中考热效率计算专题 8页

热效率计算专题 效率计算主要分为三类：一、功和热量的效率问题 ‎ 二、热量和电能的效率问题 ‎ 三、功和电能的效率问题 计算效率的一般步骤：1.首先确定是什么能量转化为其他能量 ‎ 2.找到题目中的有用能量和总能量 ‎ 3.带入计算 知道效率计算有用能量或者总能量：1.确定能量转移的方向 ‎ 2.找到本题中的有用能量和总能量分别是什么能量 ‎ 3.公式变形求解 效率计算的通用式：η‎=‎有用的能量（或有用功）‎总能量（或总功）‎ ‎×100%‎ ‎ 例一、热量效率计算 ‎(14兰州)34．(2014年兰州市)水壶里装有2kg、20℃的水，用天然气炉具将其加热至沸腾，已知天然气的热值为，大气压强为1标准大气压，。求： ⑴烧开这壶水，水需要吸收多少热量？ ⑵若烧开这壶水消耗的天然气是，则天然气炉具的效率是多少？ 答案：⑴ ⑵40%‎ ‎ 1.（14玉林）26．某团队在海拔3000多米高山上野营时，使用铁锅烧水，他们发现把体积为2L的水从10℃加热到85℃时，共消耗了5kg的干木柴，已知水的比热容为4.2×103J/（kg.℃），干木柴的热值为1.2×107J/kg）。求： （1）干木柴完全燃烧放出的热量。？ （2）水吸收的热量。‎ ‎（3）铁锅烧水的的效率。‎ ‎（4）他们也发现在高山上用铁锅煮马铃薯时，尽管锅里的水哗哗地沸腾了很长时间。马铃薯还是煮不软，为什么？‎ 答案：解：（1)干木柴完全燃烧放出的热量：Q放=qm= 1.2×107×5=6×107(J)‎ 水的质量：m水=ρ水V水=1.0×103×2×10-3 =2(kg）‎ 水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×2×(85-10)=6.3×105(J)‎ ‎(3)铁锅烧水的的效率：η=Q吸/Q放=6.3×105(J)/6×107(J)=1.05%‎ ‎（4)因为沸点随气压的减小而降低，高山上气压小，所以水沸点降低，铁锅里的水尽管沸腾了，但是温度比较低，马铃薯还是煮不软。‎ ‎2.（14聊城）26．（6分）煤、石油、天然气的过量开采使人类面临能源危机．某县在冬季利用地热能为用户取暖．县内有一口自喷状态地热井，出水温度为‎90℃‎，出水流量为‎150m3‎/h．‎ ‎（1）求每小时流出的地热水温度降低到‎50℃‎，所放出的热量．‎ ‎（2）这些热量如果用天然气蒸汽锅炉供热，且天然气蒸汽锅炉的热效率为90%，则利用上述地热能供暖一小时可以节约多少天然气？‎ ‎（ρ水=1.0×‎103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃），天然气的热值为4×107J/m3）‎ 答案：解：（1）已知出水流量为‎150m3‎/h，‎ 由ρ=得：水的质量m=ρV=1.0×l‎03kg/m3×‎150m3‎=1.5×l‎05kg，‎ 水放出的热量Q=cm△t=4.2×l03J/（kg•℃）×1.5×l‎05kg×（‎90℃‎﹣‎50℃‎）=2.52×1010J．‎ ‎（2）由η=得：‎ 天然气需要放出的热量Q放===2.8×1010J，‎ 由Q放=Vq得：天然气的体积V===‎700m3‎．‎ 答：（1）每小时流出的地热水温度降低到‎50℃‎所放出的热量为2.52×1010J．‎ ‎（2）利用上述地热能供暖一小时可以节约‎700m3‎的天然气．‎ 例二、热量和电能效率 ‎（14河南） 21． 南阳市南召县回龙抽水蓄能电站，是我省第一座抽水蓄能电站。在深夜用电低谷，它用电网过剩的电能把山下水库的水抽到山顶水库内，白天用电高峰时放水发电，补充电网电能不足，为缓解我省电网的调峰压力做出了贡献。‎ ‎ (1)蓄能电站放水发电时，_______能转化为_______能。‎ ‎ (2)该蓄能电站的发电总功率为110MW，采用220kV高压进行输电，求高压输电线中的电流。‎ ‎ (3)该蓄能电站每天可发电5小时，如果一天的发电量由热电转换效率为30%的热电厂来提供，需要消耗多少煤？(煤的热值q = 3. 0×I07J/kg) ‎ ‎1.（14泰州）23、三峡水电站有“照亮半个中国”的美誉，它的年平均发电量约为8.5×1010kW.h，相当于一座年消耗5×‎1010kg标准煤的火力发电站的发电量．‎ ‎(1)标准煤的热值为2.9×107J／kg，完全燃烧5×l‎010kg标准煤能放出多少热量；‎ ‎(2)以三峡水力发电代替同等的火力发电，每年会少排CO2气体1.2×‎1011kg，这些气体的体积是多少m3(通常情况下CO2气体的密度为‎2kg／m3)；‎ ‎(3)根据本题中的数据，计算火力发电的效率．‎ 答案：1.45*1018J  1.2X‎1011kg  6*1010  21.1%‎ ‎2.（14苏州）24.