物理九年級(jí)上冊(cè)知識(shí)講義13.4熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)-滬科版

初中物理熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)【考點(diǎn)精講】（一）熱機(jī)效率熱機(jī)工作時(shí)的能量走向圖定義熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒所釋放的能量的比值叫做熱機(jī)的效率。公式η＝提高熱機(jī)效率的途徑①使燃料充分燃燒，如：將煤粒磨成煤粉、加大送氧量，使其燃燒更充分；②盡量減小各種熱量損失；③機(jī)件間保持良好的潤(rùn)滑，減小摩擦◆說(shuō)明：熱機(jī)的效率總小于1，主要是由于燃料不能完全燃燒、廢氣帶走一部分熱量、克服摩擦做功、熱傳遞損失能量等原因，沒(méi)辦法將全部能量都用來(lái)做功。（二）環(huán)境保護(hù)熱機(jī)為人類的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也帶來(lái)了許多環(huán)境污染問(wèn)題。污染類型①?gòu)U氣污染②噪聲污染危害不但直接有害人體健康，而且影響植物和水生物正常生長(zhǎng)，甚至影響全球氣候。減少污染主要措施（1）改進(jìn)燃燒設(shè)備，消除煙塵。（2）提高燃料的綜合利用，采取集中供熱。（3）充分開發(fā)利用污染少和無(wú)污染的能源，如太陽(yáng)能。（4）在內(nèi)燃機(jī)排氣管上安裝消音器，以減少噪聲污染。（5）大力開展植樹、種草活動(dòng)，使空氣得到凈化?！镜淅觥坷}1（常德）熱機(jī)的效率較低，為了提高熱機(jī)的效率，你認(rèn)為下列方法目前不可行的是（）A.盡量使燃料充分燃燒B.盡量減少各種熱損失C.盡量減少因克服摩擦力而額外消耗的能量D.想辦法把燃料放出的熱量全部用來(lái)做有用功思路導(dǎo)航：在現(xiàn)有條件下，熱機(jī)工作過(guò)程中燃料不可能完全燃燒，機(jī)械摩擦和散熱要消耗能量、廢氣帶走較大部分能量，所以燃料燃燒釋放出的熱量不可能全部做有用功。答案：D例題2建筑工地上有一臺(tái)大型汽車吊，把100t建筑材料從地面吊到15m高處，汽車吊做的有用功為J，在這過(guò)程中，汽車吊消耗柴油的質(zhì)量為2.0kg，則完全燃燒2.0kg柴油釋放的內(nèi)能為J，該過(guò)程中汽車吊的效率為%。（柴油的熱值為q＝4.3×107J/kg，取g＝10N/kg）思路導(dǎo)航：①∵m＝100t＝1×105kg，g＝10N/kg，∴建筑材料的重力為：G＝mg＝1×105kg×10N/kg＝1×106N，而h＝15m，∴汽車吊做的有用功為：W有＝Gh＝1×106N×15m＝1.5×107J。②∵m柴油＝2.0kg，q＝4.3×107J/kg，∴柴油完全燃燒放出的熱量為：Q放＝mq＝2.0kg×4.3×107J/kg＝8.6×107J。③汽車吊的效率為：η＝≈17.4%。答案：1.5×107，8.6×107，17.4例題3（鞍山）某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水，用鍋爐將200kg的水從25℃加熱到100℃，燃燒6kg的無(wú)煙煤，水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），無(wú)煙煤的熱值是3.4×107J/kg，試求：（1）鍋爐內(nèi)200kg的水吸收的熱量是多少？6kg無(wú)煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？（2）此鍋爐的效率是多少？思路導(dǎo)航：解決此題可結(jié)合熱量公式Q＝cm△t求解水吸收的熱量，利用熱量公式Q＝qm求解無(wú)煙煤完全燃燒放出的熱量，結(jié)合效率公式η＝求解鍋爐的效率。答案：由Q吸＝c水m水△t＝4.2×103J/（kg?℃）×200kg×（100℃－25℃）＝6.3×107J；由Q放＝m煤q煤＝3.4×107J/kg×6kg＝2.04×108J；由公式η＝＝30.9%；答：（1）鍋爐內(nèi)的水吸收的熱量是6.3×107J；6kg無(wú)煙煤完全燃燒放出的熱量是2.04×108J；（2）此鍋爐的效率是30.9%?！