熱機效率一、認識“燃料的熱值”1、預(yù)習(xí)自學(xué)（1）（1）你知道燃燒燃料的目的是什么嗎？（2）你知道燃料燃燒時能量轉(zhuǎn)化過程嗎？（3）根據(jù)你的經(jīng)驗，相同質(zhì)量、不同種類的燃料，完全燃燒時放出熱量的本領(lǐng)相同嗎？2、知識點（1）（1）不同種類的燃料，完全燃燒時，放出熱量的本領(lǐng)一般 ，人們用 這個物理量來描述燃料的這種特性，符號是 。（2）熱值定義： 燃料完全燃燒時，放出的熱量（Q）與 的比值，叫這種燃料的熱值。 燃料完全燃燒時，放出的熱量（Q）與 的比值，叫這種燃料的熱值。（3） 熱值的單位有： 、 （4） 試分析下表中，一些燃料的熱值，你能總結(jié)出影響熱值大小的因素嗎？一些常見燃料的熱值（107J/kg）干木柴約1.2無煙煤約3.4煙煤約2.9煤油4.6酒精3.0汽油4.6焦炭3.0氫氣14.3柴油4.3人工煤氣（107J/m3）0.81.9木炭3.4天然氣（107J/m3）0.94.5 影響燃料熱值的因素有 。 熱值是燃料本身的一種特性，與燃料體積、質(zhì)量、是否完全燃燒等 （選填：“有關(guān)”或“無關(guān)”）。（5） 熱值的物理意義：氫氣的熱值為q=14.3×107J/kg，表示的物理意義是 。（6） 燃料燃燒放熱計算：公式選取單位要求完全燃燒不完全燃料典型試題考查角度1：熱值概念的建立【例1-1】2kg某種燃料完全燃燒，放出熱量6.0×107J。則選種燃料的熱值是( )A.1.2×l07 J/kg B.1.2×l07 J/kg C.3.0×l08 J/k8 D.3.0×108 J/kg1-1下列事例中，最能說明燃料燃燒所放出的熱量跟燃料的種類有關(guān)的是( )A2克酒精完全燃燒比2克木柴完全燃燒放出的熱量多B2克酒精完全燃燒比1克汽油完全燃燒放出的熱量多C2克酒精完全燃燒比1克酒精完全燃燒放出的熱量多D3克涮精完全燃燒比2克煙煤不完全燃燒放出的熱量多考查角度2:理解熱值的概念（易錯點）【例1-2】把一瓶酒精用去一半，則對剩下的酒精說法錯誤的是( )A質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话隑體積減小為原來的一半C熱值變?yōu)樵瓉淼囊话?D熱值不變1-2關(guān)于燃料的熱值，下列說法中正確的是( )A燃料的熱值越大，燃燒時達到的溫度就越高B燃料的熱值越大，燃燒時放出的熱量就越多C燃料燃燒越充分，則燃料的熱值就越大D燃料的熱值與燃料的質(zhì)量以及燃燒情況無關(guān)考查角度3：有關(guān)熱值的簡單計算【例l-3】汽油機某段時間內(nèi)消耗汽油100g。這些汽油完全燃燒能被出熱量 J。(汽油熱值為4.6×107 J/kg)1-3天然氣是一種清潔燃料，南寧市有的出租車開始使用天然氣代替柴油或汽油。已知天然氣的熱值是7×107Jm3。當(dāng)出租車消耗0.2 m3天然氣時，所釋放的熱量是_J。（假定天然氣完全燃燒）二、認識熱機效率1、預(yù)習(xí)自學(xué)（3）熱機燃料內(nèi)能1200J 右圖，是某熱機、某工作時段內(nèi)，能量轉(zhuǎn)化利用情況，（1） 試了解熱機工作時，能量損失及利用原因（2） 試算一算，熱機工作時，能量利用率是多少？2、知識點（3）（1）熱機工作時，因多種原因，熱機燃料的內(nèi)能無法被完全利用，為描述所利用能量占熱機燃料內(nèi)能的百分比，人們引入了 這個物理量。（2）人們把： 叫熱機效率。（3）計算公式： 熱機內(nèi)能就是燃料完全燃燒時所放出的熱量，其計算公式為： 。 熱機效率一般用表示，其計算公式為： 。（4）認識一些熱機的效率一些熱機的效率蒸汽機4% 8%燃氣輪機50% 60%柴油機34% 45%蒸汽輪機25% 30%汽油機26% 40%噴氣發(fā)動機50% 60% 試歸納出熱機效率高低規(guī)律 。