2020九年级物理上册第二章3热机效率练习（新版）教科版

2020九年级物理上册第二章3热机效率练习（新版）教科版

‎3. 热机效率 图2－3－1‎ 一　热机效率 热机所做__________与______________________________之比叫做热机的效率。热机效率是热机性能的重要指标。‎ 二　热机与环境保护 热机工作过程中的热量释放，以及燃料燃烧生成物的排出，是造成地球环境破坏的主要原因之一。‎ 12‎ ‎[点拨]保护环境的主要措施：(1)改进燃烧设备，尽量使燃料充分燃烧；加装除尘装置，减少烟尘排放量。(2)普及使用煤气和天然气，以代替家用煤炉。(3)开发利用污染小的新能源，如太阳能、核能等。‎ 类型一　热机效率 例1 如图2－3－2所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为(　　)‎ 图2－3－2‎ A．η＝×100%‎ B．η＝×100%‎ C．η＝×100%‎ D．η＝×100%‎ ‎[方法指导]热机效率及提高热机效率的方法 ‎(1)热机效率的表达式为η＝×100%，热机的效率总小于1。‎ ‎(2)提高热机效率的方法：①尽量让燃料充分燃烧；②减少废气带走的能量；③减少摩擦消耗的能量。‎ 类型二　热机效率的相关计算 例2 一辆汽车在平直公路上匀速行驶，受到的阻力是104 N，当它行驶了‎13.8 km时，‎ 12‎ 完全燃烧了‎10 kg的汽油。已知q汽油＝4.6×107 J/kg，求：‎ ‎(1)汽车受到的牵引力。‎ ‎(2)汽车获得的有用功。‎ ‎(3)‎10 kg汽油完全燃烧所释放的热量。‎ ‎(4)这辆汽车的热机效率。‎ ‎[方法指导]找准“突破口”，破解热机效率的相关计算 解答有关汽车热机效率的计算题时，可以从公式“η＝×100%”入手，其中，有用功W有用＝Fs，燃料完全燃烧所释放的热量Q放＝mq(或Q放＝Vq)。然后，根据题目已知条件，求出相关的物理量进行计算。用框图表示为：‎ 类型三　热机与环境保护 12‎ 例3 从如图2－3－3所示漫画中我们看到，热机的大量使用，在给人类社会带来进步的同时，也使人类的生存受到了威胁。下列关于热机和环境保护的说法中正确的是(　　)‎ 图2－3－3‎ A．热机的效率是热机性能的重要指标 B．当前热机的效率可以达到100%‎ C．汽车排出的尾气越浓，汽油机的效率越高 D．用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发吸热的特性 12‎ 课堂反馈(六)‎ ‎[热机效率]‎ ‎1.我们把热机所做________与所用燃料____________释放的热量之比叫做热机的效率。热机的效率是________(选填“大于”“等于”或“小于”)1的。‎ ‎2. 如图C2－3－1所示是内燃机在工作过程中的能量流向图，若废气带走的能量占35%，散热损失的能量占30%，机械损失的能量占10%，则内燃机的效率是____________。‎ 图C2－3－1‎ ‎3．甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，这表明(　　)‎ A．甲的功率比乙大 B．甲做的功比乙多 C．甲消耗的柴油比乙少 D．甲的内能转化为有用机械能的百分比比乙大 ‎4．为节约能源，需提高热机的效率，下列措施不能提高机械效率的是(　　)‎ A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量减少热机部件间的摩擦 C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量增加热机的工作时间 12‎ ‎5．有一台汽油机在一个工作循环中消耗了‎10 g汽油(汽油的热值为4.6×107 J/kg)，这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为________J。‎ 12‎ 课时作业(六)‎ ‎[第二章　3.热机效率]‎ 一、选择题 ‎1．关于热机的效率，下列说法中正确的是(　　)‎ A．热机做的有用功多，效率就一定高 B．热机的功率大，效率就一定高 C．热机消耗的燃料越多，效率越低 D．以上说法都不正确 ‎2．一台柴油机中有M kg柴油，完全燃烧时放出7.5×108 J的热量，但要损失4.5×108 J的能量，可知该柴油机的效率是(　　)‎ A．30% B．40%‎ C．48% D．60%‎ ‎3．2017·益阳为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是(　　)‎ A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全 B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失 C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦 D．尽量增加热机的工作时间 二、填空题 ‎4．某柴油机燃烧‎2.4 kg柴油时，对外做的有用功为2.8×107 J，该柴油机的效率为________(精确到0.1%)。柴油机吸气冲程吸入的物质是________。(柴油的热值为3.3×107 J/kg)‎ ‎5．一台汽油机工作时的功率为P，在t时间内用掉汽油的质量为m，如果汽油的热值是q，则这台汽油机的效率是________，这段时间做的额外功是________。‎ 12‎ ‎6．总体来说，目前提高热机效率的途径主要有两个：一是____________；二是____________。‎ 三、计算题 ‎7．[2016·安徽] 某家用轿车，重为1.5×104 N，当汽车以‎72 km/h的速度匀速直线行驶了0.5 h，消耗了汽油‎3 kg，期间汽车受到的阻力为车重的0.08倍。