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尖子生学案人教版物理 九年级上册 第 十 四 章 内 能 的 利 用 热 机 的 效 率 (规 律 方 法 ) 所 谓 效 率 是 指 有 效 利 用 的 部 分 在 总 体 中 所 占的 比 值 .热 机 是 利 用 燃 料 燃 烧 产 生 的 内 能 做 功 的 装置 ,其 中 ,用 来 做 有 用 功 的 那 部 分 能 量 与 燃 料 完 全燃 烧 放 出 的 能 量 之 比 叫 热 机 的 效 率 .热 机 效 率 是 热机 性 能 的 一 个 重 要 指 标 ,可 以 利 用 公 式 =W/Q放 计算 . 东 昌 湖 风 光 秀 丽 、 景 色 宜 人 ,每 年 夏 天 ,中 外 游 客 都 络 绎 不 绝 .其 中 ,乘 坐 快 艇 是 许 多 游客 积 极 参 与 体 验 的 水 上 娱 乐 项 目 ,已 知 快 艇 使 用的 是 一 种 新 型 燃 料 乙 醇 汽 油 ,它 的 热 值 为4.6 107J/kg,密 度 为 0.7 103kg /m3,快 艇 在 水中 匀 速 航 行 时 所 受 的 阻 力 为 1400 N,若 快 艇 匀 速行 驶 46 km耗 油 8 L,则 此 快 艇 发 动 机 的 效 率 为 多少 ?例 1 解 析 本 题 中 快 艇 前 进 时 ,发 动 机 的 牵 引 力 与 快 艇受 到 的 阻 力 是 相 同 的 ,所 以 很 容 易 求 出 快 艇 行 驶 46 km发 动 机 所 做 的 功 以 及 消 耗 的 乙 醇 汽 油 燃 烧 放 出 的热 量 ,进 而 可 以 求 出 快 艇 发 动 机 的 效 率 . 解 :有 用 功 :W有 用 =Fs =fs =1400N 46 103m=6.44 107 J,乙 醇 汽 油 放 出 的 热 量 :Q放 =qm=4.6 107 J/kg 8 10-3m3 0.7 103 kg/m3=2.576 108 J,786.44 10 25%2.576 10WW 有 用总 1.建 筑 工 地 上 有 一 台 大 型 汽 车 吊 ,把 100 t建 筑 材料 从 地 面 吊 到 15 m高 处 ,汽 车 吊 做 的 有 用 功 为 J,在 这 过 程 中 ,汽 车 吊 消 耗 柴 油 的 质 量 为 2.0 kg,则 完 全 燃烧 2.0 kg柴 油 释 放 的 内 能 为 J,该 过 程 中 汽 车 吊的 效 率 为 %.(柴 油 的 热 值 为 q=4.3 107 J/kg,取 g=10 N/kg) 1.5 107 提 示 :m=100 t=100000 kg,g=10 N/kg,故 建 筑 材 料 的重 力 G=mg=100000 kg 10 N/kg=1 106 N,而 h=15 m,则 汽 车 吊 做 的 有 用 功 :W有 用 =Gh=1 106 N 15 m=1.5107 J.柴 油 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 为 :Q 放 =mq=2.0kg 4.3 107 J/kg=8.6 107 J;则 汽 车 吊 的 效 率 771.5 10 17.4%8.6 10WW 有 用总 JJ8.6 10717.4 不 理 解 热 值 所 表 示 的 物 理 意 义 ,对 热 值 是 燃 料 的 一 种 特性 也 理 解 不 透 ,从 而 使 得 解 答 有 关 问 题 时 ,误 认 为 热 值 与 燃料 质 量 、 形 态 及 燃 烧 情 况 有 关 .对 热 值 概 念 的 理 解 (易 错 易 混 点 ) 例 2 关 于 燃 料 的 热 值 ,以 下 说 法 中 正 确 的 是 ( )A.燃 料 的 热 值 与 燃 料 的 燃 烧 情 况 无 关B.容 易 燃 烧 的 燃 料 的 热 值 一 定 大C.煤 的 热 值 大 于 干 木 柴 的 热 值 ,燃 烧 煤 放 出 的 热量 一 定 比 燃 烧 干 木 柴 放 出 的 热 量 多D.为 了 提 高 锅 炉 的 效 率 ,一 定 要 用 热 值 高 的 燃 料A 解 析 燃 料 的 热 值 是 燃 料 的 一 种 特 性 ,它 只 与燃 料 的 种 类 有 关 ,而 与 燃 料 的 质 量 、 燃 烧 与 否 无关 ,故 B错 ;燃 料 燃 烧 时 放 出 的 热 量 与 燃 料 的 热 值 、质 量 、 燃 烧 是 否 完 全 有 关 ,故 C错 ;锅 炉 的 效 率 与燃 料 燃 烧 程 度 和 热 量 的 散 失 程 度 有 关 ,故 D错 .