热量和热机效率的计算

100%Q Q ⨯有

总

W 100%Q ⨯有

总

100%

Q Q ⨯有

总

热量和热机效率的计算

【学习目标】1.理解热机效率的主要题型及规律， 能正确解决效率问题 2.理清解题思路。

【学习重点】利用规律、公式解决效率问题。 【学习难点】有热机效率参与的力学综合问题。

【考点及考试要求】常以现代家用电器、机车、发电厂等为背景考查效率的计算，主要以综合计算题形式出现。 【学习过程】 一、效率问题

效率问题是初中物理中的一个重点，也是一个难点，主要分为机械效率和热机效率。许多学生在这类问题的计算中常出现问题，主要是找不到有用能量部分和总能量部分。本次课主要以热机效率为主。

热机效率常以常见的家用电器（如热水器）、交通工具（如汽车、电动车）、发电厂（垃圾发电厂等）为背景进行考查：问题分析能力、信息提取能力和公式规律应用能力等。解决效率问题，关键是通过分析题目，找出有用能量和总能量，。

选择正确的公式计算出有用能量和总能量，最后利用公式 η=或η=计算效率。

有用能量：用来对外做有用功的能量

总能量：燃料燃烧时所释放的能量 目前常见的两种题型：（1）热水壶烧水效率问题 （2）汽车发动机效率问题 总体思路：η= （1）热水壶烧水效率问题：Q 有=Cm △t ； （2）汽车发动

机效率问题：W 有=FS 或W 有=Pt ；

总能量：一般为Q 总=mq.

例题讲解

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=0.5m 3×7.0×107 J/m 3=3.5×107 J

7

7

1.2610 1.7530%

2.41030%

Q m kg kg q ⨯===⨯⨯⨯吸 （2）Q 吸=Cm △t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg ×(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）

有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=3.0×103N ×5.6×103 m=1.68×107 J （2）消耗的燃油质量为：m=ρV= 0.8×103kg/m 3×1.5×10－3m 3=1.2 kg 则Q 放=mq=1.2kg ×4×107J/kg=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大小为牵引力做的功：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（其他情景问题）

每到夏收季节，农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，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℃。（秆浆煤的热值为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=4.2×103J/（kg•℃）×50kg ×（80℃

-20℃）J=1.26×107

J

（2）依题意有，Q 吸=Q 放×30%=mq ×30%

则

【针对练习】

B1．用酒精灯给2kg的水加热，当水的温度从20℃升高到100℃时，共耗去酒精40g。

求：（1）水吸收的热量；

（2）酒精完全燃烧放出的热量；

（3）炉子的效率。（已知酒精的热值q=3．0×107J／kg ）

C2．一辆重为5×104N的汽车，在平直公路上以72km/h的速度行驶时，遇到的阻力为车重的0.02倍，每小时需汽油6kg，汽油的热值为4.6×107J/ kg，求这辆汽车发动机的效率。

C3、设计汽车发动机时，既要考虑能量的利用率，也要考虑发动机的冷却问题。

⑴为了防止发动机过热，汽车的冷却系统常用水的循环来降低发动机的温度，5kg 水在冷却系统中升高了50℃，所吸收的热量是多少？

⑵柴油在某汽车发动机汽缸内燃烧时，如果每分钟释放1.2×107J的能量，发送机输出的功率是8.5×104W，则此汽车发动机的效率是多少？

B4．完全燃烧140 g焦炭(焦炭的热值为3．0×107J／kg)能放出多少热量?若这些

热量的30％被水吸收，则能使30kg 20℃的水温升高到多少?

9.垃圾是城市生活的“副产品”。据统计，2000年我国城市垃圾总量约1.5亿吨，并且每年以8%的速度在增长。如何处理这些垃圾已成为人们关注的热点问题。现在，人们处理生活垃圾的方法通常有两种：一种是集中填埋；另一种是利用垃圾中的可燃物质进行燃烧发电，研究表明：生活垃圾的平均热值为6.27×106J/kg。利用垃圾作为燃料建立发电厂，每燃烧1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J。安徽省某人大代表提议，在合肥市郊区兴建一座规模为2台1.2×104 kW发电机的垃圾处理发电厂。问：

（1）1 t垃圾完全燃烧产生的热量是多少焦？新课标第一网

（2）燃烧垃圾发电的效率是多少？

（3）请你从环保、节能、经济等角度简述兴建垃圾发电厂的意义。

解析：本题联系生活，立意新,但知识落点低，可以使学生身在课堂又不囿于课堂，通过对试题的阅读，了解课堂以外社会关注的热点。在分析本题时，要抓住关键句子和关键词语，提取有用信息，排除干扰因素。其实本题的主要内容就是：垃圾作为燃料发电；垃圾的平均热值为6.27×106 J/kg；1吨生活垃圾可以发电8.64×108 J；求热量及热效率。

答案：（1）Q放=6.27×106J/kg×103kg=6.27×109 J。

（2）η=W电/Q放=8.64×108J/6.27×109 J=13.8％。

（3）①可以通过回收垃圾使废弃物成为二次能源

②可以减少对土壤、空气、水等环境污染

③可以减少垃圾堆放所侵占的耕地，节约用地

④可以带动垃圾处理产业，发展当地经济

（本题是开放性试题，要求从环保、节能、经济三个方面答题，所答合理均可得分）