已知汽油的热值为4.6×107 J/kg，在此过程中，求：‎ ‎(1)汽车通过的路程。‎ ‎(2)牵引力做功的功率。‎ ‎(3)汽车发动机的效率。‎ ‎8．如图6－K－1所示是四冲程汽油机的剖面图，发动机的每一个工作循环曲轴转动2周。表中所示的是某品牌轿车汽油发动机的部分参数，其中“额定功率”是发动机工作时的最大输出功率；“额定转速”是额定功率下发动机曲轴的转速；“排气量”是发动机汽缸的工作容积，是指汽缸内活塞从下止点到达上止点所扫过的容积之和；“压缩比”即汽缸总容积(燃烧室容积与排气量之和)与燃烧室容积的比值；“空燃比”即混合气中空气和汽油的质量比。‎ 图6－K－1‎ 额定功率 ‎100 kW 额定转速 ‎5000 r/min 排气量 ‎1.8 L 12‎ 压缩比 ‎10∶1‎ 空燃比 ‎14∶1‎ 无铅汽油 ‎93#‎ 已知发动机在额定功率时汽油和空气混合物的密度为‎1.35 kg/m3，93#汽油的热值为4.6×107 J/kg，‎1 L＝10－‎3 m3‎。‎ ‎(1)汽油机是将______能转化为______能的机器。‎ ‎(2)请你根据提供的数据计算这台发动机以额定功率行驶时：(设在排气冲程中将所有废气排出汽缸)‎ ‎①1 min内发动机做的有用功。‎ ‎②一个工作循环吸入汽油和空气混合物的体积。‎ ‎③1 min吸入汽油的质量。‎ ‎④热机的效率(保留两位有效数字)。‎ 12‎ 详解详析 ‎【新知梳理】‎ 一、有用功　所用燃料完全燃烧释放的热量 ‎【应用示例】‎ 例1　D　[解析] 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%。‎ 例2　(1)因为汽车做匀速直线运动，所以它受到的阻力和牵引力为一对平衡力，故牵引力F＝f＝104 N。‎ ‎(2)汽车获得的有用功：W有用＝Fs＝104 N×1.38×‎104 m＝1.38×108 J。‎ ‎(3)‎10 kg汽油完全燃烧所释放的热量：Q放＝mq＝‎10 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×108 J。‎ ‎(4)这辆汽车的热机效率：η＝×100%＝×100%＝30%。‎ 例3　A ‎【课堂反馈】‎ ‎1．有用功　完全燃烧　小于　2.25%‎ ‎3．D　4.D ‎5．4.6×105　1.38×105‎ ‎【课时作业】‎ ‎1．D　[解析] 热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，比值越大，则效率越高。据此分析选择：热机做的有用功多，有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比不一定大，即效率不一定高，故A错；功率是表示物体做功快慢的物理量，与效率是两个完全不同的概念，故B错；当热机做一定的有用功时，消耗的燃料越少，效率一定越高，做功的多少不确定，热机效率的高低也不确定，故C错。‎ ‎2．B　[解析] 损失的能量占柴油完全燃烧时放出能量的60%，故该柴油机的效率是40%。‎ ‎3．D　[解析] 热机效率是指热机 12‎ 用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，所以减少热量的损失可以提高热机的效率。使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，都可以提高效率，故A、B、C正确；增加热机的工作时间，并不能减少热量的损失，所以不能提高热机的效率，故D错误。‎ ‎4．35.4%　空气 ‎[解析] 柴油完全燃烧放出的热量：‎ Q放＝mq＝‎2.4 kg×3.3×107 J/kg＝7.92×107 J；‎ 柴油机的效率：‎ η＝×100%＝×100%＝35.4%。‎ 柴油机在吸气冲程中吸入的是空气。‎ ‎5.×100%　mq－Pt ‎[解析] 在t时间内汽油完全燃烧，能放出的热量：W总＝Q放＝mq；汽油机工作对外所做的功为有用功：W有用＝Pt；则η＝×100%＝×100%；故W额外＝W总－W有用＝mq－Pt。‎ ‎6．减小热损失　减小摩擦 ‎7．(1)根据v＝可得，汽车通过的路程：‎ s＝vt＝‎72 km/h×0.5 h＝‎36 km＝3.6×‎104 m。‎ ‎(2)阻力f＝‎0.08G＝0.08×1.5×104 N＝1200 N，‎ 汽车匀速直线行驶，则牵引力F＝f＝1200 N，‎ 牵引力做的功：‎ W＝Fs＝1200 N×3.6×‎104 m＝4.32×107 J；‎ 牵引力做功的功率：‎ P＝＝＝2.4×104 W。‎ ‎(3)汽油燃烧产生的热量为Q＝m汽油q汽油＝‎3 kg×4.6×107 J/kg＝1.38×108 J，‎ 汽车发动机的效率为η＝×100%＝×100%≈31.3%。‎ 12‎ ‎8．(1)内　机械 ‎(2)①W有用＝Pt＝100×103 W×1×60 s＝6×106 J。‎ ‎②设一个工作循环吸入混合物的体积为V，‎ 由题意知‎1.8 L＝(1－) V，则V＝‎1.8 L×＝‎2 L＝2×10－‎3 m3‎。‎ ‎③一个工作循环吸入混合物的质量：‎ m混＝ρ混V＝‎1.35 kg/m3×2×10－‎3m3‎＝2.7×10－‎3 kg；‎ 一个工作循环吸入汽油的质量：m油＝m混＝×2.7×10－‎3 kg＝1.8×10－‎4 kg；‎ 汽油机的额定转速为5000 r/min，1 min完成×5000＝2500个工作循环，1 min吸入汽油的质量：m总＝2500×1.8×10－‎4 kg＝‎0.45 kg。‎ ‎④热机的效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝29%。‎ 12‎