究偨Y(jié)提升】1.由于熱機(jī)在工作過(guò)程中，總有能量損失，所以熱機(jī)的效率總小于1。由于損失的原因比較多，所以熱機(jī)的效率一般都較低。汽油機(jī)的效率為20％~30％，柴油機(jī)的效率為30％～45％。柴油機(jī)的效率比汽油機(jī)的效率高，這主要是因?yàn)椴裼蜋C(jī)的構(gòu)造和工作過(guò)程與汽油機(jī)有所不同，因?yàn)椴裼蜋C(jī)在壓縮沖程中的壓縮比比汽油機(jī)更大。2.“功率”和“效率”由于都有一“率”字，容易混淆而出錯(cuò)，這是兩個(gè)意義截然不同的概念。功率表示物體做功的快慢，而效率是指用來(lái)做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒放出的熱量之比，反映的是能量利用率的問(wèn)題。同步練習(xí)：（答題時(shí)間：15分鐘）1.（）A.熱機(jī)的大量使用會(huì)造成環(huán)境污染B.所有的熱機(jī)都是用汽油作燃料C.汽車排出的尾氣都是有毒氣體D.熱機(jī)產(chǎn)生的噪聲，可以被熱機(jī)上的消聲器完全消除2.熱機(jī)甲的效率比熱機(jī)乙的效率大，這句話的意思是（）A.甲的功率比乙的功率大B.甲在單位時(shí)間內(nèi)燒的燃料比乙少C.甲比乙能做更多的功D.甲對(duì)燃料燃燒釋放的熱能的利用率比乙高3.熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，下面關(guān)于熱機(jī)效率的敘述不正確的是（）A.在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，就有可能使熱機(jī)效率達(dá)到100%B.兩輛型號(hào)相同的小汽車，以相同的速度行駛相同的路程，耗油量小的那輛車效率較高C.在使用上要正確使用，注意保養(yǎng)，可提高效率D.在熱機(jī)的各種損失中，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措施4.一位同學(xué)閱讀了某牌號(hào)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的說(shuō)明書后，將內(nèi)燃機(jī)的能量流向制成如圖所示的圖表，請(qǐng)你根據(jù)給出的信息，計(jì)算該內(nèi)燃機(jī)的效率為至。5.一臺(tái)汽油機(jī)工作時(shí)的功率為P，在t時(shí)間內(nèi)燒掉汽油的質(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)間做的額外功是。6.一臺(tái)單缸四沖程汽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中消耗了10g汽油（汽油的熱值為4.6×107J/kg），這些汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是J。如果這臺(tái)汽油機(jī)的效率為30%，則一個(gè)工作循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能為J。7.（蘇州）某家庭需要將50kg、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0.8kg煤氣.已知煤氣的熱值q＝4.2×107J/kg，水的比熱容c＝4.2×103J/（kg·℃）。求：（1）（2）完全燃燒0.8kg煤氣放出的熱量；（3）煤氣灶燒水的效率.8.J/（kg·℃），煙煤的熱值約為3×107J/kg。試求：（1）水吸收的熱量是多少？（2）1.4kg的煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？（3）實(shí)際上煙煤未完全燃燒.若水吸收的熱量是煙煤放出熱量的8.4%，那么煙煤實(shí)際放出的熱量是多少？9.泰安五岳專用汽車有限公司是一家大型的特種專用汽車生產(chǎn)基地。該廠某型號(hào)專用車在車型測(cè)試中，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1（1）專用車牽引力所做的功；（2）已知熱機(jī)效率η＝（式中W為熱機(jī)在某段時(shí)間內(nèi)對(duì)外所做的功，Q為它在這段時(shí)間內(nèi)所消耗的燃油完全燃燒所產(chǎn)生的熱量），則該專用車的熱機(jī)效率是多少？

