142热机的效率（原卷版）-1

14.2热机的效率——精剖细解讲义知识点1：探究不同燃料的热值的大小【实验目的】比较煤油和菜籽油的热值大小【实验装置图】【实验步骤】在两个相同规格的灯壶中分别加入相同质量的煤油和菜籽油;；在两个相同规格的烧杯中加入质量相同、初温相同的水；点燃煤油灯和菜籽油灯；
当烧杯内水的温度升高10℃时，停止加热，然后用天平分别称量两灯的质量。【实验记录】煤油灯的质量大于菜籽油的质量。【实验分析】因为两烧杯内水的质量相同，升高温度相同，所以两杯水吸收的热量相同，即两种燃料放出的热量相同;开始时两灯壶的总质量相等，后来煤油灯的质量大，说明剩余的煤油质量多，燃烧消耗的煤油质量少；根据热值公式可知，煤油的热值大。【实验结论】煤油的热值比菜籽油大。【实验方法】转换法∶实验中，用水吸收的热量来表示燃料燃烧放出的热量。控制变量法：实验中，燃料燃烧释放的热量相同，通过比较消耗燃料质量的多少来比较热值的大小。将相等质量的然后全部耗尽，再比较液体升高的温度。【实验控制的量】实验的控制的相同量：液体的种类，质量，初温，燃料的种类，实验装置实验的控制的不同量：燃料的质量【实验注意事项】为了使物质受热均匀，可用玻璃棒或搅拌器对物质进行搅拌。注意不能用温度计代替搅拌器。测量的热值偏小，原因：①燃料无法完全燃烧②不同物体吸收的热量不等于热源放出的热量，存在热损失。热值偏小的解析：若利用Q吸=cm△t计算出水吸收的热量，并测出煤油灯或者菜籽油灯减少的质量（即消耗燃料的质量），还可根据公式粗略计算出煤油或菜籽油的热值（由于热量损失，计算出的热值偏小）。探究不同燃料的热值的大小1.如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料质量都是10g，烧杯内液体质量和初温也相同。（1）比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图；比较不同燃料的热值，可以选择甲、乙两图；（2）为了研究不同物质的吸热能力，利用其中两幅图进行实验，根据记录数据作出了两种液体的温度随时间变化的图象，如图丁所示：①由图可以看出，在开始时a液体的温度升高得快，b液体的比热容较大；②如果已知b液体比热容是1.8×103J/（kg•℃），则a液体比热容是0.9×103J/（kg•℃）；（3）水的比热容较大，人们往往利用这一特性为生活、生产服务或解释一些自然现象，下列事例中与它这一特性无关的是D。A.让流动的热水流过散热器取暖B.汽车发动机用水作为冷却剂C.沿海地区昼夜温差比内陆地区小D.夏天在房间内洒水降温2.学习了燃料的热值和物质的比热容后，为了探究酒精和碎纸片的热值大小以及水和煤油的吸放热能力，小芸设计了如下三个实验装置。（1）为了探究酒精和碎纸片的热值大小，应该选用的实验装置是甲和乙。为了探究水和煤油的吸放热能力，应该选用的实验装置是甲和丙。（2）三套实验装置中，用来燃烧产生热量的酒精和碎纸片的质量应该相同，被加热的水和煤油质量应该相同。（两空均选填“相同”或“不相同”）（3）同时点燃甲、乙、丙中的酒精和碎纸片，全部燃尽时，通过记录三支温度计的示数，得到如表所示的数据：加热的时间/min0123456甲杯水温度/℃25272931333537乙杯水温度/℃2526272829丙杯煤油温度/℃25293337414549根据表中数据可以判断出：热值较大的是酒精，吸放热性能较强的是水（两空均选填：“酒精”、“碎纸片”、“水”、“煤油”）。3.某物理研究小组组装了如图所示的甲、乙、丙装置，在完全相同的烧杯中分别装有A、B两种液体，在完全相同的燃料盒中分别装有两种不同的燃料。（1）为了比较不同燃料燃烧时放热的本领，应选甲、乙两图的装置进行实验；为了比较液体的吸热本领，应选甲、丙两图的装置进行实验。（2）此实验用加热时间（选填“温度计示数”或“加热时间”）来反映液体A和液体B吸收热量的多少。根据实验数据绘制出如图所示的图象，分析图象可知，液体B的温度升高得较慢，A、B两种液体的比热容之比为1：2。（3）实验小组的同学经过讨论和实验，用图甲所示的实验方法进行数据测量，并求出燃料的热值。求出的热值比真实值偏小（选填“偏大”或“偏小”）。知识点2：热机的效率1、燃料的热值定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。（1kg（或1m3）某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。）