九年级物理全册 142 热机的效率教学 新版新人教版

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第 2 节　热机的效率 知识点一 知识点二 知识点一 燃料的热值 1 . 定义 :1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量 , 叫做这种燃料的热值。 2 . 燃料的种类 : 固体燃料 , 如木柴、煤、蜡等 ; 液体燃料 , 如汽油、柴油、航空煤油等 ; 气体燃料 , 如煤气、天然气、氢气等。 3 . 单位 :J/kg( 或 J/m 3 ) 4 . 热值的物理意义 热值是燃料本身的一种特性 , 同种燃料的热值不随燃烧充分与否而变 , 不随燃料质量的大小而变 , 即每种燃料都有一个确定的热值 , 不同燃料的热值一般不同。 知识点一 知识点二 温馨提示 : 热值是反映燃料燃烧释放热量的本领大小的物理量 , 所谓 “ 完全燃烧 ” 是指全部烧完的意思 , 即燃料的燃烧必须是与充足的氧气发生完全氧化反应 , 这是一个理想的燃烧过程 , 在实际中是难以实现的 , 所以计算出的理论值与实际有较大的差异 ( 与实际燃烧条件有关 ) 。 5 . 燃料完全燃烧放出热量的计算公式 : Q=qm 。有的气体燃料完全燃烧放出的热量公式为 Q=qV 。 Q : 燃料燃烧放出的热量 , q : 热值 , m : 质量 , V : 体积。 拓展归纳 : (1) 热值是燃料的特性。燃料不同 , 热值一般不同。热值与燃料的种类有关 , 与热量、质量、体积无关。 (2) 利用公式 Q=qm ( 或 Q=qV ), 进行计算时单位要统一 , 它们是 J 、 J/kg( 或 J/m 3 ) 、 kg( 或 m 3 ) 。 (3) 变形公式 : 知识点一 知识点二 例 1 　 下列关于热值的说法中正确的是 ( 　　 ) A. 燃料越多 , 它的热值就越大 B. 燃料燃烧时放出的热量越多 , 它的热值就越大 C. 相同质量的燃料 , 完全燃烧时放出的热量越多 , 热值越大 D. 同一种燃料 , 燃烧的情况不同 , 它的热值就不一样 解析 : 热值是燃料的一种特性 , 它的大小与燃料自身有关 , 与燃料的质量、燃烧状况、燃烧时放出的热量无关。同种燃料热值相同 , 不同的燃料热值一般不同。故 A 、 B 、 D 均不正确。 答案 : C 知识点一 知识点二 知识点二 热机的效率 1 . 燃料的利用率 : (1) 影响燃料有效利用的因素 一是燃料不可能完全燃烧 ; 二是燃料燃烧放出的热量只有一部分被有效利用。 (2) 炉子的效率 炉子有效利用的热量 ( 水吸收的热量 ) 与燃料完全燃烧放出的热量的比值叫炉子的效率。 公式 : 一般小型锅炉的热效率在 60% 左右 , 现代大型锅炉的热效率在 90% 左右。 知识点一 知识点二 2 . 热机的效率 : (1) 热机燃料完全燃烧放出的热量走向示意图 : 知识点一 知识点二 a. 燃料在汽缸内不可能完全燃烧 , 燃料的化学能不能全部转化为内能 ; b. 在排气冲程时废气带走大部分的热量 ; c. 热机的绝大部分零件都是金属 , 金属是热的良导体散失了一部分能量 ; d. 热机在运转时各部件之间存在摩擦 , 克服摩擦做功消耗一部分能量。 知识点一 知识点二 (2) 热机的效率 定义 : 用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比 , 叫热机的效率。 公式 : 热机的效率 热机的效率总是小于 1 的原因 : 因为热机在工作过程中 , 必须要消耗一部分的能量 , 用来克服摩擦做功 , 同时空气的热传导也会消耗一部分能量 , 严格起来讲 , 热机的效率甚至很难达到 60% 。 知识点一 知识点二 知识点一 知识点二 拓展归纳 : 1 . 提高燃料的利用率的方法 :(1) 使煤充分燃烧 : 将煤磨成煤粒 , 加大送风量。 (2) 加大受热面积 , 减少烟气带走的热量。 2 . 提高热机效率的方法 : a. 加强技术创新 , 采用先进的工艺和技术设计制造热机 ; b. 使燃料在汽缸内充分燃烧 ; c. 尽量减少各种热量散失 ; d. 使用时 , 注意保养 , 定期检查 , 保证良好的润滑 , 减少因克服摩擦做功而消耗的能量。 