142热机的效率复习讲义解析版Word下载.docx
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(2)公式变形:
(已知热值及燃料质量,求燃烧放出的热)
(已知燃烧放出的热及热值,求燃料的质量)
4.单位:
焦每千克(符号是J/kg)。
(1)热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成;
(2)在国际单位制中,热量的单位是焦耳(J),质量的单位是千克(kg)
5.影响因素:
热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类和状态有关,
与燃料的形态、质量、体积等均无关;
6.常见物质的热值:
①煤气的热值约为3.9×
107J/m3,
物理意义为:
体积为1m3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×
107J。
②焦炭的热值3.0×
107J/kg,
质量为1kg的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×
【例题1】一瓶酒精用去一半后,剩下的酒精()
A.热值不变,比热容减小一半B.热值不变,比热容不变
C.热值和比热容都减小一半D.热值减小一半,比热容不变
【答案】A
【解析】解:
A、喷气式飞机是将内能转化为机械能的装置,故A符合题意;
BC、洗衣机和电动自行车都是将电能转化为了机械能,故BC不合题意;
D、电饭煲是利用电流的热效应,故D不符合题意。
故选:
A。
【变式1】现代火箭常用液态氢做燃料,氢的热值是1.4×
108J/m3,在完全燃烧一样多的燃料时,可以获得更多的能量。
因为液态氢具有( )
A.较小的密度B.较低的沸点C.较大的比热容D.较高的热值
【答案】D
现代火箭采用液态氢作为火箭的燃料,原因是液态氢具有较高的热值,完全燃烧相同质量的氢时,可以释放出更多的热量;
D。
【例题2】下列关于热值的说法正确的是( )
A.燃料燃烧时,用的燃料越多,燃料的热值越大
B.燃料燃烧时,放出的热量越多,燃料的热值越大
C.相同质量的不同燃料燃烧时,放出热量较多的燃料,热值较大
D.相同质量的不同燃料完全燃烧时,放出热量较多的燃料,热值较大
AB、燃料的热值只与燃料的种类有关,与放出热量的多少、燃料的质量和燃料的燃烧程度无关,故A、B错误;
CD、相同质量的不同燃料完全燃烧时,放出热量越大的燃料,其热值越大,故C错误,D正确。
【变式2】关于燃料的热值,下列说法正确的是( )
A.容易燃烧的燃料,热值一定大
B.燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
C.煤的热值大于干木材的热值,煤燃烧放出的热量一定比干木材放出的热量多
D.为了提高锅炉的效率,一定要用热值高的燃料
【答案】B
AB、热值是燃料的一种特性,热值的大小与燃料是否容易燃烧、燃烧情况、燃料放出的热量等均无关,故A错误,B正确;
C、燃料燃烧放出热量的多少与燃料的热值和质量有关,只根据热值无法判定放出热量的多少,故C错误;
D、提高锅炉的效率的方法有尽可能使燃料完全燃烧、减少热量损失等,热效率与热值无关,故D错误。
B。
【例题3】已知天然气的热值为4.0×
107J/m3,完全燃烧2.1m3的天然气可以获得
J的热量,不计热量损失,这些热量可以使500kg的水,温度升高℃。
【c水=4.2×
103J/(kg·
℃)】
【答案】8.4×
107;
40。
【解析】完全燃烧2.1m3的天然气放出的热量
Q放=Vq=2.1m3×
4.0×
107J/m3=8.4×
107J;
由于不计热量损失,则Q吸=Q放=8.4×
故水升高的温度Δt=
=
=40℃。
【变式3】为了减少大气污染,可对秸秆进行回收加工制成秸秆煤,完全燃烧5kg秸秆煤放出的热量是 J,若放出的热量有40%被水吸收,可使 kg的水温度升高80℃。
【已知q秸秆煤=2.1×
107J/kg,c水=4.2×
103J/(kg•℃)】
【答案】1.05×
108;
125。
完全燃烧5kg秸秆煤可放出的热量:
Q放=m秸秆煤q秸秆煤=5kg×
2.1×
107J/kg=1.05×
108J;
由题意可知,水吸收的热量为:
Q吸=Q放×
40%=1.05×
108J×
40%=4.2×
由Q吸=cm△t可得水的质量:
m
125kg。
故答案为:
1.05×
【例题4】如图所示,甲、乙、丙三个实验装置完全相同,燃料的质量都为10g,烧杯中液体的质量都为10g,比较不同燃料的热值应该选择 两个装置,通过观察 比较燃料燃烧放出热量的多少。
【答案】甲、乙;
温度计示数的变化。
为了比较热值大小要用质量相同的不同燃料,加热同一种液体,让液体的质量相同,通过温度计的示数的变化得出吸热多少,进而判断热值大小,应选择甲、乙两图进行实验;
燃料完全燃烧放出的热量的多少,是通过温度计示数的变化来反映,这用到了转换法。
甲、乙;
【变式4】如图所示,甲、乙、丙三图中的装置完全相同。
燃料及烧杯内的液体质量也相同。
比较不同物质的比热容,应选择 两图的装置进行实验;
比较不同燃料热值的实验中,同时点燃燃料后,需等待燃料 (选填“燃烧相同时间”或“充分燃烧完毕”),然后通过观察升高的温度来比较两种燃料热值大小,实验过程是通过 方式使液体内能增加的。
【答案】甲、丙;
充分燃烧;
热传递。
(1)比较不同物质的比热容即比较吸热能力不同,应选择燃料相同、而相同质量的不同物质作为吸热物质,故选用甲、丙两图的装置进行实验;
(2)比较不同燃料热值的实验中,同时点燃料后,需等待燃料充分燃烧,通过观察温度计示数的示数上升来比较两种燃料热值大小;
(3)液体吸收热量,是铜热传递的方式改变内能的大小的。
甲、丙;
二、热机的效率:
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;
2.公式:
3.在热机的能量损失中,废气带走的能量最多。
4.提高热机的热效率方法:
(1)废气回收利用:
减少机械散热和废气带走热量;
(2)使燃料充分燃烧:
雾化液体燃料、粉碎固体燃料,通气足够;
(3)减少机械摩擦损失。
【例题5】某汽油机工作时的热损失情况是:
汽缸散热损失30%,废气带走35%。
机械摩擦损耗10%,则完全燃烧2g汽油(热值为4.6×
107J/kg)获得的机械能是( )
A.2.76×
104JB.3.22×
104JC.2.3×
104JD.0.92×
104J
【答案】C
汽油机的效率为:
η=100%﹣30%﹣35%﹣10%=25%,
2g汽油完全燃烧产生的热量为:
Q放=mq=2×
10﹣3kg×
4.6×
107J/kg=9.2×
104J,
(3)根据η
100%可知,获得的机械能为:
W有用=ηQ放=25%×
9.2×
104J=2.3×
104J。
C。
【变式5】据新华社报道,2020年4月8日,中国新疆塔里木盆地传来振奋人心的消息:
人们新发现了储量达到2.28亿吨的石油,如图所示。
这一发现进一步证实了塔里木盆地下方富含石油!
