14.2 热机的效率(要点讲解+当堂检测+答案)

人教版物理九年级上册同步学案
第十四章　内能的利用
第2节　热机的效率
要 点 讲 解
要点一　燃料的热值
1. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，用符号q表示。在物理学中用燃料的热值来表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小。
2. 热值的单位：焦每千克，符号是J/kg。
3. 热值的含义：表示1kg的某种燃料完全燃烧时放出热量的多少。
如干木柴的热值约1.2×107J/kg，它表示1kg的干木柴完全燃烧时所放出的热量是1.2×107J。
4. 燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q＝qm。
公式中各符号所表示的物理量及物理量的单位：
Q——热量——焦(J)
q——热值——焦每千克(J/kg)
m——质量——千克(kg)
(1)热值是燃料的一种特性，它反映了燃料的放热本领，热值越大，这种燃料的放热本领越强。燃料的热值与燃料的质量、体积、是否燃烧等无关，它取决于燃料的种类。
(2)气体燃料的热值单位是焦每立方米(J/m3)，计算气体燃料完全燃烧时放出的热量用公式Q放＝qV，其中Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是J，q表示燃料的热值，单位是J/m3，V表示的是在标准状况下气体燃料的体积，单位是m3。
经典例题1　关于燃料的热值，以下说法正确的是(　　　)
A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B. 容易燃烧的燃料，热值一定大
C. 煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D. 0.5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的
解析：燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃烧的程度、是否容易燃烧及燃料的质量无关，故A、B错误，D正确；燃料燃烧放出的热量与燃料的热值及其燃料的质量有关，故C错误。
答案：D
要点二　热机的效率
1. 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。
2. 公式：η＝×100%。
其中Q有用表示用来做有用功的那部分能量，Q放表示燃料完全燃烧放出的能量。
由于热机在工作过程中，总有能量损失，所以热机的效率总小于1。
3. 提高燃料利用率的措施：在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
经典例题2　某中学为学生供应开水。用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×107J/kg，现完全燃烧4.2kg的焦炭，放出的热量为________，设该热量有25%被水吸收，能将________kg的水从25℃加热到100℃。[已知c水＝4.2×103J/(kg·℃)]
解析：完全燃烧4.2kg的焦炭放出的热量：Q放＝mq＝4.2kg×3×107J/kg＝1.26×108J；
水吸收的热量：Q吸＝25%Q放＝25%×1.26×108J＝3.15×107J。
由公式Q吸＝cm′Δt可得，把水从25℃加热到100℃的质量m′＝＝＝100kg。
答案：1.26×108J　100
易错易混警示　热值概念的理解
热值是燃料本身的一种性质，热值的大小与燃料的种类有关，每种燃料都有确定的热值，不同的燃料有不同的热值。所以，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系。
经典例题3　现有一瓶液体燃料，若倒掉一半后完全燃烧，则(　　　)
A. 热值减半，放出的热量减半 B. 热值减半，放出的热量不变
C. 热值不变，放出的热量减半 D. 热值不变，放出的热量不变
解析：燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料的质量、体积等没有关系，不随质量、体积的变化而变化。由于液体燃料的热值不变，则液体燃料的质量减半后，由Q放＝mq可知，剩余燃料完全燃烧放出的热量减半。
答案：C
当 堂 检 测
1. 2019年1月11日1时11分，我国航天人在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功将我国最新研制的通信广播卫星“中星2D”发射升空，卫星被准确送入预定轨道。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用了氢燃料的(　　)
A. 热值大 B. 比热容大
C. 密度大 D. 以上说法都正确
2. 如图是某内燃机能量流向图，该内燃机的热机效率是(　　)
A. 25% B. 40% C. 75% D. 35%
3. 某柴油机燃烧2.4kg的柴油，对外做功为3.612×107J，该柴油机的热机效率约为 。柴油机的吸气冲程吸入汽缸的物质是 。(柴油的热值q＝4.3×107J/kg)
4. 根据下表列出的四种燃料的热值，回答下列问题：
酒精(J/kg)
柴油(J/kg)
煤油(J/kg)
木炭(J/kg)
3.0×107
4.3×107
4.6×107
3.4×107
(1)根据表格中提供的数据，可得出的结论是 。
(2)质量相等的四种燃料完全燃烧后，放出热量最少的是 。
5. 一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油放出了8×107J的热量，损失了4.8×107J热量，该柴油机的效率为多少？
当堂检测参考答案
1. A 2. D
3. 35% 空气
5. 解：柴油机做的有用功：W有＝W总－W损＝8×107J－4.8×107J＝3.2×107J，柴油机的效率：η＝×100%＝×100%＝40%。