典型試題考查角度1：對熱機效率的理解（拓展點）【例2-1-1】如果甲熱機的效率比乙熱機的效率高，則可以說( ) A甲熱機的功率比乙熱機大 B在單位時間內(nèi)甲消耗的燃料比乙熱機少 C甲熱機的轉(zhuǎn)速比乙熱機大 D甲熱機將然料完全燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能變成機械能的百分比比乙熱機大2-1-1效率是熱機性能的一個重要指標(biāo)，下面關(guān)于熱機效率的敘述中不正確的是( ) A在設(shè)計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失，就有可能使熱機的效率選到100% B兩輛型號相同的小汽車，以相同的速度行駛相同的路程，耗油量少的那輛車效率高 C熱機要正確使用、注意保養(yǎng)，可提高效率 D在熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要揩施 【例2-1-2】如圖所示為內(nèi)燃機的能量流向圖，熱機效率等于( )AE1/E4×100%BE4/E1×100%C(E3+E4)/E1×100%DE4/(E1+E2+E3+E4+E5)×l00%2-1-2某內(nèi)燃機工作過程中，如圖所示為內(nèi)燃機能流圖，它的能量損失所占的百分比是：廢氣內(nèi)能35%，散熱損失30%，機械損失10%則該內(nèi)燃機的熱機效率是_。考查角度2:燃料利用率的計算【例2-2】某家庭需要將50 kg、20的水加熱到60作為生活用熱水，他們利用煤氣灶燒水，需燃燒0.8 kg煤氣。已知煤氣的熱值q=4.2×107 J/kg，水的比熱容c=4.2×l03 J/(kg)。求: (1)50 kg、20的水加熱到60需吸收的熱量 (2)完全燃燒0.8 kg煤氣放出的熱量。 (3)煤氣灶燒水的效率。2- 2有一種火鍋是用“固體酒精”作為燃料的，已知這種燃料的熱值是109 J/kg完全燃燒0.2 kg“固體酒精”放出的熱量可以使多少kg的水的溫度升高80已知水的比熱容為4.2×l03J/(kg)考查角度3:提高熱機的效率【例2-3】為了節(jié)約能源，需提高熱機的效率，下列措施中不能提高熱機效率的是( ）A盡量使燃料充分燃燒 B盡量增加熱機的工作時間C盡量減少廢氣帶走的熱量 D盡量減少熱機部件間的摩擦2-3熱機的效率較低，為了提高熱機的效率，你認為下列方法目前不可能的是( ) A盡量使燃料充分燃燒 B盡量減少各種熱損失 C盡量減少因克服摩攘而額外消耗的能量 D想辦法把燃料放出的熱量全部用來做有用功考查角度4:熱機效率的計算【例2-4】在一次某新型號的汽車測試中。讓汽車在一段平直的公路上勻速行駛4.8 km受到的阻力是3.0×105 N，消耗汽油l.2Kg（假設(shè)汽油完全燃燒）。汽油的熱值為q=4×107 Jkg。求:(1)在測試過程中，汽車牽引力所做的功。(2)該型號汽車的熱機效率。2- 4用汽油為燃料的小汽車，以72 km/h的速度在水平路面上勻速行駛時，發(fā)動機的實際功率為20 kW。若小汽車行駛的距離為100 km。汽油的熱值q=4.6×107J/kg。小汽車發(fā)動機的效率為25。求小汽車在這段路程中：(1)行駛的時間。(2)這段時間內(nèi)發(fā)動機所做的功。(3)消耗汽油的質(zhì)量。拓展培優(yōu)拓展角度1：熱學(xué)的綜合計算（拓展點）【例1】液化石油氣的熱值高達4.6×l07 J/kg一些不法商販為牟取暴利，常將液化石油氣與價格低廉、熱值為2.9×107 J/kg的二甲醚混合裝入鋼瓶內(nèi)銷售給客戶。常州市質(zhì)監(jiān)局對某液化石油氣站銷售的瓶裝燃氣進行檢測。將質(zhì)量為100 kg、初始溫度為31的水裝入容器內(nèi)，用高效爐灶燃燒瓶內(nèi)燃氣加熱容器中的水直至100恰好沸騰，瓶內(nèi)燃氣消耗了0. 