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课题2　热机的效率
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同,建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向,知道什么是热机效率。
课前一问
内燃机中的燃料是否能完全燃烧
答案:完全燃烧是不可能的。
知识点一　燃料的热值
重点整理
1.定义:某种燃料　 　放出的热量与其　 　之比,用符号q表示。
2.大小:在数值上等于　　kg某种燃料　 　放出的热量。
3.单位:　 　。
4.气体燃料的热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量,单位:　 　。
完全燃烧
质量
1
完全燃烧
J/kg
J/m3
【注意】热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大 小,是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、体积以及是否完全燃烧无关。
典型例题
例1　下列关于热值的说法,正确的是(　　)
A.使燃料燃烧更充分,可以增大热值
B.1 kg汽油比100 g汽油热值大
C.燃料燃烧放出的热量越多,热值一定越大
D.热值只与燃料的种类有关
D
例2　我国成功发射了“神十”载人飞船。下列说法正确的是(　　)
A.在“神十”随火箭升空的过程中,机械能转化为内能
B.火箭的发动机选用液态氢作燃料,主要是因为氢具有较大的比热容
C.穿越大气层时,“神十”和火箭克服摩擦,将机械能转化成内能
D.“神十”和火箭升空的过程中,机械能的总量不变
C
举一反三
1.关于燃料的热值,下列说法中正确的是(　　)
A.热值是一个确定的值,跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
B.燃料的热值跟燃料的质量成正比
C.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
D.热值是一个确定的值,跟燃料的种类及燃料燃烧的充分程度有关
A
2.“西气东输”工程已全线竣工,输送的燃料为天然气,这是利用了天然气　 　较大的特性,而且使用天然气时对环境无污染。使用天然气做饭,要想把2 kg、20 ℃的水烧开,水吸收的热量为　 　J。天然气用掉一部分后,剩余天然气的热值　 　(选填“变大”“变小”或“不变”)。[已知气压为1个标准大气压,水的比热容为c水=4.2 ×103 J/(kg·℃)]
热值
6.72×105
不变
知识点二　热机的效率
重点整理
1.定义:用来做　 　的那部分能量,与燃料　 　放出的能量之比,叫做热机的效率。
2.公式:　 　。
【注意】热机效率反映的是热机对能量的利用率,它没有单位且总小于1;热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢无关。
有用功
完全燃烧
典型例题
例1　关于热机的效率,下列说法正确的是(　　)
A.使燃料燃烧更充分,可以提高热机的效率
B.热机的效率越高,在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C.热机的效率越高说明做功越快
D.热机使用的燃料的热值越大,热机的效率就越
A
例2　如图所示为内燃机的能量流向图,热机效率η等于(　　)
B
例3　可燃冰将成为未来主要替代能源。已知1 dm3的可燃冰完全燃烧放出的热量为6.72×106 J。求:[气压为1标准大气压,水的比热容c=4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)可燃冰的热值;
(2)若这些热量全部被水吸收,可以使多少千克的水从20 ℃加热至
沸腾
举一反三
1.甲、乙两台柴油机,甲的效率低于乙的效率,下列有关判断正确的是(　　)
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大
D.工作相同时间,甲消耗的燃料一定比乙少
C
2.如图是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的热机效率是
(　　)
A.25%
B.35%
C.40%
D.75%
B
3.某物理兴趣小组的同学,用煤炉给10 L水加热,同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了0.3 kg的煤,水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃),水的密度为1.0× 103 kg/m3,煤的热值约为3×107 J/kg。求:
(1)煤完全燃烧产生的热量;
解:(1)Q放=mq=0.3 kg×3×107 J/kg=9×106 J;
(2)经过6 min的加热,水所吸收的热量;
(3)煤炉烧水时的热效率。
解:(2)水的体积V=10 L=10 dm3=0.01 m3,
水的质量m=ρV=1×103 kg/m3×0.01 m3=10 kg,
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃-20 ℃)
=2.52×106 J;
基础题
1.如图是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图象,则下列说法中正确的是(　　)
A.燃料A的热值比B的大
B.燃料质量越大时,其热值越大
C.燃料燃烧越充分,其热值越大
D.燃料热值越大,燃烧效率越高
A
2.为了提高热机效率,可采取的措施是(　　)
A.采用热值高的燃料
B.降低热机功率
C.保证良好的润滑减少摩擦
D.提高热机功率
C
3.如图所示,用甲、乙两种燃料分别对质量和初温相同的水进行加热,两图装置均相同。燃料的质量用m表示,燃料充分燃尽时水升高的温度用Δt表示(水未沸腾),则下列说法正确的是(　　)
A.若m相同,Δt越小,燃料的热值越大