符号：q。单位：焦每千克，符号J/kg。计算公式：Q＝qm或Q＝qV（q为热值）。热值是燃料本身的一种特性，它的大小只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、放热多少等无关。不同燃料的热值一般不同。热值在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值反映了燃料在燃烧过程中，将化学能转化为内能的本领的大小。一些常见燃料的热值如下图所示：2、热机效率定义：热机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做热机的效率。计算公式：燃料完全燃烧放出能量的用途：热机的能量流向图：燃料很难完全燃烧，释放的热量也没有全部用来做有用功，损失了大部分，在各种能量损失中，废气带走的能量最多。利用废气的能量可以提高燃料利用率。提高热机效率的途径：燃料充分燃烧；改进热机，减少各种能量损失；利用废气的能量；机器零件间保持良好的润滑、减小摩擦。热机效率和炉具效率的求解方法仪器热机炉具方法发动机的牵引力做功消耗的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比QUOTE。η=W有Q总
其中W有=Fs或W有=Pt（F是牵引力，s是汽车行驶的距离，P是汽车发动机功率，t水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比η=Q其中Q吸=cm水△t，Q总=m燃q。有关热机的计算1．一台柴油机，功率为70kW，机械效率为40%，已知柴油的热值为4.2×107J/kg，当它正常工作时，每分钟消耗的柴油是（）A．0.25g B．250g C．0.4g D．400g2．一台四冲程内燃机转速为600r/min，则（）A．每分钟内做功100次，共有400个冲程 B．每分钟内做功200次，共有200个冲程 C．每秒内做功20次，共有10个冲程 D．每秒内做功5次，共有20个冲程3．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是每分钟1200转，则汽油机每秒内（）A．完成20个冲程，做功10次 B．完成40个冲程，做功40次 C．完成40个冲程，做功10次 D．完成20个冲程，做功20次4．某四冲程内燃机的飞轮转速为3600r/min，则在每秒钟内（）A．曲轴转120转 B．对外做功60次 C．完成120个冲程 D．完成60个工作循环燃料的热值及其计算5．2023年五一期间，淄博烧烤火出圈，“坐高铁去撸串”等话题不断在社交平台刷屏。如图所示，羊肉串架在微炭火上烤的情景。关于烤羊肉串涉及的物理现象，下列说法中错误的是（）A．肉烤熟是通过热传递的方式改变其内能 B．肉温度越高，所含热量越多 C．木炭在燃烧的过程中，热值不变 D．很远就能闻到肉香味是说明分子在不停地做无规则运动6．2023年5月30日，长征二号F遥十六运载火箭搭载神舟十六号载人飞船成功发射（如图）。火箭使用一种叫做偏二甲肼的液体燃料，是因为该燃料具有较大的（）A．热值 B．比热容 C．密度 D．体积7．酒精的热值是3.0×107J/kg，一瓶酒精用去半瓶后剩下的半瓶酒精的热值是（）A．1.5×107J/kg B．3.0×107J/kg C．6.0×107J/kg D．9.0×107J/kg8．小明和小华学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油热值的大小关系。他们组装了如图所示的装置进行实验，为了保证实验结论的可靠性，下列措施不合理的是（）A．两杯水的质量应相等 B．两杯水的初温应相等 C．两种燃料质量应相等 D．燃料燃烧时间应相等热机的效率9．某汽油机工作时的能量损失情况是：汽缸散热损失30%，废气带走35%，机械摩擦及其它损耗总和为10%。已知汽油热值为4.6×107J/kg。下列说法中正确的是（）A．该汽油机工作的效率是25%，工作时汽油燃烧释放能量的75%转化为机械能 B．若该汽油机消耗2kg汽油，获得的机械能为2.3×107J C．若该汽油机消耗2kg汽油，损失的能量为3.22×107J D．经过不断改进和创新，汽油机的效率可以提高到100%10．如图所示为某种型号的由柴油机提供动力的水泵机组，它的优点是重量轻，体积小，功率大，省时省油。