故正 确 答 案 为 A. 2.有 关 热 值 的 概 念 下 列 说 法 中 正 确 的 是 ( )A.燃 料 燃 烧 时 ,随 着 不 断 放 热 ,它 的 热 值 越 来 越 小B.采 取 措 施 使 燃 料 燃 烧 的 更 充 分 ,就 可 以 提 高 燃 料 热 值C.任 何 燃 料 实 际 燃 烧 时 放 出 的 热 量 ,都 比 按 热 值 计 算 出 来的 数 值 小D.煤 油 的 热 值 比 酒 精 大 ,就 是 说 煤 油 完 全 燃 烧 时 放 出 的 热量 比 酒 精 多 C 实 际 应 用 题 双 燃 料 汽 车 以 天 然 气 或 汽 油 作 为 燃料 .以 下 说 法 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 小例 1 解 析 由 Q放 =mq可 知 ,燃 烧 时 放 出 的 热 量 与 燃 料 的 热 值和 质 量 有 关 ,故 单 说 燃 料 的 热 值 大 ,不 代 表 燃 烧 时 放 出 的热 量 就 多 ,故 A项 错 误 ;以 天 然 气 为 燃 料 时 ,仍 有 热 散 失 、仍 需 克 服 摩 擦 做 额 外 功 ,其 机 械 效 率 不 能 达 到 100%,故 B项 错 误 ;在 压 缩 冲 程 中 ,对 燃 料 混 合 物 做 功 ,使 其 温 度 升髙 、 内 能 增 大 ,故 C项 正 确 ;天 然 气 作 燃 料 燃 烧 时 对 环 境污 染 小 ,故 D项 错 误 .故 正 确 答 案 为 C.C 实 际 应 用 题 上 海 世 博 会 引 出 了 “ 低 碳 ” 生 活 的 理念 ,世 博 园 的 建 造 堪 称 践 行 “ 低 碳 环 保 ” 的 典 范 .太 阳 能 发电 系 统 在 上 海 世 博 园 大 面 积 使 用 ,中 国 馆 和 主 题 馆 两 馆 每 天的 发 电 量 可 达 7.8 103 kW h(2.808 1010J),若 这 些 能 量通 过 完 全 燃 烧 热 值 为 3.4 107J/kg的 标 准 煤 来 提 供 ,在 不 计热 散 失 的 情 况 下 ,需 要 标 准 煤 约 kg.据 资 料 统 计 ,每 燃烧 1 kg标 准 煤 约 有 2.5 kg的 二 氧 化 碳 排 出 .那 么 .两 馆 由 于使 用 太 阳 能 发 电 ,每 天 可 减 少 排 放 二 氧 化 碳 约 kg(取 整数 ). 解 析 由 Q=mq得 :可 减 少 排 放 二 氧 化 碳 的 质 量 为 :826 2.5 kg=2065 kg.例 2 826 1072.088 10 8263.4 10Qm q kg kg 2065 计 算 应 用 题 某 家 庭 需 要 将 50 kg,20 的 水 加热 到 60 作 为 生 活 用 热 水 ,他 们 利 用 煤 气 灶 烧 水 ,需燃 烧 0.8 kg煤 气 .已 知 煤 气 的 热 值 q=4.2 107J/kg,水 的 比 热 容 c=4.2 103J/(kg ).求 :(1)50 kg,20 的 水 加 热 到 60 需 吸 收 的 热 量 ;(2)完 全 燃 烧 0.8 kg煤 气 放 出 的 热 量 ;(3)煤 气 灶 烧 水 的 效 率 .例 3解 :(1)水 吸 收 的 热 量 :Q吸 = cm(t2-t1)= 4.2 103J/(kg. ) 50 kg (60 -20 )=8.4 106J.(2)煤 气 燃 烧 放 出 的 热 量 :Q 放 =m煤 气 q= 0.8 kg 4.2 107J/kg=3.36 107J.(3)煤 气 灶 烧 水 的 效 率 : 678.4 10 25%3.36 10Qm Q 吸放 实 验 探 究 题 为 比 较 酒 精 和 碎 纸 片 这 两 种 燃 料 的 热值 ,小 明 采 用 如 图 14 - 16所 示 的 装 置 进 行 实 验 :他 将 一 定质 量 的 酒 精 和 碎 纸 片 分 别 放 入 两 个 燃 烧 皿 中 ,点 燃 它 们 ,分 别 给 装 有 质 量 相 等 的 水 的 两 个 相 同 烧 杯 加 热 ,直 至 酒 精和 碎 纸 片 完 全 燃 烧 .例 4 (1)小 明 设 计 了 一 张 记 录 实 验 数 据 的 表 格 ,其 中 两 项 内 容 漏 写 了 ,请 你 帮 他 补 充 完 整 . 