初中物理人教版九年級全冊第2節(jié) 熱機的效率一等獎課件ppt

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人教版九年級物理 第十四章《內(nèi)能的利用》第2節(jié)  熱機的效率   精選練習一、夯實基礎   1. 把_____________，叫這種燃料的熱值，單位是_______；燃料燃燒放出熱量的計算公式為：______。【答案】某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比；J/kg；Q放=qm。【解析】把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫這種燃料的熱值，單位是J/kg。燃料燃燒放出熱量的計算公式為：Q放=qm；（Q放是熱量，單位是J；q是熱值，單位是J/kg；m是質(zhì)量，單位是kg).2. 用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫_______，熱機的效率是熱機性能的一個重要指標；目前熱機的效率還比較低，在熱機的能量損失中，_______帶走的能量最多，設法利用這部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。【答案】熱機的效率，廢氣。【解析】用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。3. 一臺汽油機的熱機效率為25%，表示的意義是熱機用來做_________的那部分能量，在燃料完全燃燒放出的能量中占_________。 【答案】有用功，25%。【解析】一臺汽油機的熱機效率為25%，表示的意義是熱機用來做有用功的那部分能量，在燃料完全燃燒放出的能量中占25%。4. 熱機效率_______(選填“能”或“不能”)達到100%?？傮w來說，目前提高熱機效率的途徑主要有兩個：一是減小_________；二是________摩擦。 【答案】不能；熱損失，減小。【解析】熱機效率不能達到100%?？傮w來說，目前提高熱機效率的途徑主要有兩個:一是減小熱損失；二是減小摩擦。 5.  “可燃冰”主要成分是甲烷，可直接點燃，燃燒后幾乎不產(chǎn)生任何殘渣，所以“可燃冰”是一種新型清潔能源。其中甲烷的熱值為q甲烷=4.2×107J／m3，其物理意義是（    ）A. 1J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107 m3熱量。B. 4.2×107J的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1m3熱量。C. 1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107 J熱量。D. 4.2×107m3的甲烷完全燃燒能產(chǎn)生1J熱量。【答案】C 【解析】對于固體和液體，熱值表達式用q=Q/m來表示，物理意義是單位質(zhì)量的物質(zhì)完全燃燒放出的熱量。對于氣體，熱值表達式用q=Q/V來表示，物理意義是單位體積的燃料完全燃燒放出的熱量。甲烷通常以氣態(tài)物質(zhì)形態(tài)存在，其熱值q甲烷=4.2×107J／m3，物理含義是：1m3甲烷完全燃燒能產(chǎn)生4.2×107 J的熱量。6．如圖1是某內(nèi)燃機工作時的能量流向圖，該內(nèi)燃機的熱機效率是（　　）     A．25%       B．35%     C．40%    D．75%【答案】B【解析】用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。因熱機的效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，所以，由內(nèi)燃機的能量流向圖可得，內(nèi)燃機的熱機效率：η=1﹣25%﹣40%=35%7．關于熱機的效率，下列說法正確的是（　?。?/span>A．在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高消耗的燃料越多B．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高C．熱機的效率越高說明做功越快D．熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的【答案】B【解析】A．熱機的效率越高，做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，做功較多，故A錯誤。B．