若该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将54m3的水抽到20m高处，则下列说法中不正确的是（取g＝10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg）（）A．柴油机通过做功冲程将内能转化为机械能 B．水泵机组对水做功1.08×107J C．水泵机组的有用功功率为3000W D．上述过程水泵机组消耗的柴油约6.3kg11．如图为甲、乙两汽油机的数据。两者相比，甲汽油机（）A．热机效率较大 B．热机效率较小 C．产生的有用机械能较少 D．产生的有用机械能较多12．关于某单缸四冲程汽油机，下列说法正确的是（）A．通过技术改进，汽油机的效率可以达到100% B．在汽油机的做功冲程中，机械能转化内能 C．汽油机的压缩冲程为汽油机提供动力 D．汽油机在1s内完成了15个工作循环，则该汽油机工作时飞轮的转速为1800r/min填空题13．如图所示，为汽油机的冲程，若飞轮转速是3600r/min，则该汽油机1s对外做功次。若汽油机效率是25%，完全燃烧2kg汽油放出的热量可以对外做功J。汽油机工作时会产生大量的热，常利用水进行降温，这是利用了水的的特性。（已知汽油的热值为4.6×107J/kg）14．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），做功冲程中燃气对活塞的平均压力N；一个做功冲程中燃气对活塞做的功J；该汽油机的功率W。15．如图是四冲程汽油机的工作过程中冲程；如果该汽油机每分钟转3600转，则该汽油机每秒做功次；若该汽油机功率为10kW，机械效率为36%，使用的乙醇汽油热值为4×107J/kg，则汽油机工作1小时消耗kg乙醇汽油。16．如图所示是道路维修时常用的路面钻机（俗称“啄木鸟”），该机械利用压缩气体推动活塞将钻头打入路面。气体推动活塞对外做功时是将能转化为机械能；“啄木鸟”中用到了柴油机，若柴油机完全燃烧的柴油放出的热量有40%转化为有用功，则完全燃烧50kg柴油对外做的有用功是J（柴油的热值是4.3×107J/kg）。17．车用乙醇汽油是在汽油中加入了适量乙醇，乙醇燃烧的过程是能转化为内能的过程，使用乙醇汽油的优点是（答出一点即可），完全燃烧30g乙醇可以产生J的热量。（乙醇的热值为2.8×107J/kg）18．如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2立方米/小时。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义是。微火炬燃烧，火炬碳纤维外壳温度升高，外壳的内能（选填“增大”“减小”或“不变”）。若氢气的密度为0.09kg/m3，每小时流过的氢气完全燃烧放出J的热量。19．如图所示，是A、B两种燃料完全燃烧放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值B燃料的热值（大于/小于/等于），在标准大气压下，若B燃料的热值为7×106J/kg，则1kg的B燃料完全燃烧释放的热量为J，其中有60%的热量被质量为10kg、初始温度为20℃的水吸收，c水＝4.2×103J/（kg•℃），则水的温度将升高℃。20．水是生命之源，在生活中的应用很广泛，汽车发动机的冷却循环系统用水作为工作物质，是利用水的比热容（选填“大”或“小”）的特点；墨墨家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡耗水40kg，自来水进热水器的温度是24℃，出热水器的温度是40℃，墨墨这次洗澡消耗天然气m3。[已知水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值是3.2×107J/m3]21．如图所示是四冲程内燃机工作循环中的冲程。若此内燃机1s内对外做功20次，则曲轴的转速是r/min。在一个工作循环中消耗了20g汽油（q汽油＝4.6×107J/kg），若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为J。22．如图所示的是四冲程内燃机的冲程。若燃气对活塞的平均推力为400N，活塞向下运动的距离为30cm，内燃机转速为600r/min，内燃机每一个循环完成四个冲程，每分钟需要消耗热值为4.6×107J/kg的汽油5.2g，则燃气推动活塞向下运动一次做功