教科版九年级上册物理 2.3热机效率 学案（含答案）

§2.3热机效率
学习目标
1．了解热机的效率概念，了解不同热机的效率值；
2．了解情况热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响；
3．通过与机械效率对比，进一步体会效率概念，感悟效率是评价投入、产出比的基本方法。

知识点一：热机效率
1．热机的效率定义：我们把热机所做的___________ 与所用燃料 燃烧释放的热量的_______叫做热机的效率。
2．公式： 。
3．知识拓展
（1）由于燃料的优劣、内燃机汽缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量损失。不过，这种损失很少，通常称为燃烧损失。
（2）热机的效率总是小于1的，汽油机的效率约为26％～40％，柴油机的效率约为34％～45％。
（3）柴油机的效率比汽油机的效率高，主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机不同，柴油机在压缩冲程中的压缩比比汽油机的压缩比大，使得燃料燃烧更充分所致。
（4）提高热机效率的主要途径
①使燃料充分燃烧；
②尽量减少各种热量损失；
③在热机的设计和制造上，采用先进的技术；
④使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦力而额外消耗的功。
【典例1】（2015?宜昌）为节约能源，需提高热机的效率，下列措施不能提高效率的是（ ）???
A．尽量使燃料充分燃烧??????? B．尽量减少热机部件间的摩擦???
C．尽量减少废气带走的热量????? D?．尽量增加热机的工作时间?
【跟踪练习1】热机效率的高低，决定（　　）
A．热机功率的大小，功率越大热机效率越高
B．热机的燃料的热值，燃料热值大的放出热量多，效率就高
C．热机对然料的利用率，利用率高的热量损失少，效率就高
D．热机做功本领，做功本领大的效率就一定高
知识点二：热机的利用与环境
2.1 改变世界的热机
1.从18世纪60年代开始，以蒸汽机的发明和应用为代表的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类的第一次工业革命。
2.近几百年来，为提高机械效率，科学家、工程师们以极大的热情去探索、创新，使热机技术日趋成熟，热机应用更加广泛。
3.今天，正是利用各种热机将其他形式的能转化为电能使人类迈入电气化的时代。
2.2 地球就在我们手中
1.大气污染
热机燃料在燃烧过程中放出一定量的有毒气体和粉尘，有害人体健康和动植物的生长，且产生的酸雨有害于农、林、渔业。
2.热污染
热机排出的二氧化碳引起温室效应，对地球的热平衡有较大影响。也是城市热岛效应的元凶之一。
3.噪声污染
4.环境保护措施
（1）利用绿色能源
（2）研究和开发低能耗、少污染的高性能热机
（3）改进燃烧设备，消除烟尘
（4）提高燃料的综合利用，采取集中供暖（如北方冬天的取暖设备中，就是采用锅炉烧水产生的高温水蒸气通过各家各户的散热管集中供暖，减少了大气污染，提高了燃料的利用率。）
（5）在内燃机排气管上安装消音器，以减少噪声污染
【典例2】下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（ ）
A．热机的大量使用会造成环境污染
B．所有的热机都是用汽油作燃料
C．汽车排出的尾气都是有毒气体
D．热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除
【跟踪练习2】随着人们物质生活水平逐步提高，农村的厨灶发生了革命性的变化。煤球炉. 沼气灶和液化气灶等灶具已走进家庭。燃烧煤. 液化气都是将???????????? 能转化为内能；液化气与煤相比，热学方面突出的优点是____________；环保方面突出的优点是_________________。
A对点训练——夯实基础知识
题组一：热机效率的理解
1.关于热机，下列说法正确的是(?? ? )
A．效率越高的热机功率也越大
B．汽油机和柴油机均属于热机，工作时它们的点火方式是相同的
C．汽油机工作时汽油在汽缸里燃烧，其内能增大
D．使用热值高的燃料可提高热机的效率
2.两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）
A．甲热机比乙热机做的有用功多
B．甲热机比乙热机消耗的燃料多
C．在做有用功相同的条件下，甲消耗的燃料多
D．在做有用功相同的条件下，甲损失的能量少
3.甲汽油机的热机效率比乙汽油机的热机效率高,这表明? (　　 )
A.甲做功比乙多
B.甲做功比乙快
C.甲消耗的汽油比乙少
D.以相同的牵引力行驶相同的路程,乙消耗的汽油多
4.柴油机燃烧相同的燃料，输出的机械能越多，表明柴油机越节能．是否节能，是衡量机器性能好坏的重要指标，关干柴油机尾气的温度跟柴油机性能之间的关系，你认为正确的是（　　）
A．尾气的温度越高，柴油机性能越好????? B．尾气的温度越低，柴油机性能越好
C．尾气的温度高低与柴油机性能好坏无关? D．以上说法都不正确
5.一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为????????????????? ．
6.（多选）某同学为提高热机效率提出了四种办法，其中正确的是
A．尽量减少各种热损失
B．尽量减少克服摩擦额外消耗的功
C．尽量减少输出功
D．尽量使燃料充分燃烧
题组二：热机效率的计算
7.“五一”假期，小明一家驱车外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为40％。已知汽车整车质量为1375kg，油箱容积为50L。（汽油热值q=3.3×107J/L，g=10N/kg)
