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．