14.2 热机的效率(1)
【课时衔接】
1.(热机工作冲程)完成下列汽油机四冲程工作特点的表格
工作 冲程 吸气 冲程 压缩 冲程 做功 冲程 排气 冲程
示意 图
进气 门
排气 门
活塞 运动 方向 向下 向上 向下 向上
能的 转化 无 能转 化成 能 能转化 成 能 无
【基础通关】
2.计算一定质量的燃料完全燃烧放出热量的公式: 。其中q的单位为 J/kg,m的单位为kg,则热量的单位为 。
3.（新素材）2022年6月4日,长征二号F遥十四运载火箭开始加注燃料推进剂,于6月5日圆满完成神舟十四号发射任务。运载火箭燃料推进剂选择 (选填“密度”、“热值”或“比热容”)大的燃料。
4.（真情境）随着人们生活水平的提高,越来越多的家庭采用“水地暖”进行取暖。某房间一段时间内循环流动的水质量为800 kg,供水温度为58 ℃,出水温度为48 ℃,这段时间里水放出
J热量;用天然气蒸汽锅炉供热,若该水暖的热效率为80%,则至少需要燃烧 m3的天然气。[c水=4.2×103 J/(kg· ℃),q天然气=7×107 J/m3]
5.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108 J/kg,完全燃烧0.5 kg的氢气可放出 J的热量;若一罐氢气用去了一半,则剩余氢气的热值是 J/kg,剩余氢气的密度 (选填“变大”、“变小”或“不变”)。
6.（教材变式练）关于内燃机中燃料释放的能量如图所示,则下列说法不正确的是 ( )
A.①是燃料的化学能,②是废气带走的能量
B.在热机的能量损失中,废气带走的能量最多
C.燃料的热值与燃料在内燃机内是否充分燃烧无关
D.做有用功的能量与燃料燃烧放出的能量之比,叫作热机的效率
【素养提升】
7.现有0.028 kg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10 kg的水温度从20 ℃升高到 ℃。[q酒精=3×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
8.为节约能源、保护环境,现把乡村大量农作物秸秆做成秸秆煤。若秸秆煤燃烧释放出的热量有40%被水吸收,则把50 kg、20 ℃的水升高到60 ℃需要吸收 J热量,需完全燃烧秸秆煤 kg。[秸秆煤的热值为2.4×107 J/kg,水的比热容为4.2×103 J/(kg· ℃)]
9.（核心素养：物理观念）煤油的比热容为2.1×103 J/(kg·℃)、热值为4.6×107 J/kg,下列说法正确的是 ( )
A.质量越大,煤油的比热容越大
B.质量越大,煤油的热值越大
C.1 kg煤油温度升高1 ℃需要吸收4.6×107 J的热量
D.完全燃烧1 kg煤油可放出4.6×107 J的热量
10.（素养拓展练）利用图示的两套相同装置,可完成两个实验:实验一,“探究不同物质吸热升温的现象”;实验二,“比较质量相等的不同燃料燃烧放出的热量”。下列关于这两个实验的说法正确的是 ( )
A.两实验都需要秒表和天平
B.两实验都需保持烧杯内液体质量相等
C.两实验都需保持燃料燃烧的时间相等
D.两实验都用温度计升高的温度表示液体吸收的热量
11.假设完全燃烧0.5 kg的某燃料,放出的热量全部被水吸收,可以使100 kg的水温度升高20 ℃,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。求:
(1)水吸收的热量。
(2)这种燃料的热值。
12.新站区目前在建多条高架快速路,以打通合肥南北界限来拉动区域发展。一货车以25 m/s的速度在平直的文忠路高架上匀速行驶了6 km,受到的阻力为1200 N,燃烧了0.6 kg汽油。(汽油的热值q=4.6×107 J/kg)求:
(1)牵引力做的功;
(2)这些汽油完全燃烧放出的热量;
(3)发动机的效率。
参考答案
1.打开 关闭 关闭 关闭 关闭 关闭 关闭 打开 机械 内 内 机械
2.Q=mq J
3.热值
4.3.36×107 0.6
5.7×107 1.4×108 变小
解析:完全燃烧0.5 kg的氢气可放出的热量为Q放=qm=1.4×108 J/kg×0.5 kg=7×107 J;热值是燃料的特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、体积无关,因此一罐氢气用去一半,剩余氢气的热值不变,仍是1.4×108 J/kg;剩余的氢气体积不变,质量减小,则剩余氢气的密度变小。
6.D
7.8.4×105 40
解析:完全燃烧0.028 kg酒精放出的热量Q放=q酒精m酒精=3×107 J/kg×0.028 kg=8.4×105 J;热量完全被水吸收,则Q吸=cmΔt=Q放,所以水的温度升高值Δt===20 ℃,可以使水的温度升高到20 ℃+20 ℃=40 ℃。
8.8.4×106 0.875
9.D 10.B
11.解:(1)水吸收的热量:
Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×20 ℃=8.4×106 J
(2)放出的热量全部被水吸收,则Q放=Q吸=8.4×106 J,根据Q放=qm可知这种燃料的热值:
q===1.68×107 J/kg
12.解:(1)已知汽车匀速行驶时受到的阻力f=1200 N,
由二力平衡条件可知汽车的牵引力F=f=1200 N,
则牵引力做的功:
W=Fs=1200 N×6×103 m=7.2×106 J
(2)这些汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=qm=4.6×107 J/kg×0.6 kg=2.76×107 J
(3)发动机的效率
η=×100%=×100%≈26.1%。
214.2 热机的效率(2)