知识点一 知识点二 例 2 　 用燃气灶烧水 , 燃烧 0 . 5 kg 的煤气 , 使 50 kg 的水从 20 ℃ 升高到 70 ℃ 。已知水的比热容为 4 . 2 × 10 3 J/(kg· ℃ ), 煤气的热值为 4 . 2 × 10 7 J/kg 。求 : (1)0 . 5 kg 煤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 : (1) 煤气完全燃烧放出的热量 Q 放 =qm= 4 . 2 × 10 7 J/kg × 0 . 5 kg= 2 . 1 × 10 7 J ; (2) 水吸收的热量 Q 吸 =cm ( t-t 0 ) = 4 . 2 × 10 3 J/(kg· ℃ ) × 50 kg× (70 ℃ - 20 ℃ ) = 1 . 05 × 10 7 J ; 知识点一 知识点二 答案 : (1)0 . 5 kg 煤气完全燃烧放出的热量为 2 . 1 × 10 7 J; (2) 水吸收的热量为 1 . 05 × 10 7 J; (3) 燃气灶烧水的效率为 50% 。 考点一 考点二 考点一 燃料的热值与热量计算 例 1 　 小彤家使用的是瓶装液化气 , 每瓶中装入的液化气质量为 21 kg, 液化气的热值取 5×10 7 J/kg 。 (1)21 kg 的液化气完全燃烧 , 释放的热量是多少 ? (2) 若整瓶液化气完全燃烧释放热量的 40% 被利用 , 那么可利用的热量是多少 ? 可以把多少质量的水的温度由 20 ℃ 加热到 70 ℃ ? 解析 : (1)21 kg 的液化气完全燃烧释放的热量 Q 放 =mq= 21 kg × 5 × 10 7 J/kg=1.05×10 9 J; (2) 整瓶液化气完全燃烧释放热量的 40% 被利用 , 故可利用的热量 Q 吸 =Q 放 η= 1 . 05 × 10 9 J × 40% = 4 . 2 × 10 8 J, 由 Q 吸 =cm ( t-t 0 ), 得温度由 20 ℃ 加热到 70 ℃ 水的质量 考点一 考点二 答案 : (1)21 kg 的液化气完全燃烧释放的热量是 1 . 05 × 10 9 J; (2) 可利用的热量是 4 . 2 × 10 8 J, 可以把 2 000 kg 的水温度由 20 ℃ 加热到 70 ℃ 。 名师点评 本题考查了学生对吸热公式、燃料完全燃烧放出热量公式、效率公式的掌握和运用。 (1) 根据 Q 放 =mq 求出 21 kg 的液化气完全燃烧释放的热量 ;(2) 根据效率公式 求出可利用的热量 Q 吸 , 再根据 Q 吸 =cm ( t-t 0 ) 求出可加热温度由 20 ℃ 加热到 70 ℃ 水的质量。 考点一 考点二 考点二 热机的效率 例 2 　 某省今年再次出现大面积干旱 , 各地都在使用抽水机引水灌溉。某抽水机在 2 h 内把 1 . 8 × 10 6 kg 的水提升了 6 m 流入沟渠 , 再去灌溉农田。 ( g 取 10 N/kg) 求 : (1) 此抽水机 2 h 做了多少有用功 ? (2) 此抽水机的有用功率是多少 ? (3) 带动抽水机的动力装置为柴油机 ,2 小时燃烧的柴油为 5 L 。则抽水机的效率为多少 ?( ρ 柴油 = 0 . 8 × 10 3 kg/m 3 , q 柴油 = 4 . 0 × 10 7 J/kg) 解析 : (1) 抽水机对水做功 W 有用 =Gh=mgh= 1 . 8 × 10 6 kg×10 N/kg×6 m=1.08×10 8 J; 考点一 考点二 答案 : (1)1 . 08 × 10 8 J 　 (2)15 kW 　 (3)67 . 5% 考点一 考点二 名师点评 本题考查了学生对重力公式、密度公式、功的公式、功率公式、燃料完全燃烧放热公式、效率公式的掌握和运用。 (1) 知道抽水机 2 h 抽水的质量和高度 , 利用 W=Gh=mgh 求抽水机对水做的功 ( 有用功 );(2) 知道抽水时间 , 利用 求抽水机的有用功率 P 有 ;(3) 知道燃烧柴油的体积 , 利用密度公式求柴油的质量 , 再利用燃料完全燃烧放热公式 Q 放 =mq 求 5 L 柴油完全燃烧放出的热量 ( 总能量 ), 抽水机的效率等于用来做有用功的能量 ( 对水做的功 ) 和燃料完全燃烧放出能量的比值 , 即