14.2 热机的效率

5.热机的效率
内燃机工作时，废气会带走一部分能量，机械
( http: / / www.21cnjy.com )本身散热会带走一部分能量，克服摩擦做功会消耗一部分能量，这些能量都浪费了。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热机的效率。
【题文1】关于燃料和热值，以下说法正确的是（　　）
A．燃料热值与燃料的质量无关
B．容易燃烧的燃料，热值一定大
C．煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧木柴放出的热量一定多
D．为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
解析：
A、热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关．故A正确；
B、热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错误；
C、燃料燃烧放出热量的多少不仅与燃料的热值大小有关，还与燃料的质量以及燃烧程度有关，故C错误；
D、锅炉的效率与燃料的热值高没有关系，故D错误
答案:A
【题文2】如图所示，是最新一款无人驾驶汽车
( http: / / www.21cnjy.com )．汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况．该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L．假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么，在这段运动过程中，
求：
（1）该汽车发动机做的有用功是多少？
（已知：汽油的密度为0.8×103kg/m3，汽油的热值为4.5×107J/kg）
（2）该汽车的输出功率为多少？
解析：
(1)由ρ=m
/V
得消耗汽油的质量为：m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3
m3=1.2kg，
汽油完全燃烧放出的热量：Q放=mq=1.2
kg×4.5×107J/kg=5.4×107J；
由η=W
/Q放
得，汽油机的有用功：W=ηQ放=30%×5.4×107J=1.62×107J；
（2）由v=s
/t
得汽车运动的时间：t=s
/v
=8km
/72km/h
=1
/9
h=400s；
汽车的输出功率：P=W
/t
=1.62×107J
/400s
=4.05×104W．
答案:
(1)1.62×107J
(2)
4.05×104W
【总结】热机的效率
燃料是燃烧的一种化学变化，在燃烧的过程中，燃烧的化学能转化为内能，然后，内能转移到其他物体上或转化为其他形式的能量供人们使用。
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
物理意义：反映燃料燃烧放热本领的物理量
燃料燃烧放热公式：
，
2.热机的效率：
（1）
其中W有指用来做有用功的能量，
Q总指燃料完全燃烧释放的能量
（2）提高热机效率的途径
①燃料尽可能充分燃烧
②尽量减少各类能量损失
③在热机的设计和制造上，采用先进技术
④使用时，注意保养，保证良好的润滑、减少因克服摩擦阻力额外消耗的功
【练习题】
1.下列关于热值和热机效率的描述,正确的是(
)
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率
C.燃料燃烧释放的热量越大,热值越大
D.热值和热机效率都是定值,与外界条件无关
2.
下列关于“热机”的说法中,正确的是(
)
A.通过技术改进,热机效率可达100%
B.做功冲程将机械能转化为内能
C.热机常用水做冷却剂,是因为水的沸点高
D.火箭发动机属于热机
3.
热机的效率较低，为了提高热机的效率，你认为下列方法目前不可能的是（　　）
A.
尽量使燃料充分燃烧
B.
尽量减少各种热损失
C.
尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量
D.
想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
4.
关于热机，下列说法错误的是（　　）
A.
热机性能好坏的重要标志之一是热机效率
B.
在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率
C.
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
D.
在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能
5.
有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，
( http: / / www.21cnjy.com )只是靠近柴油机排气管口观察和用鼻子闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果．在同样负荷的情况下，关于柴油机的节能效果，下列判断正确的是（　　）
A.
尾气的温度越高，柴油机越节能
B.
尾气的温度越低，柴油机越节能
C.
尾气的柴油味越浓，柴油机越节能
D.
尾气的颜色越黑，柴油机越节能
6.
飞机的发动机是一种热
( http: / / www.21cnjy.com )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,高空中某飞机获得1.5×105N的水平推力,以600km/h的速度沿水平方向匀速航行1h,需要完全燃烧热值为4×107J/kg的航空煤油4000kg.求1h内:
(1)飞机的航程.
(2)发动机所做的功.
(3)航空煤油完全燃烧放出的热量.
(4)发动机的热机效率.
7.
小明的爸爸新买了一辆小汽车，如图
( http: / / www.21cnjy.com )所示，小明坐着这辆汽车匀速行驶144km，用时2h，消耗汽油9kg，其发动机的功率为23kW．请运用所学的知识解答下列问题．（汽油的热值为4.6×107J/kg）
( http: / / www.21cnjy.com )
（1）汽车匀速行驶时所受的牵引力是多大？
（2）汽车发动机的效率是多少？
（3）观察小汽车的外型，判断小汽车在水平路面高速行驶和静止时，对地面压力哪一个大？为什么？
8.
一台汽油机工作时，排出的废气
( http: / / www.21cnjy.com )带走的能量占总能量的35%，气缸向周围散热损失的能量占总能量的30%，克服机械运行的摩擦损失的能量占总能量的5%，其他能量损耗不计．
求：
（1）这台汽油机的效率是多少？
（2）如果每分钟需做有用功3×103
J，这台汽油机每分钟至少需要消耗汽油多少克？（汽油的热值是4.6×107J/kg）
【参考答案】
B
D
3.D
解析：在热机中，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机的效率；
提高热机效率的方法有：使燃料尽可能
( http: / / www.21cnjy.com )充分燃烧；减少运动部件摩擦发热的损失；减少废气带走的热量．在现有条件下，热机工作过程中燃料不可能完全燃烧，机械摩擦和散热要消耗能量、废气带走较大部分能量．所以燃料燃烧释放出的热量不可能全部做有用功．
4.
C
解析：解决此题要正确理解热机效率的概念及其物
( http: / / www.21cnjy.com )理意义，以及热机效率低的原因．掌握内燃机的四冲程中能量转化情况．柴油机的效率比汽油机的效率高，说明能量损失少．
解答解：柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机损失的能量较少，并不是因为柴油的热值高．
5.B
热机的效率是指用来做有用功
( http: / / www.21cnjy.com )的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比．燃烧相同的燃料，有效利用的能量越多，效率越高．尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能．尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低．
6.（1）600km
（2）9.6×1010J
（3）1.6×1011J
（4）60%
7.（1）1.656×108J
（2）1150N
（3）见解析
解析：
（1）发动机做的功：W=Pt=23000W×7200s=1.656×108J
汽车受的牵引力：F=W/s=1.656×108J/144000m=1150N
（2）发动机的效率：η=W/Q=23000W×7200s/4.6×107J/kg×9kg=40%
（3）根据汽车的形状，当
( http: / / www.21cnjy.com )汽车高速行驶时，汽车上方的空气流速大于下方的空气流速，所以上方的气压小于下方的气压，因此行驶时，对地面的压力将减小．静止时对地面的压力大．
8.（1）30%
（2）0.22g
解析：
（1）汽油机的效率：η=100%-35%-30%-5%=30%
（2）
汽油机每分钟需做有用功W有=3×103
J，
燃料完全燃烧放出的总能量Q总=W有/η=3×103J/30%=1×104J
汽油机每分钟至少需要消耗汽油m=Q总/q=1×104J
/4.6×107J/kg=0.22×10-3kg=0.22g