九年级全册物理人教版 第十四章 第2节　热机的效率（第2课时） 习题课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
第2节　热机的效率（第2课时）
1．了解内燃机燃料释放能量的流向．
2．理解热机效率并知道提高热机效率的方法．
3．掌握比热容、热值和热机效率的有关计算．（重难点）
（2019·兰州）已知天然气的热值为4×107 J/m3，水的比热容为4.2×103 J/（kg·℃）．
（1）完全燃烧3.36×10－2 m3天然气放出多少热量？
（2）不计热量损失，这些天然气可将质量为4 kg，初温为25 ℃的水加热到多少摄氏度？（当地的大气压强为1标准大气压）

解：(1)V＝3.36×10－2 m3，q＝4×107 J/m3，
Q＝Vq＝3.36×10－2 m3×4×107 J/m3＝1.344×106 J.
(2)热量全部被吸收，Q吸＝Q放＝1.344×106 J，
c＝4.2×103 J/(kg·℃)，m＝4 kg.
因为当地大气压为1标准大气压，所以t≤100 ℃.
答：(1)完全燃烧3.36×10－2 m3天然气放出1.344×106 J热量；(2)可将水加热加到100 ℃.
利用煤炭烧水时：
（1）煤炭能否完全燃烧？　　　　　　　　　　　　　；
（2）假设煤炭可以完全燃烧，放出的热量能否被水完全吸收？　　　　　　　　　　　；

不能
不能
（3）煤炭放出的热量除了被水吸收，还去了哪里？
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　．
由此可见，煤炭放出的热量不会完全被水吸收，即在这个过程中存在效率问题．
还会被烟气带走、空气吸收而散失
知识点一　内燃机燃料燃烧释放能量流向
现实生活中燃料很难完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的要小．如图所示，燃料燃烧释放的能量也不会全部转化为有用的机械能．由图可知，内燃机燃料燃烧释放的能量流向包括：
①　　　　　　　　　　　　　；②　　　　　　　　　　　　　；
③　　　　　　　　　　　　　．
克服摩擦损失的能量
废气带走和散失的能量
有用机械能
知识点二　热机效率及提高热机效率的方法
1．热机效率定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率．
3．提高热机效率的方法：①使燃料尽量充分燃烧；②在设计和制造热机时不断改进和创新，以减少各种能量损失；③废气带走的热量最多，可设法利用废气；④减少热机各部件之间的摩擦．
例1　（2021·浙江模拟）关于热机效率，下列说法中正确的是 （　　）
A.热机做的有用功多，效率一定高
B.热机所用燃料的热值越大，效率越高
C.提高热机效率的方法之一是减少热量损失
D.热机的效率可以达到100%
C
变式训练1　（2021·无锡）某辆行驶的小轿车，其正常工作时的能量转化情况如图所示，若输入的化学能为2 000 J，输出的动能为300 J．则输出的内能和声能共计_________J；输出的有用能量是动能，则小轿车正常工作时的效率为
______．
1700
15%
知识点三　与比热容、热值、热机效率有关的综合计算
例2　（2021·德州）国家提倡节能减排，各地“煤改气”正在积极进行，某同学计算他家天然气烧水的热效率，将2 kg的水倒入烧水壶中，并测出水温为20 ℃，在一个标准大气压下，把水刚加热到100 ℃时，测出消耗天然气0.048 m3，已知水的比热容c水＝4.2×103 J/（kg·℃），天然气热值约为q＝4.0×107 J/m3.求：
（1）将这些水烧开，需吸收多少热量；
（2）在这种情况下，燃烧的天然气放出了多少热量；
（3）他家天然气灶的效率．
解：(1)水吸收的热量：
Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105 J；
(2)天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝qV＝4.0×107 J/m3×0.048 m3＝1.92×106 J；
答：(1)将这些水烧开，需吸收6.72×105 J的热量；(2)在这种情况下，燃烧的天然气放出了1.92×106 J的热量；(3)他家天然气灶的效率为35%.
变式训练2　（2021·安徽）某同学家使用燃气热水器，平均每天需将100 kg的水从18 ℃加热到58 ℃.若天然气完全燃烧放出热量的70%被水吸收，则热水器平均每天消耗天然气多少m3.[c水＝4.2×103 J/（kg·℃），q天然气＝4.0×107 J/m3]
解：水吸收的热量：
Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(58 ℃－18 ℃)＝1.68×107 J；
答：热水器平均每天消耗天然气的体积为0.6 m3.
例3　飞机的发动机是一种热机，通过航空煤油在气室中燃烧，从喷口向后高速喷出气体，使发动机获得向前的推力．如图所示，高空中某飞机获得1.6×103 N 的水平推力，以600 km/h的速度沿水平方向匀速航行1 h．（航空煤油的热值为q＝4×107J/kg）
（1）求飞机的航程；
（2）求发动机做的功；
（3）在这个过程中，热机燃烧航空煤油40 kg，求这种热机的效率．
(1)v＝600 km/h，t＝1 h，
s＝vt＝600 km/h×1 h＝600 km＝6×105 m.
(2)F＝1.6×103 N，s＝600 km＝6×105 m，
W＝Fs＝1.6×103 N×6×105 m＝9.6×108 J.
答：(1)飞机的航程为600 km；
(2)发动机做的功为9.6×107 J；
(3)热机效率为60%.
变式训练3　柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%.
（1）柴油机完全燃烧2 kg的柴油放出多少热量？（柴油热值为q＝4.2×107 J/kg）
（2）这些热量通过该柴油机转化能对外做多少有用功？
答：(1)柴油机完全燃烧2 kg的柴油放出8.4×107J热量；
(2)这些热量通过该柴油机转化对外做2.52×107 J有用功．
解：(1)m＝2 kg，q＝4.2×107 J/kg，
Q＝mq＝2 kg×4.2×107 J/kg＝8.4×107 J.
知识归纳：
1．一辆汽车发动机的输出功率是30 kW，发动机的效率是20%，装有20 kg汽油．（汽油热值为q＝4.5×107 J/kg）求：
（1）汽油全部用完放出多少热量？
（2）发动机输出的有用功为多少？
（3）这些有用功可以使汽车运动多长时间？
（4）如果汽车车速为72 km/h，那么它能行驶多远？
解：(1)m＝20 kg，q＝4.5×107 J/kg，
Q＝mq＝20 kg×4.5×107 J/kg＝9×108 J.
(4)v＝72 km/h＝20 m/s，
s＝vt＝20 m/s×6×103 s＝1.2×105 m.
答：(1)汽油全部用完放出9×108 J热量；(2)发动机输出的有用功为1.8×108 J；(3)这些有用功可以使汽车运动6×103 s；(4)如果汽车的车速为72 km/h，它能行驶1.2×105 m.
2．（回归课本）全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆．每辆汽车每年耗油1.8 t，汽车内燃机的效率平均值取30%.如果能把内燃机效率提高1%，那么全球每年可以节约　　　　　　燃油．
过程：（1）每辆汽车做有用功所需燃油为_______________
　　　　　　 　.
（2）内燃机效率提高后为　　　　　　　　　　　　.
6×107 t
1.8 t×30%＝0.54 t
30%＋1%＝31%
（3）效率提高后所需燃油量为　　　　　　　　　　　　.
（4）每辆车每年节约燃油　　　　　　　　　　　　.
（5）10亿辆车每年节约燃油　　　　　　　　　　　　.
1.8 t－1.74 t＝0.06 t
0.06 t×109＝6×107 t