第十三章 内能与热机
第四节 热机效率和环境保护
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知识点一 燃料的热值
1.“可燃冰 ”作为新型能源,有巨大的开发潜力 . 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 .这表示“可燃冰”的( )
A. 热量很大
B.温度很高
C. 热值很大
D. 比热容很大
2.截止到 2015年,全球处于使用状态的汽车数量已 突破 10 亿辆以上 . 每辆汽车每年耗油 1.8 t,这 些汽油完全燃烧放出的热量为 J(q汽油= 4.6×107 J/kg);当汽车从身边经过时,我们会闻 到汽油味,说明汽油分子在不停地做 .
3.一个成年人参加一次长跑,身体消耗 的能量为 6.6×106 J,这些能量需要完全燃烧 0.55 kg 的 干木柴才能得到,则干木柴的热值为 , 如果用掉一半后,干木柴的热值将变为 .
知识点二 热机效率
4.某热机的工作效率是 33%,从能量转化的角度看, 它表示热机工作时( )
A. 总共只消耗了 33% 的内能
B.将 33% 的内能转化成机械能 C.将 33% 的化学能转化成内能 D.将 33% 的机械能转化成内能
5.一台效率为40% 的柴油机,当输出 3.44×107 J有 用功时,消耗柴油的质量是(柴油的热值是 4.3 ×
107 J/kg)( ) A.0.8 kg
B.2 kg
C.0.32 kg D.2.8 kg
6. 小 明用燃气灶烧水 时,把质量为 2 kg、初温为 20 ℃的水加热到 100 ℃,共燃烧了 0.02 m3 的天 然气(假设天然气完全燃烧),已知水的比热容为 c 水 =4.2 × 103 J/(kg·℃), 天 然 气 的 热 值 为 q= 8.4×107 J/m3 .求 :
(1)水吸收的热量 ;
(2)燃气灶烧水时的效率 .
综合点一 热机效率
7.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,下列判断中正确的是 ( )
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.尾气的颜色越发黑,柴油机越节能
8. 飞机的发动机也是一种热机,通过航空煤油在气 室中燃烧,从喷口向后高速喷出气体,使发动机 获得向前的推力 . 高空中,某飞机获得 1.6×105 N 的水平推力,以 600 km/h 的速度沿水平方向匀 速航行 1 h,需要完全燃烧热值为 4×107 J/kg 的 航空煤油4 000 kg.求 1 h 内 :
(1)飞机的航程 ;
(2)发动机所做的功 ;
(3)航空煤油完全燃烧放出的热量 ;
(4)发动机的热机效率 .
综合点二 热值与热量的计算
9.在 1 个 标 准 大 气 压 下 ,把 体 积 为 2 L、温 度 为 20 ℃的水烧至沸腾,水至少需要吸收 J 的热量 . 若不计热量损失,需要燃烧 kg 干木柴 . (q干木柴=1.2 × 107 J/kg)
10. 内燃机的一个工作循环有吸气、压缩、做功、排 气四个冲程,实现将内能转化为机械能的是 冲程 . 发动机运行前必须加润滑油,是为 了 . 某品牌汽车运行 100 km 耗油 8 kg,这些汽油完全燃烧要放出 J 的热量 . (汽油的热值q=4.6×107 J/kg)
11.在 1 个标准大气压下,将质量为 50 kg、温度为 20 ℃的水加热至沸腾,水需要吸收 J 的热量 . 目前,遵义市正在创建环保模 范城市,正大力推广使用天然气等清洁能源,若 上述这些热量由燃烧天然气提供,且天然气完 全燃烧放出的热量有 30%被水吸收,则需完全燃 烧 m3 的天然气 . [水比热容为 4.2 × 103 J/(kg·℃),天然气热值为4×107 J/m3].
12.某同学用如图所示的装置测量酒精的热值,他 在烧杯中加入 300 g 水,调好装置后,加热使水 温升高 50 ℃,水需要吸收的热量为 J, 他测得此过程中消耗了 6 g 酒精,利用酒精燃烧
放出的热量与水吸收的热量相等,算得酒精的 热值 q= J/kg,他查表得到 q 酒精 =3.0× 107 J/kg,发现两者偏差较大,你认为其中的原 因 可 能 是 ( 写 出一 条 原 因
即可).