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上，故B正確；C．熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高說明有用功占的比值越大；功率表示做功的快慢，功率越高說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯(lián)系，故C錯誤；D．根據(jù)內(nèi)燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多，故D錯誤。故選B。8．為了節(jié)約能源，需要提高熱機的效率，下列措施不能提高熱機效率的是（　?。?/span>A．讓燃料與空氣混合充分，使燃料燃燒得比較完全B．在設計與制造熱機時要不斷改進與創(chuàng)新，以減少能量的損失C．盡量減少熱機內(nèi)部各部件間的摩擦D．盡量增加熱機的工作時間【答案】D【解析】①選項A、B、C：熱機效率是指熱機有效利用的能量與燃料完全燃燒放出的能量之比．所以減少熱量的損失可以提高熱機的效率．所以使燃料充分燃燒、減少廢氣帶走的熱量、減少熱機部件間的摩擦都可以減少熱量的損失，提高效率．故ABC正確，不符合題意；②增加熱機的工作時間，并不能減少熱量的損失，所以不能提高熱機的效率，故D錯誤，符合題意．9．2019年6月5日，我國首次用固體燃料運載火箭把“文昌物聯(lián)一號”衛(wèi)星成功送上太空?；鸺l(fā)射時要選用熱值　　的固體燃料（選填“大”或“小”），燃料的質(zhì)量減少，熱值　　（選填“變小”或“不變”）。【答案】大；不變。【解析】火箭發(fā)射時要選用熱值大的固體燃料，因為熱值大，完全燃燒相同質(zhì)量時，可以放出更多的熱量；熱值是燃料的特性，只與燃料的種類有關，與其質(zhì)量、是否燃燒和燃燒是否充分無關，所以在燃料的質(zhì)量減少時熱值不變。10. 某柴油機燃燒2.4 kg柴油時，對外做的有用功為2.8×107 J，該柴油機的效率為_________(精確到1%)。柴油機在吸氣沖程吸入的物質(zhì)是_________。(柴油的熱值為3.3×107 J/kg) 【答案】5.35%；　空氣。【解析】柴油完全燃燒放出的熱量:Q放=mq=2.4 kg×3.3×107 J/kg=7.92×107 J;柴油機的效率:η=×100%=×100%=35%。柴油機在吸氣沖程中吸入的是空氣。11. 某汽油機的效率是35%，若在該汽油機內(nèi)完全燃燒2 kg汽油，則放出_________J的熱量，這些熱量通過汽油機的轉(zhuǎn)化，能對外做的有用功是_________J。(汽油的熱值為5×107 J/kg) 【答案】6.1×108；3.5×107【解析】汽油完全燃燒時放出的熱量: Q放=mq=2 kg×5×107 J/kg=108 J;因為η=×100%，所以該汽油機能對外做的有用功為W有用=ηQ放=35%×108 J=3.5×107 J。12. 一臺單缸四沖程柴油機，飛輪轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，該柴油機活塞1s對外做功____次。若其效率為40%，消耗5kg的柴油轉(zhuǎn)化成的機械能是     J。（q柴油＝4.3×107J/kg）【答案】30；8.6×107。【解析】飛輪轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，則1s中飛輪轉(zhuǎn)60轉(zhuǎn)，在一個工作循環(huán)中做功一次，飛輪轉(zhuǎn)兩周，因此60轉(zhuǎn)是30個工作循環(huán)，做功30次。5kg的柴油完全燃燒時放出的熱量為Q＝qm＝4.3×107J/kg×5kg＝2.15×108J，轉(zhuǎn)化的機械能為W＝ηQ＝40%×2.15×108J=8.6×107 J。13. 某家用汽車重為1.5×104 N，以72 km/h的速度勻速直線行駛了0.5 h，消耗了汽油3 kg，其間汽車受到的阻力為車重的0.08。已知汽油的熱值為4.6×107 J/kg。求:????????????? （1）汽車通過的路程。（2）牽引力做功的功率。（3）汽車發(fā)動機的效率。【答案】不能；熱損失，減小。【解析】 (1)根據(jù)通過的路程    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,汽車勻速直線行駛，則牽引力F=f=1200 N,牽引力做的功：W=Fs=1200 N×3.6×104 m=4.32×107 J;牽引力做功的功率：P===2.4×104 W。