第四节 热机效率和环境保护
基础主干落实
1.燃料的热值:
(1)定义:某种燃料 完全燃烧 放出的热量与所用该燃料的 质量 之比。
(2)燃料完全燃烧放热公式:
固体或液体燃料:Q= mq ;
m是燃料的质量, q 是燃料的热值。
气体燃料:Q= Vq ;V是燃料的体积, q 是燃料的热值。
2.热机效率:
(1)定义:热机运转中,对外做的 有用功 与 燃料完全燃烧所释放的能量 的比值。通常用百分比来表示。
(2)公式: η=×100% 。
3.环境保护:热机对环境的污染主要包括: 废气污染 和噪声污染。
重点案例探析
重点 热机效率的有关计算
【典题】(2024·贵阳月考)如图所示是一款国产无人驾驶汽车图片。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。在平直的高速路上匀速行驶4.6 km,若行驶过程中发动机牵引力一直为1 000 N,汽油的热值取q=4.6×107 J/kg,则这段运动过程中:
(1)汽车发动机所做的有用功是多少J
(2)若这段过程消耗汽油0.25 kg,汽油完全燃烧放出的热量是多少J
(3)这段过程汽车发动机效率为多少
解:(1)汽车发动机所做的有用功是
W有=Fs=1 000 N×4.6 km=1 000 N×4 600 m=4.6×106 J;
(2)汽油完全燃烧放出热量Q=mq=0.25 kg×4.6×107 J/kg=1.15×107 J;
(3)汽车发动机效率为η==×100%=40%。
【点拨】
(1)特性:热值和密度、比热容等物理量性质相同,是物质本身的一种特性,它只与物质的种类有关,与燃料的质量、体积、燃料燃烧情况无关。
(2)利用公式Q放=mq求汽油完全燃烧产生的热量(总能量);利用公式η=×100%求出汽油机的效率。
A层·基础必会
考点一 热值
1.(2023·邵阳中考改编)2024年4月25日,长征二号F遥十八运载火箭搭载神舟十八号载人飞船成功发射。火箭使用一种叫作偏二甲肼的液体燃料,是因为该燃料具有较大的 (A)
A.热值 B.比热容
C.密度 D.体积
2.学校为学生提供开水,表中所列为几种常见燃料的热值。则所需燃料最少的是 (C)
燃料种类 热值q/(J·kg-1)
干木柴 1.2×107
烟煤 2.9×107
液化石油气 4.9×107
A.干木柴 B.烟煤
C.液化石油气 D.一样多
3.关于燃料及其热值,下列说法中正确的是 (C)
A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D.燃料燃烧时温度越高,放出的热量越多
4.有如图所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过比较燃料 全部燃烧 (选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。(实验中液体没有沸腾)
5.人类发展史也是燃料的利用史,干木柴、煤燃烧时的放热本领不同,完全燃烧0.14 m3某燃气可放出 4.2×106 J热量。(q=3×107 J/m3)
考点二 热机效率
6.内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为 (D)
A.7% B.28% C.31% D.34%
7.(2024·贵阳期中)内燃机的使用促进了社会的发展,目前内燃机通过控制燃油喷射量、喷射间隔时间,以及改变气门开度等方法,使燃料更加充分的燃烧,最大限度优化内燃机的性能。这样做的目的是 (B)
A.提高燃料的热值 B.提高内燃机的效率
C.增加内燃机所做的功 D.增大燃料的比热容
易错点 不能正确理解热值是燃料的特性
8.(多项选择)关于燃料的热值,下列说法正确的是 ( A、D )
A.汽油的热值为4.6×107 J/kg,表示完全燃烧1 kg的汽油可以获得4.6×107 J的热量
B.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多
C.燃料不燃烧时,热值为0
D.燃料的热值与燃料燃烧时放出的热量和质量无关
纠错:热值是燃料本身的一种特性,只与物质的种类有关。
B层·能力提升
9.利用天然气烧水,把质量为30 kg的水,从20 ℃加热到100 ℃,需要燃烧0.42 m3的天然气,则烧水的效率是 75 %。[天然气的热值为3.2×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
10.(2024·贵州模拟)我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度,标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水电站年均发电量可达1.08×1018 J,若这些电量改用煤进行火力发电,其效率为40%,煤的热值为3.0×107 J/kg,则需要用煤 9×1010 kg。
11.(2024·遵义模拟)道路维修时常用到路面钻机(俗称“啄木鸟”),该机械利用压缩气体推动活塞将钻头打入路面。气体推动活塞时是将内能转化为 机械 能。若其机械效率为40%,则完全燃烧50 kg柴油对外做的有用功是 8.6×108 J。(柴油的热值是4.3×107 J/kg)
12.(2024·贵州月考)小明爸爸驾驶汽车在平直的公路上以恒定功率匀速行驶一段距离后,消耗汽油0.6 kg。已知该汽车汽油机的热机效率为30%,汽车行驶时汽油机提供的动力恒为1 200 N,汽油的热值为q=4.6×107 J/kg。求:
