【志鸿优化设计】九年级物理全册 第十四章 内能的利用 14.2 热机的效率（基本技能+基本能力+思维拓展）（含详解）（新版）新人教版.doc

14.2热机的效率 1燃料的热值(1)燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储藏在燃料中的化学能被释放，转变成周围物体的内能。因此，燃料燃烧过程是化学能转化成内能的过程。(2)物理意义：燃料的热值是反映燃料放热本领大小的物理量，热值越大，说明燃料的放热本领越大。(3)定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。(4)定义式：q，其中q表示燃料的热值，q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量。(5)单位：焦/千克，读作焦每千克，用符号j/kg表示。(6)燃料的热值表一些燃料的热值干木柴约1.2107 jkg1柴油4.3107 jkg1烟煤约2.9107 jkg1煤油4.6107 jkg1无烟煤约3.4107 jkg1汽油4.6107 jkg1焦炭3.0107 jkg1氢1.4108 jkg1木炭3.4107 jkg1煤气约3.9107 jm3酒精3.0107 jkg1沼气1.9107 jm3热值是燃料的一种特性，不同燃料的热值一般不同。在常见的燃料中，氢的热值最大，常用于火箭。液体燃料的热值比固体燃料的热值大。(7)燃料完全燃烧放出热量的计算固体和液体燃料：qqm，式中m的单位为kg，q的单位为j/kg，则q的单位为j。气体燃料：qqv，式中v的单位为m3；q的单位为j/m3，则q的单位为j。谈重点 热值(1)对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1 kg”“某种燃料”“完全燃烧”。1 kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1 kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1 kg燃料的化学能转变成内能就不是该燃料的热值。(2)热值是一种理想的数值，任何燃料不可能完全燃烧。(3)公式q是燃料热值的定义式，不是决定式，热值是燃料本身的一种特性，大小由燃料的种类决定，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、燃烧放出的热量等因素无关。【例11】 关于燃料的热值，下列说法中正确的是()a燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高b燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多c燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大d燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关解析：错解：a、b、c正解：d错解分析：燃料燃烧时可以达到的温度与实际燃料的多少以及燃烧条件、环境情况等有关，不能说热值大可以达到的温度就高；燃烧放热的多少与燃料的质量、热值、燃烧条件等都有关，故不能说热值越大放热就越多。正解分析：燃料的热值由燃料的种类决定，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧、燃烧放出的热量等因素无关。答案：d【例12】 煤气的热值为3.9107 j/m3，有一户人家在一个月内燃烧煤气消耗1.17109 j热量，则该户人家在一个月内共燃烧煤气_m3。若该地煤气收费标准为0.9元/m3，这个月应该交煤气费_元。解析：由qqv得该户煤气用量为v30 m3应该交煤气费：30 m30.9元/m327元。答案：30272热机的效率(1)热机中的能量转化图热机的能量损失主要包括以下几个方面：燃料未能完全燃烧由于燃料的优劣、内燃机汽缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量损失。废气带走很大一部分能量四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程将汽缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大。一部分能量消耗在散热上热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体，传递了部分燃料燃烧所释放的热量，所以散热也是能量损失的一个方面。克服摩擦做功机械本身在工作时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧来提供。(2)热机的效率定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。公式：意义：热机效率是反映热机工作时，燃料利用率的物理量。由于热机工作时，不可避免地要有能量损失，所以热机效率总小于1。(3)提高热机效率的主要途径使燃料充分燃烧；尽量减少各种热量损失；在热机的设计和制造上，采用先进的技术；保证良好的润滑，减小机械摩擦。(4)环境污染：热机工作时产生的环境污染有大气污染和噪声污染。【例2】 学校专业课老师要测试某型号汽车的性能，他将汽车以72 km/h的速度匀速行驶120 km，消耗汽油1.2 kg。汽车匀速行驶时受到的牵引力f1.2103 n。(汽油的热值q4.6107 j/kg)求：(1)该汽车在测试这段时间内做的有用功是多少？(2)在测试时间内该汽车的效率是多少？解析：汽车做的有用功可由牵引力和汽车运动的距离求出，汽油完全燃烧放出的热量可由汽油的质量和热值求出，汽车的效率可由汽车做的有用功和汽油燃烧放出的热量求出。汽车做的有用功wfs1.2103 n12 000 m1.44107 j汽油完全燃烧放出的热量qqm4.6107 j/kg1.2 kg5.52107 j汽车的效率26.1%。答案：(1)1.44107 j(2)26.1%3汽车效率的计算汽车效率的计算是中考的高频考点，也是难点，常常作为压轴题出现，其基本解题思路如下：(1)汽车做的有用功常用w有fs或wpt计算；如果汽车做匀速直线运动，牵引力f等于阻力f。(2)汽油完全燃烧放出的热量常用q放qm计算。(3)汽车的效率常用计算。(4)综合求解时，有如下关系式：fsqm或ptqm上述等式中已知其中任意四个物理量，都可以求出另外一个物理量，如已知f、s、q、，则m。点技巧 单位的选用分步求解或综合求解时，各个物理量的单位都要使用其国际单位。【例3】 某辆小轿车油箱内装有32 kg汽油，司机小李驾车沿高速公路到某地旅游，路程为300 km。假设轿车是匀速行驶，且受到的阻力为920 n。已知汽油完全燃烧产生的内能有30%转化为机械能，汽油的热值为4.6107 j/kg。求：(1)小轿车到达目的地牵引力所做的功；(2)通过计算说明小轿车在行驶途中是否需要加油。解析：计算出小轿车到达目的地需要消耗的汽油，和油箱内的汽油比较，确定是否需要加油。(1)匀速行驶时牵引力ff920 nwfs920 n300103 m2.76108 j。(2)汽油燃烧需要放出的热量q9.2108 j需要燃烧汽油的质量m20 kg或轿车消耗汽油的质量为m，其完全燃烧产生的热量qqm由题得：wqqm即m20 kg20 kg32 kg，不需加油。答案：(1)2.76108 j(2)不需要 4燃料的利用率(1)燃料的利用率(也叫炉子的效率)：被利用了的热量与燃料完全燃烧释放的热量的比值，叫做燃料的利用率，即。(2)影响燃料利用率的因素燃料不可能完全燃烧；燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被利用。(3)提高燃料利用率的途径让燃料尽可能地充分燃烧，如将煤炭研磨成粉状，吹入炉内燃烧；减少热量的散失，如加大受热面积等。点技巧 炉子的效率计算炉子的效率时，常用qcm(tt0)cmt计算水吸收的热量，即利用的热量，用q放qm或qqv计算燃料完全燃烧放出的热量，用计算炉子的效率。【例4】 小明家使用的是瓶装液化气，用燃气灶烧水，燃烧0.2 kg的液化气，可使5 kg的水从20 升高到100 。已知水的比热容为4.2103 j/(kg)，煤气的热值为4.0107 j/kg。求：(1)0.2 kg液化气完全燃烧放出的热量；(2)水吸收的热量；(3)燃气灶烧水的效率。解析：由燃料的热值和质量可以求出燃料完全燃烧放出的热量，由水的比热容、质量和升高的温度可以求出水吸收的热量，由水吸收的热量和燃料放出