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=ηQhttp://www.youerw.com/
=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文方法。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。
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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，为了文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，目的是使舱内文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文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。