初中物理九上的热学效率包括有用功和总功,以及热机效率和燃料燃烧放出的热量与燃料完全燃烧释放的热量之间的关系。以下是一个关于热机效率的例题:
问题:小明家使用的是燃气热水器,已知该热水器的效率为85%,已知每小时热水器消耗天然气0.05m³,求该热水器每小时可以将多少千克的水从20℃加热到70℃?
答案:燃气热水器的效率为85%,即消耗1m³天然气可以加热水的质量为m = 0.85 × m总 = 0.85 × 7 × 1 × 10³kg = 5.95 × 10³kg,其中水的质量为m总 = m水 + m气 = ρ水V水 + ρ气V气 = 1 × 1 × 10³kg + 0.71 × 10³kg = 1.71 × 10³kg,已知初始温度t₁=20℃,末温度t₂=70℃,根据Q吸=Q放×效率,可得Q吸=Q放×85%=cmΔt,其中c表示水的比热容,m表示水的质量,Δt表示温度的变化量。所以mΔt = Q放×85%=cmΔt,其中Q放=q气=Vq气=0.05m³ × 8.4 × 10⁷J/m³=4.2 × 10⁶J。所以mΔt = 4.2 × 10⁶J × 85% / (4.2 × 10³J/kg℃) = 8.5kgΔt = (70℃ - 20℃) / 85% = 7.6℃,所以每小时可以加热的水的质量为m水 = m总 - m气代入数据可得m水 = (5.95 × 10³kg - 0.71 × 10³kg) - m水 = (5.95 × 10³kg - 6.66 × 10³kg) / (76℃) = 73kg。
以上就是一个简单的热机效率的例题,通过这个题目可以让学生更好的理解热机效率和燃料燃烧放出的热量与燃料完全燃烧释放的热量之间的关系。
例题:
小明家有一台电热器,铭牌上标有“220V 1100W”字样。
(1)当该电热器正常工作时,通过它的电流是多少?
(2)小明为了使家中电热水器的温度调节范围从30℃到75℃,他选择了一个容积为1L的保温式电热水器,并准备将保温式电热水器的保温层材料用这种电热器填充。若保温式电热水器的保温层材料用这种电热器填充后,保温层厚度为原来电热器的两倍,则保温式电热水器的保温效率最高可达多少?
【分析】
(1)根据铭牌上所标的信息求出电热器的电阻和正常工作时的电流;
(2)根据题意求出保温式电热水器的保温功率,再根据效率公式求出保温式电热水器的保温效率最高可达多少。
【解答】
(1)由$P = UI$可得,电热器的电阻:$R = frac{U^{2}}{P} = frac{(220V)^{2}}{1100W} = 44Omega$,正常工作时的电流:$I = frac{P}{U} = frac{1100W}{220V} = 5A$;
(2)保温式电热水器的保温功率:$P_{保} = frac{Q_{放}}{t} = frac{cm(t_{保} - t_{初})}{t_{保}} = frac{4.2 times 10^{3}text{ }J/(kg cdot^{circ}C) times 1 times 10^{- 3}text{ }kg times (75^{circ}C - 30^{circ}C)}{6 times 60text{ }s} approx 37W$,保温式电热水器的效率:$eta = frac{P_{保}t_{保}}{text{ }P_{总}text{ }} times 100% = frac{37W times 6text{ }h}{text{ }1100W times 6text{ }h} times 100% approx 33%$。答:略。
初中物理九上的热学效率主要涉及热机的效率、燃烧值和热值的应用等知识点。以下是一些常见问题和例题:
问题1:什么是热机的效率?
答案:热机的效率是用来描述热机将燃料释放的能量转化为机械能的能力。热机的效率越高,说明它能够将更多的能量转化为有用的功。
例题:一台汽油机效率为25%,那么它每消耗100g汽油能做多少有用功?
解答:汽油的热值通常为4.6×10^7J/kg,所以每消耗100g汽油释放的能量为0.1kg × 4.6×10^7J/kg = 4.6×10^6J。该汽油机的效率为25%,所以每消耗这些汽油可以做的有用功为4.6×10^6J × 25% = 1.15×10^6J。
问题2:什么是燃烧值?
答案:燃烧值是燃料释放能量的能力,表示单位质量(或体积)的燃料在完全燃烧时所释放的能量。
例题:不同燃料的燃烧值有什么不同?
解答:不同燃料的燃烧值不同,例如汽油、柴油、天然气等的燃烧值都不同。一般来说,固体燃料的燃烧值高于气体燃料,含碳量高的燃料燃烧值高,而含碳量低的燃料燃烧值低。
问题3:如何提高热学效率?
答案:提高热学效率的方法有很多,例如改进热机的结构,使它更加紧凑和高效;改善燃料的燃烧过程,减少燃料的浪费;提高机械的润滑程度,减少能量的损失等。
例题:小明家的抽水机效率较低,他想知道如何提高抽水机的效率,请你帮他出谋划策?
解答:可以从以下几个方面考虑:
1. 更换更高效率的抽水机;
2. 定期清理抽水机内部的淤泥和锈迹,改善润滑条件;
3. 合理控制抽水机的运行速度,减少无用功;
4. 合理配管,减少管道阻力,提高出水压力。
以上就是初中物理九上的热学效率和相关例题的常见问题。通过这些问题的学习和解答,学生可以更好地理解和应用热学效率的相关知识。