第十四章 内能的利用
第 2 节 热机的效率
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知识点 1 燃料的热值
1.近期煤价节节攀升,少数不法商贩将煤矸石粉碎 后掺在优质煤中高价售出,客户为了不上当,最 恰当的方法是检测煤的( )
A. 热值 B.密度 C.温度 D.质量
2.某学校开展物理社会实践活动,对目前普遍使用 的生活燃料做社会调查,同学们通过查阅资料、 询问当地居民等方式,得到如下调查结果 :
燃料 热值 毒 性 燃烧性 燃烧后的 排放物 价格
煤 3.0× 107 J/ kg 无 不易完 全 有 大 量 的 二氧化碳、 二 氧 化 硫 等 气 体 及 粉尘 0.84 元/ kg
煤气 3.9× 107 J/ m3 有 较易完 全 有 大 量 的 二 氧 化 碳 气体 1.50 元/m3
天然 气 7.8 × 107 J/ m3 无 较易完 全 有 大 量 的 二 氧 化 碳 气 体 及 水 蒸气 2.65 元/m3
(1)如某用户平均每个月燃烧燃料获取的能量 为 1.56×109 J, 以天然气为燃料时,每月至 少需支出多少燃料费用
(2)根据上表提供的信息,说出天然气这种燃料
有哪些优点。 (要求说出三条)
3. 安全、清洁、方便的太阳能越来越受到人们的重 视和广泛利用 。一太阳能热水器内装有质量为
250 kg、温度为 20 ℃的水,在阳光下照射一段时 间 后 , 水 温 升 高 到 80 ℃ 。 [c水 =4.2 × 103 J/ (kg·℃)]
(1)水吸收的太阳能是多少
(2)这些能量相当于完全燃烧多少千克干木柴放
出的热量 [q干木柴=1.2 × 10 7 J/kg]
知识点2 热机的效率
4. 热机在工作时,它的机械效率( )
A.η>1 B.η <1 C.η=1 D.η <0
5.双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料,以下说法 中正确的是( )
A.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多
B. 以天然气为燃料,汽车发动机的效率可以达到 100%
C.在压缩冲程中,燃料混合物的温度升髙,内能 增大
D.汽油与天然气相比,燃烧时汽油对环境的污染
较小
6. 下列关于热机的说法中错误是( )
A.利用内能来做功的机器叫热机
B.蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机都叫 热机
C.一切热机的工作过程都包括四个冲程
D.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧 放出的能量之比叫做热机的效率
7.一台内燃机运行时各种能量损耗大致为:汽缸散 热损失占 25%,废气带走的能量占 30%,摩擦等机 械损耗占 10%,则它的效率为 。
8.将一瓶酒精用去三分之一,则剩余酒精的密度、 比热容和热值( )
A.都不变
B.都变为原来的三分之二
C. 热值不变,密度、比热容变为原来的三分之二 D. 热值变为原来的三分之二,密度、比热容不变
9. 酒精的热值是 3.0×107 J/kg,由此可知( )
A.1 kg 的酒精中含有 3.0×107 J 的热量
B.如果燃烧 1 kg 的燃料得到了3.0×107 J 的热 量,这种燃料一定是酒精
C.无论采用什么方式燃烧 1 kg 的酒精,都可得 到 3.0×107 J 的热量
D.1 kg 的酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×
107 J
10.有经验的柴油机维修师,不用任何仪器,只是靠 近柴油机排气管口观察和用鼻子闻一下,并将 手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度,就 能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负 荷的情况下,关于柴油机的节能效果,下列判断 正确的是( )
A.尾气的温度越高,柴油机越节能
B.尾气的温度越低,柴油机越节能
C.尾气的柴油味越浓,柴油机越节能 D.尾气的颜色越黑,柴油机越节能
11. 热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的 标志,人类的现代生活已越来越离不开各种热
机,热机从根本上改变着我们的世界 。下列相
关说法中正确的是( )
A. 热机是把内能转化为机械能的装置
B. 内燃机完成一个工作循环对外做功两次
C.使用热值大的燃料可提高热机效率
D.采取有效措施可以使热机效率达到 100%
12. (2022衡阳模拟)如图所示是某内燃机工作时的
能量流向图,该内燃机的热机效率是( )
A.25% B.35% C.40% D.75%
