資源簡介

14.2 熱機的效率
《2023年九年級物理暑假預習課程》
第一：知識清單
1.概念：把某種燃料 完全燃燒 時放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值；用符號q表示；
2.大小：熱值在數值上等于1 kg某種燃料完全燃燒放出的熱量；
3.公式：固體： （或液體、氣體：）
（1）其中：m為燃料的質量，V為燃料的體積，q為燃料的熱值；
（2）公式變形：
① （已知熱值及燃料質量，求燃燒放出的熱）
②（已知燃燒放出的熱及熱值，求燃料的質量）
4.單位：焦每千克（符號是J/kg）。
（1）固體：J/kg；
（2）液體：J/L；
（3）氣體：J/m ；
5.影響因素：熱值是燃料本身的一種特性，只與 燃料的種類 和 狀態 有關，
與燃料的形態、質量、體積、放熱多少等均無關；
6.物理意義及常見物質的熱值：
（1）物理意義：表示物體燃燒放熱的能力；
（2）常見熱值：
①煤氣的熱值約為3.9×107J/m3，
物理意義為：體積為1m3的煤氣完全燃燒放出的熱量為3.9×107J。
②焦炭的熱值3.0×107J/kg，
物理意義為：質量為1 kg 的煤氣完全燃燒放出的熱量為3.0×107J。
1.概念：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率；
2.公式：
（1）Q吸：被加熱物體吸收的熱量；（Q吸=cm△t）
（2）Q放：燃料完成燃燒放出的熱量；（Q放=qm）
3.在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。
4.提高熱機的熱效率方法：
（1）廢氣回收利用：減少機械散熱和廢氣帶走熱量；
（2）使燃料充分燃燒：霧化液體燃料、粉碎固體燃料，通氣足夠；
（3）減少機械摩擦損失。
第二：典型例題
1、下列關于熱值的說法正確的是（　　）
A．燃料燃燒時，用的燃料越多，燃料的熱值越大
B．燃料燃燒時，放出的熱量越多，燃料的熱值越大
C．相同質量的不同燃料燃燒時，放出熱量較多的燃料，熱值較大
D．相同質量的不同燃料完全燃燒時，放出熱量較多的燃料，熱值較大
【答案】D
【解析】解：AB、燃料的熱值只與燃料的種類有關，與放出熱量的多少、燃料的質量和燃料的燃燒程度無關，故A、B錯誤；
CD、相同質量的不同燃料完全燃燒時，放出熱量越大的燃料，其熱值越大，故C錯誤，D正確。
故選：D。
2、關于q的理解，下列說法中正確的是（　　）
A．熱值與燃料完全燃燒放出的熱量成正比 B．若燃料燃燒不充分時，熱值將減小
C．當燃料未燃燒時，其熱值為零 D．某種燃料的熱值大小與是否充分燃燒無關
【答案】D
【解析】解：A、熱值是質量為1kg的燃料完全燃燒時所釋放出的熱量，熱值是燃料本身的特性，與熱量無關，故A不符合題意；
B、熱值的大小只與燃料的種類有關，與燃燒程度無關，故B不符合題意；
C、熱值是燃料的一種特性，與燃料是否燃燒無關，故C不符合題意；
D、熱值是由燃料本身特性決定的，與燃料是否充分燃燒無關，故D符合題意；
故選：D。
3、已知天然氣的熱值為4.0×107J/m3，完全燃燒2.1m3的天然氣可以獲得 J的熱量，不計熱量損失，這些熱量可以使500kg的水，溫度升高 ℃。【c水＝4.2×103 J/(kg·℃)】
【答案】8.4×107；40。
【解析】完全燃燒2.1m3的天然氣放出的熱量
Q放＝Vq＝2.1m3×4.0×107J/m3＝8.4×107J；
由于不計熱量損失，則Q吸＝Q放＝8.4×107J；
故水升高的溫度Δt＝＝＝40℃。
4、為了減少大氣污染，可對秸稈進行回收加工制成秸稈煤，完全燃燒5kg秸稈煤放出的熱量是　 　J，若放出的熱量有40%被水吸收，可使　 　kg的水溫度升高80℃。【已知q秸稈煤＝2.1×107J/kg，c水＝4.2×103J/（kg ℃）】
【答案】1.05×108；125。
【解析】解：完全燃燒5kg秸稈煤可放出的熱量：
Q放＝m秸稈煤q秸稈煤＝5kg×2.1×107J/kg＝1.05×108J；
由題意可知，水吸收的熱量為：Q吸＝Q放×40%＝1.05×108J×40%＝4.2×107J；
由Q吸＝cm△t可得水的質量：m125kg。
故答案為：1.05×108；125。
5、某燃氣熱水器使用天然氣作為燃料，若使用中消耗掉0.02m3的天然氣，則這些天然氣完全燃燒放出的熱量為___________J （q天然氣=3.2×107J/m3）；如果這些熱量完全被水吸收，則水的內能___________ （選填 “增大”、“不變” 或“減小”）。
【答案】 增大
【解析】這些天然氣完全燃燒放出的熱量為
不斷吸收熱量，則水的內能增大，通過熱傳遞的方式增大內能。
6、天然氣熱水器將40kg的水從15°C加熱到65°C，此過程中天然氣完全燃燒釋放熱量的84%被水吸收，水吸收熱量_________ J，天然氣完全燃燒釋放熱量_________ J，需要消耗天然氣_________kg，這是通過_________方式改變水的內能。[c水=4.2×103J/(kg °C)，q天然氣=4×107J/kg]
【答案】 8.4×106J 1×107J 0.25 熱傳遞
【解析】將40kg的水從15°C加熱到65°C，水吸收熱量
Q=cm(t0-t1)=4.2×103J/(kg °C)×40kg×(65°C-15°C)=8.4×106J
此過程中天然氣完全燃燒釋放熱量的84%被水吸收，則天然氣完全燃燒釋放熱量
需要消耗的天然氣質量
改變內能方式有兩種，分別是熱傳遞和做功，用天然氣燒水是通過熱傳遞改變水的內能。
7、關于熱機的效率，下列說法正確的是（　　）
A．使燃料燃燒更充分，可以提高熱機的效率
B．熱機的效率越高，在做功同樣多的情況下消耗的能量越多
C．熱機的效率越高說明做功越快
