专题14.2热机的效率（原卷版）-1

第十四章内能的利用专题14.2热机的效率一、学习目标1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热效率。二、课标要求1.从能量转化的角度认识燃料的热值。2.从能量的转化和转移的角度认识效率。知识点1：燃料的热值1.燃料燃烧过程中的能量转化：燃料燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，物体的化学能转化为周围物体的内能。2.燃料的热值：①意义：不同的燃料燃烧时放出能量的本领不同，在物理学中就用热值来表示燃料燃烧时放热本领的大小。②定义：燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示。③热值的单位J/kg，读作焦耳每千克。还要注意，气体燃料有时使用J/m3，读作焦耳每立方米。3.在学习热值的概念时，应注意以下几点①“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。②强调所取燃料的质量为“lkg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。③“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。④燃料燃烧放出的热量的计算：一定质量m的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=mq，式中，q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示燃料的质量，单位是kg；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。⑤若燃料是气体燃料，一定体积V的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=qv，式中，q表示燃料的热值，单位是J/m3；V表示燃料的体积，单位是m3；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。知识点2：热机效率1.燃料的有效利用：影响燃料有效利用的因素：a燃料不完全燃烧，b燃料散失很多，只有少部分被利用。2.热机的能量流图：如图所示是热机的能量流图：由图可见，真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。燃料的燃料的化学能E3.定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。4.公式：η=E有/Q放。式中，E有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。5.提高热机效率的主要途径：①改善燃烧环境，使燃料尽可能充分完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。②尽量减小各种热散失。③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。6.求解热机效率的思维路径（1）在大脑中要知道用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。（2）根据题意研究燃料完全燃烧释放的能量Q放=mq，做有用功的能量W有。（3）若用W有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。则求解热机效率就可以写成数学表达式η=W有/Q放。注意：燃料不充分完全燃烧、各种热散失、各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量、废气带走的能量都是属于无用功的能量。【例题1】“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意义是（）A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107m3热量。×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107J热量。×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。【例题2】现有0.028kg酒精，完全燃烧释放的热量为J，若这些热量完全被水吸收，可以使10kg的水，温度从20℃升高到℃[q洒精＝3×107J/kg，c水＝4.2×l03J/（kg•℃）]【例题3】一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功J．若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收J热量（q汽油=4.6×107J/kg）【例题4】小华家使用的是天然气热水器，他尝试估测该热水器的效率，以核对铭牌上的数值是否准确。当只有该热水器使用天然气时，把50kg的水从20℃加热到54℃，天然气表的示数由1365.05m3变为1365.17m3，已知水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值q=7.0×107J/m3。求：（1）水吸收的热量；（2）消耗的天然气完全燃烧故出的热量；（3）该热水器的效率。【例题5】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），煤的热值约为3×107J/kg。求：温度温度/℃时间/min024620507080（1）煤完全燃烧产生的热量；（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；（3）煤炉烧水时的热效率。一、选择题1．小李家使用的燃气热水器，将30kg的水从20℃加热到45℃，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容为4.2×103J/（kg℃），天然气的热值为4×107J/m3，则下列与该过程有关的计算结果和分析正确的是（）A．水吸收的热量与水的末温成正比B．水吸收的热量是3.15×105JC．热水器的能量转化效率是52.5%D．热水器的能量转化效率与环境温度无关2.某载重汽车自重12t，车轮与地面的总接触面积为0.5m2，汽车以72km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，柴油发动机的功率为210kW，每行驶43s消耗柴油700g，柴油的热值为4.3×107J/kg。下列说法中（）①完全燃烧700g柴油放出的热量为3.01×109J②该柴油发动机效率为30%③汽车的牵引力为1.05×104N④若公路所能承受的最大压强为8×105Pa，汽车最多能装载40t的货物只有①②正确 B．只有③④正确 C．只有①③正确 D．只有②③正确二、填空题1.假如完全燃烧0.2m3天然气放出的热量全部被100kg初温为25℃的水吸收，可以使水的温度升高到________℃[已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q天然气＝4.2×107J/m3]。2.一辆汽车在平直公路上，以54km/h的速度匀速行驶23km，完全燃烧了3kg汽油；若该汽车发动机的效率为25%，则牵引力为______N，牵引力做功的功率是______W。（q汽油=4.6×107J/kg）3.用液化气灶烧水，把1.5kg初温为20℃的水加热到100℃，需要吸收的热量为J．若上述过程中完全燃烧了0.021kg液化气，且只有60%的热量被水吸收，则液化气的热值为J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]4.1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫_______。单位是J/kg。燃料燃烧放出热量的计算公式为：______。5.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫_______。热机的效率是热机性能的一个重要指标。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料______的重要措施。6.我国长征运载火箭选用液态氢做燃料，主要是因为液态氢的高；火箭外表涂有一层特殊物质，可利用该物质在发生物态变化时要热，从而避免高速运行的火箭温度过高。7．我国在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速（填物态变化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将kg的水从0℃加热到100℃．（C水=4.2×103J/（kg•℃））8.（1）究全燃烧1.4g酒精释放的热量是完全燃烧0.7g酒精释放热量的倍。0.7g酒精全燃烧释放的热量是2.1×104J．这些热量全部被100g的液体A吸收，液体的温度升高了50℃；完全燃烧1.4g酒精释放的热量全部被200g的液体A吸收，液体的温度升高了△t＝℃（不考虑散热）。（2）现用如图所示装置加热200g的液体A，燃烧了1.4g酒精，液体升高的温度小于△t，有哪些原因会导致这个结果？三、计算题1．在一个标准大气压下，用炉子将10kg的水从20℃加热至沸腾，燃烧了0.5kg的焦炭，已知水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），焦炭的热值为3.0×107J/kg。求：（1）水吸收的热量；（2）0.5kg焦