(3)汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量:Q=m汽油q汽油=3 kg×4.6×107 J/kg=1.38×108 J,汽車發(fā)動機的效率為η=×100%=×100%≈31.3%。二、鞏固提高14． 2016年8月我國發(fā)射了全球首顆量子衛(wèi)星，為紀念墨子，這個全球首顆量子衛(wèi)星被命名為“墨子號”。發(fā)射衛(wèi)星和火箭常使用液態(tài)氫作為燃料，主要是因為液態(tài)氫具有（　?。?/span>A．較小的密度 B．較大的比熱容C．較低的沸點 D．較高的熱值【答案】D【解析】熱值是指1千克的某種燃料完全燃燒后釋放的能量，熱值越大的燃料在完全燃燒相同質(zhì)量的燃料時，釋放出的熱量越多，所以在選擇火箭燃料時首先應該考慮燃料熱值的大?。?/span>發(fā)射衛(wèi)星的火箭采用液態(tài)氫作為火箭的燃料，原因是液態(tài)氫具有較高的熱值，完全燃燒相同質(zhì)量的氫和其它燃料相比，可以釋放出更多的熱量，故D正確．15. 某熱機效率是40%，下列說法正確的是（     ）A. 損失60%的能量中，被廢氣帶走的能量占主要部分B. 它每做100 J的有用功，消耗400J的內(nèi)能C. 它每做100 J的有用功，廢氣帶走60J的內(nèi)能D. 熱機做功越快，效率一定越高【答案】A【解析】用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫熱機的效率。熱機效率是40%，表示用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比40%，而損失的能量是60%，在熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量占主要部分，所以選A。16. 一臺汽油機工作時的功率為P，在t時間內(nèi)用掉汽油的質(zhì)量為m，如果汽油的熱值是q，則這臺汽油機的效率是_________，這段時間內(nèi)做的額外功是_________。 【答案】×100%；mq-Pt。【解析】在t時間內(nèi)汽油完全燃燒，能放出的熱量:Q放=mq;汽油機工作對外所做的功為有用功:W有用=Pt;則η=×100%=×100%,故W額外=Q放-W有用=mq-Pt。17．在一個標準大氣壓下，用爐子將10kg的水從20℃加熱至沸騰，燃燒了0.5kg的焦炭，已知水的比熱容為4.2×103J/（kg?℃），焦炭的熱值為3.0×107J/kg。求：（1）水吸收的熱量；（2）0.5kg焦炭完全燃燒釋放的熱量；（3）爐子燒水的效率。【答案】（1）3.36×106J；（2）1.5×107J；（3）22.4%。【解析】知道水的質(zhì)量、水的比熱容和水的溫度變化，根據(jù)Q吸=cm（t﹣t0）求出水吸收的熱量；知道焦炭的熱值和質(zhì)量，根據(jù)Q放=mq求出焦炭完全燃燒釋放的熱量；水吸收的熱量和焦炭完全燃燒放出熱量的比值即為爐子燒水的效率。（1）一個標準大氣壓下水的沸點為100℃，即需將水加熱至100℃，水吸收的熱量：Q吸=cm（t﹣t0）=4.2×103J/（kg?℃）×10kg×（100℃﹣20℃）=3.36×106J；（2）0.5kg焦炭完全燃燒釋放的熱量：Q放=mq=0.5kg×3.0×107J/kg=1.5×107J；（3）爐子燒水的效率：η=×100%=×100%＝22.4%。18. 現(xiàn)代生活中最重要的交通運輸工具——汽車，已走進我們的生活。（1）某單缸汽油發(fā)動機汽缸的活塞面積是120cm2，做功沖程中活塞移動的距離是30cm，氣體的平均壓強是5×105Pa。汽油的熱值是4.6×107J／kg，每次做功耗油0.2g，氣體一次膨脹對活塞做的功是     J；若每次做功過程中汽油的90％完全燃燒，每次汽油燃燒放出的熱量是      J；排氣過程中，廢氣溫度      ，內(nèi)能      。（2）汽油機的效率很低，主要原因之一是       帶走了大量的能量。【答案】（1）1800；8.28×l03；降低；減少。（2）廢氣；【解析】本題綜合考查功、熱值、熱機效率等知識點。（1）氣體一次膨脹對活塞的力F＝pS＝5×105Pa×1.2×10-2m2＝6000J氣體一次膨脹對活塞做的功W＝Fs＝6000J×0.3m＝1800JQ＝mq×90%＝0.2×10-3kg×4.6×107J/kg×90%＝8.28×103J排氣過程中，廢氣溫度降低，同時內(nèi)能減少。（2）汽油機的效率很低的主要原因是廢氣帶走了大量的能量。19. 已知天燃氣的熱值為3.8×107J/m3，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃）。