D．熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的
【答案】A
【解析】解：A．使燃料燃燒更充分，可以增大有效利用的能量，提高熱機的效率，故A正確；
B．熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產生的能量之比，當熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高，故B錯誤；
C．熱機的效率越高說明用來做有用功的能量占燃料完全燃燒產生的能量之比大，做功越快是指功率大，功率和效率沒有關系，故C錯誤；
D．熱機工作時，熱機損失的能量中，廢氣帶走的熱量多，機械摩擦損失的不是主要的，故D錯誤。
故選：A。
8、據新華社報道，2020年4月8日，中國新疆塔里木盆地傳來振奮人心的消息：人們新發現了儲量達到2.28億噸的石油，如圖所示。這一發現進一步證實了塔里木盆地下方富含石油！石油燃燒時能釋放出巨大的能量[已知c水＝4.2×103J/（kg ℃），q石油=4.4×107J/kg]。求：
（1）200g石油完全燃燒放出的熱量多少J？
（2）若這些熱量的42%被水吸收，可以使多少kg的水的溫度升高40℃？
【答案】（1）8.8×106J；40℃。
【解析】解：（1）石油的質量：m＝200g＝0.2kg；
石油完全燃燒放出的熱量：Q放 ＝mq石油＝0.2kg×4.4×107J/kg＝8.8×106J；
（2）若這些熱量的42%被水吸收，則有：
Q吸＝42%Q放＝42%×8.8×106J＝3.696×106J；
由Q吸＝cm△t可得：m水＝＝＝22kg。
第三：自主練習
1．小李家使用的燃氣熱水器，將30kg的水從20℃加熱到45℃，消耗了0.15m3的天然氣。已知水的比熱容為4.2×103J/（kg℃），天然氣的熱值為4×107J/m3，則下列與該過程有關的計算結果和分析正確的是（　　）
A．水吸收的熱量與水的末溫成正比 B．水吸收的熱量是3.15×105J
C．熱水器的能量轉化效率是52.5% D．熱水器的能量轉化效率與環境溫度無關
2.“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接點燃，燃燒后幾乎不產生任何殘渣，所以“可燃冰”是一種新型清潔能源。其中甲烷的熱值為q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意義是（ ）
A.1J的甲烷完全燃燒能產生4.2×107 m3熱量。
B.4.2×107J的甲烷完全燃燒能產生1m3熱量。
C.1m3甲烷完全燃燒能產生4.2×107 J熱量。
D.4.2×107m3的甲烷完全燃燒能產生1J熱量。
4.用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫_______。熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量，是提高燃料______的重要措施。
5.汽車用水作為冷卻劑，是因為水的　　 較大。汽車在行駛過程中消耗了2kg汽油，若汽油完全燃燒則放出的熱量為　 　J（汽油的熱值為4.6×107J/kg）。
6.質量為50kg的水溫度從20℃升高到50℃吸收的熱量是　　J，這些熱量如果完全由煤氣燃燒來提供，至少需　　kg的煤氣。（水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃），煤氣的熱值4.2×107J/kg）。
7．我國在南海進行的可燃冰試采獲得成功．可燃冰是一種固態晶體，在常溫壓下會迅速　　（填物態變化）為氣態．它的熱值約為1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃燒后可放出　　J的熱量，若這些熱量60%被水吸收，可以將　　kg的水從0℃加熱到100℃．（C水=4.2×103J/（kg ℃））
8．天然氣熱水器將40kg的水由22℃加熱到42℃水的內能增加了　 　J，水的內能增加是通過　 　方式實現的，若天然氣燃燒放出的熱量有84%被水吸收，需要消耗　 　kg的天然氣。已知c水=4.2×103J/（kg ℃），q天然氣=4×107J/kg。
9.汽車的發動機常用水作為降溫的物質，這是因為水的_________較大的緣故。汽油的熱值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃燒放出的熱量是___________J。目前熱機的效率還比較低，在熱機的能量損失中，_______帶走的能量最多，設法利用這部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。
10. 汽油的熱值為4.6×10 J/kg。這個數值究竟有多大？有人通過一個具體例子來認識汽油熱值的大小：一個60 kg的人，從大廈的1樓步行至第11樓（走了10層樓），每層樓的層高為3 m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃燒獲得熱量的焦耳數和這些功相等，需要汽油的質量是多少？這大約相當于生活中什么物體的質量？
11．若家用天然氣的熱值為4.2×107J/kg 水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃）。
（1）完全燃燒0.04m3天然氣放出的熱量是多少？
（2）若某新型天然氣灶燒水的效率為40%，完全燃燒0.04m3天然氣可使室溫下5kg的水溫度升高多少？

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