第二章3.熱機(jī)效率一、選擇題1.關(guān)于熱機(jī)的效率,下列說法中正確的是()A.熱機(jī)做的有用功越多,效率一定越高B.熱機(jī)消耗的燃料越少,效率一定越高C.熱機(jī)做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高D.熱機(jī)做功越快,效率一定越高2.如圖1所示是汽油機(jī)的能量流向圖,對(duì)照此圖,下列說法不正確的是()圖1A.廢氣排放的能量所占比例最大,減少該部分能量損失是提高熱機(jī)效率的有效手段B.冷卻水能量的二次利用可以提高能量利用率C.該汽油機(jī)的熱機(jī)效率為70%D.該汽油機(jī)的熱機(jī)效率為30%3.為了節(jié)約能源,需要提高熱機(jī)的效率,下列措施中不能提高熱機(jī)效率的是()A.讓燃料與空氣混合充分,使燃料燃燒得比較完全B.在設(shè)計(jì)與制造熱機(jī)時(shí)要不斷改進(jìn)與創(chuàng)新,以減少能量的損失C.盡量減少熱機(jī)內(nèi)部各部件間的摩擦D.盡量增加熱機(jī)的工作時(shí)間二、填空題4.一臺(tái)汽油機(jī)的熱機(jī)效率為25%,表示的意義是熱機(jī)用來做的那部分能量,在燃料完全燃燒放出的能量中占。 5.某汽油機(jī)的效率是35%,若在該汽油機(jī)內(nèi)完全燃燒2 kg汽油,則放出J的熱量,這些熱量通過汽油機(jī)的轉(zhuǎn)化,能對(duì)外做的有用功是J。(汽油的熱值為5×107 J/kg) 6.一臺(tái)汽油機(jī)工作時(shí)的功率為P,在t時(shí)間內(nèi)用掉汽油的質(zhì)量為m,如果汽油的熱值是q,則這臺(tái)汽油機(jī)的效率是,這段時(shí)間內(nèi)做的額外功是。 7.汽車在平直公路上勻速行駛9.2 km,消耗燃油1 kg,已知汽車的牽引力是2000 N,則汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率是。(燃油熱值取4.6×107 J/kg) 8.隨著生活水平的提高,人們?cè)絹碓街匾暉釞C(jī)對(duì)環(huán)境的污染問題,熱機(jī)對(duì)環(huán)境的污染主要有污染和污染兩方面。 三、計(jì)算題9.某家用汽車重為1.5×104 N,以72 km/h的速度勻速直線行駛了0.5 h,消耗了汽油3 kg,期間汽車受到的阻力為車重的0.08。已知汽油的熱值為4.6×107 J/kg。求:(1)汽車通過的路程。(2)牽引力做功的功率。(3)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率。10.如圖2所示,某單缸四沖程汽油機(jī)的汽缸活塞面積為30 cm2,一個(gè)沖程活塞在汽缸中移動(dòng)的距離是50 mm,滿負(fù)荷工作時(shí)做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為9.0×105 Pa,飛輪1 min轉(zhuǎn)動(dòng)1800周。當(dāng)汽油機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)(不計(jì)摩擦),若1 min消耗汽油8 g,汽油的熱值為4.6×107 J/kg,求:(1)一個(gè)做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞做的功。(2)該汽油機(jī)的效率。圖2答案1.C解析 熱機(jī)的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比。當(dāng)熱機(jī)做一定的有用功時(shí),消耗的燃料越少,效率一定越高;當(dāng)熱機(jī)消耗的燃料一定時(shí),做的有用功越多,效率就一定越高,故選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤,選項(xiàng)C正確。熱機(jī)做功越快,表示熱機(jī)的功率越大,與效率無關(guān),故選項(xiàng)D錯(cuò)誤。2.C解析 由圖示知,廢氣帶走了大部分的能量,所以減少該部分的能量損失是提高熱機(jī)效率的有效手段,故A正確;冷卻水帶走的熱量?jī)H次于廢氣帶走的熱量,所以冷卻水能量的二次利用可以提高能量利用率,故B正確;該汽油機(jī)的熱機(jī)效率為=100%-33%-30%-7%=30%,故C錯(cuò)誤,D正確。3.D解析 熱機(jī)效率是指熱機(jī)用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比,所以減少熱量的損失可以提高熱機(jī)的效率。使燃料充分燃燒、減少廢氣帶走的熱量、減少熱機(jī)部件間的摩擦都可以減少熱量的損失,可以提高效率,故A、B、C正確;增加熱機(jī)的工作時(shí)間,并不能減少熱量的損失,所以不能提高熱機(jī)的效率,故D錯(cuò)誤。4.有用功25%5.1×1083.5×107解析 汽油完全燃燒時(shí)放出的熱量:Q放=mq=2 kg×5×107 J/kg=1×108 J;因?yàn)?W有用Q放×100%,所以該汽油機(jī)能對(duì)外做的有用功為W有用=Q放=35%×1×108 J=3.5×107 J。6.Ptmq×100%mq-Pt解析 在t時(shí)間內(nèi)汽油完全燃燒,能放出的熱量:Q放=mq;汽油機(jī)工作對(duì)外所做的功為有用功:W有用=Pt;則=W有用Q放×100%=Ptmq×100%,故W額外=Q放-W有用=mq-Pt。7.40%解析 汽車牽引力所做的功:W=Fs=2000 N×9.2×103 m=1.84×107 J;消耗的燃油完全燃燒放出的熱量:Q放=mq=1 kg×4.6×107 J/kg=4.6×107 J;汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率:=WQ放×100%=1.84×107 J4.6×107 J×100%=40%。8.大氣噪聲9.(1)根據(jù)v=st可得,汽車通過的路程: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,汽車勻速直線行駛,則牽引力F=f=1200 N,牽引力做的功:W=Fs=1200 N×3.6×104 m=4.32×107 J;牽引力做功的功率:P=Wt=4.32×107 J0.5×3600s=2.4×104 W。(3)汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量:Q=m汽油q汽油=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為=WQ×100%=4.32×107 J1.38×108 J×100%31.3%。10.(1)活塞面積S=30 cm2=0.003 m2,由p=FS可得,燃?xì)鈱?duì)活塞的平均壓力:F=pS=9.0×105 Pa×0.003 m2=2700 N,活塞移動(dòng)的距離s=50 mm=0.05 m,一個(gè)做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞做的功:W=Fs=2700 N×0.05 m=135 J。(2)曲軸每轉(zhuǎn)兩周對(duì)外做功一次,所以1 min轉(zhuǎn)動(dòng)1800周,要做功900次,則1 min內(nèi)所做的功:W總=W×900=135 J×900=1.215×105 J;1 min消耗的汽油完全燃燒放出的熱量:Q放=mq=0.008 kg×4.6×107 J/kg=3.68×105 J,汽油機(jī)的效率:=W總Q放×100%=1.215×105 J3.68×105 J×100%33%。