熱機(jī)效率問題講解

■＞龍文學(xué)校成和云 龍文教育個性化輔導(dǎo)授課案教師：熊金林 學(xué)生姓名：普悅 年級：初三 輔導(dǎo)科目：物理課題熱量和熱機(jī)效率計算問題講解（復(fù)習(xí)課）授課時間2012年9月23日10：00-12：00（2小時）教學(xué)目標(biāo)1.理解熱機(jī)效率的主要題型及規(guī)律，能正確解決效率問題 2.理清解題思路重點、難點重點：利用規(guī)律、公式解決效率問題難點：有熱機(jī)參與的力學(xué)綜合問題考點及考試要求常以現(xiàn)代家用電器、機(jī)車、發(fā)電廠等為背景考查效率的計算，主要以綜合計算題形式出現(xiàn)一、教學(xué)內(nèi)容一、 導(dǎo)入現(xiàn)代的交通四通八達(dá)，機(jī)車的大量使用，給人們的生活和出行帶來了方便，但同時也給環(huán)境造成噪音、空氣等污染，保護(hù)環(huán)境是現(xiàn)代的主題和迫切的責(zé)任。汽車造成的空氣污染，最主要的原因是燃料未能完全燃燒和利用，這樣既造成環(huán)境污染，也浪費了資源。面對這樣的情況我們應(yīng)如何做呢？教學(xué)過程（一）效率問題效率問題是初中物理中的一個重點，也是一個難點，主要分為機(jī)械效率和熱機(jī)效率。許多學(xué)生在這類問題的計算中常出現(xiàn)問題，主要是找不到有用功（能量）部分和總功（能量）部分。本次課主要以熱機(jī)效率為主。熱機(jī)效率常以常見的家用電器（如熱水器）、交通工具（如汽車、電動車）、發(fā)電廠（垃圾發(fā)電廠等）為背景進(jìn)行考查：問題分析能力、信息提取能力和公式規(guī)律應(yīng)用能力等。解決效率問題，關(guān)鍵是通過分析題目，找出有用功和總功，同時視情況而定：在一個問題中是有用功（總功），也許在下一個問題中會變成總功（有用功）。選擇正確的公式計算出有用功和總功，最后利」用公式Q Wn二蘭有X100%或n=一有X100%計算效率。Q總 Q有用能量：用來完成某件事或達(dá)到某種目的而消耗的能量總能量：能量源提供的所有能量總體思路：n='x100%:（1）熱水壺?zé)蕟栴}：Q=Cm^t；（2）汽車發(fā)動機(jī)效率問題：Q 有總W=FS或W=Pt；（3）發(fā)電廠a:水力發(fā)電廠，水具有的勢能為總能量，發(fā)出的電能為有用能量；b：火力（垃圾發(fā)電廠等）發(fā)電廠，燃燒煤放出的熱量為總能量，發(fā)出的電能為有用能量；c：風(fēng)能發(fā)電廠，風(fēng)具有的風(fēng)能為總能量，發(fā)出的電能為有用能量；d::核能發(fā)電廠，核反應(yīng)放出的能量為總能量，發(fā)出的電能為有用能量；e：太陽能發(fā)電，輻射的太陽能為總能量，發(fā)出的電能為有用能量等等；（4）太陽能熱水器：輻射的太陽能為為總能量，水吸收的熱量為有用能量；（5）總功（能量）：，… P —般為Q-mq.（6）熱機(jī)效率也可表小為n=*x100%等形式。總 p總例題講解例1（熱水器燒水效率問題）天然氣灶燒水，燃燒0.5m3的天然氣，使100kg的水從20°C升高到70°C。已知水的比熱容為c=4.2X103J/（kg?°C）,天然氣的熱值為q=7.0X107j/m3。求：（1）0.5m3天然氣完全燃燒放出的熱量Q放；（2）水吸收的熱量Q吸；（3）燃?xì)庠畹男蕁。解析：（1）Q"Vq=0.5X7.0X107J=3.5X107J（2） Q吸二Cm^t=4.2X103X100X（70-20）J=2.1X107J（3） Q有二。吸 Q「Q放n=^有x100%=4x100%=2.1x107x100%=60%Q總 。、攵 3.5x107總結(jié)：這類題關(guān)鍵是找出有用的能量為水吸收的熱量：Q=CmAt，總能量為燃料完全燃燒放出的熱量：Q^=mq或太陽輻射的能量例2（汽車發(fā)動凱效率問題）安五岳專用汽車有限公司是一家大型的特種專用汽車生產(chǎn)基地。該廠某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km,受到的阻力是3.0X103N，消耗燃油1.5X10—3m3（假設(shè)燃油完全燃燒）。若燃油的密度^=0.8X103kg/m3，熱值q=4X107J/kg，求：（1）專用車牽引力所做的功？（2）該專用車的熱機(jī)效率是多少？解析：（1）專用汽車做勻速直線運動，F(xiàn)牽=f=3.0X103N，貝U牽引力做的功W=FS=3.0X103X5.6X103J=1.68X107J（2）消耗的燃油質(zhì)量為:m=pV=0.8X103X1.5X10-3kg=1.2kg則Q放二mq=1.2X4X107J=4.8X107JW 1.68x107n=——x100%= x100%=35%Q 4.8x107^放總結(jié)：這類題關(guān)鍵是找出有用的能量為牽引力做的功：W=FS或W=Pt，總能量為燃油完全燃燒放出的熱量：Q總=11^例3（發(fā)電廠效率問題）三峽水電站是世界上最大的水力發(fā)電站，每分鐘發(fā)電量預(yù)計為8.7X1010J（1） 三峽水電站的發(fā)電量，相當(dāng)于消耗多少千克煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量？（煤的熱值為2.9X107J/kg）（2） 如果發(fā)電機(jī)輸出的功率是0.09X1010W,那么發(fā)電機(jī)的工作效率大概是多少？解析：（1）消耗煤的質(zhì)量為：m=Q=8.7x1010kg=3X103kg