B.若Δt相同,m越大,燃料的热值越大
D
4.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9 km,用时5 min 45 s,消耗燃油1.5 kg,已知汽车的牵引力是2000 N,燃油的热值为4.6×107 J/kg,假设燃油完全燃烧。通过计算可知,下列结果正确的是(　　)
①汽车行驶速度是20 km/h
②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107 J
③汽车牵引力做功的功率是30 kW
④汽车发动机的效率是20%
A.只有①和② B.只有②和③
C.只有①和④ D.只有②和④
D
5.2017年5月18日,我国在南海北部神狐海域进行的可燃冰试采获得成功,标志着我国成为全球第一个实现了在海域可燃冰试开采中获得连续稳定产量的国家。下面是有关可燃冰的简要介绍:
可燃冰是一种由天然气与水在低温(0～10 ℃)、高压(>107 Pa)条件下形成的类冰状结晶物质,又名天然气水合物。它的主要成分是甲烷,燃烧后仅产生少量的水和二氧化碳,但燃烧时产生的热量极大。例如,用汽油作燃料的小汽车,100升汽油大约能行驶1000 km,若用相同体积的可燃冰作燃料则可以行驶约50000 km。据科学家估测地球上可燃冰的总储量约为21000万亿立方米,若能完全开采,可满足人类使用1000年。
根据以上介绍和所学物理知识,下列关于可燃冰的说法中正确的是
(　　)
A.可燃冰是一种可再生能源
B.可燃冰形成过程中的主要物态变化是汽化
C.可燃冰的热值大于汽油的热值
D.可燃冰在燃烧时将内能转化为机械能
C
6.下表列出了几种燃料的热值。
物质 干木柴 无烟煤 酒精 煤油 氢气
热值 1.2×107 J/kg 3.4×107 J/kg 3.0×107 J/kg 4.6×107 J/kg 1.4×108 J/kg
(1)从表中可以看出酒精的热值是3.0×107 J/kg,表示的物理意义是
　 　;
(2)燃烧4 kg的酒精可放出的热量是　 　J,如果放出相同的热量,需要完全燃烧干木柴的质量是　 kg。
1 kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J
1.2×108
10
7.某辆行驶的小轿车,其正常工作时的能量转化情况如图所示,若输出的动能为300 J,小轿车正常工作时的效率为20%,则输出的其他形式的能共计　 　J。
8.用煤气灶把2 kg、初温为20 ℃的水加热到70 ℃,消耗了20 g煤气。已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.0×107 J/kg,则水吸收的热量为　 　J,煤气灶烧水的效率为　 　。
1200
4.2×105
52.5%
9.学习燃料的热值之后,小明同学设计了一个实验来探究酒精和碎纸片的热值大小。
(1)为了保证实验结论的可靠,小明同学选择了两套相同装置,在实验中还控制了两个相同的物理量,它们是:　 　、　 　。
(2)点燃酒精和碎纸片,分别给烧杯加热,直到酒精和碎纸片完全燃烧完,通过比较　 (选填“加热时间”或“升高的温度”)来确定酒精和碎纸片热值的大小。
(3)实验数据记录如表:
水的质量
燃料的质量
升高的温度
燃料 加热前水温/℃ 燃料燃尽时水温/℃ 燃料的热值/(J·kg-1)
酒精 15 35 2.4×107
碎纸片 15 25
根据表中数据,计算出碎纸片的热值是　 　。
(4)通过实验得到的燃料热值与实际相比是偏　 　(选填“大”或“小”),你认为出现这样情况的主要原因是　 _
　。
1.2×107
小
燃料不可能完全燃烧且
燃料燃烧放出的热量不能完全被水吸收
10.2019年5月6日,聊城首批30辆氢燃料新能源公交车投放使用。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点,被认为是21世纪最理想的能源。求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q氢=1.4×108 J/kg]
(1)质量为0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量;
解:(1)Q放=mq=0.3 kg×1.4×108 J/kg=4.2×107 J;
(2)若这些热量全部被质量为200 kg,温度为15 ℃的水吸收,则水升高的温度;
(3)某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶,如果0.3 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量和公交车所做的功相等,则这些热量能让该公交车匀速行驶多长时间。
拓展题
11.阅读短文,回答问题。
热 岛 效 应
如今人们会感觉到城市的温度高于郊区,这就是常说的热岛效应。分析城市热岛效应的主要原因:一是工厂、交通工具、电气设备和人群排放大量的热量;二是建筑群、马路中的矿石、水泥,在相同的日照条件下温度上升更明显;三是城区内有自然水的面积小,水的蒸发少,降温作用减弱;四是城区内楼群林立,难以形成空气对流。为了改善城市的人居环境,人们应采取一些有效的措施,例如植树造林,提高资源利用率,更多地利用太阳能、水能、风能,都可以控制环境的热污染。
(1)建筑群、马路中的矿石、水泥的　 　小,在相同的日照条件下温度上升更明显。
(2)要改善城市热岛效应,请你提出建议:　 　。
(3)在我国,随着轿车大量地走进家庭,热污染更加严重。汽油机是工农业生产中常用的热机,某型号汽油机的结构如图甲,小白同学阅读了某牌号汽车发动明书后,绘制了图乙来展现内燃机的能量流向,该车行驶时所受阻力f和车速v的关系如图丙所示。
比热容
多植树造林
①图甲为汽油机的　 　冲程。
②根据图乙给出的信息,该汽油机的效率为　 　;汽车按此效率以50 km/h的速度行驶0.69 h,汽车牵引力为　 　N,耗油约为　 　kg。(汽油的热值为4.6×107 J/kg)
做功
30%
2000
5

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