失都会影响热机效率，故D错误。 5．ABD【解析】热值等于热量与质量的比值，是采用的比值定义法，A符合题意；功率是做功与做功时间的比值，是采用的比值定义法，B符合题意；功等于力与在力的方向移动距离的乘积，不是采用的比值定义法，C不符合题意；比热容是热量与温度变化和质量乘积的比值，是采用的比值定义法，D符合题意。 6．D【解析】柴油完全燃烧释放的热量Q=mq=1 kg×4.2×107 J/kg=4.2×107 J，因为 Q=cmΔt，所以水的质量m==500 kg；故选D。 7．C【解析】热机的效率与热机的功率无关，二者是两个不同的概念，A说法不正确；汽油机是点燃式，柴油机是压燃式，B说法不正确；汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，汽油属于二次能源，C说法正确；热机的效率与燃料的热值没有关系，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，D说法不正确。 8．D【解析】A．蒸汽机的效率低于汽油机的效率，故A错；B．热机的有用功多，与燃料完全燃烧放出的能量之比不一定多，故B错；C．内燃机的效率越高，完成相同的有用功时，消耗的燃料就越少，做功多少不确定，无法确定消耗的燃料多少，故C错；D．热机的效率越高，说明内能转化成的机械能与内能的比值越大，故D正确。故选：D。 9．D【解析】比热容和热值与物质种类有关，所以汽车油箱中的柴油用去了一半，则剩下的柴油比热容和热值不变。故选D。 12．（1）方向 （2）7.392×105 （3）37.3% 【解析】（1）在烧水的过程中，大量向外散失的能量不会自动再汇集回来，说明在能的转化和转移的过程中，能量转化和转移是有方向性； （2）水吸收的热量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103 J/（kg·℃）×2.2 kg×（100 ℃–20 ℃）=7.392×105 J，即水的内能增加了7.392×105 J； （3）天然气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=45×10-3 kg×4.4×107 J/kg=1.98×106 J； 燃气灶的效率：η=×100%=37.3%。 15．内能转化为机械能 4.6×108 【解析】热机是将内能转化为机械能的机器，完全燃烧10 kg汽油完全燃烧要放出的热量：。 16．比热容 0.01 【解析】汽车散热器用水作为冷却剂，是利用了水的比热容较大的性质；水吸收的热量Q＝cm△t＝4.2×103 J/(kg⋅℃)×10 kg×20 ℃＝8.4×105 J，相当于完全燃烧的天然气m＝＝0.01 kg。学科-网 17．小于 9×106 【解析】如图所示，取相同质量m0，由图可知，QA<QB。根据q=可知，qA<qB。已知V=0.3 m3，q=3.0×107 J/m3，天然气完全燃烧放出的热量：Q放=Vq=0.3 m3×3.0×107 J/m3=9×106 J。 18．（1）8.4×106 J （2）0.28 kg （3）60% 【解析】（1）水吸收的热量： Q吸=cm水Δt=4.2×103 J/（kg·℃）×50 kg×（60 ℃–20 ℃）=8.4×106 J； （2）因为Q=mq 所以需要完全燃烧的焦炭质量： m焦炭==0.28 kg； （3）太阳能热水器的效率： η=×100%=60%。 19．（1）1.08×108 J （2）5.4×108 J （3）20% 20．（1）8.4×106 J （2）3.36×107 J （3）25% 【解析】（1）水吸收的热量：Q吸=cmΔt=4.2×103 J/（kg·℃）×50 kg×（60 ℃–20 ℃）=8.4×106 J； （2）0.8 kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放=mq=0.8 kg×4.2×107 J/kg=3.36×107 J； （3）燃气灶烧水的效率：η=×100%=25%。 21．D【解析】①汽车行驶速度是：，故①错误；②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是：，故②正确；③匀速行驶时汽车受到的牵引力与阻力是平衡力，所以汽车牵引力做功的功率是：，故③错误；④汽车发动机的做的功为：，汽车发动机的效率是：，故④正确。故选D。 22．B【解析】因热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，所以，由内燃机的能量流向图可得，内燃机的热机效率：η=1–25%–40%=35%。故选B。 23．B【解析】用水的比热容大的特性，用水做冷却剂，A错误；发电机做功冲程将内能转化为机械能，B正确；精心保养可使发电机的效率达到100%，任何机械运动都会发热做额外功，C错误；排出的尾气对环境有污染，D错误；故选B。 24．6.8×109 内 【解析】燃料油完全燃烧释放出的热量，燃烧时燃料油的化学能转化为内能。 火吸收热量，内能增加、温度升高，是利用热传递改变水的内能；由η＝得，天然气完全燃烧放出的热量：Q放＝＝4106 J，由Q放＝mq得，需要天然气的质量：m＝＝0.1 kg。 27．12 525 【解析】小汽车以额定功率匀速直线行驶1 h，牵引力所做的功：W＝Pt＝3.5×104 W×3 600 s＝1.26×108 J，完全燃烧汽油放出热量Q放＝Vq，小汽车发动机的效率η＝，所以ηQ放＝W，ηVq＝W，V＝＝12 L；由η＝得，汽油机的有用功：W＝ηQ放＝30%×1.26×108 J＝3.78×107 J；因为72 km/h＝20 m/s，由W＝Fs得汽车发动机的牵引力：F＝＝525 N，因为汽车在平直公路上匀速行驶，所以汽车受到的阻力：f＝F＝525 N。学科=网 28．15 2.3×107 【解析】对于四冲程汽油机，一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，活塞往复2次。所以若汽油机的飞轮转速为1 800 r/min，则1 s内，飞轮转30圈，共完成15个工作循环；500 g汽油完全燃烧产生的热量是：Q放=mq=0.5 kg×4.6×l07 J/kg=2.3×l07 J。 29．4.2×1010 2×105 【解析】根据题目中已知热值为，体积为V=3 m3，则燃烧放出的热量，根据公式可得。 32．4 000 【解析】1 kg可燃冰完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1 kg×8.4×l08 J/kg=8.4×l08 J，由Q吸=cm△t可得：。 33．做功 6×103 【解析】塑料盒相当于一个气缸，塑料盒的盖相当于活塞，酒精在塑料盒内燃烧，产生高温高压的燃气，推动塑料盒盖运动，把内能转化为机械能，这一过程与热机工作时的做功冲程类似；完全燃烧酒精释放的热量是：Q=mq=2×10-4 kg×3×107 J/kg=6×103 J。 34．（1）3.15×109 J （2）104 kg 【解析】（1）1 m3可燃冰分解后，可释放出约150 m3天然气，天然气完全燃烧放出的热量 Q=Vq=150 m3×2.1×107 J/m3=3.15×109 J； （2）由Q=cm△t可得，水的质量。