13.木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,对它们取 不同质量进行
完全燃烧,得到了下表所示的数据 :
燃料的质量/g 100 200 300 400
燃料完 全燃烧放 出的热量 Q木柴/ J 1.3×106 2.6×106 3.9×106 5.2×106
Q焦炭/ J 3.0×106 6.0×106 9.0×106 12.0×106
Q木炭/ J 3.4×106 6.8×106 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 传给了盛水的容器,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·℃)]
(4)在烧水过程中,人们关心的是燃烧天然气所 放出的热量中有多少被水吸收,为了衡量水吸 收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占 比例,物理中引入 来描述,我们总是希
望它的值越 越好 .
14.为“节能减排 ”,2014 年山东省菏泽市大力推广 使用新能源公交车,首批 50辆LNG(液化天然气) 公交车已投入运营,如图所示 . 资料显示:使用 新能源汽车后,尾气中的有害气体排放明显 减少 .
根据下表提供的信息,通过计算说明 :
热机效 率 热值 价格
天然气发动 机 η1 =45% q1 =2.3×107J/m3 4.5 元/m3
汽油发动机 η2 =30% q2 =4.6×107 J/ kg 9.0 元/kg
(1)天然气汽车燃烧 1 m3 天然气所做的有用功 是多少 做同样多的有用功,汽油车需要燃烧多 少汽油
(2)若某公交汽车每天消耗 100 m3 的天然气,与 用汽油相比,它每天节约的运行成本是多少
第十三章 内能与热机
第四节 热机效率和环境保护 答案与点拨
1.C (3)航空煤油完全燃烧放出的热量 Q放=qm=4×107
5.B(点拨:Q放 ==8.6×107 J,m=
=2 kg.) 所以 =5.6×107 J ; 因为 Q放
2.8.28 × 1010 无规则运动 J/×4 000 kg=1.6×1011 J.
3.1.2 × 107 J/kg 1.2 × 107 J/kg(点拨:干木柴的 (4)发动机的效率 × 100%=
热值 =1.2 × 107 J/kg. 热值是燃 100%=60%.
料本身的一种特性,热值的大小取决于燃料的种 9.6.72 × 105 5.6×10-2
类,同种燃料的热值是不变的,与燃料的质量、燃 10.做功 减小摩擦 3.68 × 108
烧情况等无关 .) 11.1.68 × 107 1.4[点拨:在 1个标准大气压下,水
4.B 沸腾时的温度是 100 ℃,水吸收的热量 Q吸=c水m
/ =Vq,所以V==1.4 m3.]
(2)天 然 气 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 Q放 =Vq=0.02 12.6.3 × 104 1.05 × 107 酒精未完全燃烧
m3 ×8.4×107 J/m3=1.68 × 106 J, 13. (1)不 同 多 (2) 热 量 质 量 热 值 (3)
燃 气 灶 烧 水 时 的 效 率 η =Q吸 × 100%= 4.2 × 105 10 空气(或燃气灶) (4)效率 大
Q放 14. (1)1 m3 天然气燃烧,通过发动机所做的有用功
× 100%=40%. EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 4(W),1)有EQ \* jc3 \* hps12 \o\al(\s\up 2(用),0)EQ \* jc3 \* hps12 \o\al(\s\up 2(1=),35)× 1EQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 4(η),0)EQ \* jc3 \* hps12 \o\al(\s\up 2(1),7)VEQ \* jc3 \* hps23 \o\al(\s\up 4(q),J)=45%×1 m3 ×2.3 × 107 J/m3=
7.B(点拨:尾气的温度高,说明热损失多,尾气颜色 根据题意知,W有用 2=W有用 1,
黑和柴油味浓,说明燃烧不充分,这些情况都导致
即 1.035 × 107 J= η2mq2=30%×m×4.6×107
热机的效率低下 .)
J/m3,
8. (1)因为速度v=s 解得m=0.75 kg.
t,
所以 s=vt=600 km/h× 1 h=600 km. (2)燃烧 1 m3 天然气可节约的资金:0.75×9-4.5
=2.25(元),
(2)发动机所做的功W=Fs=1.6×105 N×6×105 m
=9.6×1010 J. 天然气汽车每天节约的运行成本 :2.25 × 100=
225(元).
