142熱機的效率（原卷版）-1

14.2熱機的效率——精剖細解講義知識點1：探究不同燃料的熱值的大小【實驗?zāi)康摹勘容^煤油和菜籽油的熱值大小【實驗裝置圖】【實驗步驟】在兩個相同規(guī)格的燈壺中分別加入相同質(zhì)量的煤油和菜籽油;；在兩個相同規(guī)格的燒杯中加入質(zhì)量相同、初溫相同的水；點燃煤油燈和菜籽油燈；?當燒杯內(nèi)水的溫度升高10℃時，停止加熱，然后用天平分別稱量兩燈的質(zhì)量。【實驗記錄】煤油燈的質(zhì)量大于菜籽油的質(zhì)量?！緦嶒灧治觥恳驗閮蔁瓋?nèi)水的質(zhì)量相同，升高溫度相同，所以兩杯水吸收的熱量相同，即兩種燃料放出的熱量相同;開始時兩燈壺的總質(zhì)量相等，后來煤油燈的質(zhì)量大，說明剩余的煤油質(zhì)量多，燃燒消耗的煤油質(zhì)量少；根據(jù)熱值公式可知，煤油的熱值大?！緦嶒灲Y(jié)論】煤油的熱值比菜籽油大?！緦嶒灧椒ā哭D(zhuǎn)換法∶實驗中，用水吸收的熱量來表示燃料燃燒放出的熱量?？刂谱兞糠ǎ簩嶒炛?，燃料燃燒釋放的熱量相同，通過比較消耗燃料質(zhì)量的多少來比較熱值的大小。將相等質(zhì)量的然后全部耗盡，再比較液體升高的溫度?！緦嶒灴刂频牧俊繉嶒灥目刂频南嗤浚阂后w的種類，質(zhì)量，初溫，燃料的種類，實驗裝置實驗的控制的不同量：燃料的質(zhì)量【實驗注意事項】為了使物質(zhì)受熱均勻，可用玻璃棒或攪拌器對物質(zhì)進行攪拌。注意不能用溫度計代替攪拌器。測量的熱值偏小，原因：①燃料無法完全燃燒②不同物體吸收的熱量不等于熱源放出的熱量，存在熱損失。熱值偏小的解析：若利用Q吸=cm△t計算出水吸收的熱量，并測出煤油燈或者菜籽油燈減少的質(zhì)量（即消耗燃料的質(zhì)量），還可根據(jù)公式粗略計算出煤油或菜籽油的熱值（由于熱量損失，計算出的熱值偏?。?。探究不同燃料的熱值的大小1.如圖所示，甲、乙、丙三圖中裝置完全相同，燃料質(zhì)量都是10g，燒杯內(nèi)液體質(zhì)量和初溫也相同。（1）比較不同液體的比熱容，可以選擇甲、丙兩圖；比較不同燃料的熱值，可以選擇甲、乙兩圖；（2）為了研究不同物質(zhì)的吸熱能力，利用其中兩幅圖進行實驗，根據(jù)記錄數(shù)據(jù)作出了兩種液體的溫度隨時間變化的圖象，如圖丁所示：①由圖可以看出，在開始時a液體的溫度升高得快，b液體的比熱容較大；②如果已知b液體比熱容是1.8×103J/（kg?℃），則a液體比熱容是0.9×103J/（kg?℃）；（3）水的比熱容較大，人們往往利用這一特性為生活、生產(chǎn)服務(wù)或解釋一些自然現(xiàn)象，下列事例中與它這一特性無關(guān)的是D。A.讓流動的熱水流過散熱器取暖B.汽車發(fā)動機用水作為冷卻劑C.沿海地區(qū)晝夜溫差比內(nèi)陸地區(qū)小D.夏天在房間內(nèi)灑水降溫2.學(xué)習(xí)了燃料的熱值和物質(zhì)的比熱容后，為了探究酒精和碎紙片的熱值大小以及水和煤油的吸放熱能力，小蕓設(shè)計了如下三個實驗裝置。（1）為了探究酒精和碎紙片的熱值大小，應(yīng)該選用的實驗裝置是甲和乙。為了探究水和煤油的吸放熱能力，應(yīng)該選用的實驗裝置是甲和丙。（2）三套實驗裝置中，用來燃燒產(chǎn)生熱量的酒精和碎紙片的質(zhì)量應(yīng)該相同，被加熱的水和煤油質(zhì)量應(yīng)該相同。（兩空均選填“相同”或“不相同”）（3）同時點燃甲、乙、丙中的酒精和碎紙片，全部燃盡時，通過記錄三支溫度計的示數(shù)，得到如表所示的數(shù)據(jù)：加熱的時間/min0123456甲杯水溫度/℃25272931333537乙杯水溫度/℃2526272829丙杯煤油溫度/℃25293337414549根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以判斷出：熱值較大的是酒精，吸放熱性能較強的是水（兩空均選填：“酒精”、“碎紙片”、“水”、“煤油”）。