2.3 热机效率 同步练习（含解析）

第二章　3.热机效率
一、选择题
1.关于热机的效率,下列说法中正确的是(　　)
A.热机做的有用功越多,效率一定越高
B.热机消耗的燃料越少,效率一定越高
C.热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高
D.热机做功越快,效率一定越高
2.如图1所示是汽油机的能量流向图,对照此图,下列说法不正确的是 (　　)

图1
A.废气排放的能量所占比例最大,减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B.冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C.该汽油机的热机效率为70%
D.该汽油机的热机效率为30%
3.为了节约能源,需要提高热机的效率,下列措施中不能提高热机效率的是 (　　)
A.让燃料与空气混合充分,使燃料燃烧得比较完全
B.在设计与制造热机时要不断改进与创新,以减少能量的损失
C.尽量减少热机内部各部件间的摩擦
D.尽量增加热机的工作时间
二、填空题
4.一台汽油机的热机效率为25%,表示的意义是热机用来做　　　　的那部分能量,在燃料完全燃烧放出的能量中占　　　　。?
5.某汽油机的效率是35%,若在该汽油机内完全燃烧2 kg汽油,则放出　　　　J的热量,这些热量通过汽油机的转化,能对外做的有用功是　　　　J。(汽油的热值为5×107 J/kg)?
6.一台汽油机工作时的功率为P,在t时间内用掉汽油的质量为m,如果汽油的热值是q,则这台汽油机的效率是　　　　　　　　,这段时间内做的额外功是　　　　　　　　。?
7.汽车在平直公路上匀速行驶9.2 km,消耗燃油1 kg,已知汽车的牵引力是2000 N,则汽车发动机的效率是　　　　　。(燃油热值取4.6×107 J/kg)?
8.随着生活水平的提高,人们越来越重视热机对环境的污染问题,热机对环境的污染主要有　　　　污染和　　　　污染两方面。?
三、计算题
9.某家用汽车重为1.5×104 N,以72 km/h的速度匀速直线行驶了0.5 h,消耗了汽油3 kg,期间汽车受到的阻力为车重的0.08。已知汽油的热值为4.6×107 J/kg。求:
(1)汽车通过的路程。
(2)牵引力做功的功率。
(3)汽车发动机的效率。




10.如图2所示,某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30 cm2,一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50 mm,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105 Pa,飞轮1 min转动1800周。当汽油机满负荷工作时(不计摩擦),若1 min消耗汽油8 g,汽油的热值为4.6×107 J/kg,求:
(1)一个做功冲程中燃气对活塞做的功。
(2)该汽油机的效率。

图2

答案
1.C　[解析] 热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比。当热机做一定的有用功时,消耗的燃料越少,效率一定越高;当热机消耗的燃料一定时,做的有用功越多,效率就一定越高,故选项A、B错误,选项C正确。热机做功越快,表示热机的功率越大,与效率无关,故选项D错误。
2.C　[解析] 由图示知,废气带走了大部分的能量,所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段,故A正确;冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量,所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率,故B正确;该汽油机的热机效率为η=100%-33%-30%-7%=30%,故C错误,D正确。
3.D　[解析] 热机效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比,所以减少热量的损失可以提高热机的效率。使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失,可以提高效率,故A、B、C正确;增加热机的工作时间,并不能减少热量的损失,所以不能提高热机的效率,故D错误。
4.有用功　25%
5.1×108　3.5×107
[解析] 汽油完全燃烧时放出的热量:
Q放=mq=2 kg×5×107 J/kg=1×108 J;
因为η=W有用Q放×100%,所以该汽油机能对外做的有用功为W有用=ηQ放=35%×1×108 J=3.5×107 J。
6.Ptmq×100%　mq-Pt
[解析] 在t时间内汽油完全燃烧,能放出的热量:Q放=mq;汽油机工作对外所做的功为有用功:W有用=Pt;则η=W有用Q放×100%=Ptmq×100%,故W额外=Q放-W有用=mq-Pt。
7.40%　[解析] 汽车牵引力所做的功:W=Fs=2000 N×9.2×103 m=1.84×107 J;
消耗的燃油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=1 kg×4.6×107 J/kg=4.6×107 J;
汽车发动机的效率:η=WQ放×100%=1.84×107 J4.6×107 J×100%=40%。
8.大气　噪声
9.(1)根据v=st可得,汽车通过的路程:
s=vt=72 km/h×0.5 h=36 km=3.6×104 m。
(2)阻力f=0.08G=0.08×1.5×104 N=1200 N,
汽车匀速直线行驶,则牵引力F=f=1200 N,
牵引力做的功:
W=Fs=1200 N×3.6×104 m=4.32×107 J;
牵引力做功的功率:
P=Wt=4.32×107 J0.5×3600s=2.4×104 W。
(3)汽油完全燃烧产生的热量:
Q=m汽油q汽油=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,
汽车发动机的效率为η=WQ×100%=4.32×107 J1.38×108 J×100%≈31.3%。
10.(1)活塞面积S=30 cm2=0.003 m2,由p=FS可得,燃气对活塞的平均压力:
F=pS=9.0×105 Pa×0.003 m2=2700 N,
活塞移动的距离s=50 mm=0.05 m,
一个做功冲程中燃气对活塞做的功:
W=Fs=2700 N×0.05 m=135 J。
(2)曲轴每转两周对外做功一次,所以1 min转动1800周,要做功900次,
则1 min内所做的功:W总=W×900=135 J×900=1.215×105 J;
1 min消耗的汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=0.008 kg×4.6×107 J/kg=3.68×105 J,
汽油机的效率:
η=W总Q放×100%=1.215×105 J3.68×105 J×100%≈33%。