初中九年级物理热量和热机效率计算问题讲解

热量和热机效率计算问题讲解

例1（热水器烧水效率问题）

天然气灶烧水，燃烧0.5m 3的天然气，使100kg 的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为c =4 .2×103J/（kg•℃），天然气的热值为q =7.0×107J/m 3。求：

（1）0.5m 3天然气完全燃烧放出的热量Q 放；（2）水吸收的热量Q 吸；（3）燃气

灶的效率η。

解析：（1）Q 放=Vq=0.5×7.0×107 J=3.5×107 J

（2）Q 吸=Cm △t=4.2×103×100×(70-20)J=2.1×107 J

(3) Q 有=Q 吸 Q 总=Q 放

η=100%Q Q ⨯有总=100%Q Q ⨯吸放=7

72.110100%3.510⨯⨯⨯=60% 总结：这类题关键是找出有用的能量为水吸收的热量：Q 有=Cm △t ，总能量为燃

料完全燃烧放出的热量：Q 总=mq 或太阳辐射的能量

例2（汽车发动机效率问题）

安五岳专用汽车有限公司是一家大型的特种专用汽车生产基地。

该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5.6km ，受到的阻力是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 ＝4×107J/kg ，求：

（1）专用车牵引力所做的功？（2）该专用车的热机效率是多少？

解析：（1）专用汽车做匀速直线运动，F 牵=f=3.0×103 N ，则

牵引力做的功W=FS=3.0×103×5.6×103 J=1.68×107 J

（2）消耗的燃油质量为：m=ρV= 0.8×103×1.5×10－3kg=1.2 kg

则Q 放=mq=1.2×4×107J=4.8×107 J

η=100%W Q ⨯放=7

71.6810100%4.810

⨯⨯⨯=35% 总结：这类题关键是找出有用的能量为牵引力做的功：W=FS 或W=Pt ，总能量为燃油完全燃烧放出的热量：Q 总=mq

例3（发电厂效率问题）

三峡水电站是世界上最大的水力发电站，每分钟发电量预计为8.7×1010 J

（1） 三峡水电站的发电量，相当于消耗多少千克煤完全燃烧产生的热量？（煤的热值为2.9×107J ／kg ）

（2）如果发电机输出的功率是0.09×1010 W,那么发电机的工作效率大概是多少？

解析：（1）消耗煤的质量为：Q m q

== 1078.7102.910⨯⨯kg=3×310kg (2)三峡水电站的发电功率为总功率：

10

108.710=0.1451060W p W W t ⨯==⨯总 由题意输出功率为有用功率p 有=0.09×1010 W ，则发电机的工作效

率为：

η=100%P P ⨯有总

= 10

100.0910100%62.1%0.14510⨯=⨯ 总结：发电厂这类题，发装置输出的电能（电功率）为有用能量，而水具有的势能、风具有的风能、燃烧煤放出的能量（化学能），核裂变放出的核能、辐射的太阳能等为总能量（总功率）

例4（其他情景问题）

每到夏收季节，高淳农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，如图这不

仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。若燃烧秆浆煤，使50kg 、20℃的水温度升高到80℃。（热值为2.4×107J/kg ）求：

（1）水需要吸收的热量。

（2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要完全燃烧多少

千克秆浆煤。

解析：（1）水吸收的热量：Q 吸=Cm △t=4.2×103×50 ×（80-20）J=1.26

×107 J

（2）设完全燃烧秆浆煤放出的热量为Q 放，由题意有

30%=30%Q Q mq =⨯⨯有放，且有=Q Q 吸有

则

7

71.2610 1.7530% 2.41030%

Q m kg kg q ⨯===⨯⨯⨯吸

（二）热机力学综合题型分析

基本思路：

设做功平均压强为排 P ，活塞行程为L ，面积为S ，转速为n 转/min ，燃料热值为q ，则

（1）活塞作用力为：F=PS （2）做一次功为：W=FL=PSL （3）做一次功

所需要的时间：602t n

= (4)活塞做功的功率为：260

W nPSL p t == （5）一分钟内做功的次数为：2n N = 活塞一分钟做功为：W NW =总 （6）总能量为汽油或柴油燃烧放出的热量：

Q=mq

(7)热机效率：η=W 100%Q ⨯总总

例题：一台汽油机，活塞面积是50cm 2，活塞行程是25cm ，做功冲程燃气产生的平均压强为9.84×105Pa ，若飞轮的转速是600转/分钟，效率为30 ％，求汽油机在1小时内要消耗多少在汽油？（汽油的燃烧值为4.6×107J/kg ）

解析：活塞产生的平均作用力为：F=PS=9.84×105×50×10-4 N=4920 N 活塞做一次功为：W=FL=4920×25×10-2 J=1230 J

飞轮转动2转做一次功，飞轮转速为600转/分钟，在一分钟内飞轮做功300次，则飞轮一小时内做的功为：

W 总=1230×300×60 J=2.214×107 J

设完全燃烧汽油放出的热量为Q 放，有30%=30%W Q mq =⨯⨯总放，则得

7

71.2610 1.7530% 2.41030%

Q m kg kg q ⨯===⨯⨯⨯吸