（6分）燃气灶烧水时，把质量为2kg、初温为20℃的水加热到100℃，共燃烧了0.02m3天然气（假设天然气完全燃烧）．已知水的比热容为4.2×103J/（kg.℃），天然气的热值为8.4×l07J/m3.求：‎ ‎（1）水吸收的热量；‎ ‎（2）天然气完全燃烧放出的热量；‎ ‎（3）燃气灶烧水时的效率．‎ 答案：‎ 例三、功和热量效率（重点题型）‎ ‎1.（14铁岭）26．（9分）夏天，公园内的草坪都要定期使用如图所示的草坪修剪机进行修剪，它底盘刀具的动力靠汽油机提供．修剪机总重为200N，四个轮子与地面的接触面积为20cm2，修剪机正常工作时，刀具每秒钟通过的距离为23m，匀速运动时受到的平均阻力为20N，在一次修剪过程中，所用时间为5000s，耗油0.2kg（q汽油=4.6×107J/kg），求：‎ ‎（1）使用前修剪机静止时对水平地面的压强；‎ ‎（2）修剪机克服阻力做功的功率；‎ ‎（3）汽油机的效率．‎ 解：（1）使用前修剪机静止时对水平地面的压强：‎ p====1×105Pa；‎ ‎ （2）修剪机匀速行驶的速度：‎ v===23m/s，‎ ‎ 修剪机克服阻力做功的功率：‎ P=fv=20N×23m/s=460W；‎ ‎（3）修剪机匀速行驶受到的牵引力等于阻力，即F牵引力=f=20N；‎ 由v=可得，修剪机5000s行驶的路程：‎ s′=vt′=23m/s×5000s=115000m；‎ 则修剪机5000s内做的功：‎ W=F牵引力s′=20N×115000m=2.3×106J；‎ ‎0.2kg汽油完全燃烧放出的热量：‎ Q=mq=0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J；‎ 汽油机的效率：‎ η=×100%=×100%=25%．‎ ‎ 答：（1）使用前修剪机静止时对水平地面的压强为1×105Pa；‎ ‎（2）修剪机克服阻力做功的功率为460W；‎ ‎（3）汽油机的效率为25%．　‎ ‎ ‎ ‎2.（14本溪）26、（9分）如图所示为FDP30C型柴油水泵机组（水泵机组动力由柴油机提供），它的优点是重量轻、体积小、功率大；省时、省油、省心。该水泵机组的效率为40%，正常工作1小时可以将 ‎54m3的水抽到20m高处，请计算这个过程中；（g=10N/kg，q柴油=4.3×107J/kg） （1）水泵机组对水做了多少功？ （2）水泵机组的有用功功率是多少？ （3）水泵机组消耗多少柴油（结果保留两位小数）‎ 答案：‎ ‎3.（14齐齐哈尔）33．（8分）（2014•齐齐哈尔）今年“五一”期间，爸爸开车带着鲁鲁去旅游．汽车（包括车上的人和物品）质量为1.6×‎103kg，汽车以‎90km/h的速度在平直公路上匀速行驶‎230km，所受的平均阻力是汽车总重的0.05倍，汽车发动机的效率为25%，汽油的热值是4.6×107J/kg（假设汽油完全燃烧）．‎ ‎（1）汽车以‎90km/h的速度在平直公路上匀速行驶时，汽车发动机的牵引力是多少？‎ ‎（2）汽车行驶‎230km牵引力做了多少功？‎ ‎（3）汽车全程消耗汽油多少千克？ ‎ ‎ ‎ ‎4.（14云南）24．（8分）如图是根据某小汽车在一段平直的路面上行驶的时间和通过的路程绘制的示意图．‎ ‎（1）判断图中小汽车是做匀速直线运动还是变速直线运动；‎ ‎（2）求图中小汽车全程的平均速度；‎ ‎（3）若小汽车以20kW的功率行驶10min消耗汽油1kg，已知汽油的热值q=4.6×107J/kg．求小汽车发动机的效率．‎ 答案：解：（1）由图可知，小汽车在相同的时间内通过的路程不同，根据速度公式可知，小汽车做变速直线运动；‎ ‎（2）小汽车全程的平均速度是：‎ v===30m/s；‎ ‎ ‎ ‎（3）P=20kW=2×104W，t=10min=600s，‎ 发动机做的功：‎ W=Pt=2×104W×600s=1.2×107J，‎ 小汽车放出的热量：‎ Q放=mq=1kg×4.6×107J/kg=4.6×107J，‎ 发动机的效率是：‎ η===26.09%．‎ ‎ ‎ 答：（1）图中小汽车是做变速直线运动；‎ ‎（2）图中小汽车全程的平均速度是30m/s；‎ ‎（3）小汽车发动机的效率是26.09%．‎ ‎ ‎ ‎5.（14资阳真）14．（7分）如图所示，我国“歼15”舰载机已在“辽宁舰”上成功起降，“辽宁舰”成为真正意义上的航母。“辽宁舰”的有关参数如下表所示。‎ 满载排水量Gm（t）‎ ‎67500‎ 最大功率Pm（kW）‎ ‎1.5×105‎ 动力提供（燃料）‎ 重油 最高航速vm（km/h）‎ ‎54‎ 最大舰长Lm（m）‎ ‎304‎ 最大舰宽dm（m）‎ ‎70.5‎ 发动机效率η（%）‎ ‎25‎ 最大舰载机数量nm（架）‎ ‎30‎ 已知海水密度ρ海水=1.1×103kg/m3，重油的热值q=4.0×107J/kg，取g=10N/kg。