(共24张PPT)
第 2 节 热机的效率
知识点一 燃料的热值
1.热值是描述不同燃料的__________的物理量.
2.热值定义:某种燃料____________放出的热量与其________之比,也可以说成1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫该燃料的热值.
3.固体燃料的热值公式:______,单位:_________,符号_______
;气体燃料的热值公式: ______,单位:_______,符号________.
放热本领
完全燃烧
质量
焦/千克
J/kg
焦/米3
J/m3
4.汽油的热值是_______________,它的含义是:_______________________________________.不同燃料的热值一般不同,热值也是物质的一种特性.
4.6×107 J/kg
1 kg汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107 J
知识点二 热机的效率
5.定义:用来做_______的那部分能量,与_____________________之比,叫做热机的效率.
6.公式:__________________.
7.热机能量损失途径:(1)______________________;(2)高温废气带走一部分能量;(3)高温气缸散热损失一部分能量;(4)克服机械摩擦损失一部分能量.
8.提高热机效率的途径和方法:(1)_________________________;(2)尽可能让燃料充分燃烧;(3)___________________________.
有用功
燃料完全燃烧放出的能量
燃料不完全燃烧
尽可能减少各种热损失
尽可能减小摩擦
9.常见热机的效率:蒸汽机的效率只有____________________,汽油机的效率为____________________,柴油机的效率为____________________.
6%~15%
20%~30%
30%~45%
知识点1 燃料的热值
例1.关于燃料的热值,以下说法中正确的是( )
A.燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧状况无关
B.燃烧1kg某种燃料放出的热量的大小等于燃料的热值的大小
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
燃料的热值与燃料的种类有关,与燃料的质量和燃烧状况无关.
A
变式训练1
烧开同样一壶水,若分别用干木柴和无烟煤做燃料且都完全燃烧,所需干木材与无烟煤的质量不同,是因为干木材和无烟煤具有不同的( )
A. 热量 B. 热值 C. 内能 D. 比热容
B
解析: 不同的燃料,其热值也不同,故释放出相同热量时,所需的燃料质量不相同.
知识点2 热机的效率
例2.如图是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的热机效率是
( )
A.25% B.35% C.40% D.75%
燃料燃烧的内能减去机械自身消耗能量和废气带走能量的百分比,即为有用机械能的百分比,也就是该内燃机的热机效率.
B
解析:由图可知,有用机械能占了全部内能的35%,所以热机的效率为35%.
变式训练2
关于热机下列说法正确的是( )
A.随着科学技术的发展,热机的效率可达到100%
B.柴油机上安装一个笨重的飞轮,是为了提高它的效率
C.汽油机在工作过程中,进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D.柴油机的效率比汽油机的高,这是因为柴油的热值比汽油的大
C
解析:热机的效率不可能达到100%,故A错误;装飞轮是为了利用其惯性,故B错误;热机工作中两门都关闭的为做功冲程和压缩冲程,故C正确;柴油机的效率比汽油机的高,是因为柴油机对气缸内气体的压缩程度高于汽油机,故D错误.
变式训练3
为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施不能提高热机效率的是( )
A.尽量减少热机内部各部件间的摩擦
B.尽量增加热机的工作时间
C.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
D.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
B
解析: 增加热机的工作时间并不能提高效率,故B错误.
1.传统的燃油汽车能量的利用率很低,为了节能环保,我国大力发展新能源汽车代替传统燃油汽车.经测量,某燃油汽车汽缸向外散热占26%,废气带走的能量占32%,摩擦等机械损耗占12%,则该燃油汽车的热机效率约为( )
A.68% B.42% C.30% D.12%
C
解析:各种能量损耗的总和是:26%+32%+12%=70%,所以它的机械效率为:η=100%-70%=30%.
2.如图所示为内燃机的能量流向图,则内燃机的效率可表示为
( )
A.η=×100% B.η=×100%
C.η=×100% D.η=×100%
答案:D
解析:由能量流向图可知,燃料完全燃烧放出的热量(即燃气内能)为E,有用功(即有用机械能)为,所以内燃机的效率可表示为
η=×100%.
