3.热机效率
【A层 基础必会】
考点一 热机效率的理解
1.下列关于热机效率的说法中,正确的是(D)
A.通过科技创新,采用先进热机的制造工艺,热机效率可以达到100%
B.若汽油机甲的热机效率高于汽油机乙的热机效率,则甲消耗的汽油比乙少
C.柴油机的热机效率比汽油机的高,这是因为柴油的热值比汽油的大
D.保持汽油机转动部分良好的润滑可以提高汽油机的热机效率
2.为了提高热机的效率,以下方法中目前不可行的是(D)
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量减少克服摩擦而额外消耗的能量
C.尽量减少各种热损失
D.想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
3.关于热机效率和热值描述正确的是(D)
A.燃料燃烧越充分,燃料热值越大
B.使用热值大的燃料,可以提高热机效率
C.额定功率越大的机械,其发动机效率越高
D.燃料燃烧越充分,热机效率越大
考点二 热机效率的计算
4.一台柴油机里的柴油完全燃烧放出7.5×108 J的热量,但损失了4.5×108 J的热量,则它的热机效率是(B)
A.30% B.40% C.48% D.60%
5.一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量,共计损失了4.8×107 J能量,下列说法错误的是(C)
A.该柴油机的效率为40%
B.用来做有用功的能量为3.2×107 J
C.通过科技进步,在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
6.(2022·深圳期末)一台单缸四冲程柴油机在工作运行中,共消耗了5 kg的柴油,如果柴油是完全燃烧,则放出热量 J,若此柴油机只做了6.27×107 J的有用功,则它的热机效率为 。(q柴油=3.3×107 J/kg)
7.小明一家驾车旅行时,小明发现一些现象与课本上的知识有关。
(1)加油时,闻到汽油味,说明分子在 。
(2)图示为车发动机的一个冲程,其能量转化情况是: 。
(3)若车的总质量为1.5 t,匀速直线行驶9 km,所受阻力为车重的0.1倍,完全燃烧汽油1 L,则1 L汽油完全燃烧放出的热量是 J,车所受牵引力是 N,车的工作效率是 %。(ρ汽油=0.8×103 kg/m3,q汽油=4.5×107 J/kg,g取10 N/kg)
8.一辆汽车为50 km长的新建大桥进行通车测试。汽车总质量为2 t,以100 km/h的速度匀速通过大桥,受到的阻力是总重的0.09倍,全程消耗了5 kg的汽油。g取10 N/kg,求汽车通过大桥这段过程中:
(1)牵引力所做的功;
(2)汽油机的效率。(汽油的热值为4.8×107 J/kg)
【B层 能力提升】
10.(2023·成都月考)汽油机的效率是30%,柴油机的效率是45%,如果它们的功率相同,那么在相等的时间内完全燃烧的汽油和柴油产生的热量之比是(A)
A.3∶2 B.1∶1 C.2∶3 D.2∶5
11.(2023·遂宁期末)如图所示为甲、乙、丙三台使用不同燃料的热机完全燃烧1 kg燃料所释放的内能和热机输出机械能的二维柱状图。三台热机的转速和效率始终保持不变。根据图中的信息,下列选项正确的是(C)
A.丙输出的机械能比甲少,所以丙的效率比甲低
B.在燃料完全燃烧放出相同热量时,乙输出机械能比甲少
C.在输出的机械能相同时,丙比乙消耗更多燃料
D.三台热机中,甲使用的燃料热值最大,效率最高
12.有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10 g汽油(热值为4.6×107 J/kg),这些汽油完全燃烧产生的热量是 J。若这台汽油机的效率为30%,则一个工作循环中输出的有用功为 J。
13.某品牌汽车在某路段以1 500 N的恒定牵引力匀速行驶80 km,牵引力做的功是 J;如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%,汽车汽油机的能量流程图如图所示,则此次运行过程中需要完全燃烧 kg的汽油。(汽油的热值为q=5.0×107 J/kg)
14.(2023·广元中考)某研学活动小组在实践活动期间,粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5 kg水,盖上锅盖,完全燃烧了1 kg干木柴使水温从20 ℃升高到80 ℃,水吸收的热量为 ,该柴火灶的热效率为 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),这种干木柴的热值是1.0×107 J/kg]
15. (物理与社会)实施乡村振兴战略,是全面建成小康社会的重大历史任务。某村引进了一批先进机器,铭牌部分信息如表所示,其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机。求:
(1)正常工作1 min,柴油机输出的有用功;
(2)正常工作1 min消耗柴油的质量(q柴油=4.0×107 J/kg);3.热机效率
【A层 基础必会】
考点一 热机效率的理解
1.下列关于热机效率的说法中,正确的是(D)
A.通过科技创新,采用先进热机的制造工艺,热机效率可以达到100%
B.若汽油机甲的热机效率高于汽油机乙的热机效率,则甲消耗的汽油比乙少
C.柴油机的热机效率比汽油机的高,这是因为柴油的热值比汽油的大
D.保持汽油机转动部分良好的润滑可以提高汽油机的热机效率
2.为了提高热机的效率,以下方法中目前不可行的是(D)
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量减少克服摩擦而额外消耗的能量
C.尽量减少各种热损失
