專(zhuān)題14.2熱機(jī)的效率（原卷版）-1

第十四章內(nèi)能的利用專(zhuān)題14.2熱機(jī)的效率一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1.從生活中體會(huì)不同燃料燃燒釋放熱量的本領(lǐng)不同，建立熱值的概念。2.能簡(jiǎn)單計(jì)算燃料燃燒放出的熱量。3.能說(shuō)出熱機(jī)工作時(shí)燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱效率。二、課標(biāo)要求1.從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值。2.從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識(shí)效率。知識(shí)點(diǎn)1：燃料的熱值1.燃料燃燒過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化：燃料燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，燃燒過(guò)程中，儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能被釋放，物體的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為周?chē)矬w的內(nèi)能。2.燃料的熱值：①意義：不同的燃料燃燒時(shí)放出能量的本領(lǐng)不同，在物理學(xué)中就用熱值來(lái)表示燃料燃燒時(shí)放熱本領(lǐng)的大小。②定義：燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。用符號(hào)“q”表示。③熱值的單位J/kg，讀作焦耳每千克。還要注意，氣體燃料有時(shí)使用J/m3，讀作焦耳每立方米。3.在學(xué)習(xí)熱值的概念時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)①“完全燃燒”是指燃料全部燃燒變成另一種物質(zhì)。②強(qiáng)調(diào)所取燃料的質(zhì)量為“l(fā)kg”，要比較不同燃料燃燒本領(lǐng)的不同，就必須在燃燒質(zhì)量和燃燒程度完全相同的條件下進(jìn)行比較。③“某種燃料”強(qiáng)調(diào)了熱值是針對(duì)燃料的特性與燃料的種類(lèi)有關(guān)。④燃料燃燒放出的熱量的計(jì)算：一定質(zhì)量m的燃料完全燃燒，所放出的熱量為：Q=mq，式中，q表示燃料的熱值，單位是J/kg；m表示燃料的質(zhì)量，單位是kg；Q表示燃燒放出的熱量，單位是J。⑤若燃料是氣體燃料，一定體積V的燃料完全燃燒，所放出的熱量為：Q=qv，式中，q表示燃料的熱值，單位是J/m3；V表示燃料的體積，單位是m3；Q表示燃燒放出的熱量，單位是J。知識(shí)點(diǎn)2：熱機(jī)效率1.燃料的有效利用：影響燃料有效利用的因素：a燃料不完全燃燒，b燃料散失很多，只有少部分被利用。2.熱機(jī)的能量流圖：如圖所示是熱機(jī)的能量流圖：由圖可見(jiàn)，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)外做的有用功的能量只是燃料燃燒時(shí)所釋放能量的一部分。燃料的燃料的化學(xué)能E3.定義：用來(lái)做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，稱(chēng)為熱機(jī)效率。4.公式：η=E有/Q放。式中，E有為做有用功的能量；Q放為燃料完全燃燒釋放的能量。5.提高熱機(jī)效率的主要途徑：①改善燃燒環(huán)境，使燃料盡可能充分完全燃燒，提高燃料的燃燒效率。②盡量減小各種熱散失。③減小各部件間的摩擦以減小因克服摩擦做功而消耗的能量。④充分利用廢氣帶走的能量，從而提高燃料的利用率。6.求解熱機(jī)效率的思維路徑（1）在大腦中要知道用來(lái)做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，稱(chēng)為熱機(jī)效率。（2）根據(jù)題意研究燃料完全燃燒釋放的能量Q放=mq，做有用功的能量W有。（3）若用W有為做有用功的能量；Q放為燃料完全燃燒釋放的能量。則求解熱機(jī)效率就可以寫(xiě)成數(shù)學(xué)表達(dá)式η=W有/Q放。注意：燃料不充分完全燃燒、各種熱散失、各部件間的摩擦以減小因克服摩擦做功而消耗的能量、廢氣帶走的能量都是屬于無(wú)用功的能量?！纠}1】“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接點(diǎn)燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘?jiān)?，所以“可燃冰”是一種新型清潔能源。其中甲烷的熱值為q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意義是（）A.1J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107m3熱量?！?07J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1m3熱量。C.1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107J熱量?！?07m3的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1J熱量?！纠}2】現(xiàn)有0.028kg酒精，完全燃燒釋放的熱量為J，若這些熱量完全被水吸收，可以使10kg的水，溫度從20℃升高到℃[q灑精＝3×107J/kg，c水＝4.2×l03J/（kg?℃）]【例題3】一單缸四沖程汽油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，則1s對(duì)外做功次，若其效率為30%，消耗100g汽油，對(duì)外做功J．