13.为了比较酒精和碎纸片的热值,进行如图所示 的实验,两个相同规格的烧杯中装有质量相等 的水,取质量 (填“相等 ”或“不相等 ”) 的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中,点燃 它们分别给烧杯加热,直到酒精和碎纸片完全 燃烧,再通过比较 , 确定酒精和碎纸片热值的大小关系。
14.王萌同学学习了有关的热学知识后,知道了水 的比热容是 4.2 × 103 J/(kg·℃),她想估算一 下家中每天烧水、煮饭需要的热量。于是,她仔 细地记录了烧水、煮饭所需的时间,并折算成烧 水问题,相当于每天将质量为 30 kg、初温为 20 ℃的水烧开。 (在 1标准大气压下)
(1)王萌同学家每天烧水、做饭需要多少热量
(2)普通煤 的热值为 3 × 107 J/kg,按每块蜂窝 煤含煤 0.5 kg 计算,她家每天实 际用煤 2 kg,推算她家供热系统的热效率。
(3)说明家用煤炉效率低的原因。
(4)家用煤炉除了热效率低以外,还有一个重大 的问题是什么
15. (2022 南宁模拟)汽车的发动机常用水作为降温 的物质,这是因为水的 较大 。汽油的 热值是 4.6×109 J/kg,1 kg 汽油完全燃烧放出 的热量是 J。 目前热机的效率还比较 低,在热机的能量损失中, 带走的能量 最多,设法利用这部分能量,是提高燃料利用率 的重要措施。
16.全世界石油、煤炭消耗量的迅速增长,导致全球 能源危机加剧。因此,开发和利用新能源,成为 全世界最为关注的问题之一。张浩家的太阳能 热水器内装有质量为 100 kg、温度为 25 ℃的 水,经过一天照射后,温度升高了 50 ℃ 。则水 升温吸收的热量为 J;至少可以节约煤 的质量是 kg。 [假设用煤烧水时有效
利用的热量占煤燃烧放出热量的 10%,且已知水 的比热容是 4.2 × 103 J/(kg·℃),煤的热值是 3.0×107 J/kg]
17.现代生活中最重要的交通运输工具——汽车, 与我们的生活走得越来越近了。
(1)某单缸汽油发动机汽缸 的活塞面积是 120 cm2,做功冲程中活塞移动的距离是 30 cm, 气体的平均压强是 5 × 105 Pa。汽油的热值 是 4.6×107 J/kg,每次做功耗油 0.2 g,气 体一次膨胀对活塞做的功是 J;若 每次做功过程中汽油的 90% 完全燃烧,每次 汽油燃烧放出的热量是 J;排气过程 中,废气的温度 ,内能 。
(2)汽油机的效率很低,主要原因之一是 带走了大量的能量。
18. 小明学习了燃料的热值知识后, 自己设计了一 个实验来比较煤油和菜籽油的热值,他实验时 组装了如图所示的装置,并每隔 1 min 记录下 杯中水的温度(见下表)。
加 热 时 间/ min 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
甲 杯 水 温/℃ 25 27 29 32 34 36 38 40 42 44
乙 杯 水 温/℃ 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34
(1)为了保证实验结论的可靠性,小明在实验时 应控制两套装置中相同的量有什么
(2)通过表中记录的数据,你认为煤油和菜籽油 两种燃料中,热值较大的是什么
(3)小明实验前用天平测出了烧杯中水的质量 及燃油灯中燃料的质量,并由记录的数据, 利用公式 Q 吸 =cm Δt 计算 出 了水吸收 的热 量,他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油 的热值,你认为他的计算结果可靠吗 为 什么
19. 东风牌某型号汽车的牵引力是 5 × 103 N,在水 平公路上行驶 10 km 的路程耗油 4 kg,则这辆 车热机 的效率是 多少 (汽油 的热值为 4.6×
107 J/kg)
20.燃气灶烧水时,把质量为 2 kg、初温为 20 ℃的 水加热到 100 ℃ ,共燃烧了 0.02 m3 天然气(假 设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2 ×
103 J/(kg·℃ ),天然气 的热值为 8.4×l07 J/ m3 。求 :
(1)水吸收的热量 ;
(2)天然气完全燃烧放出的热量 ;
(3)燃气灶烧水时的效率。
21.人类正积极开发和利用太阳能,如太阳能热水 器、太阳能电池等 。江涛想知道家中太阳能热 水器吸收太阳能的本领,做了如下探究:天气晴 朗时,江涛测得太阳能热水器 1 h 内使质量为
50 kg 的水从 20 ℃升高到30 ℃,问 :
(1)水 吸 收 了 多 少 热 量 [c水 =4.2 × 103 J/ (kg·℃)]
(2)若用加热的方式使同质量的水升高相同的 温度,则至少需要燃烧多少m3 的液化气 (假 设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收,液 化气的热值是 5.0×107 J/m3)