D.想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
3.关于热机效率和热值描述正确的是(D)
A.燃料燃烧越充分,燃料热值越大
B.使用热值大的燃料,可以提高热机效率
C.额定功率越大的机械,其发动机效率越高
D.燃料燃烧越充分,热机效率越大
考点二 热机效率的计算
4.一台柴油机里的柴油完全燃烧放出7.5×108 J的热量,但损失了4.5×108 J的热量,则它的热机效率是(B)
A.30% B.40% C.48% D.60%
5.一台柴油机中的燃料完全燃烧放出了8×107 J的热量,共计损失了4.8×107 J能量,下列说法错误的是(C)
A.该柴油机的效率为40%
B.用来做有用功的能量为3.2×107 J
C.通过科技进步,在未来可以实现能量零损失
D.减少机械间的摩擦可以提高热机效率
6.(2022·深圳期末)一台单缸四冲程柴油机在工作运行中,共消耗了5 kg的柴油,如果柴油是完全燃烧,则放出热量 1.65×108 J,若此柴油机只做了6.27×107 J的有用功,则它的热机效率为 38% 。(q柴油=3.3×107 J/kg)
7.小明一家驾车旅行时,小明发现一些现象与课本上的知识有关。
(1)加油时,闻到汽油味,说明分子在 不停地做无规则运动 。
(2)图示为车发动机的一个冲程,其能量转化情况是: 机械能转化为内能 。
(3)若车的总质量为1.5 t,匀速直线行驶9 km,所受阻力为车重的0.1倍,完全燃烧汽油1 L,则1 L汽油完全燃烧放出的热量是 3.6×107 J,车所受牵引力是 1.5×103 N,车的工作效率是 37.5 %。(ρ汽油=0.8×103 kg/m3,q汽油=4.5×107 J/kg,g取10 N/kg)
8.一辆汽车为50 km长的新建大桥进行通车测试。汽车总质量为2 t,以100 km/h的速度匀速通过大桥,受到的阻力是总重的0.09倍,全程消耗了5 kg的汽油。g取10 N/kg,求汽车通过大桥这段过程中:
(1)牵引力所做的功;
解:(1)汽车总质量m=2 t=2×103 kg,
汽车的总重力
G=mg=2×103 kg×10 N/kg=2×104 N,
汽车受到的阻力f=0.09G=0.09×2×104 N=1.8×103 N,
因为匀速通过大桥,所以牵引力
F=f=1.8×103 N,
牵引力所做的功W=Fs=1.8×103 N×5×104 m=9×107 J;
(2)汽油机的效率。(汽油的热值为4.8×107 J/kg)
解:(2)汽油完全燃烧放出的热量
Q=m'q=5 kg×4.8×107 J/kg=2.4×108 J,
汽油机的效率η=×100%=×100%=37.5%。
易错点 不能正确理解热机效率
9.两台汽油机,甲的效率比乙的效率高,其意义是(D)
A.甲的功率比乙的大
B.甲消耗的汽油比乙的少
C.在消耗相同的汽油时,甲输出的功率比乙的少
D.在消耗相同的汽油时,甲做的有用功比乙的多
【B层 能力提升】
10.(2023·成都月考)汽油机的效率是30%,柴油机的效率是45%,如果它们的功率相同,那么在相等的时间内完全燃烧的汽油和柴油产生的热量之比是(A)
A.3∶2 B.1∶1 C.2∶3 D.2∶5
11.(2023·遂宁期末)如图所示为甲、乙、丙三台使用不同燃料的热机完全燃烧1 kg燃料所释放的内能和热机输出机械能的二维柱状图。三台热机的转速和效率始终保持不变。根据图中的信息,下列选项正确的是(C)
A.丙输出的机械能比甲少,所以丙的效率比甲低
B.在燃料完全燃烧放出相同热量时,乙输出机械能比甲少
C.在输出的机械能相同时,丙比乙消耗更多燃料
D.三台热机中,甲使用的燃料热值最大,效率最高
12.有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10 g汽油(热值为4.6×107 J/kg),这些汽油完全燃烧产生的热量是 4.6×105 J。若这台汽油机的效率为30%,则一个工作循环中输出的有用功为 1.38×105 J。
13.某品牌汽车在某路段以1 500 N的恒定牵引力匀速行驶80 km,牵引力做的功是 1.2×108 J;如果发动机将获得的机械能用来推进汽车行驶做功的效率为80%,汽车汽油机的能量流程图如图所示,则此次运行过程中需要完全燃烧 10 kg的汽油。(汽油的热值为q=5.0×107 J/kg)
14.(2023·广元中考)某研学活动小组在实践活动期间,粗略测量了一农家柴火灶的热效率。同学们在柴火灶的铁锅里倒入5 kg水,盖上锅盖,完全燃烧了1 kg干木柴使水温从20 ℃升高到80 ℃,水吸收的热量为 1.26×106 J ,该柴火灶的热效率为 12.6% 。[水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),这种干木柴的热值是1.0×107 J/kg]
15. (物理与社会)实施乡村振兴战略,是全面建成小康社会的重大历史任务。某村引进了一批先进机器,铭牌部分信息如表所示,其中活塞行程是指一个冲程活塞移动的距离。该柴油机为单缸四冲程内燃机。求:
(1)正常工作1 min,柴油机输出的有用功;
解:(1)根据P=知柴油机输出的有用功为W=Pt=8×103 W×60 s=4.8×105 J;
(2)正常工作1 min消耗柴油的质量(q柴油=4.0×107 J/kg);
解:(2)根据效率公式η=得燃料完全燃烧放出的热量为
Q放===1.2×106 J;
利用Q=mq知消耗柴油的质量为:
m===0.03 kg;
(3)做功冲程中燃气对活塞的平均压力。
型号 HR05b
活塞行程 100 mm
转速 2 400 r/min
输出功率 8 kW
效率 40%
解:(3)飞轮每转两圈对外做功一次,所以飞轮1 min转动2 400圈,要对外做功1 200次,一次做功为
W'===400 J,
做功冲程中燃气对活塞的平均压力为
F===4 000 N。
