第2节 热机的效率
【基础主干落实】
1.燃料的热值:
(1)定义:某种燃料 完全燃烧 放出的热量与其 质量 之比。
(2)单位:
①固体燃料: J/kg 。
②气体燃料: J/m3 。
(3)物理意义:热值在数据上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的 热量 。
(4)燃料完全燃烧放出热量计算公式:
①固体: Q=qm 。
②气体: Q=qV 。
2.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。
(2)计算公式:η=。
(3)提高热机效率的主要途径:减少热机工作中的 各种能量损失 。
【重点案例探析】
重点 热机效率的相关计算
【典题】利用燃烧酒精给水加热,使质量为2 kg的水温度升高30 ℃,已知q酒精=3.0×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃),求:
(1)水吸收的热量是多少焦
(2)若完全燃烧酒精产生的热量只有75%被水吸收,则需要完全燃烧多少千克的酒精
解:(1)水吸收的热量:Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×30 ℃=2.52×105 J;
(2)若完全燃烧酒精产生的热量只有75%被水吸收,则酒精完全燃烧放出的热量为:
Q放==3.36×105 J;
由Q放=mq得,需要酒精的质量:m酒精==0.011 2 kg。
【警示】热效率计算的两个注意点
(1)明确哪些是有用的能量、哪些是总的能量。
(2)注意单位的统一性:若所给单位是J/kg,而燃料是以体积计量的,则需先根据m=ρV计算燃料的质量,再计算放出的热量。
【A层·基础必会】
考点一 热值及其计算
1.(2023·贵阳质检)如图是我国自主研制、推力达500吨的整体式固体火箭发动机。固体火箭发动机主要使用丁羟这种固体燃料,原因是丁羟具有较大的 (D)
A.熔点 B.沸点
C.密度 D.热值
2.(2024·泰安中考)沼气是一种清洁燃料,部分地区因地制宜建造沼气池,利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为1.9×107 J/m3,完全燃烧0.2 m3沼气,放出的热量为
3.8×106 J。
考点二 热机效率的理解
3.关于热机的效率,下列说法正确的是 (B)
A.在做功同样多的情况下,热机的效率越高消耗的燃料越多
B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的
考点三 热效率的相关计算
4.小红在家用天然气灶烧开水,在标准大气压下,5 kg水从20 ℃加热至沸腾,完全燃烧了0.1 m3的天然气,此过程中,水吸收的热量是 1.68×106 J,天然气灶烧水的热效率为 42% 。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4.0×
107 J/m3]
5.已知汽油的热值是4.6×107 J/kg,完全燃烧500 g汽油,求:
(1)燃烧汽油产生的热量是多少
(2)若这些热量的50%被水吸收,使水温升高了40 ℃,则水的质量大约是多少
[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
解:(1)500 g汽油完全燃烧所放出的热量:
Q放=m汽油q=500×10-3 kg×4.6×107 J/kg=2.3×107 J;
(2)水吸收的热量:Q吸=2.3×107 J×50%=1.15×107 J,由Q吸=cmΔt得水的质量:m水=≈68.5 kg。
易错点 不能正确理解燃料的热值
6.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,它的热值最大
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
纠错:热值是物质本身的一种特性,只与燃料的种类有关,而与其他因素无关。
【B层·能力提升】
7.(2024·衡阳中考改编)汽车的发动机大多数是内燃机,内燃机是热机的一种,下列关于热机和环境保护的说法,正确的是 (C)
A.热机排出的尾气没有内能
B.热机的效率能达到100%
C.热机的大量使用会造成环境污染
D.热机使用的燃料热值越大,热机的效率越高
8.如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图,从图中可看出A燃料的热值 大于 (选填“大于”“小于”或“等于”)B燃料的热值,若要放出相等的热量,则需完全燃烧的燃料A的质量 小于 (选填“大于”“小于”或“等于”)B的质量;完全燃烧0.2 kg的焦炭,放出的热量是 6×106 J。(焦炭的热值q=3.0×107 J/kg)
9.如图所示是某款无人驾驶汽车图片。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。该款车以72 km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km时,消耗汽油1.5×10-3 m3(汽油的密度为0.8×103 kg/m3,汽油的热值取4.5×107 J/kg)。假设燃油完全燃烧,汽油机的效率为30%,则这段运动过程中:
(1)汽油完全燃烧放出多少热量
(2)该汽车发动机做的有用功是多少 该汽车发动机的输出功率为多少
