中考物理专题14.2热机的效率（解析版）.docxVIP

第十四章内能的利用专题14.2热机的效率

一、学习目标

1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。

2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。

3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热效率。

二、课标要求

1.从能量转化的角度认识燃料的热值。

2.从能量的转化和转移的角度认识效率。

知识点1：燃料的热值

1.燃料燃烧过程中的能量转化：燃料燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，物体的化学能转化为周围物体的内能。

2.燃料的热值：

①意义：不同的燃料燃烧时放出能量的本领不同，在物理学中就用热值来表示燃料燃烧时放热本领的大小。

②定义：燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示。③热值的单位J/kg，读作焦耳每千克。还要注意，气体燃料有时使用J/m3，读作焦耳每立方米。

3.在学习热值的概念时，应注意以下几点

①“完全燃烧”是指燃料全部燃烧变成另一种物质。

②强调所取燃料的质量为“lkg”，要比较不同燃料燃烧本领的不同，就必须在燃烧质量和燃烧程度完全相同的条件下进行比较。

③“某种燃料”强调了热值是针对燃料的特性与燃料的种类有关。

④燃料燃烧放出的热量的计算：一定质量m的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=mq，式中，q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示燃料的质量，单位是kg；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。

⑤若燃料是气体燃料，一定体积V的燃料完全燃烧，所放出的热量为：Q=qv，式中，q表示燃料的热值，单位是J/m3；V表示燃料的体积，单位是m3；Q表示燃烧放出的热量，单位是J。

知识点2：热机效率

1.燃料的有效利用：影响燃料有效利用的因素：a燃料不完全燃烧，b燃料散失很多，只有少部分被利用。

2.热机的能量流图：如图所示是热机的能量流图：由图可见，真正能转变为对外做的有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。

3.定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。

4.公式：η=E有/Q放。式中，E有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。

5.提高热机效率的主要途径：

①改善燃烧环境，使燃料尽可能充分完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。

②尽量减小各种热散失。

③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。

④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。

6.求解热机效率的思维路径

（1）在大脑中要知道用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，称为热机效率。

（2）根据题意研究燃料完全燃烧释放的能量Q放=mq，做有用功的能量W有。

（3）若用W有为做有用功的能量；Q放为燃料完全燃烧释放的能量。则求解热机效率就可以写成数学表达式

η=W有/Q放。

注意：燃料不充分完全燃烧、各种热散失、各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量、废气带走的能量都是属于无用功的能量。

【例题1】“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意义是（）

A.1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107m3热量。

B.4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。

C.1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107J热量。

D.4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。

【答案】C

【解析】对于固体和液体，热值表达式用q=Q/m来呈现。物理意义是单位质量的物质完全燃烧放出的热量。对于气体，热值表达式用q=Q/v来呈现。物理意义是单位体积的物质完全燃烧放出的热量。甲烷通常以气态物质形态存在，其热值q甲烷=4.2×107J／m3，含义是1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107J热量。

【例题2】现有0.028kg酒精，完全燃烧释放的热量为J，若这些热量完全被水吸收，可以使10kg的水，温度从20℃升高到℃[q洒精＝3×107J/kg，c水＝4.2×l03J/（kg?℃）]

【答案】8.4×105；40。

【解析】（1）完全燃烧0.028kg酒精放出的热量：

Q放＝q酒精m酒精＝3×107J/kg×0.028kg＝8.4×105J；

（2）由热量完全被水吸收，Q吸＝cm△t＝Q放，

所以水温度升高值：

△t＝＝＝20℃。

可以使水的温度升高到20℃+20℃＝40℃。

【例题3】一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3000r/min，则1s对外做功次，若其效率为30%，消耗100g汽油，对外做功J．若水箱中5kg水由20℃升高到100℃，水吸收J热量（q汽油=4.6×107J/kg）

【答案】1.38×106；1.68×106

【解析】由Q=mq和η