q 2.9x107（2）三峽水電站的發(fā)電功率為總功率：p=W=8.7x1010W=0.145x1010W總t60由題意輸出功率為有用功率p有=0.09X101。W，則發(fā)電機(jī)的工作效率為：

P 0.09X1010n二*X100%二一- 100%=62.1%P 0.145x1010總總結(jié)：發(fā)電廠這類題，發(fā)裝置輸出的電能(電功率)為有用能量，而水具有的勢能、風(fēng)具有的風(fēng)能、燃燒煤放出的能量(化學(xué)能)，核裂變放出的核能、輻射的太陽能等為總能量(總功率)例4(其他情景問題) .每到夏收季節(jié)，高淳農(nóng)村大量農(nóng)作物秸稈在田間被隨意焚燒，如圖,’這不僅造成資源浪費、環(huán)境污染，而且極易引發(fā)火災(zāi)等。為解決這一問匾舞容''嗖耳富福題，現(xiàn)已研制出利用秸稈生產(chǎn)的節(jié)能環(huán)保型燃料一一稈漿煤。若燃燒稈醯-漿煤，使50kg、20°C的水溫度升高到80°C。(熱值為2.4X107j/kg)求：寒宓參尊?：'水需要吸收的熱量。 念塞；..如果稈漿煤燃燒釋放的熱量有30%被水吸收，需要完全燃燒多少千克稈漿煤。解析：(1)水吸收的熱量：Q吸二Cm^t=4.2X103X50X(80-20)J=1.26X107J(2)設(shè)完全燃燒稈漿煤放出的熱量為Q放，由題意有Q有=Q放-30%=mq-30%，且有。有=。吸則m=4m=4qx30%1.26X1072.4X107x30%kg=1.75kg(二)熱機(jī)力學(xué)綜合題型分析基本思路：設(shè)做功平均壓強(qiáng)為排P，活塞行程為L，面積為S，轉(zhuǎn)速為n轉(zhuǎn)/min，燃料熱值為q，則(1)活塞作用力為：F=PS(2)做一次功為：W=FL=PSL (3)做一次功所需要的時間：60t=-2n(4)活塞做功的功率為：p=W=2^ (5)一分鐘內(nèi)做功的次數(shù)為：N=n活塞t60 2一分鐘做功為：W總=NW (6)總能量為汽油或柴油燃燒放出的熱量：Q=mq(7)熱機(jī)效率：n二也總X100%Q總例題：一臺汽油機(jī)，活塞面積是50cm2，活塞行程是25cm，做功沖程燃?xì)猱a(chǎn)生的平均壓強(qiáng)為9.84X105Pa，若飛輪的轉(zhuǎn)速是600轉(zhuǎn)/分鐘，效率為30%，求汽油機(jī)在1小時內(nèi)要消耗多少在汽油？(汽油的燃燒值為4.6X107J/kg)解析：活塞產(chǎn)生的平均作用力為：F=PS=9.84X105X50X10-4N=4920N活塞做一次功為：W=FL=4920X25X10-2J=1230J飛輪轉(zhuǎn)動2轉(zhuǎn)做一次功，飛輪轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分鐘，在一分鐘內(nèi)飛輪做功300次，則飛輪一小時內(nèi)做的功為：W總=1230X300X60J=2.214X107J設(shè)完全燃燒汽油放出的熱量為Q放，有W總=Q放x30%=mqx30%，則得

m=4m=4qx30%1.26x1072.4x107x30%kg=