求：（1）完全燃燒1.4×10-2m3天燃氣放出多少熱量?（2）若某天燃氣灶的效率為60%，則這些天燃氣可將質(zhì)量為3.8kg，初溫為25℃的水加熱到多少℃?（當?shù)氐拇髿鈮簭姙?/span>1標準大氣壓）【答案】（1）5.32×105J；（2）45℃。【解析】（1）天燃氣放出熱量：Q放氣=V氣q氣=1.4×10-2m3×3.8×107J/m3=5.32×105J （2）水吸收熱量：Q吸水=Q放氣×η=5.32×105J×60%=3.192×105J水升高溫度：△t水===20℃水的未溫：t水=t0水+△t水=25℃+20℃=45℃20. 如圖3所示，某單缸四沖程汽油機的汽缸活塞面積為30 cm2，一個沖程活塞在汽缸中移動的距離是50 mm，滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×105 Pa，飛輪1 min轉(zhuǎn)動1800周。當汽油機滿負荷工作時(不計摩擦)，若1 min消耗汽油8 g，汽油的熱值為4.6×107 J/kg，求:(1)一個做功沖程中燃氣對活塞做的功。(2)該汽油機的效率。     【答案】（1）135 J；（2）33%。【解析】 (1)活塞面積S=30 cm2=0.003 m2，由p=可得燃氣對活塞的平均壓力:F=pS=9.0×105 Pa×0.003 m2=2700 N,活塞移動的距離s=50 mm=0.05 m,一個做功沖程中燃氣對活塞做的功:W=Fs=2700 N×0.05 m=135 J。(2)曲軸每轉(zhuǎn)兩周對外做功一次，所以1 min轉(zhuǎn)動1800周，要做功900次,則1 min內(nèi)所做的功:W總=W×900=135 J×900=1.215×105 J;1 min消耗的汽油完全燃燒放出的熱量:Q放=mq=0.008 kg×4.6×107 J/kg=3.68×105 J,汽油機的效率:η=×100%=×100%≈33%。21．2019年5月6日，聊城首批30輛氫燃料新能源公交車投放使用。氫燃料具有清潔無污染、效率高等優(yōu)點，被認為是22世紀最理想的能源[c水＝4.2×103J/（kg?℃）；q氫＝1.4×108J/kg]。求：（1）質(zhì)量為0.3kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量；（2）若這些熱量全部被質(zhì)量為200kg，溫度為15℃的水吸收，則水升高的溫度；（3）某氫能源公交車以140kW的恒定功率做勻速行駛，如果0.3kg的氫燃料完全燃燒獲得熱量的焦耳數(shù)和公交車所做的功相等，則這些熱量能讓該公交車勻速行駛多長時間。     【答案】（1）.2×107J熱量；（2）50℃；（3）300s。【解析】（1）0.3kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量：Q＝mq＝0.3kg×1.4×108J/kg＝4.2×107J；（2）水吸收的熱量：Q吸＝Q放＝4.2×107J，由Q吸＝cm△t得水升高溫度：△t＝Q吸/cm=4.2×107J/[4.2×103J/（kg?℃×200Kg]＝50℃；（3）公交車所做的功：W＝Q放＝4.2×107J，由P＝W/t得公交車行駛時間：t＝W/P＝4.2×107J/1.4×105W＝300s。22. 某物理興趣小組的同學，用煤爐給10kg的水加熱，同時他們繪制了如圖5所示的加熱過程中水溫隨時間變化的圖線。若在6min內(nèi)完全燃燒了2kg的煤，水的比熱容為4.2×103J/（kg·℃），煤的熱值約為3×107J/kg。求：                              （1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量；（2）經(jīng)過6min時間加熱，水所吸收的熱量；（3）煤爐燒水時的熱效率。【答案】（1）6×107J；（2）2.52×106J；（3）4.2％。【解析】根據(jù)熱值公式能直接求出煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量；由圖像獲得加熱時間為6min，水的溫度從20℃升高到80℃，也就是溫度升高了60℃。根據(jù)吸熱公式求水所吸收的熱量；根據(jù)熱效率公式求煤爐燒水時的熱效率。（1）煤完全燃燒產(chǎn)生的熱量為Q放=m煤q=2kg×3×107J/kg=6×107J（2）水所吸收的熱量為Q吸=cm水?t=4.2×103J/（kg·℃）×10kg×60℃=2.52×106J（3）煤爐燒水時的熱效率為η=Q吸/Q放=（2.52×106J/6×107J）×100％=4.2％23. 