142熱機(jī)效率-2023-2024學(xué)年九年級物理全冊舉一反三（人教版）

14.2熱機(jī)效率（解析版）本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道熱值的概念；2.會進(jìn)行熱值的簡單計算；3.了解熱機(jī)效率的概念以及提高熱機(jī)效率的途徑；4.會進(jìn)行熱機(jī)效率的簡單計算。要點一熱值及其相關(guān)計算熱值（q）：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫熱值；熱值單位是：J/kg。（1）對于熱值的概念，要注重理解三個關(guān)鍵詞：“1kg”、“某種燃料”、“完全燃燒”。1kg是指燃料的質(zhì)量，如果燃料的質(zhì)量不是1kg，那么該燃料完全燃燒放出的熱量就不等于熱值的數(shù)值；某種燃料是指熱值與燃料的種類有關(guān)；完全燃燒意思是燃料要完全燒盡，否則1kg燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能就不是該熱值所確定的值。（2）熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大??；也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。【要點詮釋】（1）燃料燃燒放出的熱量與哪些因素有關(guān)：①燃料的種類；②燃料的質(zhì)量；③燃料是否充分燃燒。（2）燃料完全燃燒放出熱量的計算公式：，其中m為燃料的質(zhì)量，q為燃料的熱值?！纠浚?023·龍東）某單缸四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min，則該汽油機(jī)每分鐘做功__________次。如果完全燃燒500g汽油放出的熱量是__________J。（汽油的熱值是4.6107J/kg）【答案】①.1500；②.2.3107?！窘馕觥縖1]四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min,即汽油機(jī)飛輪每分鐘轉(zhuǎn)3000圈，由于四沖程汽油機(jī)一個工作循環(huán)完成4個沖程，飛輪中曲軸轉(zhuǎn)2圈，對外做功1次，所以該汽油機(jī)每分鐘做功1500次。[2]完全燃燒500g汽油放出的熱量為。【變式1】（2023·宜昌）近些年來，國家大力提倡開發(fā)各種綠色可再生能源，助力實現(xiàn)“碳達(dá)峰、碳中和”的戰(zhàn)略目標(biāo)。如圖所示是宜昌某風(fēng)電場，總裝機(jī)容量5×104kW，年發(fā)電量9000萬度。問：（1）該風(fēng)電場年發(fā)電時間可達(dá)多少小時？（2）如果火電站的發(fā)電效率為40%，要得到相同的電能，每年需要多少噸煤？（煤的熱值為3.0×107J/kg）【答案】（1）；（2）?！窘馕觥浚?）年發(fā)電量W=9000萬度=9×107kW?h根據(jù)題意可得該風(fēng)電場年發(fā)電時間為（2）這些電能為如果火電站的發(fā)電效率為40%，則煤燃燒放出的熱量為則需要完全燃燒煤的質(zhì)量為。答：（1）該風(fēng)電場年發(fā)電時間可達(dá)；（2）如果火電站的發(fā)電效率為40%，要得到相同的電能，每年需要噸煤。【變式2】（2023·揚州）如圖所示，在估測薯片熱值的實驗中，小軍設(shè)計了兩種對水加熱的方式：方式一：薯片在燒杯中燃燒；方式二：薯片在燃燒皿中燃燒。（1）兩種加熱方式中合理的是______；在進(jìn)行實驗時，要讓薯片充分燃燒，操作是______；（2）用天平量取水，并測出一片薯片的質(zhì)量，用以上選取的方式燃盡薯片，并用溫度計測出水升高的溫度，所測出的薯片熱值偏______，原因是______。【答案】①.方式二；②.把薯片碾碎；③.??；④.薯片燃燒放出的熱量沒有被水全部吸收。【解析】（1）[1]由于熱空氣上升，方式一中薯片燃燒產(chǎn)生的熱量很大一部分損失到空氣中，導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)，所以兩種加熱方式中合理的是方式二。[2]把薯片碾碎，增大了與空氣的接觸面積，可以使薯片充分燃燒。（2）[3][4]由于薯片不能完全燃燒，且燃燒放出的熱量不能全部被水吸收，導(dǎo)致水升高的溫度偏低，計算出的熱量偏小，根據(jù)公式可知，所測出的薯片熱值偏小?！咀兪?】（2023·南京）使用天然氣有助于碳中和目標(biāo)的實現(xiàn)，天然氣燃燒過程中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為______能，用天然氣灶將質(zhì)量為2.2kg，初溫為25℃的水加熱到75℃，水吸收的熱量是______J；若燒水的效率為42%，此過程中完全燃燒天然氣______kg。