資源簡介

14.2 熱機的效率
知識點回顧
一、燃料的熱值
1.定義：某種燃料 放出的熱量與其質量之比，用符號 表示。
2.單位：J/kg，例如：，物理意義：1千克的煤油完全燃燒放出的熱量為。
3.特點：只與燃料的種類有關，與燃料的形狀、體積、質量 （選填“有關”或“無關”）。
二、燃燒值的計算
1.固、液體燃料：
2.氣體燃料：
三、熱機的效率
1.定義：熱機工作時，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比。
2.公式：
四、效率
1.用來做有用功那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比。
提升練習
一、單選題
1．21年4月1日，20輛中通氫能公交車在高明正式投入使用（如圖所示）。配套的氫燃料電池發動機氫加注時間小于15分鐘，續航里程可達350km，它采用氫作為燃料除了環保，主要是因為氫具有（　　）
A．較小的密度 B．較高的熱值
C．較低的沸點 D．較大的比熱容
2．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，這種燃料的熱值越大
B．燃料燃燒時，放出的熱量越多，這種燃料的熱值越大
C．相同質量的不同燃料完全燃燒，放熱多的燃料熱值大
D．不同燃料完全燃燒放出等量的熱量，所用質量大的燃料熱值大
3．我國某集團于2020年正式發布全球首款效率突破50%的商用柴油機，世界內燃機發展出現歷史性新突破，關于內燃機下列說法正確的是（　　）
A．內燃機的效率越低，則表示內燃機做功越慢
B．可通過減少各部件間的摩擦提高內燃機的效率
C．在內燃機的能量損失中，廢氣帶走的能量很少
D．隨著技術的進步，內燃機的效率能到達100%
4．前不久，據河南南陽炒作很熱的“水氫發動機”的宣傳說，“水氫發動機”可以利用水來制取氫氣，從而為發動機提供高能燃料。中央電視臺對此作了專題報道，認為目前的技術尚不成熟，所謂的“水氫發動機”要真正投入使用還有很長的路要走。對此，下列分析不正確的是（　　）
A．氫氣燃燒無污染是“水氫發動機”備受關注的原因之一
B．氫氣是發動機的一種理想燃料，是因為氫氣的熱值大
C．“水氫發動機”是利用內能做功的機械
D．目前利用水制取氫氣耗能高，因此“水氫發動機”的效率很高
5．人們通常用磚砌成爐灶燒煤來加熱水（如圖甲），小明同學將這些普通的爐灶壁改裝成裝水的容器，這樣在給水壺內的水加熱的同時，也加熱了爐灶壁內的水（如圖乙）。這樣做有利于（　　）
A．提高煤的熱值 B．煤的充分燃燒
C．提高爐子的效率 D．水壺內水吸收熱量
6．柴油機的效率比汽油機高，這說明(　　)
A．在單位時間內柴油機消耗的燃料比汽油機的少
B．在單位時間內柴油機消耗的燃料比汽油機的多
C．柴油的熱值比汽油的高
D．柴油機把柴油燃燒后的內能轉化為機械能的比率比汽油機的高
7．如圖是某內燃機工作時的能量流向圖，該內燃機的熱機效率是（　　）
A． B． C． D．
8．某四沖程汽油機的效率是20%，如圖所示為該汽油機工作的四個沖程示意圖。下列說法正確的是（　　）
A．在圖甲沖程中能量的轉化是內能轉化為機械能
B．該汽油機的四個沖程正確的工作順序是甲→乙→丁→丙
C．通過改善汽油機結構，可將其效率從20%提升到100%
D．汽油機的一個工作循環中，活塞往復運動兩次
9．某型號汽油機工作時的熱損失情況是：汽缸散熱損失30%，廢氣帶走35%，機械摩擦損耗10%，由于汽油容易揮發等原因其利用率只有90%，則2kg能利用的汽油其完全燃燒（熱值為4.6×107J/kg）獲得的機械能是（　　）
A．0.09×107J B．3.39×107J C．0.88×107J D．2.07×107J
10．探究某物質熔化和沸騰的實驗如圖甲所示，把100g某種固體碾碎放入試管中，插入溫度計，再將試管放在裝有水的燒杯中加熱（物質在相同時間內吸收的熱量相等）。根據實驗數據畫出的圖像如圖乙所示，從開始加熱到實驗結束的10min內消耗4g酒精，酒精的熱值3.0×107J/kg，這種物質的液態比熱容c=1.5×103 J/(kg·℃)，下列選項錯誤的（　　）
A．該物質在第5min末的內能大于第4min末的內能
B．在AB段和BC段，該物質吸收的熱量相同
C．該物質固態時的比熱容為3.0×103 J/(kg·℃)
D．該裝置能量的轉化效率為50%
二、填空題
11．天然氣熱水器將40kg的水從15℃加熱到65℃，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，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·℃)，q天然氣=4×107J/kg】
12．隨著科學技術的創新，廚余垃圾也能變航空燃油，若此航空燃油的熱值為4.0×107Jkg，完全燃燒15g這種航空燃油可以釋放　 　J的熱量，這些熱量的70%被10kg的水吸收，則水升高的溫度為　 　℃。[c水=4.2×103J/(kg·℃)]
13．飛機噴氣式發動機的熱機效率可高達60%，若燃料完全燃燒產生2×108J的熱量時，飛機可以獲得　 　J的機械能。