84 kg。(1) 通過高效爐灶，水能吸收燃氣完內(nèi)燃氣的熱值是多少？ (2)該液化石油氣站銷售的瓶裝液化石油氣有無摻混二甲醚？12020年4月28日，中石油與俄羅斯天然氣公司簽訂合同，俄羅新將通過東線和西線向中國供氣680億立方米。天然氣燃燒時，將_能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。如果完全燃燒lm3的天然氣所放出的熱量全部被水吸收，可在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將 _ kg的水從10加熱到沸騰，這些熱量相當(dāng)于完全燃燒_kg煤放出的熱最。水的比熱容 c=4.2×l03J（kg)；取熱值q天然氣=3.78×107Jm3，q煤=3.15×107 J/kg。拓展角度2：力學(xué)和熱學(xué)的綜合計算（拓展點）【例2】某汽車總質(zhì)量是1150 kg，以72km/h的速度勻速行駛10km，若汽車所愛阻力為汽車重力的0.1倍，每個輪胎與路面的接觸面積為0.05m2。(g取10 N/kg)求(1)汽車對路面的壓強為多少?(2)汽車行駛過程中克服阻力做了多少功?其功率為多少？(3)若該汽車熱機的效率為25%，如果不考慮熱機其他的能量損失，汽油熱值為4.6×107 J/kg。則該汽車行駛10 km過程中需要的汽油的質(zhì)量為多少千克？2.汽車在行駛中由于路況和車速的不同，發(fā)動機的實際功率也不同，通常情況下實際功率要小于它的最大功率，下表是某型號汽車的相關(guān)數(shù)據(jù)，汽油的密度為0.8×103 kg/m3，熱值為5×107 J/kg著該汽車以100km/h的速度勻速行行駛，求：(1)該汽車行駛1h消耗的汽油是多少千克？(2)該汽車行駛1h消耗的汽油完全燃燒放出的熱量是多少焦耳?(3)若該汽車發(fā)動機的效率是30則發(fā)動機的實際功率是多少瓦？發(fā)動機最大功率30kW百公里耗油（100km/h勻速行駛）6L最大車速170km/h基礎(chǔ)、方法、能力三練A組：基礎(chǔ)鞏固訓(xùn)練1我國隨著航天事業(yè)發(fā)展需要，正在研制大功率液氫發(fā)動機。這種發(fā)動機主要是利用氫具有( ） A較大的密度 B較大的比熱容 C較大的熱值 D較低的沸點2煤的熱值大于干木柴的熱值。這里是指( ) A煤比干木柴含有的熱量多一些 B燒煤比燒干木柴產(chǎn)生的溫度高一些 C燒煤比燒干木柴產(chǎn)生的熱量多一些 D要使它們放出相同的熱量，燒煤用的質(zhì)量較少3某機器的能量流向圖如圖所示，據(jù)此推測該機器可能是( ) A熱機 B電動機 C發(fā)電機 D電熱水器4甲柴油機的效率比乙柴油機的效率高，這表明( ) A甲的功率比乙的大 B甲做的功比乙的多 C甲消耗的柴油比乙的少 D甲柴油機內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的百分比大5無煙煤的熱值是3.4×107 J/kg，表示的意義是 。如需獲得1.7×107J的熱量，需要完全燃燒_kg無煙煤。6一般家用轎車使用標(biāo)號為93的汽油作燃料（熱值為4.6×107J/kg）。端午節(jié)放假，小翔爸爸駕車攜全家出游,儀表顯示全程燃油20 kg。此次出游轎車耗能_J。7某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水。用焦炭作為燃料，已知焦炭的熱值是3×107 J/kg?，F(xiàn)完全燃燒4.2kg的焦炭，放出的熱量為_。設(shè)該熱量有25被水吸收，能將_ _ _ kg的水從25加熱到100。已知c水=4.2×l03 J/(kgC)8一輛汽車的發(fā)動機輸出功率為66 150瓦，每小時消耗柴油14千克，請計算發(fā)動機的效率。