求：‎ ‎（1）“辽宁舰”满载时受到海水的浮力F1；‎ ‎（2）“辽宁舰”发动机以最大功率、最高航速航行时提供的牵引力F2；‎ ‎（3）“辽宁舰”以最高航速航行1000km所需要燃烧重油的质量m。‎ 答案：（1）6.75×108N (2)10000N (3)250kg 例四、新型单位类题目 ‎.（14江西）19．（7分）（2014•江西）莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样，其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大，同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的．这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/（kW•h），已知汽油的热值为4.6×107J/kg．（温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h能量消耗0.2kg汽油）．‎ 求：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？‎ ‎（2）该汽车发动机的效率最高可达多少？（结果保留整数）‎ ‎ ‎ 考点：‎ 有关热机的计算．‎ 专题：‎ 热和能．‎ 分析：‎ ‎（1）根据Q=mq求出汽油完全燃烧时放出的热量；‎ ‎（2）根据题意可知消耗0.2kg汽油获得的能量，根据η=求出发动机的效率．‎ 解答：‎ 解：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量：‎ Q放=mq=0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J；‎ ‎（2）根据题意可知，完全燃烧0.2kg汽油获得的能量为W=1kW•h=3.6×106J，‎ 汽车发动机的效率：‎ η=×100%=×100%≈39%．‎ 答：（1）0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为9.2×106J；‎ ‎（2）该汽车发动机的效率最高可达39%．‎ 点评：‎ 此题主要考查的是学生对热值和热机效率计算公式的理解和掌握，难度不大．‎ ‎ ‎ ‎ ‎ ‎1（14南昌）18．（4分）某汽车的最低油耗可达‎0.2kg/（kW•h）．最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量．（温馨提示：‎0.2kg/（kW•h）表示获得1kW•h的能量需要消耗‎0.2kg汽油）．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，请你通过这些数据写出判断该汽车发动机最高效率的办法．‎ 答案：Q总=mq=‎0.2kg×4.6×107J/kg=9.2×106J W有用=1kW•h=3.6×106J，‎ η=×100%=×100%≈39%．‎ 例五、新能源类效率计算 ‎（14德州）25、（4分）太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表示小华家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息． ‎ 太阳照射时间h 装水量kg 水升高的温度℃‎ 水的比热容J/（kg•℃）‎ 太阳能吸热功率J/h ‎10‎ ‎100‎ ‎50‎ ‎4.2×103‎ ‎3.0×106‎ 求：（1）水在10h内吸收的热量； （2）太阳能热水器的能量转化效率． 答案：‎ ‎1（桂林）28．桂林着力打造广西风电基地，预计到“十二五”期末，全市建成的风电装机容量达到100万千瓦。如图20，风力发电——即是风轮机叶片不断受到风力的推动而转动，继而带动发电机工作输出电能。若风力发电机，每片风叶质量为6t，长为‎40m。下表给出了‎1kg空气在不同风速下速度（ν）与动能（E）的关系：（空气密度取‎1.2kg/m3） ‎ ‎ ‎ ‎（1）当风速为6m/s时, 每千克空气具有的动能是多少焦耳？‎ ‎（2）如果一台这样的风力发电机平均每秒可以输出1.2×105J的电能，则1000台这样的风力发电机，一年获得的电能相当于完全燃烧多少千克的煤产生的能量？（一年工作时间按3000h计算，煤的热值为3×107J/kg）‎ ‎（3）当风速为10m/s时, 若风力发电机风轮正面迎风，这台发电机每秒钟能对外提供3.8×105J 的电能，则它将风能转化为电能的效率是多少？‎ 答案：‎