3.某物理研究小組組裝了如圖所示的甲、乙、丙裝置，在完全相同的燒杯中分別裝有A、B兩種液體，在完全相同的燃料盒中分別裝有兩種不同的燃料。（1）為了比較不同燃料燃燒時放熱的本領(lǐng)，應(yīng)選甲、乙兩圖的裝置進行實驗；為了比較液體的吸熱本領(lǐng)，應(yīng)選甲、丙兩圖的裝置進行實驗。（2）此實驗用加熱時間（選填“溫度計示數(shù)”或“加熱時間”）來反映液體A和液體B吸收熱量的多少。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制出如圖所示的圖象，分析圖象可知，液體B的溫度升高得較慢，A、B兩種液體的比熱容之比為1：2。（3）實驗小組的同學(xué)經(jīng)過討論和實驗，用圖甲所示的實驗方法進行數(shù)據(jù)測量，并求出燃料的熱值。求出的熱值比真實值偏?。ㄟx填“偏大”或“偏小”）。知識點2：熱機的效率1、燃料的熱值定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比。（1kg（或1m3）某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。）符號：q。單位：焦每千克，符號J/kg。計算公式：Q＝qm或Q＝qV（q為熱值）。熱值是燃料本身的一種特性，它的大小只取決于燃料的種類，而與燃料的質(zhì)量、放熱多少等無關(guān)。不同燃料的熱值一般不同。熱值在數(shù)值上等于1kg的某種燃料完全燃燒放出的熱量。熱值反映了燃料在燃燒過程中，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小。一些常見燃料的熱值如下圖所示：2、熱機效率定義：熱機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做熱機的效率。計算公式：燃料完全燃燒放出能量的用途：熱機的能量流向圖：燃料很難完全燃燒，釋放的熱量也沒有全部用來做有用功，損失了大部分，在各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多。利用廢氣的能量可以提高燃料利用率。提高熱機效率的途徑：燃料充分燃燒；改進熱機，減少各種能量損失；利用廢氣的能量；機器零件間保持良好的潤滑、減小摩擦。熱機效率和爐具效率的求解方法儀器熱機爐具方法發(fā)動機的牽引力做功消耗的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比QUOTE。η=W有Q總?其中W有=Fs或W有=Pt（F是牽引力，s是汽車行駛的距離，P是汽車發(fā)動機功率，t水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比η=Q其中Q吸=cm水△t，Q總=m燃q。有關(guān)熱機的計算1．一臺柴油機，功率為70kW，機械效率為40%，已知柴油的熱值為4.2×107J/kg，當它正常工作時，每分鐘消耗的柴油是（）A．0.25g B．250g C．0.4g D．400g2．一臺四沖程內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速為600r/min，則（）A．每分鐘內(nèi)做功100次，共有400個沖程 B．每分鐘內(nèi)做功200次，共有200個沖程 C．每秒內(nèi)做功20次，共有10個沖程 D．每秒內(nèi)做功5次，共有20個沖程3．一臺單缸四沖程汽油機的飛輪轉(zhuǎn)速是每分鐘1200轉(zhuǎn)，則汽油機每秒內(nèi)（）A．完成20個沖程，做功10次 B．完成40個沖程，做功40次 C．完成40個沖程，做功10次 D．