（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？
（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？
8.汽车发动机是汽车的核心部件，发动机的质量决定了整车的性能与品质。某汽车发动机为柴油机，当飞轮转速为2300r/min时，最低油耗可达240g/kw·h。求：（q柴油=4.3×107J/kg）
（1）“240g/kw·h”表示汽车获得1kw·h的有用功最低需消耗????????? g柴油。
（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？
9.东风悦达汽车是盐城市最大的汽车生产企业。该厂某型号车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶50km，受到的阻力是1.0×103N，消耗燃油4×10－3m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力所做的功。
（2）汽油完全燃烧放出的热量是多少？
（3）该专用车的热机效率是多少？
10.春节期间，小丽同学一家驾车沿高速公路到某地旅游，路程为360km．所用时间为10h，假设轿车是匀速行驶，且受到的阻力为500N，用了20kg汽油．汽油的热值为4.6×107J/kg．求：
（1）汽车发动机的功率是多少？
（2）汽油机的效率是多少？
11.一辆汽车的功率为30kw，以15m/s的速度在平直的公路上行驶了13．8km，汽车的牵引力是多大？若汽车发动机的效率是30％，通过这段路程要消耗多少kg的汽油？（汽油的热值是4.6×107J/kg）
12.安徽江淮汽车有限公司是一家大型的汽车生产基地。该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km，受到的平均阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，求：
（1）专用车牵引力所做的功。
（2）燃油放出的热量。
（3）该专用车的热机效率是多少
13.随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km/h的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW。若小汽车行驶的距离为100km，汽油的热值g=4.6×107J/kg，小汽车发动机的效率为25％。? 求小汽车在这段路程中：
(1)运动的时间；?
(2)发动机所做的功；?
(3)消耗汽油的质量。
B 深化训练——提高能力技巧
14.液化石油气的热值高达4.6×107J/kg，一些不法商贩为谋取暴利，常将液化石油气与价格低廉、热值仅为2.9×107J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户．质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为100kg、初始温度为31℃的水装入容器内，用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至100℃恰好沸腾，瓶内燃气消耗了0.84kg．通过高效炉灶，水能吸收燃气完全燃烧释放热量的75 %．已知水的比热容为c水=4.2×103J/(kg·℃），问：
(1）瓶内燃气的热值是???????? ???。
(2）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？????????? ?
15.某品牌太阳能热水器的容积为100L，其装满水后在太阳的照射下水温从20℃的升高到40℃，不计热量的散失．
（1）求热水器中的水吸收的热量．[水的比热容c=4.2×103J/（kg．℃）]
（2）要完全燃烧多少体积的煤气可以产生相同的热量？（煤气的热值q=4.0×107J/m3）
16.某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率．他们用酒精灯给100g的水加热，经过一段时间测得水温升高了60℃、消耗了4.2g酒精．已知：水的比热容为4.2×103J/（kg?℃），酒精的热值为3×107J/kg．求：
（1）此过程中水吸收的热量；
（2）4.2g酒精完全燃烧放出的热量；
（3）酒精灯烧水时的热效率．
17.某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m3（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×103J/(kg.℃)，天然气的热值为3.2×107J/m3。求（1）天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）该热水器工作的效率。
18.探明中国南海海底有大量的可燃冰．已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多，则无完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气，燃烧________放出的热多1kg的可燃冰，燃烧一半后，剩余可燃冰的热值_______．（选填“变大”、“变小”或“不变”）
19.行驶中的汽车在紧急刹车时，刹车片会发烫这是通过????? ?的方式增加了物体的内能，若汽车行驶过程中消耗汽油2kg,，这些汽油完全燃烧时放出______J的热量。(汽油热值4.6×107J/kg)????