温 度燃 料 加 热 前 水 温 / 10 g酒 精 解 析 解 答 此 题 要 运 用 控 制 变 量 的 思 想 ;还 要 考 虑 实验 存 在 的 误 差 等 .(1) 需 要 记 录 加 热 前 后 水 的 温 度 ,用 来 计 算 水 吸 收 的 热量 ; 根 据 控 制 变 量 法 的 思 想 ,酒 精 和 碎 纸 片 的 质 量 必 须相 等 .(2)酒 精 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 不 能 被 水 全 部 吸 收 ,故 算 出 的 酒 精 热 值 要 小 于 真 实 值 . 加 热 后 水 温 /10 g碎 纸 片 (2)实 验 后 小 明 根 据 实 验 数 据 利 用 公 式 Q=cm t算 出 了 水 吸 收 的 热 量 ,结 合 “ 10 g酒 精 ” 这 一 数 据 ,算 出 了 酒 精 的 热 值 ,算 出 的 酒 精 热 值 是 否 可 靠 ,请 说明 理 由 _. 不 可 靠 ,酒 精 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 不 能 被 水 全 部 吸 收 阅 读 材 料 题 阅 读 下 列 材 料 ,并 解 答 问 题 : “ 可 燃 冰 ” 被 视 为 21世 纪 的 新 型 绿 色 能 源 .科 学 家 估计 ,全 球 海 洋 底 部 可 燃 冰 分 布 的 范 围 约 4000万 平 方 公 里 ,储 量 可 供 人 类 使 用 约 1000年 .我 国 南 海 海 底 存 储 着 丰 富 的可 燃 冰 资 源 ,已 经 查 明 的 储 量 相 当 于 目 前 大 陆 上 石 油 、 天然 气 资 源 量 总 数 的 三 分 之 一 .可 燃 冰 的 主 要 成 分 是 甲 烷 ,1 m3可 燃 冰 可 转 化 生 成 164 m3的 甲 烷 气 体 和 0.8 m3的 水 ,已 知 甲 烷 气 体 的 热 值 为3.6 107J/m3. 桂 林 市 新 开 通 的 301路 公 交 车 ,使 用 LNG天 然 液 化 气 为燃 料 ,这 种 燃 料 的 主 要 成 分 就 是 甲 烷 . 如 果 301路 公 交 车 满 载 乘 客 时 总 质 量 是 6000 kg,1 m 3可 燃 冰 转 化 生 成 的 甲 烷 气 体 完 全 燃 烧 产 生 的 能 量 ,可 供 公交 车 满 载 时 以 36 km/h的 速 度 匀 速 行 驶 1640 min,行 驶 中公 交 车 受 到 的 平 均 阻 力 为 车 重 的 0.05倍 ,则 这 段 时 间 内 发动 机 的 实 际 功 率 和 效 率 各 为 多 大 ?(g取 10 N/kg) 例 5 解 析 (1)知 道 甲 烷 的 体 积 和 热 值 ,利 用 Q放 =qV求 1 m3可 燃 冰 转 化 生 成 的 甲 烷 气 体 完 全 燃 烧 放 出 的 热 量 ;(2)知 道 做 功 时 间 t=1640 min,利 用 P=W/t求 发 动 机 的实 际 功 率 ;(3)知 道 公 交 车 的 速 度 ,利 用 s=vt求 公 交 车 行 驶 路 程 ;由 于 公 交 车 匀 速 行 驶 ,所 以 公 交 车 的 牵 引 力 等 于 阻 力 ;利 用 W有 用 =Fs求 牵 引 力 做 的 功 (有 用 功 ),再 利 用 效 率 公式 求 发 动 机 效 率 .解 :1 m3可 燃 冰 转 化 生 成 的 甲 烷 气 体 完 全 燃 烧 放 出 的 热量 :Q放 =qV=3.6 107J/m3 164 m3=5.904 109J.由 题 知 :t=1640 min=9.84 10 4s.发 动 机 的 实 际 功 率 : 9 445 .9 0 4 1 0 6 1 09 .8 4 1 0WP t 由 题 知 :v=36 km/h=10 m/s,公 交 车 行 驶 路 程 :s=vt=10 m/s 9.84 104s=9.84 105m,因 为 车 匀 速 行 驶 ,所 以 车 的 牵 引 力 :F=f=0.05G车 =0.05mg=0.05 6000 kg 10 N/kg=3 103N,牵 引 力 做 的 有 用 功 :W有 用 =Fs=3 103N 9.84 105m=2.952 109J,发 动 机 效 率 : 992.952 10 50%5.904 10WQ 有 用放
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