第十四章 内能的利用
第 2 节 热机的效率 答案与点拨
1.A 107 J,则 η==16.8%。
Q=cm(t-t0)=4.2 × 103 J/(kg·℃) ×50 kg×
(30 ℃-20 ℃)=2.1 × 106 J (2)需要燃烧的液化气
V=q=5.0 × 107 J/m3 =4.2 × 10 m
因 为 Q=Vq,所 以 V= m3, (3)煤 没 有 完 全EQ \* jc3 \* hps12 \o\al(\s\up 12( 总),燃)烧 ;很 多 热 量散 失 到 空 气
20 m3 ×2.65 元/m3=53 元。 中等。
(2)① 无 毒 性 ; ② 热值较 高 ; ③ 烧 天 然 气较 安 (4)污染环境。
全等。 15. 比热容 4.6×109 废气
3. (1)水 吸 收 的 太 阳 能 : Q吸 =cm1 Δt=4.2 × 103 J/ 16.2.1 × 107 7[点拨 :已知水的质量及水升高的温
(kg·℃)×250 kg× (80-20)℃=6.3 × 107 J。 度,所以 Q吸 =cm (t-t0)= 4.2 × 103 J/(kg·℃) ×
(2)这些热量相当于完全燃烧m2 kg 干木柴放出 100 kg×50 ℃=2.1 × 107 J;煤完全燃烧放出的
的热量。 Q 2 1 × 107 J
热量 Q= 吸 = . =2.1 × 108 J,则需要煤
因为Q吸=Q放=m2q, η 10%
所以 =5.25 kg。 的质量 =7 kg。]
4.B 5.C 6.C 17. (1)1.8 × 103 8.28 × 103 降 低 减 少 (2)
7.35% 废气
8.A(点拨:密度、比热容、燃料的热值都属于物质的 ( 点 拨 :W=Fs=pSs=5× 105 × 120×10-4 ×30×10-2
特性, 它们的大小与物体的质量和体积均无关 J=1.8 × 103 J ; Q实放 =90%Q放 =90%mq=90%×0.2 ×
系,A正确。) 10-3 ×4.6×107 J=8.28 × 103 J。)
9.D 18. (1)水的质量和初温相同,玻璃杯完全一样,加
10.B(点拨:尾气的温度高,说明散失的热量多,柴 热时间相同 。 (2)煤油 。 (3)不可靠, 因为燃料
油机的效率低,反之,柴油机的效率高,即节能 ; 燃烧放出的热量要被空气、容器等吸收一部分,
尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分 水吸收的热量不等于燃料燃烧放出的总热量。
燃烧,浪费了燃料,这样柴油机的效率会低。故 19. 汽车做的有用功
B正确。) Q有用=W=Fs=5× 103 N× 10×103 m=5× 107 J
11.A 汽油完全燃烧放出的总热量
12.B(点拨 : 因热机的效率是指用来做有用功的能 Q总=qm=4.6×107 J/kg×4 kg=1.84×108 J
EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(量与燃料完全燃烧),燃机的能量流向图)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(产),可)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(生),得),EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(的),内)EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(能量之比),燃机的热)机,EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 8(所以由),效率)η 则 =27.2%。
1-25%-40%=35%。) 20. (1)水吸收的热量
13.相等 温度计示数变化的大小(点拨:要比较热 Q吸 =cm Δt=4.2 × 103 J/(kg·℃ ) ×2 kg×
值的大小,应控制燃料的质量相同,在燃料完全 80 ℃=6.72 × 105 J
燃烧后,比较放出热量的多少来判断 ;本题中燃 (2)天然气完全燃烧放出的热量
料放出热量的多少,可通过温度计示数的变化 Q放 =qV=8.4×107 J/m3 ×0.02 m3=1.68 ×
来确定。) 106 J
14. (1)Q吸 =cm (t-t0) =4.2 × 103 J/(kg·℃ ) ×30 (3)燃气灶烧水时的效率
(2) ℃:QEQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 9(-2),放) =40%
21. (1)水吸收的热量
Q 2.1 × 106 J -2 3