答案：1.A解析：A.熱機(jī)都是靠燃燒燃料獲得能量的，汽油、柴油等燃料燃燒時(shí)都會(huì)放出有害氣體，污染環(huán)境，所以A是正確的；B.熱機(jī)中有燃燒汽油的（汽油機(jī)），有燃燒柴油的（柴油機(jī)），有燃燒液態(tài)氫的（火箭噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)），所以B是錯(cuò)誤的；C.汽車排出的氣體中有二氧化碳、水蒸氣、一氧化碳、氮?dú)浠衔锏?，其中二氧化碳和水蒸氣是無(wú)害的，所以C是錯(cuò)誤的；D.消聲器只是減弱噪聲，而不是消除噪聲，所以D是錯(cuò)誤的。2.D解析：熱機(jī)的效率是指用來(lái)做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比。甲的效率高，則甲用來(lái)做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比大，即甲對(duì)燃料釋放的熱能的利用率比乙高。3.A解析：A.在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，熱機(jī)效率相應(yīng)提高，但不可能達(dá)到100%。此選項(xiàng)錯(cuò)誤；B.兩輛型號(hào)相同的小汽車，以相同的速度行駛相同的路程，做的有用功相同，耗油量小的那輛車效率較高。此選項(xiàng)正確；C.在使用上要正確使用，注意保養(yǎng)，減少摩擦消耗的能量。此選項(xiàng)正確；D.在熱機(jī)的各種損失中，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措施。此選項(xiàng)正確。4.24%；30%解析：當(dāng)損失的各種能量在總能量中占的百分比最大時(shí)，該內(nèi)燃機(jī)的效率最低，即為：100%－35%－32%－9%＝24%；當(dāng)損失的各種能量在總能量中占的百分比最小時(shí)，該內(nèi)燃機(jī)的效率最高，即為：100%－33%－30%－7%＝30%。5.mq－Pt解析：在t時(shí)間內(nèi)汽油完全燃燒，能放出的熱量Q＝W總＝mq，汽油機(jī)工作對(duì)外所做的功為有用功，由功率P＝得：W有＝Pt，則η＝∴W額＝W總－W有＝mq－Pt。6.4.6×105，1.38×105解析：汽油的質(zhì)量：m＝10g＝0.01kg，汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量：Q放＝qm＝4.6×107J/kg×0.01kg＝4.6×105J，一個(gè)工作循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能：W有＝η×W總＝30%×4.6×105J＝1.38×105J；7.（1）解：Q吸＝cm（t–t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×50kg×（60℃－20℃）＝8.4×106J（2）（3）解析：（1）知道水的質(zhì)量、水的比熱容和水的初溫和末溫，利用吸熱公式求水吸收的熱量；（2）知道煤氣的質(zhì)量和煤氣的熱值，利用Q放＝mq計(jì)算煤氣完全燃燒放出的熱量；（3）水吸收的熱量是有用的能量，煤氣完全燃燒放出的熱量為總能量，利用效率公式求燃?xì)庠顭男省?.解：（1）水吸收的熱量：Q吸＝cm（t－t0）＝3.36×106J（2）1.4kg的煙煤完全燃燒放出的熱量：Q＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J（3）由Q吸＝Q放×8.4%得：Q放＝＝＝4×107J解析：計(jì)算燃料的利用率時(shí)，常常先使用公式Q吸＝cm（t－t0）計(jì)算物體吸收的熱量，使用公式放＝mq計(jì)算燃料燃燒放出的熱量；再使用公式計(jì)算燃料的利用率。9.（1）因?yàn)閷Ｓ密噭蛩傩旭?，所以牽引力F＝f＝3.0×103N牽引力做的功：W＝Fs＝3.0×103N×5.6×103m＝1.68×107J（