若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收J(rèn)熱量（q汽油=4.6×107J/kg）【例題4】小華家使用的是天然氣熱水器，他嘗試估測(cè)該熱水器的效率，以核對(duì)銘牌上的數(shù)值是否準(zhǔn)確。當(dāng)只有該熱水器使用天然氣時(shí)，把50kg的水從20℃加熱到54℃，天然氣表的示數(shù)由1365.05m3變?yōu)?365.17m3，已知水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃），天然氣的熱值q=7.0×107J/m3。求：（1）水吸收的熱量；（2）消耗的天然氣完全燃燒故出的熱量；（3）該熱水器的效率?！纠}5】某物理興趣小組的同學(xué)，用煤爐給10kg的水加熱，同時(shí)他們繪制了如圖所示的加熱過(guò)程中水溫隨時(shí)間變化的圖線。若在6min內(nèi)完全燃燒了2kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），煤的熱值約為3×107J/kg。求：溫度溫度/℃時(shí)間/min024620507080（1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量；（2）經(jīng)過(guò)6min時(shí)間加熱，水所吸收的熱量；（3）煤爐燒水時(shí)的熱效率。一、選擇題1．小李家使用的燃?xì)鉄崴?，?0kg的水從20℃加熱到45℃，消耗了0.15m3的天然氣。已知水的比熱容為4.2×103J/（kg℃），天然氣的熱值為4×107J/m3，則下列與該過(guò)程有關(guān)的計(jì)算結(jié)果和分析正確的是（）A．水吸收的熱量與水的末溫成正比B．水吸收的熱量是3.15×105JC．熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率是52.5%D．熱水器的能量轉(zhuǎn)化效率與環(huán)境溫度無(wú)關(guān)2.某載重汽車(chē)自重12t，車(chē)輪與地面的總接觸面積為0.5m2，汽車(chē)以72km/h的速度在平直公路上勻速行駛時(shí)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為210kW，每行駛43s消耗柴油700g，柴油的熱值為4.3×107J/kg。下列說(shuō)法中（）①完全燃燒700g柴油放出的熱量為3.01×109J②該柴油發(fā)動(dòng)機(jī)效率為30%③汽車(chē)的牽引力為1.05×104N④若公路所能承受的最大壓強(qiáng)為8×105Pa，汽車(chē)最多能裝載40t的貨物只有①②正確 B．只有③④正確 C．只有①③正確 D．只有②③正確二、填空題1.假如完全燃燒0.2m3天然氣放出的熱量全部被100kg初溫為25℃的水吸收，可以使水的溫度升高到________℃[已知c水＝4.2×103J/（kg?℃），q天然氣＝4.2×107J/m3]。2.一輛汽車(chē)在平直公路上，以54km/h的速度勻速行駛23km，完全燃燒了3kg汽油；若該汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為25%，則牽引力為_(kāi)_____N，牽引力做功的功率是______W。（q汽油=4.6×107J/kg）3.用液化氣灶燒水，把1.5kg初溫為20℃的水加熱到100℃，需要吸收的熱量為J．若上述過(guò)程中完全燃燒了0.021kg液化氣，且只有60%的熱量被水吸收，則液化氣的熱值為J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg?℃）]4.1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫_______。單位是J/kg。燃料燃燒放出熱量的計(jì)算公式為：______。5.用來(lái)做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫_______。熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。在熱機(jī)的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料______的重要措施。6.我國(guó)長(zhǎng)征運(yùn)載火箭選用液態(tài)氫做燃料，主要是因?yàn)橐簯B(tài)氫的高；火箭外表涂有一層特殊物質(zhì)，可利用該物質(zhì)在發(fā)生物態(tài)變化時(shí)要熱，從而避免高速運(yùn)行的火箭溫度過(guò)高。7．我國(guó)在南海進(jìn)行的可燃冰試采獲得成功．可燃冰是一種固態(tài)晶體，在常溫壓下會(huì)迅速（填物態(tài)變化）為氣態(tài)．它的熱值約為1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃燒后可放出J的熱量，若這些熱量60%被水吸收，可以將kg的水從0℃加熱到100℃．（C水=4.2×103J/（kg?℃））8.（1）究全燃燒1.4g酒精釋放的熱量是完全燃燒0.7g酒精釋放熱量的倍。0.7g酒精全燃燒釋放的熱量是2.1×104J．這些熱量全部被100g的液體A吸收，液體的溫度升高了50℃；完全燃燒1.4g酒精釋放的熱量全部被200g的液體A吸收，液體的溫度升高了△t＝℃（不考慮散熱）。（2）現(xiàn)用如圖所示裝置加熱200g的液體A，燃燒了1.4g酒精，液體升高的溫度小于△t，有哪些原因會(huì)導(dǎo)致這個(gè)結(jié)果？三、計(jì)算題1．在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用爐子將10kg的水從20℃加熱至沸騰，燃燒了0.5kg的焦炭，已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），焦炭的熱值為3.0×107J/kg。求：（1）水吸收的熱量；（2）0.5kg焦