热机效率问题讲解

■＞龙文学校成和云 龙文教育个性化辅导授课案教师：熊金林 学生姓名：普悦 年级：初三 辅导科目：物理课题热量和热机效率计算问题讲解（复习课）授课时间2012年9月23日10：00-12：00（2小时）教学目标1.理解热机效率的主要题型及规律，能正确解决效率问题 2.理清解题思路重点、难点重点：利用规律、公式解决效率问题难点：有热机参与的力学综合问题考点及考试要求常以现代家用电器、机车、发电厂等为背景考查效率的计算，主要以综合计算题形式出现一、教学内容一、 导入现代的交通四通八达，机车的大量使用，给人们的生活和出行带来了方便，但同时也给环境造成噪音、空气等污染，保护环境是现代的主题和迫切的责任。汽车造成的空气污染，最主要的原因是燃料未能完全燃烧和利用，这样既造成环境污染，也浪费了资源。面对这样的情况我们应如何做呢？教学过程（一）效率问题效率问题是初中物理中的一个重点，也是一个难点，主要分为机械效率和热机效率。许多学生在这类问题的计算中常出现问题，主要是找不到有用功（能量）部分和总功（能量）部分。本次课主要以热机效率为主。热机效率常以常见的家用电器（如热水器）、交通工具（如汽车、电动车）、发电厂（垃圾发电厂等）为背景进行考查：问题分析能力、信息提取能力和公式规律应用能力等。解决效率问题，关键是通过分析题目，找出有用功和总功，同时视情况而定：在一个问题中是有用功（总功），也许在下一个问题中会变成总功（有用功）。选择正确的公式计算出有用功和总功，最后利」用公式Q Wn二兰有X100%或n=一有X100%计算效率。Q总 Q有用能量：用来完成某件事或达到某种目的而消耗的能量总能量：能量源提供的所有能量总体思路：n='x100%:（1）热水壶烧水效率问题：Q=Cm^t；（2）汽车发动机效率问题：Q 有总W=FS或W=Pt；（3）发电厂a:水力发电厂，水具有的势能为总能量，发出的电能为有用能量；b：火力（垃圾发电厂等）发电厂，燃烧煤放出的热量为总能量，发出的电能为有用能量；c：风能发电厂，风具有的风能为总能量，发出的电能为有用能量；d::核能发电厂，核反应放出的能量为总能量，发出的电能为有用能量；e：太阳能发电，辐射的太阳能为总能量，发出的电能为有用能量等等；（4）太阳能热水器：辐射的太阳能为为总能量，水吸收的热量为有用能量；（5）总功（能量）：，… P —般为Q-mq.（6）热机效率也可表小为n=*x100%等形式。总 p总例题讲解例1（热水器烧水效率问题）天然气灶烧水，燃烧0.5m3的天然气，使100kg的水从20°C升高到70°C。已知水的比热容为c=4.2X103J/（kg・°C）,天然气的热值为q=7.0X107j/m3。求：（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量Q放；（2）水吸收的热量Q吸；（3）燃气灶的效率n。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总 。、攵 3.5x107总结：这类题关键是找出有用的能量为水吸收的热量：Q=CmAt，总能量为燃料完全燃烧放出的热量：Q^=mq或太阳辐射的能量例2（汽车发动凯效率问题）安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km,受到的阻力是3.0X103N，消耗燃油1.5X10—3m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度^=0.8X103kg/m3，热值q=4X107J/kg，求：（1）专用车牵引力所做的功？（2）该专用车的热机效率是多少？解析：（1）专用汽车做匀速直线运动，F牵=f=3.0X103N，贝U牵引力做的功W=FS=3.0X103X5.6X103J=1.68X107J（2）消耗的燃油质量为:m=pV=0.8X103X1.5X10-3kg=1.2kg则Q放二mq=1.2X4X107J=4.8X107JW 1.68x107n=——x100%= x100%=35%Q 4.8x107^放总结：这类题关键是找出有用的能量为牵引力做的功：W=FS或W=Pt，总能量为燃油完全燃烧放出的热量：Q总=11^例3（发电厂效率问题）三峡水电站是世界上最大的水力发电站，每分钟发电量预计为8.7X1010J（1） 三峡水电站的发电量，相当于消耗多少千克煤完全燃烧产生的热量？（煤的热值为2.9X107J/kg）（2） 如果发电机输出的功率是0.09X1010W,那么发电机的工作效率大概是多少？解析：（1）消耗煤的质量为：m=Q=8.7x1010kg=3X103kg

q 2.9x107（2）三峡水电站的发电功率为总功率：p=W=8.7x1010W=0.145x1010W总t60由题意输出功率为有用功率p有=0.09X101。W，则发电机的工作效率为：

P 0.09X1010n二*X100%二一- 100%=62.1%P 0.145x1010总总结：发电厂这类题，发装置输出的电能(电功率)为有用能量，而水具有的势能、风具有的风能、燃烧煤放出的能量(化学能)，核裂变放出的核能、辐射的太阳能等为总能量(总功率)例4(其他情景问题) .每到夏收季节，高淳农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，如图,’这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问匾舞容''嗖耳富福题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料一一秆浆煤。若燃烧秆醯-浆煤，使50kg、20°C的水温度升高到80°C。(热值为2.4X107j/kg)求：寒宓参尊•：'水需要吸收的热量。 念塞；..如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧多少千克秆浆煤。解析：(1)水吸收的热量：Q吸二Cm^t=4.2X103X50X(80-20)J=1.26X107J(2)设完全燃烧秆浆煤放出的热量为Q放，由题意有Q有=Q放-30%=mq-30%，且有。有=。吸则m=4m=4qx30%1.26X1072.4X107x30%kg=1.75kg(二)热机力学综合题型分析基本思路：设做功平均压强为排P，活塞行程为L，面积为S，转速为n转/min，燃料热值为q，则(1)活塞作用力为：F=PS(2)做一次功为：W=FL=PSL (3)做一次功所需要的时间：60t=-2n(4)活塞做功的功率为：p=W=2^ (5)一分钟内做功的次数为：N=n活塞t60 2一分钟做功为：W总=NW (6)总能量为汽油或柴油燃烧放出的热量：Q=mq(7)热机效率：n二也总X100%Q总例题：一台汽油机，活塞面积是50cm2，活塞行程是25cm，做功冲程燃气产生的平均压强为9.84X105Pa，若飞轮的转速是600转/分钟，效率为30%，求汽油机在1小时内要消耗多少在汽油？(汽油的燃烧值为4.6X107J/kg)解析：活塞产生的平均作用力为：F=PS=9.84X105X50X10-4N=4920N活塞做一次功为：W=FL=4920X25X10-2J=1230J飞轮转动2转做一次功，飞轮转速为600转/分钟，在一分钟内飞轮做功300次，则飞轮一小时内做的功为：W总=1230X300X60J=2.214X107J设完全燃烧汽油放出的热量为Q放，有W总=Q放x30%=mqx30%，则得

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