3.如图是内燃机的能量流向图,根据图中给出的信息,该内燃机的效率为________,在汽油机中,燃料在汽缸内燃烧,而且燃料与空气混合,燃烧得比较充分,因此汽油机的效率比蒸汽机的更________(填“高”或“低”).
30%
高
解析:由发动机的能量流向图可知,该汽油机的效率为(即输出有用功在燃料完全燃烧放出的热量中的百分比):η=100%-33%-30%-7%=30%;汽油机中,燃料在汽缸内燃烧,而且燃料与空气混合充分,燃烧得比较完全,再就是燃料在气缸内部燃烧热量损失少,用来做有用功的能量多,而蒸汽机是外燃机,燃料在气缸的外部燃烧,热量损失多,用来做有用功的能量少,因此汽油机的效率比蒸汽机的更高.
4.如图所示,是汽油机工作中的________冲程.该汽油机的飞轮转速为3600r/min,那么该汽油机每分钟对外做功________次.若该汽油机的效率为30%,消耗200g汽油,对外做功__________J.(q汽油=4.6×107 J/kg)
压缩
1800
2.76×106
解析:(1)由图可知,汽油机进气门和排气门都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程;飞轮的转速是3600 r/min,即飞轮1分钟转3600 r,完成7200个冲程,对外做功1800次;200g汽油完全燃烧放出的热量:Q=mq=0.2kg×4.6×107 J/kg=9.2×106 J;由 可知,汽油机对外做的功为:W=ηQ=30%×9.2×106 J=2.76×106 J.
η=
1.(2016·广州)下列说法正确的是( )
A.内燃机是利用电能做功的机械
B.内燃机在做功冲程把内能转化为机械能
C.内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能
D.随着技术的进步,内燃机的效率能达到100%
B
解析:内燃机在做功冲程把内能转化为机械能,故B正确.
2.(2021·鄂州)合理分类和利用垃圾可以变废为宝,在一定条件下,1 kg垃圾能“榨”出0.17kg燃料油,若燃料油的热值为4.0×107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧释放出的热量___________J.燃烧时燃料油的化学能转化为______能;如果这些热量的42%被水吸收,则可以________kg的水温度从20℃升高到100℃,这是通过________的方式改变水的内能.
6.8×106
内
8.5
热传递
解析:燃料油完全燃烧释放出的热量为Q放=mq=0.17 kg×4.0×107 J/kg=6.8×106 J;燃料油燃烧过程中,将燃料油的化学能转化为内能;水吸收的热量为Q吸=Q放 ×42%=6.8×106×42%=2.856×106 J;因为 ,所以水的质量为
;水吸收热量,是通过热传递的方式改变水的内能的.
Q吸=cΔt
=8.5kg
3.(2021·哈尔滨)哈尔滨市正在进行的老旧小区改造措施惠及万民,其中为房屋外墙安装保温层, 更换门窗等措施可减少散热,提高室温,实现“节能减排”,因此某居民楼在冬天可节约燃煤2.8×
104 kg,这些煤完全燃烧可放出的热量为_____________J,这些热量可使太阳岛人工湖中1.0×108 kg的水温度升________℃.[水的比热容为4.2×103 J/(kg· ℃),煤的热值为3.0×107 J/kg].
2
8.4×1011
解析:这些煤完全燃烧可放出的热量为:Q煤=q煤m煤=3.0×107 J/kg×2.8×104kg=8.4×1011 J;根据题意可知水吸收的热量为
Q吸=Q放=8.4×1011 J;这些热量可使太阳岛人工湖中1.0×108 kg的水温度升高 .
Δt= = =2℃
4.(2021·广西)小海坐在西宁驶往青海湖的大巴车上,以_______为参照物,小海是静止的.若大巴车消耗汽油10 kg,这些汽油完全燃烧放出的热量是______________J(汽油的热值q=4.6×107 J/kg).
大巴车
4.6×108
解析:坐在行驶的大巴车上的小海相对于大巴车,位置没有发生变化,以大巴车为参照物小海是静止的;汽油完全燃烧放出的热量为Q放=mq=10kg×4.6×107 J/kg=4.6×108 J.