(1)0.6 kg汽油完全燃烧放出的热量;
(2)消耗汽油0.6 kg,小明爸爸驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶的距离。
解:(1)汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=0.6 kg×4.6×107 J/kg=2.76×107 J;
(2)由η=可知,汽车所做的有用功:W=ηQ放=30%×2.76×107 J=8.28×106 J;
根据W=Fs可知,汽车在平直公路上匀速行驶的距离为:s===6 900 m。第四节 热机效率和环境保护
基础主干落实
1.燃料的热值:
(1)定义:某种燃料 放出的热量与所用该燃料的 之比。
(2)燃料完全燃烧放热公式:
固体或液体燃料:Q= ;
m是燃料的质量, 是燃料的热值。
气体燃料:Q= ;V是燃料的体积, 是燃料的热值。
2.热机效率:
(1)定义:热机运转中,对外做的 与 的比值。通常用百分比来表示。
(2)公式: 。
3.环境保护:热机对环境的污染主要包括: 和噪声污染。
重点案例探析
重点 热机效率的有关计算
【典题】(2024·贵阳月考)如图所示是一款国产无人驾驶汽车图片。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。在平直的高速路上匀速行驶4.6 km,若行驶过程中发动机牵引力一直为1 000 N,汽油的热值取q=4.6×107 J/kg,则这段运动过程中:
(1)汽车发动机所做的有用功是多少J
(2)若这段过程消耗汽油0.25 kg,汽油完全燃烧放出的热量是多少J
(3)这段过程汽车发动机效率为多少
求出汽油机的效率。
A层·基础必会
考点一 热值
1.(2023·邵阳中考改编)2024年4月25日,长征二号F遥十八运载火箭搭载神舟十八号载人飞船成功发射。火箭使用一种叫作偏二甲肼的液体燃料,是因为该燃料具有较大的 ( )
A.热值 B.比热容
C.密度 D.体积
2.学校为学生提供开水,表中所列为几种常见燃料的热值。则所需燃料最少的是 ( )
燃料种类 热值q/(J·kg-1)
干木柴 1.2×107
烟煤 2.9×107
液化石油气 4.9×107
A.干木柴 B.烟煤
C.液化石油气 D.一样多
3.关于燃料及其热值,下列说法中正确的是 ( )
A.没有燃烧的燃料,热值等于零
B.燃料完全燃烧时,热值最大
C.燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D.燃料燃烧时温度越高,放出的热量越多
4.有如图所示的两套相同装置,分别在两个燃烧皿中放入质量相同的不同燃料,点燃后加热质量相等的同种液体,通过比较燃料 (选填“燃烧相同时间”或“全部燃烧”)后温度计示数的变化,来判断两种燃料的热值的大小。(实验中液体没有沸腾)
5.人类发展史也是燃料的利用史,干木柴、煤燃烧时的放热本领不同,完全燃烧0.14 m3某燃气可放出 J热量。(q=3×107 J/m3)
考点二 热机效率
6.内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为 ( )
A.7% B.28% C.31% D.34%
7.(2024·贵阳期中)内燃机的使用促进了社会的发展,目前内燃机通过控制燃油喷射量、喷射间隔时间,以及改变气门开度等方法,使燃料更加充分的燃烧,最大限度优化内燃机的性能。这样做的目的是 ( )
A.提高燃料的热值 B.提高内燃机的效率
C.增加内燃机所做的功 D.增大燃料的比热容
易错点 不能正确理解热值是燃料的特性
8.(多项选择)关于燃料的热值,下列说法正确的是 ( )
A.汽油的热值为4.6×107 J/kg,表示完全燃烧1 kg的汽油可以获得4.6×107 J的热量
B.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多
C.燃料不燃烧时,热值为0
D.燃料的热值与燃料燃烧时放出的热量和质量无关
纠错:热值是燃料本身的一种特性,只与物质的种类有关。
B层·能力提升
9.利用天然气烧水,把质量为30 kg的水,从20 ℃加热到100 ℃,需要燃烧0.42 m3的天然气,则烧水的效率是 %。[天然气的热值为3.2×107 J/m3,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]
10.(2024·贵州模拟)我国的乌东德、白鹤滩、溪洛渡、向家坝、三峡、葛洲坝水电站实现联合调度,标志着世界最大的“清洁能源走廊”已形成。水电站年均发电量可达1.08×1018 J,若这些电量改用煤进行火力发电,其效率为40%,煤的热值为3.0×107 J/kg,则需要用煤 kg。
11.(2024·遵义模拟)道路维修时常用到路面钻机(俗称“啄木鸟”),该机械利用压缩气体推动活塞将钻头打入路面。气体推动活塞时是将内能转化为 能。若其机械效率为40%,则完全燃烧50 kg柴油对外做的有用功是 J。(柴油的热值是4.3×107 J/kg)
12.(2024·贵州月考)小明爸爸驾驶汽车在平直的公路上以恒定功率匀速行驶一段距离后,消耗汽油0.6 kg。已知该汽车汽油机的热机效率为30%,汽车行驶时汽油机提供的动力恒为1 200 N,汽油的热值为q=4.6×107 J/kg。求:
(1)0.6 kg汽油完全燃烧放出的热量;
(2)消耗汽油0.6 kg,小明爸爸驾驶该汽车在平直公路上匀速行驶的距离。
