热机效率(含解析及答案)

热机效率
一、计算题：
1．小兵同学想知道一辆小汽车的实际效率是多少，他从驾驶员师傅处了解到，该汽车100km耗油约7kg，从书上查得汽油的热值q=4.6×107J/kg，他又测出在平直公路上，人用644N的水平拉力可使汽车匀速前进．（空气阻力不计）求：
（1）该小汽车行驶100km，消耗的总能量是多少？
（2）该小汽车匀速行驶100km，做的有用功是多少？
（3）该小汽车的效率是多少？
（4）若汽油充分燃烧，汽油燃烧放出的总能量转化成了哪几种形式的能？
【答案】
（1）Q=mq=7kg×4.6×107J/kg=3.22×108J；
答：小汽车行驶100km，消耗的总能量是3.22×108J；
（2）W=Fs=644N×100×103m=6.44×107J；
答：该小汽车匀速行驶100km，做的有用功是6.44×107J；
（3）η===20%；
该小汽车的效率是20%；
（4）汽油燃烧的总能量转化为：①驱车前进的有用能量，②克服机械摩擦的额外功的能量，③机器吸收和蒸发到空气中的热量
2．某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×lO5Pa，飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油
0.01L．汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3；
汽油的热值为4.6×l07J/kg．求：
（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率．
（4）该汽油机的效率．
【答案】
（1）燃气对活塞的平均压力：F=PS=9.0×lO5Pa×30×10﹣4m2=2700N；
（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W=FS=2700N×0.05m=135J；
（3）曲轴每转两圈对外做功一次，所以lmin转动1800周，要做功900次，所以P=
（4）该汽油机1min消耗汽油质量：m=ρv=0.8×103kg/m3×0.01×10﹣3m3=0.008kg，
效率：η=．
答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J；（3）汽油机的功率为2025W；（4）汽油机的效率为33%．
故答案为：①2700N；②135J；③2025W；④33%．
3．近年来，“低碳经济”成为社会的一个焦点之一，“低碳”其实就意味着节能。

合肥市江淮汽车集团致力于节能
型汽车研制生产。

该厂生产的某型号专用车在车辆测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km ，受到阻力大小是
3.0××103N ，消耗燃油1.5××10-3m 3（假设燃油完全燃烧），若燃油的密度ρ=0.8×103kg/m 3，热值q=4×107
J/kg ，求：
（1）专用车牵引力所做的功。

（2）已知热机效率η=W/Q （式中W 为热机在某段时间内对外所做的功，Q 为它在这段时间内所消耗的燃油所完全燃烧时所放出的热量），则该专用车的热机效率是多少？
（3）为了响应国家的“低碳”号召，前不久，安徽江淮汽车集团专门研发生产了一款电动公交汽车，投入到滨湖新区和政务新区之间运营，请你根据学过的物理知识点评一下普通汽车和电动汽车的优劣。

【答案】
（1）专用车牵引力所做的功为1.68×107
J ； （2）该专用车的热机效率是35%；
（3）普通汽车燃油排放尾气、有噪声污染、废气污染；电动汽车噪音小、无废气排放
【解析】
（1）∵车匀速行驶， ∴F=f=3.0×103
N 牵引力做的功：
W=Fs=3.0×103
N ×5.6×103
m=1.68×107
J ； （2）消耗燃油的质量：
m=ρV=0.8×103
kg/m 3
×1.5×10-3m 3
=1.2kg ， 燃油完全燃烧所产生的热量： Q=mq=1.2kg ×4×107
J/kg=4.8×107
J ， 热机效率：
771.681035%;4.810W J Q J
η⨯===⨯
（3）普通汽车燃油排放尾气、有噪声污染、废气污染；电动汽车噪音小、无废气排放．
4．随着人们生活水平的日益提高，小汽车越来越多地走进了百姓人家。

一辆使用汽油为燃料的小汽车，以72km ／h
的速度在水平路面上匀速行驶时，发动机的实际功率为20 kW 。

若小汽车行驶的距离为100km ，汽油的热值
q=4．6×107
J ／kg ，小汽车发动机的效率为25％。

求小汽车在这段路程中： (1)运动的时间；
(2)发动机所做的功； (3)消耗汽油的质量。

【答案】
（1）小汽车的组度v=72km/h
运动的时间t=s/v=100×103/20 s=5×103
s
（2）发动机做的功W=Pt=20×103×5×103J=1×108
J
（3）汽油完全燃烧放出的热量Q=mq,又因为Q=W/η;故m=Q/q=W/(q η)=1×108/(4.6×107
×25%)kg=8.7kg
5． “问道武当山，养生太极湖”，中外游客慕名前往武当山旅游观光。