14．2022年11月29日23時08分，搭載神舟十五號載人飛船的長征運載火箭點火升空，將三名航天員送往中國空間站，與神舟十四號航天員“會師”太空，首次完成航天員乘組的在軌輪換。神舟十五號飛船與火箭加速升空的過程中，液態氫燃料燃燒提供火箭升空所需的能量，燃料本身質量不斷減小，熱值　 　（選填“變大”“不變”或“變小”）；火箭發動機將燃氣的內能轉化為　 　能；若把飛船送到指定軌道需要消耗的液態氫為0.5t，它們完全燃燒釋放的熱量為　 　J。（q氫＝1.4×108J/kg）
15．小明暑假去研學，中間經過了湘江某處大橋。大橋全程長約為1700m，她坐的小轎車做勻速直線運動通過全程，受到阻力恒為220N，通過全程消耗了0.02kg的汽油，汽油機的效率為　 　%。（已知熱值q汽=4.4×107J/kg）
三、計算題
16．野營洗浴車的工作原理是用柴油發電機給水加熱，可以較好地解決解放軍戰士在野外訓練時的洗浴問題，它一次可供15名戰士同時洗澡。若每名戰士每次洗澡用水量為10kg，水溫由15℃升高到40℃，柴油完全燃燒產生能量的25%轉化為水的內能。求：[水的比熱容為：4.2×103J/（kg ℃），柴油的熱值為4.3×107J/kg]
（1）15名戰士每次洗澡用水一共吸收的熱量；
（2）15名戰士每次洗澡要消耗柴油的質量。（計算結果精確到0.01kg）
17．小寧同學學習了燃料的熱值后，很想知道家中使用的天然氣的熱值是多少，于是，他在家里將裝有2×10-3m3水的水壺放到天然氣灶上去燒，如圖所示，用溫度計測量水從20℃加熱至80℃的過程中，觀察到天然氣表的數字變化了0.035m3。他通過上網查閱得知天然氣灶的效率約為36%。求：
（1）求水壺里水的質量；
（2）在這個過程中水吸收的熱量；
（3）天然氣的熱值是多少J/m3。
18．小華的爸爸最近購買了一輛轎車，小華利用所學的物理知識對轎車進行了一系列探索與研究活動：小華同學閱讀了轎車發動機的說明書后，將內燃機的能量流向制成如圖甲所示的圖，而熱機的效率為發動機輸出的有用功（發動機牽引力所做的功）與燃料燃燒放出熱量的比值，汽油的熱值為4.6×107J/kg，冷卻水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃），請根據給出的信息：
（1）根據甲圖中的信息，請計算該轎車完全燃燒0.21kg的汽油能夠使11.5kg、15℃的冷卻水升高的溫度；
（2）若轎車以恒定的功率在平直公路上做直線運動，該車勻速直線運動時所受阻力保持不變，大小為2000N，運動的速度v與時間t的關系如圖乙所示。請計算轎車發動機在0～10s時間內對外做的功；
（3）小華星期天隨父母從家中出發開車去竹海風景區游玩，到達目的地后發現轎車消耗了10kg汽油，熱機的效率35%恒定不變，若旅途中發動機的牽引力始終保持在2.5×103N，請計算小華家到竹海風景區的距離。
參考答案
1．B
2．C
3．B
4．D
5．C
6．D
7．D
8．D
9．D
10．D
11．8.4×106；0.25；熱傳遞
12．6×105；10
13．1.2×108
14．不變；機械；7×1010
15．42.5
16．（1）解： 15名戰士每次洗澡用水的質量
初溫t0=15℃，終溫t=40℃，水的比熱容c=4.2×103J/（kg ℃）水吸收的熱量
答：15名戰士每次洗澡用水一共吸收1.575×107J熱量；
（2）解：柴油完全燃燒產生能量的25%轉化為水的內能，柴油燃燒應放出的熱量
由 得，需要柴油的質量
答：15名戰士每次洗澡要消耗1.47kg柴油。
17．（1）解：由 知道，水的質量m=ρV水=1×103kg/m3×2×10-3m3=2kg
答：水壺里水的質量為2kg；
（2）解：水吸收的熱量Q吸=c水m（t-t0）=4.2×103J/（kg ℃）×2kg×（80℃-20℃）=5.04×105J
答：在這個過程中水吸收的熱量為5.04×105J；
（3）解：已知天然氣灶的效率約為η=36%，由 知道，天然氣完全燃燒放出的熱量
天然氣的熱值
答：天然氣的熱值為4×107J/m3。
18．（1）解：由圖甲可知，發動機的效率η＝100%﹣30%﹣30%﹣5%＝35%
完全燃燒0.21kg的汽油放出的熱量Q放＝qm汽油＝4.6×107J/kg×0.21kg＝9.66×106J
水吸收的熱量為Q吸＝30%Q放＝30%×9.66×106J＝2.898×106J
由Q吸＝cm t可得，水溫度升高值
答：水升高的溫度為60℃；
（2）解：由圖像可知轎車勻速直線運動時的速度是v＝30m/s，則轎車發動機的功率P＝Fv＝2000N×30m/s＝6×104W
所以，在0～10s時間內，轎車發動機對外做功W＝Pt＝6×104W×10s＝6×105J
答：轎車在0～10s內對外做功6×105J；
（3）解：完全燃燒10kg的汽油放出的熱量
因此所做的有用功W有用＝ηQ 放＝35%×4.6×108J＝1.61×108J
汽車行駛的距離為
答：小華家到竹海風景區的距離為6.44×104m。

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