(3)该汽车在以此速度行驶的过程中,受到的阻力是多大
解:(1)由ρ=
m3=1.2 kg,
汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=1.2 kg×4.5×107 J/kg=5.4×107 J;
(2)由η=得,汽车发动机做的有用功:W=ηQ放=30%×5.4×107 J=1.62×107 J,
由v=得,汽车运动的时间:
t= h=400 s,
汽车发动机的输出功率:
P==4.05×104 W;
(3)v=72 km/h=20 m/s,
根据P==Fv可得,
牵引力:F==2 025 N,
该汽车在以此速度行驶的过程中,阻力和牵引力是一对平衡力,所以阻力f=F=
2 025 N。第2节 热机的效率
【基础主干落实】
1.燃料的热值:
(1)定义:某种燃料 放出的热量与其 之比。
(2)单位:
①固体燃料: 。
②气体燃料: 。
(3)物理意义:热值在数据上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的 。
(4)燃料完全燃烧放出热量计算公式:
①固体: 。
②气体: 。
2.热机的效率:
(1)定义:用来做 的那部分能量,与燃料 放出的能量之比。
(2)计算公式:η=。
(3)提高热机效率的主要途径:减少热机工作中的 。
【重点案例探析】
重点 热机效率的相关计算
【典题】利用燃烧酒精给水加热,使质量为2 kg的水温度升高30 ℃,已知q酒精=3.0×107 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃),求:
(1)水吸收的热量是多少焦
(2)若完全燃烧酒精产生的热量只有75%被水吸收,则需要完全燃烧多少千克的酒精
【警示】热效率计算的两个注意点
(1)明确哪些是有用的能量、哪些是总的能量。
(2)注意单位的统一性:若所给单位是J/kg,而燃料是以体积计量的,则需先根据m=ρV计算燃料的质量,再计算放出的热量。
【A层·基础必会】
考点一 热值及其计算
1.(2023·贵阳质检)如图是我国自主研制、推力达500吨的整体式固体火箭发动机。固体火箭发动机主要使用丁羟这种固体燃料,原因是丁羟具有较大的 ( )
A.熔点 B.沸点
C.密度 D.热值
2.(2024·泰安中考)沼气是一种清洁燃料,部分地区因地制宜建造沼气池,利用沼气烧水做饭。已知沼气的热值为1.9×107 J/m3,完全燃烧0.2 m3沼气,放出的热量为
J。
考点二 热机效率的理解
3.关于热机的效率,下列说法正确的是 ( )
A.在做功同样多的情况下,热机的效率越高消耗的燃料越多
B.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机损失的能量中,废气带走的能量较少,主要是由于机械摩擦损失的
考点三 热效率的相关计算
4.小红在家用天然气灶烧开水,在标准大气压下,5 kg水从20 ℃加热至沸腾,完全燃烧了0.1 m3的天然气,此过程中,水吸收的热量是 J,天然气灶烧水的热效率为 。[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),天然气的热值为4.0×
107 J/m3]
5.已知汽油的热值是4.6×107 J/kg,完全燃烧500 g汽油,求:
(1)燃烧汽油产生的热量是多少
(2)若这些热量的50%被水吸收,使水温升高了40 ℃,则水的质量大约是多少
[c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
易错点 不能正确理解燃料的热值
6.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,它的热值最大
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
纠错:热值是物质本身的一种特性,只与燃料的种类有关,而与其他因素无关。
【B层·能力提升】
7.(2024·衡阳中考改编)汽车的发动机大多数是内燃机,内燃机是热机的一种,下列关于热机和环境保护的说法,正确的是 ( )
A.热机排出的尾气没有内能
B.热机的效率能达到100%
C.热机的大量使用会造成环境污染
D.热机使用的燃料热值越大,热机的效率越高
8.如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图,从图中可看出A燃料的热值 (选填“大于”“小于”或“等于”)B燃料的热值,若要放出相等的热量,则需完全燃烧的燃料A的质量 (选填“大于”“小于”或“等于”)B的质量;完全燃烧0.2 kg的焦炭,放出的热量是 J。(焦炭的热值q=3.0×107 J/kg)
9.如图所示是某款无人驾驶汽车图片。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。该款车以72 km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8 km时,消耗汽油1.5×10-3 m3(汽油的密度为0.8×103 kg/m3,汽油的热值取4.5×107 J/kg)。假设燃油完全燃烧,汽油机的效率为30%,则这段运动过程中:
(1)汽油完全燃烧放出多少热量
(2)该汽车发动机做的有用功是多少 该汽车发动机的输出功率为多少
(3)该汽车在以此速度行驶的过程中,受到的阻力是多大