武当山景区推出了“山水一体游”项目，
购进一批旅游观光艇（如图），其部分技术参数如下表：（取g=10N/kg ，q 柴油=4.3×107
J/kg ，33/10.80m kg ⨯=柴油ρ）
求：（1）某旅游团队从武当山旅游码头乘坐观光艇以最大航速 行驶2小时的路程是多少？ （2）假设每位乘客的平均质量为60kg ，观光艇满载乘客时，所受浮力是多少？ （3）观光艇以最大航速匀速行驶时，受到水的平均阻力是多少N ？ （4）若这次航行共消耗柴油30L ，则柴油发动机的效率为多大？
【答案】
（1）90km （2）2.1×104N （3）3.6×103N （4）31.4%
【解析】
（1）从技术参数表得出最大航速，知道行驶时间，利用速度公式求行驶路程；
（2）从技术参数表得出观光艇和20人总质量，利用重力公式求人、观光艇总重，再利用漂浮条件求观光艇满载乘客时，所受水的浮力；
（3）从技术参数表得出发动机的最大功率，利用P=W/t=Fs/t=Fv 求牵引力；又因为观光艇匀速行驶，受平衡力，据此求受到水的平均阻力；
（4）知道发动机的最大功率，求出发动机输出功（有用功），利用燃料完全燃烧放热公式Q 放=mq 求出30L 柴油完全燃烧放出的热量（总能量），利用效率公式求柴油发动机的效率．
6．某中学为学生供应开水，用锅炉将2 0 0 kg 的水从2 5℃加热到1 0 0℃，燃烧了6 kg 的无烟煤。

水的比热容
是4·2 ×10 3 J ／(kg ·℃)，无烟煤的热值是3.4 × l 0 7
J ／kg 。

求： (1)锅炉内的水吸收的热量是多少? (2)无烟煤完全燃烧放出的热量是多少? (3)此锅炉的效率是多少?
【答案】
（1）锅炉内的水吸收的热量是76.310⨯J ；
（2）6kg 无烟煤完全燃烧放出的热量是82.0410⨯J ； (3)此锅炉的效率是30.9%．
【解析】
解决此题可结合热量公式Q=cm △t 求解水吸收的热量，利用热量公式Q=qm 求解无烟煤完全燃烧放出的热量，结合效率公式Q Q η=
吸
放
求解锅炉的效率．
解：由37
Q c m t 4.210J /kg 200kg 10025 6.310J ==⨯∙⨯⨯-=⨯吸水水△（℃）（℃℃）；
由7
8
Q m q 3.410J /kg 6Kg 2.0410J ==⨯⨯=⨯放煤煤；
由公式7
8
Q 6.310=30.9%Q 2.0410
η⨯==⨯吸放；
7．
一辆汽车沿着长为8km 的平直公路匀速行驶，开完全程共耗时5min ，汽车发动机牵引力为3000N ，共消耗汽油1L ．汽
油的密度ρ=0.7×103kg/m 3；汽油的热值q=4.6×107J/kg （表示完全燃烧1kg 汽油所放出的热量是4.6×107
J ）．求：（1）汽车行驶的速度是多少km/h ？（2）汽车发动机牵引力的功率是多大？ （3）汽车发动机的效率是多大？（结果保留两位小数）
【答案】
（1）汽车行驶的速度是96km/h ．
（2）汽车发动机牵引力的功率是80000W ． （3）汽车发动机的效率是74.53%．
【解析】
（1）已知总路程和总时间，根据公式V=可求行驶的速度． （2）已知牵引力和行驶的距离还有时间，根据公式P=可求功率．
（3）已知距离和牵引力，可求牵引力做的功，还知燃烧汽油释放的能量，二者之比就是汽车发动机的效率． 解：（1）V==
=96km/h ．
答：汽车行驶的速度是96km/h ． （2）P==
=
=80000W ．
答：汽车发动机牵引力的功率是80000W ． （3）效率η=
=
=
=
≈74.53%．
答：汽车发动机的效率是74.53%．。