專題14.2熱機的效率（原卷版）-1

第十四章內(nèi)能的利用專題14.2熱機的效率一、學習目標1.從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領(lǐng)不同，建立熱值的概念。2.能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。3.能說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱效率。二、課標要求1.從能量轉(zhuǎn)化的角度認識燃料的熱值。2.從能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認識效率。知識點1：燃料的熱值1.燃料燃燒過程中的能量轉(zhuǎn)化：燃料燃燒是一種化學反應，燃燒過程中，儲存在燃料中的化學能被釋放，物體的化學能轉(zhuǎn)化為周圍物體的內(nèi)能。2.燃料的熱值：①意義：不同的燃料燃燒時放出能量的本領(lǐng)不同，在物理學中就用熱值來表示燃料燃燒時放熱本領(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“q”表示。③熱值的單位J/kg，讀作焦耳每千克。還要注意，氣體燃料有時使用J/m3，讀作焦耳每立方米。3.在學習熱值的概念時，應注意以下幾點①“完全燃燒”是指燃料全部燃燒變成另一種物質(zhì)。②強調(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行比較。③“某種燃料”強調(diào)了熱值是針對燃料的特性與燃料的種類有關(guān)。④燃料燃燒放出的熱量的計算：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。知識點2：熱機效率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.熱機的能量流圖：如圖所示是熱機的能量流圖：由圖可見，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾龅挠杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵龝r所釋放能量的一部分。燃料的燃料的化學能E3.定義：用來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，稱為熱機效率。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.求解熱機效率的思維路徑（1）在大腦中要知道用來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，稱為熱機效率。（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。則求解熱機效率就可以寫成數(shù)學表達式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用功的能量?！纠}1】“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，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。×107J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，飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，則1s對外做功次，若其效率為30%，消耗100g汽油，對外做功J．若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收J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，他嘗試估測該熱水器的效率，以核對銘牌上的數(shù)值是否準確。當只有該熱水器使用天然氣時，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。【例題5】某物理興趣小組的同學，用煤爐給10kg的水加熱，同時他們繪制了如圖所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線。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/℃時間/min024620507080（1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量；（2）經(jīng)過6min時間加熱，水所吸收的熱量；（3）煤爐燒水時的熱效率。一、選擇題1．小李家使用的燃氣熱水器，將30kg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，則下列與該過程有關(guān)的計算結(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)境溫度無關(guān)2.某載重汽車自重12t，車輪與地面的總接觸面積為0.5m2，汽車以72km/h的速度在平直公路上勻速行駛時，柴油發(fā)動機的功率為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)動機效率為30%③汽車的牽引力為1.05×104N④若公路所能承受的最大壓強為8×105Pa，汽車最多能裝載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；若該汽車發(fā)動機的效率為25%，則牽引力為______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算公式為：______。5.用來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_______。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料______的重要措施。6.我國長征運載火箭選用液態(tài)氫做燃料，主要是因為液態(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)變化時要熱，從而避免高速運行的火箭溫度過高。7．我國在南海進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，有哪些原因會導致這個結(jié)果？三、計算題1．在一個標準大氣壓下，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