【课时衔接】
1.(燃料的热值及其计算)某款燃气热水器将100 kg的水从20 ℃加热到40 ℃,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的天然气为 m3。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q天然气=4.0×107 J/m3]
【基础通关】
2.人们常常把热机所做的 与燃料完全燃烧释放的热量之比叫热机效率。一般来说,汽油机的效率比柴油机的效率 (选填“高”或“低”)。
3.图示为A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图,从图中可看出A燃料的热值 (选填“大于”、“小于”或“等于”)B燃料的热值。
4.（真情境）汽车的发动机工作时,当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒出“黑烟”,此时发动机的效率 (选填“升高”、“降低”或“不变”)。雷雨过后,汽车窗户玻璃上的两滴雨水靠近时,能自动结合成一滴较大的水滴,这一事实说明分子间存在着 。
5.（核心素养：科学态度与责任）“保护环境,人人有责”,合理分类和利用垃圾可以保护环境,利用先进工艺和科学方法还可以使垃圾变废为宝。若1 t垃圾能提炼出70 kg燃料油,燃料油的热值为4.5×107 J/kg,则这些燃料油完全燃烧时释放出的热量为 J,若燃料油完全燃烧时释放出的热量全部被水吸收,则这些热量可以使3×104 kg的水温度升高 ℃。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
6.汽油机工作时的热损失情况是汽缸散热损失25%,废气带走35%,机械摩擦损耗10%,则完全燃烧5 g汽油获得的机械能是 J。(汽油热值为4.6×107 J/kg)
7.（教材变式练）根据物理量的定义,我们知道,一杯酒精倒出一半,剩余酒精的比热容、密度和热值的变化情况是 ( )
A.比热容、密度和热值都不变
B.比热容、密度和热值都变为原来的一半
C.比热容变为原来的一半,密度和热值不变
D.比热容和热值变为原来的一半,密度不变
8.与传统汽车在同样油耗和使用条件下相比,某新型汽车发动机工作时,尾气中的汽油味明显降低,动力更强劲。下列关于该汽车的分析正确的是 ( )
A.行驶时,汽油的热值随质量的减小而减小
B.行驶时车胎温度升高,它含有的热量增大
C.汽油味明显降低说明发动机工作效率降低
D.汽车获得动力时,将内能转化为机械能
【素养提升】
9.（素养拓展练）如图所示,这是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270 km/h的速度匀速直线航行20 min,消耗航空燃油1.35 t,飞机发动机的功率为2.25×107 W。飞机匀速直线航行20 min消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是 J,发动机的效率是 。(航空燃油的热值为4×107 J/kg)
10.（新素材）这个春天,“淄博烧烤”凭借小葱、小饼、小火炉的“烧烤灵魂三件套”爆火出圈,成为淄博的新名片。在烧烤过程中涉及的物理知识,下列说法错误的是 ( )
A.香气四溢是扩散现象
B.食材吸热,温度升高,是通过热传递改变食材的内能
C.木炭燃烧时将化学能转化为内能
D.火炉中新加的一木炭块越烧越旺,木炭的热值越来越大
11.周末,爸爸开车带着小艳出去游玩,汽车在1 h的时间内,在水平路面上匀速行驶了72 km,消耗汽油6 kg。若已知该汽车发动机牵引力的功率为23 kW,q汽油=4.6×107 J/kg,则关于上述行驶过程,下列分析正确的是 ( )
A.发动机效率低主要是机械之间的摩擦造成的
B.该汽车的牵引力约为320 N
C.燃烧6 kg汽油产生的热量为2.76×107 J
D.该汽车发动机的效率是30%
12.质量为2.5 t的载重汽车,车上装有5 t的砂石,汽车以15 m/s的速度在平直公路上匀速行驶1800 m,消耗2 kg的汽油。已知汽车匀速行驶时所受阻力是汽车总重的,g取10 N/kg,q汽油=4.5×107 J/kg。求:
(1)汽车在平直公路上匀速行驶时牵引力做功的功率。
(2)载重汽车发动机的效率。
13.在汽油机每一个工作循环,活塞经历四个冲程,带动曲轴转动两圈。一台汽油机,活塞面积是50 cm2,活塞经历一个冲程的行程是25 cm,做功冲程燃气产生的平均压强为8×105 Pa,问:
(1)做功冲程中,燃气对活塞的平均压力是多少
(2)做功冲程中,平均压力做多少功
参考答案
1.0.3
2.有用功 低
3.大于
4.降低 引力
5.3.15×109 25
6.6.9×104
解析:汽缸散热损失25%,废气带走35%,机械摩擦损耗10%,那么汽油机工作时的效率为η=1-25%-35%-10%=30%,汽油的质量m=5 g=0.005 kg,完全燃烧5 g汽油释放的热量Q放=mq=0.005 kg×4.6×107 J/kg=2.3×105 J,那么完全燃烧5 g汽油获得的机械能W=ηQ放=30%×2.3×105 J=6.9×104 J。
7.A 8.D
9.5.4×1010 50%
10.D 11.D
12.解:(1)汽车匀速行驶,所以F牵=f=G总=×(2.5+5)×103 kg×10 N/kg=1.5×104 N
汽车行驶的功率:
P==F牵v=1.5×104 N×15 m/s=2.25×105 W
(2)η=×100%=×100%=30%
13.解:(1)由p=可得,燃气对活塞的平均压力:
F=pS=8×105 Pa×50×10-4 m2=4000 N
(2)做功冲程中,平均压力做的功:
W=Fs=4000 N×25×10-2 m=1000 J
2
