第十四章内能的利用第2节 热机的效率(答案含解析)

第十四章 内能的利用

第2节 热机的效率

学习目标

1. 理解并掌握热值的概念、单位、计算公式。

2. 会运用热值的计算公式进行计算。

3. 理解并掌握热机效率的概念、热散失的途径、提高热机效率的方法。

4. 了解燃料燃烧对环境的影响。

自主探究

1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其 之比, 叫做这种燃料的热值。

2. 在国际制单位之中, 热量的单位是 , 质量的单位是 , 则热量的单位

是 , 符号是 。

3. 用来做 的那部分能量, 与燃料完全燃烧放出的能量之比, 叫做热机的效率。

合作探究

一、热值

生活体验:生活中我们可以使用哪些燃料? 这些燃料如何分类?

思路点拨:生活中经常使用的燃料有很多, 可以按状态分类。固体燃料有木柴、煤等, 液体燃料有汽油、柴油等, 气体燃料有煤气、天然气等。

思考讨论:

(1)1 kg的干木柴和10 kg的干木柴在同样燃烧时, 放出的热量是否相同?

(2)相同条件下,1 kg干木柴和1 kg煤, 哪一种燃料能烧开更多的水?

(3)烧开同一壶水, 用干木柴和用天然气所需要燃烧的质量一样吗?

(4)1 kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同?

(5)影响燃料燃烧放出热量的因素是什么?

答案点拨:

(1)干木柴在同样燃烧时, 木柴的质量越大, 燃烧放出的热量越大。

(2)1 kg煤燃烧后能烧开更多的水。

(3)烧开同一壶水, 用干木柴和用天然气所需要燃烧的质量不同, 用干木柴的质量大, 用天然气的质量小。

(4)干木柴燃烧得越充分, 放出的热量就越大, 完全燃烧比未完全燃烧放出的热量大。

(5)燃料的质量、燃料的种类、燃料燃烧的状况。

自主学习:阅读课本P 22~P23“燃料的热值”的内容, 学习有关的知识。

1. 燃料的热值的物理意义:热值在数值上等于 某种燃料完全燃烧放出的热量。

2. 固体或液体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为Q=

计算公式为Q= 。

二、热机的效率

思考讨论:

(1)用煤烧水时, 煤能完全燃烧吗?

(2)煤燃烧放出的热量能全部被水吸收吗?

答案点拨:

(1)煤不能完全燃烧, 损失了一部分热量。

(2)炉灶本身吸收一部分热量; 高温的烟气带走了一部分热量; 一部分热量直接散失掉了。水吸收的热量只占煤燃烧放出热量的一部分。

类比分析:在内燃机中燃料是否能够完全燃烧? 燃料燃烧释放的能量都到哪里去了?

思路点拨:热机是将内能转化为机械能的装置, 燃料燃烧释放的能量只有一部分用来做有用功, 还有相当一部分能量散失掉了。

自主学习:阅读课本P 23~P24“热机的效率”的内容, 学习有关的知识。

1. 提高燃料的 可以有效地做到节约能源。

2. 提高热机的效率的途径

(1) , 节约能源、减少污染;

, 气体燃料完全燃烧放出热量的

(2) , 减少各种能量损失, 提高效率;

(3) , 提高燃料的利用率。

课堂检测

1. 关于燃料的热值, 以下说法中正确的是( )

A. 燃料的热值与燃料的种类有关系, 与燃料的质量和燃烧状况无关

B.1千克某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值

C. 燃料燃烧时, 质量越大, 热值越大

D. 燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小

2. 学习了物理知识后, 可以帮助我们解决许多生活中的实际问题。例如家中买煤时, 我们最应该关心煤的( )

A. 热值 B. 密度

C. 比热容 D. 热量

3. 1 kg汽油用去了一半, 剩下的汽油( )

A. 热值变为原来的一半

B. 比热容变为原来的一半

C. 热值和比热容都不变

D. 热值和比热容都变为原来的一半

4. 现代火箭用液态氢作燃料, 是因为它具有( )

A. 较大的比热容 B. 较低的沸点

C. 较高的凝固点 D. 较大的热值

5. 如图为内燃机的能量流向图, 则内燃机的效率可表示为( )

A. η=×100%

B. η=×100%

C. η=×100%

D. η=×

100%

6. 甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q -m 图象如图所示, 则甲、乙两种燃料的热值关系是( )

A. q 甲>q乙 B. q 甲

C. q 甲=q乙 D. 条件不足, 无法判断

7. 关于热机的效率, 下列说法中正确的是( )

A. 热机做的有用功多, 效率一定高

B. 热机的功率大, 效率一定高

C. 热机单位时间内耗费的燃料少, 效率一定高

D. 以上说法都不对

8. 10 kg的水, 温度由10 ℃升高到20 ℃所吸收的热量是 J; 如果这些热量由燃烧焦炭来提供, 那么需要完全燃烧 g 的焦炭。〔c 水=4. 2×10 J/(kg·℃),q 焦炭=3. 0×10 J/kg〕

