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飞速转动的热机问题

更新时间:2015-2-9:  来源:毕业论文

飞速转动的热机问题
论文关键词:飞速,转动,热机,问题
  江苏省金湖县实验中学
  早在近千年前的宋代,史籍中就记述了一项伟大的发明——走马灯。走马灯是利用燃烧加热空气,造成气流,使轻小物体(如纸马)旋转,这是近代燃气轮机的原始模型。在宋代,人们还发明了一种省油灯。书上记载着“灯盏一端作小窍,注清冷水于其中,避免油被灯火加热后急速蒸发,从而达到省油几半”的目的。这种发明实际上与近代热机的循环冷却系统的原理相同。而中国古代的火箭成为近代火箭的始祖更是为世人所公认的了。讲到火箭,讲到具有世界先进水平的“长征二号E”捆绑式火箭,应当说是我国科学家钱学森的贡献。走马灯、省油灯、火箭其实都是与热机紧密相联系的发明创造。
  一、热机的效率与功率
  例1.一辆汽车发动机的效率是30%,汽车匀速行驶30分钟,用去汽油6千克,问汽车发动机在这段时间内输出的功率是多少千瓦?(汽油的燃烧值是4.6×10焦/千克)
  解析:6千克汽油燃烧放出的总热量
  Q=qm
  =4.6×10焦/千克×6千克
  =2.76×10焦
  设Q为与有用功相当的热量,由公式
  
  有下式成立
  Q=ηQhttp://www.lwfree.cn/
  =30%×2.76×10焦
  =8.3×10焦
  由题意知
  W=Q=8.3×10焦
  汽车发动机在这段时间内的功率
  
  点拨:综合法是物理学上常用的解题方法之一,把问题分成几个部分分别加以研究,最后得到结果,是一种从局部到整体的思维方法。解题时先从已知条件出发,根据已知的规律,把已知和未知量联系起来写出方程式。这样对问题的各个部分依次列出方程,来求得问题的解决。
  例2.有一辆小汽车如果它的发动机的功率是7千瓦,它的热机效率是30%,当它行驶半小时后,消耗汽油多少千克?(汽油的燃烧值是4.6×10焦/千克)
  解析:根据功率计算出小汽车行驶半小时做的功是有用功,再利用热机效率及燃烧值公式计算出总功及汽油的质量。
  c3wl-7.gif (1599 bytes)
  答案:0.913千克
  点拨:本题是一道综合性强而又具有实际意义的题目,这些汽油完全燃烧的30%的热量用来做有用功,所以利用功率和时间计算出有用功,用热机效率公式计算出汽油燃烧放出的总热能,再利用燃烧值公式计算出汽油的质量.
  二、热机的铭牌
  例3.SI95柴油机的技术规格如下表,其中额定功率和燃油消耗率都是指全功率工作时的数值。
  
汽缸数

汽缸直径

额定功率

转速

燃油消耗率

冷却方式

1

95mm

8.8KW

2000R/min

0.31kg/(kw·h)

蒸发水冷

己知柴油热值为3.3×10J/kg。
  (1)试述柴油机在工作过程中能量的转化情况。
  (2)若水箱中贮有8kg冷水,当水温从10℃升高30℃时,冷却水共吸热多少?
  (3)柴油机全功率工作时的热机效率是多少?
  解析:
  (1)柴油机在工作过程中将化学能转化为内能,再转化为机械能。
  (2)Q吸=CmΔt=4.2×10J/(kg·℃)×8kg×30℃=1.008×10J
  (3)柴油机全功率工作1h所做的功W=Pt=8.8KW×1h=8.8KW·h=3.168×10J,
  消耗柴油m=0.31kg/(kw·h)×8.8kw·h=2.728kg
  Q放=mq=2.728kg×3.3×10J/kg=9.0024×10J
  η=W/Q×100%=3.168×10J/9.0024×10J=35%
  点拨:本题的(2)(3)两问容易出现错误。第(2)中易由于审题不清认为升高的温度为30℃-10℃=20℃而错,此类题要弄清“升高到”与“升高”、“升高了”的区别。
  第(3)中,若不能正确理解燃油消耗率的含义,则解答不正确,0.31kg/(kw·h)的含义为柴油机每做1kw·h的功率,需消耗燃油0.31kg,因此需取一定的时间,如1h计算出柴油机所做的功,并计算出做这么多功所消耗柴油的质量。算出完全燃烧这么多柴油放出的热量Q,根据η=W/Q×100%方正确求得结果。
  三、生活中的现象解释
  例4.在万米高空,大气压要比地面上低得多,而气温也在-40℃以下。在这样高空飞行的民航客机,为了维持机舱内人体需要的正常气压,就得用空气压缩机不停地将空气压入机舱;还要用空调调节舱内的温度,但出人意料的是,这里的空调不是用来升温的,而是用来降温的,为什么?
  解析:因为空气压缩机不停地将空气压入机舱,对空气做功,把机械能转化为内能,使得舱内空气内能增大,温度升高。所以用空调降温,目的是使舱内维持人体需要的适宜的温度。
  点拨:简答题是近几年中考很多地区都使用的题型,解答此类题要认真思考,抓住关键知识点,语言简练,表达准确完整,尤其不能漏知识点,因为阅卷人也是寻找关键的知识点相应的给分。本题容易出现这样一些误解:(1)认为降温是因为机舱内被压入的空气后,气压较大,降温的目的是降压以维持机舱内人体需要的正常气压;
  (2)解答不完整或没能抓住关键的知识点,简单地认为压入机舱的是热空气,所以要降温;
  (3)认为飞机飞行与空气摩擦生热使机舱升温,所以要降温。

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