完成20個沖程，做功20次4．某四沖程內(nèi)燃機的飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min，則在每秒鐘內(nèi)（）A．曲軸轉(zhuǎn)120轉(zhuǎn) B．對外做功60次 C．完成120個沖程 D．完成60個工作循環(huán)燃料的熱值及其計算5．2023年五一期間，淄博燒烤火出圈，“坐高鐵去擼串”等話題不斷在社交平臺刷屏。如圖所示，羊肉串架在微炭火上烤的情景。關(guān)于烤羊肉串涉及的物理現(xiàn)象，下列說法中錯誤的是（）A．肉烤熟是通過熱傳遞的方式改變其內(nèi)能 B．肉溫度越高，所含熱量越多 C．木炭在燃燒的過程中，熱值不變 D．很遠就能聞到肉香味是說明分子在不停地做無規(guī)則運動6．2023年5月30日，長征二號F遙十六運載火箭搭載神舟十六號載人飛船成功發(fā)射（如圖）?；鸺褂靡环N叫做偏二甲肼的液體燃料，是因為該燃料具有較大的（）A．熱值 B．比熱容 C．密度 D．體積7．酒精的熱值是3.0×107J/kg，一瓶酒精用去半瓶后剩下的半瓶酒精的熱值是（）A．1.5×107J/kg B．3.0×107J/kg C．6.0×107J/kg D．9.0×107J/kg8．小明和小華學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，他們一起設(shè)計了一個實驗來探究煤油和菜籽油熱值的大小關(guān)系。他們組裝了如圖所示的裝置進行實驗，為了保證實驗結(jié)論的可靠性，下列措施不合理的是（）A．兩杯水的質(zhì)量應(yīng)相等 B．兩杯水的初溫應(yīng)相等 C．兩種燃料質(zhì)量應(yīng)相等 D．燃料燃燒時間應(yīng)相等熱機的效率9．某汽油機工作時的能量損失情況是：汽缸散熱損失30%，廢氣帶走35%，機械摩擦及其它損耗總和為10%。已知汽油熱值為4.6×107J/kg。下列說法中正確的是（）A．該汽油機工作的效率是25%，工作時汽油燃燒釋放能量的75%轉(zhuǎn)化為機械能 B．若該汽油機消耗2kg汽油，獲得的機械能為2.3×107J C．若該汽油機消耗2kg汽油，損失的能量為3.22×107J D．經(jīng)過不斷改進和創(chuàng)新，汽油機的效率可以提高到100%10．如圖所示為某種型號的由柴油機提供動力的水泵機組，它的優(yōu)點是重量輕，體積小，功率大，省時省油。若該水泵機組的效率為40%，正常工作1小時可以將54m3的水抽到20m高處，則下列說法中不正確的是（取g＝10N/kg，q柴油＝4.3×107J/kg）（）A．柴油機通過做功沖程將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 B．水泵機組對水做功1.08×107J C．水泵機組的有用功功率為3000W D．上述過程水泵機組消耗的柴油約6.3kg11．如圖為甲、乙兩汽油機的數(shù)據(jù)。兩者相比，甲汽油機（）A．熱機效率較大 B．熱機效率較小 C．產(chǎn)生的有用機械能較少 D．產(chǎn)生的有用機械能較多12．關(guān)于某單缸四沖程汽油機，下列說法正確的是（）A．通過技術(shù)改進，汽油機的效率可以達到100% B．在汽油機的做功沖程中，機械能轉(zhuǎn)化內(nèi)能 C．汽油機的壓縮沖程為汽油機提供動力 D．汽油機在1s內(nèi)完成了15個工作循環(huán)，則該汽油機工作時飛輪的轉(zhuǎn)速為1800r/min填空題13．如圖所示，為汽油機的沖程，若飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min，則該汽油機1s對外做功次。若汽油機效率是25%，完全燃燒2kg汽油放出的熱量可以對外做功J。汽油機工作時會產(chǎn)生大量的熱，常利用水進行降溫，這是利用了水的的特性。