[水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）；天然氣熱值為4.4×107J/kg]【答案】①.內(nèi)；②.4.62×105；③.0.025?！窘馕觥縖1]天然氣燃燒過程中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。[2]由知道，水吸收的熱量是[3]由知道，天然氣完全燃燒放出熱量為由知道，此過程中完全燃燒天然氣。要點二熱機(jī)效率及其計算1.熱機(jī)的效率：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(jī)的效率。熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個重要指標(biāo)。公式：。2.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，是提高燃料利用率的重要措施。注意：熱機(jī)能量的損失：①燃料未完全燃燒（完全燃燒條件：充足空氣，研磨成細(xì)顆粒）；②廢氣排出帶走能量（廢氣的利用）；③克服磨擦，消耗能量（使用潤滑劑，減小摩擦）。要點詮釋：（1）熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個重要指標(biāo)，熱機(jī)的效率越高，它的機(jī)械性能就越好。（2）提高熱機(jī)效率的途徑：①在設(shè)計和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，提高效率。②在使用上，要正確使用，注意保養(yǎng)。例如加潤滑劑以保證良好的潤滑，減小摩擦；運動零件之間的間隙要調(diào)整得當(dāng)，減小摩擦和防止漏氣。③充分利用廢氣帶走的能量。例如熱電站就是利用廢氣來供熱的，這種既供電又供熱的熱電站，比一般的火電站，燃料的利用率將大大提高。【例】（2023·隨州）汽車是現(xiàn)代生活中最常見的一種交通工具，如圖甲、乙分別是某汽油機(jī)的某沖程及能量流向圖。下列有關(guān)說法正確的是（）A.甲圖是壓縮沖程，活塞對氣缸內(nèi)的氣體做功，氣體的溫度升高；B.由乙圖可知該汽油機(jī)的效率是30%；C.汽車尾氣中的“汽油味”越濃燃料燃燒得越不充分，這會降低燃料的熱值；D.為節(jié)能冬天汽車都會利用尾氣中的余熱給車內(nèi)供暖，該舉措大大提高了燃料的熱值【答案】A。【解析】A．如圖甲所示，進(jìn)氣孔和排氣孔都關(guān)閉，活塞向上運動，壓縮氣體，對氣體做功，氣體溫度升高，這是汽油機(jī)的壓縮沖程，故A正確；B．由乙圖可知該汽油機(jī)的效率為η=100%6%30%36%=28%故B錯誤；CD．熱值是燃料完全燃燒時的放出的熱量和質(zhì)量之比，燃料的熱值只與燃料的種類和狀態(tài)有關(guān)，與燃料是否完全燃燒無關(guān)，燃料燃燒得越不充分，這會降低燃料的利用率，不會降低燃料的熱值；為節(jié)能冬天汽車都會利用尾氣中的余熱給車內(nèi)供暖，該舉措大大提高了燃料的利用率，不能提高燃料的熱值，故CD錯誤。故選A?！咀兪?】（2023·荊州）某燃?xì)鉄崴鲗?0L的水從20℃加熱到70℃，完全燃燒了0.21m3的煤氣，水吸收的熱量是______J，該燃?xì)鉄崴鳠男适莀_____。[已知水的比熱容為，水的密度為，煤氣的熱值為]【答案】①.；②.50%。【解析】[1]水的質(zhì)量為水吸收的熱量是[2]煤氣完全燃燒放出的熱量為該燃?xì)鉄崴鳠男适??！咀兪?】（2023·鄂州）小勇同學(xué)購買了一款戶外分體式燃?xì)鉅t，準(zhǔn)備去戶外野炊，用該燃?xì)鉅t燒水時，把初溫為20℃的1kg水加熱到100℃，燃燒了0.025m3天然氣，則水吸收的熱量為___________J，假設(shè)天然氣完全燃燒，則燃?xì)鉅t燒水的效率為___________。（天然氣的熱值為4×107J/m3）【答案】①.3.36×105；②.33.6%?！窘馕觥縖1]由Q=cmΔt可得，水吸收的熱量為Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃20℃)=3.36×105J[2]由題意可知，天然氣完全燃燒釋放的熱量為Q放=4×107J/m3×0.025m3=1×106J則燃?xì)鉅t燒水的效率為?！咀兪?】（2023·蘭州）一輛燃油汽車沿平直公路勻速行駛了108km，所用時間為1h，消耗汽油10kg，汽車在行駛過程中所受阻力恒為1380N（汽油的熱值）。求：（1）汽車行駛速度；（2）牽引力的功率；（3）汽車發(fā)動機(jī)的效率?！敬鸢浮浚?）108km/h；（2）4.14×104W；（3）32.4%。【解析】（1）汽車行駛的速度（2）汽車沿平直公路勻速行駛，牽引力和阻力是平衡