好的,以下是一份初三物理热机的效率和相关例题的解答:
一、热机的效率
1. 定义:热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比。
2. 公式:η=W有用 / Q总 = W有用 / (Q总 + W额外)
3. 影响热机效率的因素:内燃机的效率取决于内燃机的热机效率取决于燃料的有效利用程度,取决于内燃机所做有用功与燃料燃烧释放的能量的比值。
二、例题
【例1】(2022北京)一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1800r/min,该汽油机每秒钟完成______个工作循环,对外做功______次。
【答案】15;15
【解析】
解:因为四冲程汽油机曲轴转速是$1800r/min = 30r/s$,而内燃机完成$1$个工作循环,飞轮转$2$转,对外做功$1$次,所以该汽油机每秒钟完成$15$个工作循环,对外做功$15$次。
【例2】(2022湖南株洲)某型号汽车发动机的额定功率为$6 \times 10^{4}W$,在水平路面上匀速行驶时受到的阻力是车重的$0.25倍,发动机的效率为$30\%$(汽油的热值为$4.6 \times 10^{7}J/kg$)。求:
(1)发动机所做的有用功;
(2)汽车行驶时的牵引力;
(3)汽车匀速行驶的速度;
(4)若汽车行驶时间$t = 5min = 300s$,发动机所做的功是多少?
【分析】
(1)已知发动机的功率和汽车匀速行驶的速度,利用公式$W = Pt$可求得发动机所做的有用功;
(2)已知汽车匀速行驶时受到的阻力,利用二力平衡的知识可求得牵引力;
(3)已知发动机的效率可求得汽油完全燃烧放出的热量,再利用公式$Q_{放} = mq$可求得汽油的质量,再利用速度公式可求得汽车行驶的速度;
(4)已知汽车行驶的时间和速度,利用公式$W = Fs$可求得发动机所做的功。本题考查了学生对功率公式、二力平衡条件、燃料燃烧放热公式、速度公式的掌握和运用,能灵活运用公式是本题的关键。
【解答】
(1)发动机所做的有用功:W_{有} = Pt = 6 × 10^{4}W × 300s = 1.8 × 10^{7}J;
(2)汽车匀速行驶时受到的阻力:f = 0.25G = 0.25 × mg = 0.25 × 6 × 10^{4}N = 1.8 × 10^{3}N;因为汽车在水平路面上匀速行驶,所以汽车的牵引力:F = f = 1.8 × 10^{3}N;
(3)由$\eta = \frac{W_{有}}{Q_{放}}$可得,汽油完全燃烧放出的热量:Q_{放} = \frac{W_{有}}{\eta} = \frac{6 × 10^{4}W × 300s}{30\%} = 6 × 10^{7}J;由$Q_{放} = mq$可得,需要汽油的质量:m_{油} = \frac{Q_{放}}{q} = \frac{6 × 10^{7}J}{4.6 × 10^{7}J/kg} \approx 1.3kg;汽车行驶的速度:v = \frac{s}{t} = \frac{s}{t_{轮}} = \frac{s}{v_{轮}} = \frac{6m}{3m/s} = 2m/s;
(4)发动机所做的功:W_{总} = W_{有} + W_{额} = W_{有} + m_{油}q_{油} = 1.8 × 10^{7}J + 6 × 10^{7}J × (1 - 30\%) = 2.4 × 10^{7}J。答
例题:小明家有一辆名牌汽车,他想知道这辆车的热机效率如何。于是他进行了以下实验:在发动机正常工作的情况下,让汽车以额定功率行驶,记录下行驶的距离和发动机在单位时间内所做的功,从而求出热机效率。
实验数据如下:行驶距离为10公里,发动机做功100千瓦时。根据这些数据,小明算出了热机效率约为33%。这个结果说明,这辆车的热机效率相对较低,需要改进。
需要注意的是,热机效率受到多种因素的影响,如发动机的燃烧效率、摩擦阻力等。因此,提高热机效率需要从多个方面入手,如改进发动机设计、降低摩擦阻力等。
初三物理热机的效率和相关例题常见问题主要集中在以下几个方面:
1. 热机的概念和原理:什么是热机?它有哪些种类和基本原理?
2. 热机的效率:如何计算热机的效率?影响效率的因素有哪些?
3. 热机的应用和问题:热机在日常生活和工业生产中有哪些应用?它有哪些常见问题?
例题:
某热机在一个工作循环中(一个工作循环有四个冲程,飞轮转动一次,对外做功一次),对外做了 5 次功,说明飞轮转动了____转。
解析:
热机一个工作循环包括四个冲程,其中只有做功冲程对外做功,在一个工作循环中,曲轴转动两周,对外做功一次。已知该热机对外做了 5 次功,说明飞轮转动了 5 转。
相关问题:
1. 为什么热机的效率不高?有哪些提高效率的方法?
2. 汽油机和柴油机有什么区别?哪种机型的效率更高?
3. 如何选择合适的热机?根据什么因素进行选择?
4. 为什么有些汽车使用电动机来辅助启动热机?这个过程是如何工作的?
希望这些问题和例题能帮助你更好地理解和掌握初三物理中的热机效率和相关例题。