閱讀下列材料，并解答問題：“可燃冰”被視為21世紀的新型綠色能源。科學家估計，全球海洋底部可燃冰分布的范圍約4000萬平方公里，儲量可供人類使用約1000年。我國南海海底存儲著豐富的可燃冰資源，已經(jīng)查明的儲量相當于目前陸上石油、天然氣資源量總數(shù)的三分之一。可燃冰的主要成分是甲烷，1m3可燃冰可轉(zhuǎn)化生成164m3的甲烷氣體和0.8m3的水，已知甲烷氣體的熱值為3.6×107 J/m3。桂林市新開通的301路公交車，使用LNG天然液化氣為燃料，這種燃料的主要成分就是甲烷。如果301路公交車滿載乘客時總質(zhì)量是6000kg，1m3可燃冰轉(zhuǎn)化生成的甲烷氣體完全燃燒產(chǎn)生的能量，可供公交車滿載時以36km/h的速度勻速行駛1640min，行駛中公交車受到的平均阻力為車重的0.05倍，則這段時間內(nèi)發(fā)動機的實際功率和效率各為多大？【答案】6×104W；50%。【解析】（1）1m3可燃冰轉(zhuǎn)化生成的甲烷氣體完全燃燒放出熱量：Q放＝q甲烷V＝3.6×107J/m3×164m3＝5.904×109J由題知：t＝1640min＝9.84×104s發(fā)動機的實際功率：P＝＝＝＝6×104W（2）由題知：v＝36km/h＝10m/s，公交車行駛路程：s＝vt＝10m/s×9.84×104s＝9.84×105m，又因車勻速行駛，所以汽車的牽引力：F＝f＝0.05G車＝0.05mg＝0.05×6000kg×10N/kg＝3×103N，牽引力做的有用功：W有用＝Fs＝3×103N×9.84×105m＝2.952×109J，發(fā)動機效率：η＝＝＝50%  24. 圖6為四缸發(fā)動機工作原理：內(nèi)燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上，并使各汽缸的做功過程錯開，在飛輪轉(zhuǎn)動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作。        （1）發(fā)動機在做功沖程里，高溫、高壓的燃氣推動活塞向下運動，對外做功，同時將             能轉(zhuǎn)化為          能。（2）有一臺四缸發(fā)動機，其主要技術指標如下表所示。其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作容積指活塞從上止點到下止點所掃過的容積，又稱單缸排量，它取決于活塞的面積和活塞上下運動的距離（即沖程長）。轉(zhuǎn)速表示每分鐘曲軸或飛輪所轉(zhuǎn)的周數(shù)。排    量2.0 L輸出功率120 kW轉(zhuǎn)    速6000 r/min ①該發(fā)動機在1 s內(nèi)做功        J，單缸排量V =       L。②在每個做功沖程里，發(fā)動機做功W =          J。（3）在做功沖程里，燃氣對活塞所做的功可表示為W=pV，式中p表示燃氣對活塞的壓強，則p=          Pa。（1 L=10-3 m3）（4）圖7為發(fā)動機在做功沖程中的示意圖。下面給出了公式W = pV的證明，請將推導過程補充完整（要求各表達式均用S、l或p表示）：設活塞的面積為 S，沖程長為 l，燃氣對活塞的壓強為p，求①燃氣對活塞的壓力F；②燃氣對活塞所做的功W；③又根據(jù)數(shù)學知識可知發(fā)動機的單缸排量V=            ，故W= p V。【答案】（1）內(nèi)；機械；（2）①1.2×105；0.5；②600。（3）1.2×106；（4）pS；Fl=pSl；Sl。【解析】（1）發(fā)動機在做功沖程里，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；（2）①根據(jù)表中的技術指標數(shù)據(jù)，該發(fā)動機在1 s內(nèi)做功W=Pt=120000W×1s=1.2×105J；單缸排量V1=V/4=2.0 L /4=0.5L；②∵轉(zhuǎn)速6000 r/min=100 r/s，而飛輪轉(zhuǎn)動的每半周里，都有一個汽缸在做功，∴1s內(nèi)有2×100=200個做功沖程，在每個做功沖程里，發(fā)動機做功W1=W/200=1.2×105J /200=600J（3）∵燃氣對活塞所做的功W=pV，∴燃氣對活塞的壓強 p=W1/V1=600J/0.5×10－3 m3=1.2×106Pa；（4）由所學壓強、功公式和內(nèi)燃機工作原理，結合圖2可知，燃氣對活塞的壓力F= pS，燃氣對活塞所做的功W=F l= pS l，而發(fā)動機的單缸排量V= Sl；∴W= pS l = pV。