第2节 热机的效率
知能演练提升
能力提升
1.一杯酒精用掉一半,剩下的酒精的质量、密度、比热容和热值的情况是( )
A.质量、密度、比热容和热值不变
B.质量和密度变为原来的一半,比热容和热值不变
C.质量和热值变为原来的一半,密度和比热容不变
D.质量变为原来的一半,密度、比热容和热值不变
2.(2017·甘肃白银中考)2016年8月,我国发射了全球首颗量子卫星,为了纪念墨子,这个全球首颗量子卫星被命名为“墨子号”。发射卫星的火箭常使用液态氢作为燃料,主要是因为液态氢具有( )
A.较小的密度 B.较大的比热容
C.较低的沸点 D.较高的热值
3.下图为内燃机的能流图,则内燃机的效率可表示为 ( )
A.η=×100%
B.η=×100%
C.η=×100%
D.η=×100%
4.(2017·湖南益阳中考)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
5.利用如图所示的装置,运用控制变量法,通过观察现象即可比较酒精和碎纸热值的大小,为完成实验,要求( )
A.酒精和碎纸的质量相同,两只烧杯内水的质量相同
B.酒精和碎纸的质量不同,两只烧杯内水的质量不同
5
C.酒精和碎纸的质量相同,两只烧杯内水的质量不同
D.酒精和碎纸的质量不同,两只烧杯内水的质量相同
6.用煤气灶把2 kg,初温为30 ℃的水烧到 80 ℃,消耗了20 g煤气,已知水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.2×107 J/kg,则水吸收的热量为 J,煤气完全燃烧放出的热量为 J,煤气灶烧水的效率为 %。
7.“可燃冰”作为新型能源,有着巨大的开发使用潜力,同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,说明“可燃冰”的 很大。以10倍的关系粗略计算,1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 J,可以使 kg的水从20 ℃加热至60 ℃。[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q煤气=4.2×107 J/kg]
8.太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器每天能使500 kg的水温度升高30 ℃,那么这些水吸收的热量为 J,这些热量相当于完全燃烧 m3的天然气放出的热量。[天然气的热值取4.2×107 J/m3,水的比热容c=4.2×103 J/(kg· ℃)]
★9.木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,取不同质量的这三种物质分别进行完全燃烧,得到了下表的数据:
燃料的质量/g
100
200
燃料完全燃烧放出的热量
Q木柴/J
1.3×106
2.6×106
Q焦炭/J
3.0×106
6.0×106
Q木炭/J
3.4×106
6.8×106
燃料的质量/g
300
400
燃料完全燃烧放出的热量
Q木柴/J
3.9×106
5.2×106
Q焦炭/J
9.0×106
12.0×106
Q木炭/J
10.2×106
13.6×106
(1)从表中的数据可以得到,相同质量的不同燃料,它们完全燃烧所释放的热量是 的;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越 。
(2)从表中的数据还可以看出,对于同一种燃料, 和 的比值是不变的,这个不变的比值,反映了燃料本身的一种性质,物理学中把它称之为 ,它是用来描述燃料完全燃烧时,释放热量能力大小的物理量。
(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量是 J;如果这些热量完全用于加热水,可使 kg的水温度升高10 ℃;实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多,原因是用燃气灶烧水时,除了水吸收的热量外,一部分传给了盛水容器,另外一部分传给了 (答一个即可)。[q天然气=4.2×107 J/m3,c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
探究创新
★10.某物理小组的同学在社会实践活动中,通过实际调查和网上查询,绘制了一辆某种型号普通轿车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图,请你参与讨论有关问题。
(1)根据图中的能量流向,说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗。
5
(2)若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”。由图中提供的数据可得,该轿车的能量转化效率为 。(保留一位小数)
(3)对减少汽车行驶中的能量损耗,据你所知,给出一条建议。(不作解释)
5
知能演练·提升
1.D 一杯酒精用掉一半,剩下的酒精的质量变为原来的一半,密度、比热容和热值是物质的属性,不随物体质量的改变而改变,故它们大小不变。
2.D 火箭采用液态氢作为燃料,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,故D正确。
3.B 内燃机的效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧产生的热量的比值,从能量流向图可得出其效率的表达式为选项B。
4.D 热机效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。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提高热机的效率。故A、B、C不符合题意。增加热机的工作时间,并不能减少热量的损失,不能提高热机的效率,故D符合题意。
5.A 实验采用控制变量法,应用天平分别测出等质量的酒精和碎纸屑,将其放入装置中的燃烧皿内;因燃料的热值不能直接测量,但燃料燃烧放出的热量可以被水吸收,从而使相同质量的水温发生变化,所以可以通过温度计示数的变化(水升高的温度)来比较燃料热值的大小关系,故选A。
6.解析 水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(80 ℃-30 ℃)=4.2×105 J,煤气完全燃烧放出的热量为Q放=mq=0.02 kg×4.2×107 J/kg=8.4×105 J,煤气灶烧水的效率为η=×100%=×100%=50%。
答案 4.2×105 8.4×105 50
7.解析 1 kg燃料完全燃烧时放出的热量叫作这种燃料的热值,所以同等条件下,“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍。若以10倍关系计算,则有q可燃冰=10q煤气=10×4.2×107 J/kg=4.2×108 J/kg,所以1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为 4.2×108 J,可加热水的质量m==2.5×103 kg。
答案 热值 4.2×108 2.5×103
8.解析 根据吸热公式得
Q吸=cmΔt=4.2×103 J/(kg·℃)×500 kg×30 ℃=6.3×107 J,
根据气体燃料燃烧放热公式Q放=Vq,得V==1.5 m3。
答案 6.3×107 1.5
9.解析 (1)由表格中数据可知,完全燃烧质量相同的木柴、焦炭、木炭放出的热量不同;对于同一种燃料,质量越大,完全燃烧所释放的热量越多。
(2)对于同一种燃料,完全燃烧放出的热量与燃料的质量成正比,即放出热量与质量的比值不变;物理学中用热值表示燃料的这一特性。
(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量
Q放=Vq=0.01 m3×4.2×107 J/m3=4.2×105 J;
由于Q吸=Q放,由Q=cmΔt得,水的质量m==10 kg;天然气完全燃烧放出的热量一部分被水吸收,还会被容器、空气吸收。
答案 (1)不同 多 (2)放出热量 质量 热值
(3)4.2×105 10 空气
10.解析 (1)从题图中很容易看到,能量损耗有摩擦、散热、废气和燃料损耗。(2)根据题中给出的能量转化效率的定义可知η=。(3)答案不唯一,只要合理即可。
5
答案 (1)摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗。(2)12.7% (3)给机器加润滑油,减少有害摩擦;改进油箱的密闭性,减少蒸发损耗;提高汽油质量;对排放的尾气进行收集、再利用等。
5
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