（已知汽油的熱值為4.6×107J/kg）14．某單缸四沖程汽油機的氣缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在氣缸中移動的距離是50mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動1800周，當汽油機滿負荷工作時（不計摩擦），做功沖程中燃氣對活塞的平均壓力N；一個做功沖程中燃氣對活塞做的功J；該汽油機的功率W。15．如圖是四沖程汽油機的工作過程中沖程；如果該汽油機每分鐘轉(zhuǎn)3600轉(zhuǎn)，則該汽油機每秒做功次；若該汽油機功率為10kW，機械效率為36%，使用的乙醇汽油熱值為4×107J/kg，則汽油機工作1小時消耗kg乙醇汽油。16．如圖所示是道路維修時常用的路面鉆機（俗稱“啄木鳥”），該機械利用壓縮氣體推動活塞將鉆頭打入路面。氣體推動活塞對外做功時是將能轉(zhuǎn)化為機械能；“啄木鳥”中用到了柴油機，若柴油機完全燃燒的柴油放出的熱量有40%轉(zhuǎn)化為有用功，則完全燃燒50kg柴油對外做的有用功是J（柴油的熱值是4.3×107J/kg）。17．車用乙醇汽油是在汽油中加入了適量乙醇，乙醇燃燒的過程是能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程，使用乙醇汽油的優(yōu)點是（答出一點即可），完全燃燒30g乙醇可以產(chǎn)生J的熱量。（乙醇的熱值為2.8×107J/kg）18．如圖所示，2022冬奧會主火炬以“微火”取代熊熊燃燒的大火，傳遞低碳、環(huán)保的綠色奧運理念，實現(xiàn)了奧運歷史上的一次點火創(chuàng)新?！拔⒒稹庇汕鍧崥淠茉醋鳛槿剂瞎┙o。氫燃料流量約為1.2立方米/小時。與以往熊熊燃燒的火炬相比，大約能夠節(jié)省99.9%的能量，充分體現(xiàn)了環(huán)保理念。氫氣的熱值為1.4×108J/kg，表示的物理意義是。微火炬燃燒，火炬碳纖維外殼溫度升高，外殼的內(nèi)能（選填“增大”“減小”或“不變”）。若氫氣的密度為0.09kg/m3，每小時流過的氫氣完全燃燒放出J的熱量。19．如圖所示，是A、B兩種燃料完全燃燒放的熱量Q與其質(zhì)量m的關(guān)系圖，從圖中可看出A燃料的熱值B燃料的熱值（大于/小于/等于），在標準大氣壓下，若B燃料的熱值為7×106J/kg，則1kg的B燃料完全燃燒釋放的熱量為J，其中有60%的熱量被質(zhì)量為10kg、初始溫度為20℃的水吸收，c水＝4.2×103J/（kg?℃），則水的溫度將升高℃。20．水是生命之源，在生活中的應(yīng)用很廣泛，汽車發(fā)動機的冷卻循環(huán)系統(tǒng)用水作為工作物質(zhì)，是利用水的比熱容（選填“大”或“小”）的特點；墨墨家天然氣熱水器的熱效率是84%，他某次洗澡耗水40kg，自來水進熱水器的溫度是24℃，出熱水器的溫度是40℃，墨墨這次洗澡消耗天然氣m3。[已知水的比熱容是4.2×103J/（kg?℃），天然氣的熱值是3.2×107J/m3]21．如圖所示是四沖程內(nèi)燃機工作循環(huán)中的沖程。若此內(nèi)燃機1s內(nèi)對外做功20次，則曲軸的轉(zhuǎn)速是r/min。在一個工作循環(huán)中消耗了20g汽油（q汽油＝4.6×107J/kg），若這臺汽油機的效率為30%，則一個工作循環(huán)中輸出的有用機械能為J。22．如圖所示的是四沖程內(nèi)燃機的沖程。若燃氣對活塞的平均推力為400N，活塞向下運動的距離為30cm，內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速為600r/min，內(nèi)燃機每一個循環(huán)完成四個沖程，每分鐘需要消耗熱值為4.6×107J/kg的汽油5.2g，則燃氣推動活塞向下運動一次做功