9. 用煤气灶把2 kg,初温为30 ℃的水烧到80 ℃,消耗了20 g煤气, 已知水的比热容是

4. 2×10 J/(kg·℃),煤气的热值为4. 2×10 J/kg,则水吸收的热量为 J, 煤气完全燃烧放出的热量为 J, 煤气灶烧水的效率为 %。

10. “可燃冰”作为新型能源, 有着巨大的开发使用潜力, 同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍, 说明“可燃冰”的 很大。以10倍的关系粗略计算,1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 J, 可以使 kg的水从20 ℃加热至60 ℃。〔c 水3737=4. 2×103 J/(kg·℃),q 煤气=4. 2×107 J/kg〕

11. 太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器每天能使500 kg的水温度升高30 ℃,那么这些水吸收的热量为 J, 这些热量相当于完全燃烧 m 的天然气放出的热量。〔天然气的热值取7×10 J/m, 水的比热容c=4. 2×10 J/(kg·℃)〕

12. 小明家最近安装了一台太阳能热水器, 容积为80 L,装满水。〔c 水=4. 2×10 J/(kg·℃),q 煤气37333=4. 2×107 J/kg〕

(1)热水器中水的质量是多少?

(2)水温升高50 ℃需吸收多少热量? 产生这些热量需完全燃烧多少煤气?

13. 某物理小组的同学在社会实践活动中, 通过实际调查和网上查询, 绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图, 请你参与讨论有关问题。

(1)根据图中的能量流向, 说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗。

(2)若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”。由图中提供的数据可得, 该轿车的能量转化效率为 。(保留一位小数)

(3)对减少汽车行驶中的能量损耗, 据你所知, 给出一条建议。(不作解释)

参考答案 自主探究

1. 质量

2. 焦耳 千克 焦每千克 J/kg

3. 有用功 一、热值

1. 1 kg

2.qm qV

二、热机的效率

1. 利用率

2. (1)使燃料充分燃烧 (2)改进热机 (3)利用废气的能量 1. A 解析:热值是燃料的一种属性, 与燃料的种类有关,1千克某种燃料完全燃烧放出的热量为这种燃料的热值。

2. A

3.C

4.D 解析:氢的热值大, 放出相同热量时使用的氢的质量少, 用氢作燃料的火箭质量小, 便于升空。

5. B 解析:内燃机的机械效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧的比值, 从能量流向图可得出其机械效率的表达式就是B 项。

6. A 解析:当质量m 一定时, 燃料甲完全燃烧放出的热量多, 根据q=可知, 燃料甲的热值大。 7. D 解析:错选A 项是忽略了热机的效率大小不仅取决于有用功, 还要看燃料完全燃烧放出的总热量; 错选B 项是把热机的功率与效率混淆, 误认为功率大, 效率就高, 实际上效率与功率无关; 错选C 项是误认为耗费的燃料少, 效率就高, 实际上是忽略了所做的有用功是否大。

8. 答案:4. 2×10 14

解析:由Q=c水m Δt=4. 2×10 J/(kg·℃)×10 kg×(20 ℃-10 ℃)=4. 2×10 J,m===14 g。 355

9. 答案:4. 2×10 8. 4×10 50

解析:水吸收的热量:Q 吸=c

率:η==×100%=50%。

10. 答案:热值 4. 2×10 2. 5×10

解析:1 kg燃料完全燃烧时放出的热量, 叫做这种燃料的热值, 所以同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍, 即q 可燃冰=10q 煤气=10×4. 2×10 J/kg=4. 2×10 J/kg,所以1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为4. 2×10 J,可加热水的质量 87883水55m (t-t 0) =4. 2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃-30 ℃)=4. 2×105 J,75煤气完全燃烧放出的热量:Q 放=mq=0. 02 kg×4. 2×10 J/kg=8. 4×10 J,煤气灶烧水的效

m===2. 5×103 kg。

11. 答案:6. 3×10 0. 9

解析:根据吸热公式得 7

Q 吸=cmΔt=4. 2×103 J/(kg·℃)×500 kg×30 ℃=6. 3×107 J,

根据气体燃料燃烧放热公式Q 放=Vq, 得V===0. 9 m 。

12. 答案:(1)80 kg (2)1. 68×10 J 0. 4 kg

解析:(1)水的质量:m=ρV=1. 0×10 kg/m×80×10 m=80 kg。

(2)吸收的热量:Q=c水m (t-t 0) =4. 2×10 J/(kg·℃)×80 kg×50 ℃=1.68×10 J。

需要完全燃烧的煤气:m===0. 4 kg。

13. 答案:(1)摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗 (2)12. 7% (3)给机器加润滑油, 减少有害摩擦; 改进油箱的密闭性, 减少蒸发损耗; 提高汽油质量; 对排放的尾气进行收集、再利用等。

解析:(1)从题图中很容易看到, 能量损耗有摩擦、散热、废气和燃料损耗。(2)根据题中给出的能量转化效率的定义可知, η=。(3)答案不唯一, 只要合理即可。

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