【初三】14.2 熱機效率計算

效率問題是初中物理中的一個重點，也是一個難點，主要分為機械效率和熱機效率。許多學生在這類問題的計算中常出現問題，主要是找不到有用能量部分和總能量部分。本文主要以熱機效率為主。

 

熱機效率常以常見的家用電器(如熱水器)、交通工具(如汽車、電動車)、發電廠(垃圾發電廠等)為背景進行考查：問題分析能力、信息提取能力和公式規律應用能力等。解決效率問題，關鍵是通過分析題目，找出有用能量和總能量。

 

選擇正確的公式計算出有用能量和總能量，最後利用公式η=Q有/Q總=W有/Q總計算效率。

有用能量：用來對外做有用功的能量。

總能量：燃料燃燒時所釋放的能量。

目前常見的兩種題型：熱水壺燒水效率問題、汽車發動機效率問題。

總體思路：η=Q有/Q總。熱水壺燒水效率問題：Q有=cm△t。汽車發動機效率問題：W有=FS或W有=Pt。

總能量：一般為Q總=mq。

 

一、熱水器燒水效率問題

例1、天然氣灶燒水，燃燒0.5m3的天然氣，使100kg的水從20℃升高到70℃。已知水的比熱容為c=4.2×103J/(kg•℃)，天然氣的熱值為q=7.0×107J/m3。求：(1)0.5m3天然氣完全燃燒放出的熱量Q放；(2)水吸收的熱量Q吸；(3)燃氣灶的效率η。

解：

(1)Q放=qV=7.0×107J/m3×0.5m3=3.5×107J

(2)Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg•℃)×100kg×(70℃-20℃)J=2.1×107J

(3) η= Q有/Q總= Q吸/Q放=3.5×107J/2.1×107J =60%

總結：這類題關鍵是找出有用的能量為水吸收的熱量：Q有=cm△t，總能量為燃料完全燃燒放出的熱量：Q總=mq或太陽輻射的能量。

 

二、汽車發動機效率問題

例2、有一家大型的特種專用汽車生產基地，該廠某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行駛5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3(假設燃油完全燃燒)。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，熱值q＝4×107J/kg，求：(1)專用車牽引力所做的功？(2)該專用車的熱機效率是多少？

解：

(1)專用汽車做勻速直線運動，F牽=f=3.0×103N

則牽引力做的功W=Fs=3.0×103N×5.6×103m=1.68×107J

(2)消耗的燃油質量為：m=ρV=0.8×103kg/m3×1.5×10－3m3=1.2kg

則Q放=qm=4×107J/kg×1.2kg=4.8×107J

η=W/Q放=1.68×107J/4.8×107J=35%

總結：這類題關鍵是找出有用的能量大小為牽引力做的功：W=FS或W=Pt，總能量為燃油完全燃燒放出的熱量：Q總=qm。