石油燃烧时能释放出巨大的能量[已知c水=4.2×
103J/(kg•℃),q石油=4.4×
107J/kg]。
求:
(1)200g石油完全燃烧放出的热量多少J?
(2)若这些热量的42%被水吸收,可以使多少kg的水的温度升高40℃?
【答案】
(1)8.8×
106J;
40℃。
(1)石油的质量:
m=200g=0.2kg;
石油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq石油=0.2kg×
4.4×
107J/kg=8.8×
(2)若这些热量的42%被水吸收,则有:
Q吸=42%Q放=42%×
8.8×
106J=3.696×
由Q吸=cm△t可得:
m水=
=22kg。
【例题6】如图所示是四冲程汽油机的某一冲程的剖面图,该冲程是 冲程;
若该汽车行驶时效率为25%,汽车油箱的容积为50L,则油箱装满汽油后,汽油完全燃烧可对外做功 J。
(ρ汽油=0.71g/cm3,q汽油=4.6×
107J/kg)
【答案】压缩;
4.0825×
108。
(1)由图可知,两个气阀都关闭,活塞向上运动,所以是压缩冲程;
(2)汽油的体积为:
V=50L=5×
104cm3,
汽油的质量为:
m=ρV=0.71g/cm3×
5×
104cm3=3.55×
104g=35.5kg,
汽油完全燃烧放出的热量为:
Q放=mq=35.5kg×
107J/kg=1.633×
109J,
由η
100%得,汽油完全燃烧可对外做功为:
W=ηQ放=25%×
1.633×
109J=4.0825×
108J。
压缩;
【变式6】如图所示是一台单缸四冲程汽油机的工作示意图,将内能转化为机械能的是图 ;
若汽油机效率是25%,在汽油机内完全燃烧2kg汽油放出的热量通过汽油机的转化,能对外做 J的有用功。
(q汽油=5×
【答案】丙;
2.5×
107。
(1)在汽油机的四个冲程中,将内能转化为机械能的是做功冲程。
由图可知,甲的进气门打开,是吸气冲程;
乙的两气门都关闭,活塞上行,是压缩冲程;
丙两气门都关闭,活塞下行,火花塞点火,是做功冲程;
丁的排气门打开,是排气冲程。
故将内能转化为机械能的是丙;
(2)完全燃烧2kg汽油放出的热量:
Q=mq汽油=2kg×
107J/kg=1×
对外做的有用功为:
W=Qη=1×
25%=2.5×
丙;
【例题7】如图甲是内燃机的 冲程。
活塞下降时,燃气内能 (填“减少”或“增加”)。
汽车发动机工作时的温度高,常使用水冷式冷却系统对汽车发动机降温。
水冷却液的特点是比热容 。
如图乙是某柴油机工作时的能量流向图。
该柴油机的热机效率是 ,柴油属于 (填“一次”或“二次”)能源。
【答案】做功;
减少;
大;
35%;
二次。
(1)图中火花塞正在喷出电火花,所以是内燃机的做功冲程;
(2)在做功冲程中,高温气体迅速膨胀对活塞做功,气体的内能减小,转化为机械能;
(3)冷却液的特点是比热容大,升高相同的温度,吸收较多的热量;
(4)由图可知,燃料完全燃烧放出的热量中,由25%是机械自身消耗的能量,40%是废气带走的能量,则内燃机的效率为:
100%﹣25%﹣40%=35%;
(5)柴油无法从自然界直接获取,必须通过一次能源的消耗才能得到,所以是二次能源。
做功;
【变式7】如图所示为内燃机的能流图,则内燃机的效率可表示为 。
两个铁块的质量之比为4:
1,升高的温度之比是1:
2,则两铁块的比热之比为 ,吸收的热量之比为 。
100%;
1:
1;
2:
1。
(1)由能流图可知:
燃料完全燃烧放出的热量为E,有用机械能即有用功为E2,
所以内燃机的效率可表示为:
η
100%
100%。
(2)因比热容是物质的一种特性,只与物质的种类和状态有关,与其他因素无关,
所以,两个铁块的比热之比为1:
(3)由