20.某型号小轿车油箱的容积是60升，所用的燃料是密度为0.71×103kg/m3的汽油。
（1）该车油箱最多能装多少kg的汽油？
（2）如果该车的总质量是1500kg，4个车轮的轮胎对地面的压强都是2×105Pa，求车的总重量是多少？车与地面接触的总面积是多少(g取10N/kg)？
（3）该车以20m/s的速度匀速行驶100km时消耗的燃料是5kg，如果汽油的热值是4.6×107J/kg，汽车发动机的输出功率是12kW，求有用功和发动机的热机效率分别是多少（保留百分整数）？
参考答案
典例1、D
跟踪练习、C
例2
跟踪练习：化学? 热值大? 环境污染小
课后作业
1、C
2、?C
3、D
4、B
5、?35%???
6、ABD?
7、（1）33000W （2）600km
8、（1）“240g/kw.h”表示汽车获得1kw.h的有用功最低需消耗240g柴油。
（2）240 g柴油完全燃烧放出的热量为Q=mq=1.032×107J???????
发动机获得的机械能为W有=1kw.h=3.6×106J???????????????
发动机的效率η=W有/Q=34.9%???????????????????????????
9、解：（1）因为专用车匀速行驶，所以牵引力F＝f＝1.0×103N? 　　
牵引力做的功W＝Fs＝1.0×103N×50×103m ＝5×107J 　　
（2）消耗燃油的质量：m＝ρV＝0.8×103kg/m3×4×10－3m3＝3.2kg?　
燃油完全燃烧所产生的热量：Q＝mq＝3.2kg×4×107J/kg＝1.28×108J?
（3）热机效率η＝W/ Q＝5×107J /1.28×108J＝39%? 　　　　　
10、?解：（1）轿车匀速行驶时，牵引力等于受到的阻力，
轿车牵引力做的功为W=Fs=fs=500N×3.6×105m=1.8×108J；
汽车发动机的功率是P=w/t=1.8×108J/(10×3600s)=5×103W；
（2）汽车完全燃烧放出的热量Q放=mq=20kg×4.6×107J/kg=9.2×108J；
η= w/t=1.8×108J/（9.2×108J）×100%=19.6%≈20%；
11、【解析】由功率公式，可以得出
从而解出小汽车的牵引力=2×103N
热机的输出功为有效利用部分，燃料燃烧产生的内能为总功，两者的比值即为热机的机械效率，即，
通过变形即可求出燃料质量的公式为，
所以=2kg
12、【解析】（1）由二力平衡知识可得汽车的牵引力等于受到的阻力F=3.0×103N，s="5.6" km根据功计算公式W=Fs =3.0×103N·5600m =1.68×107J 。
（2）ρ=0.8×103kg/m3，V=1.5×10－3m3，可计算出燃油质量m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10-3m3="1.2" kg，燃油的热值q＝4×107J/kg，可计算出燃油放出的热量Q=" mq" ="1.2" kg×4×107J/kg =4.8×107J。
（3）热机效率为所做有用功与消耗总能量的比值，η=" W/" Q=1.68×107J/4.8×107J="0.35=35%" 。
考点：二力平衡，公式W=Fs、m=ρv、 Q=" m" q、η=" W/" Q的运用。
13、（1）、（）；（2）；（3）、
14、（1）2.898 X 107 J?? （2）掺混二甲醚
15、?解：（1）太阳能热水器中的水质量：
m=ρV=103kg/m3×100×10﹣3m3=100kg，
水吸收的热量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（40℃﹣20℃）=8.4×106J；
（2）由于不计热量的散失，则Q吸=Q放，
由Q放=qV可得：
V===0.21m3．
16、
17、
18、可燃冰；不变．
19、?做功??? 9.2×107
20、（1）
（2）
（3）?
发动机的效率