（柴油的熱值為4.3×107焦千克）B組：能力提升訓(xùn)練9下列對q=Q放 / m的理解正確的是( ) A熱值與燃料完全燃燒放出的熱量成正比 B熱值的大小由燃料本身決定，與質(zhì)量和熱量無關(guān) C熱值與燃料的質(zhì)量成反比，與燃料完全燃燒放出的熱量成正比 D熱值與燃料的質(zhì)量成反比10關(guān)于熱機的效率，以下說法正確的是( ) A熱機做的有用功越多，效率就一定越高 B熱機的功率大，效率就一定高 C熱機單位時間里耗費的燃料少，熱機的效率就一定高 D以上說法都不對11兩臺汽油機，甲的效率為35，乙的效率為25這兩個數(shù)據(jù)表示( ) A甲做的功比乙的多 B甲的功率比乙的大 C在相同時間內(nèi)甲燃燒的汽油比乙多 D在消耗相同的汽油時，甲做的有用功比乙多12“可燃冰”作為新型能源，有著巨大的開發(fā)使用潛力。同等條件下。“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達到煤氣的數(shù)十倍，說明“可燃冰”的_很大。以10倍的關(guān)系粗略計算。1kg“可燃冰”完全燃燒放出的熱量為 _ _ _J，這些熱量可以使 _ kg的水從20加熱至100?！綾水= 4. 2×103J/(kg)， q氫氣=4.2×107J/kg】13一臺效率為40%的柴油機，當(dāng)輸出3.44×l07 J 有用功時，消耗的柴油質(zhì)量是多少？(q煤油= 4.3×107J/kg)14. 現(xiàn)代家庭裝修中有些浴窒使用燃氣熱水器提供熱水，小勞家安裝了燃氣熱水器。巳知水進入熱水器前的溫度是l0，洗澡時熱水器輸出熱水的溫度設(shè)定為40；如果小勞洗一次澡用熱水0.05m3。水的比熱容是4.2×103 J/(kg)。求：(1)所用熱水的質(zhì)量為多少?(2)水從熱水器中吸收多少熱量？(3)若天然氣完全燃燒釋放熱量的70被水吸收，需要消耗多少m3的天然氣？（天然氣的熱值q=4×107 Jm3）15一輛汽車，總重為1.2×104N。四個輪胎與地面接觸總面積為0.12 m2，該車在平直公路上勻速行駛1h。消耗汽油10L。汽油完全燃燒放出的熱量有30轉(zhuǎn)化為機械能。（q汽油=4.6×107 J/kg.p汽油=0.7×l03kgm3g取10 N/kg)求：(1)該車靜止在水平路面上時，對路面的壓強是多少？(2)10 L汽油完全燃燒放出的熱量是多少？ (3)這段時間內(nèi)該汽車發(fā)動機的功率是多少千瓦？ 16.小亮家有一輛家用轎車，爸爸在給他說車的性能時，總是說“2.0的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從網(wǎng)上查到了排量的定義。活塞從上止點移動到下止點所通過的空間容積稱為汽缸排量。如果發(fā)動機有若干個汽缸，所有汽缸工作容積之和稱為發(fā)動機排量。從說明書上查到：小亮家的汽車采用的是LFX直列四缸發(fā)動機，排量為2.0 L,從網(wǎng)上查找到了其輸出特性曲線（如圖所示）；小亮又向爸爸詢問了一些賣測數(shù)據(jù)：由于汽車行駛的路況很好，所以平均車速為90km/h。此時發(fā)動機轉(zhuǎn)速為2000 r/min。平均行駛百公里油耗為9 L，從物理書上查得汽油的熱值為4.6×107 J/kg,密度為0. 71×103kgm3。(l)由這臺發(fā)動機輸出特性曲線可以看出，在發(fā)動機轉(zhuǎn)速為1 0005 000 r/min范國內(nèi)，它的輸出功率與轉(zhuǎn)速大致有什么關(guān)系？(2)試通過公式推導(dǎo)出在其他參數(shù)相同時，發(fā)動機的輸出功率與其排量的關(guān)系。(3)這輛汽車以90 km/h的速度行駛時，發(fā)動機的效率約為多少？每個做功沖程汽缸內(nèi)的平均壓強是約為多少?