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关于我

本人于1990年9月在新田初中上岗任教,1993年9月被合肥学院数学和物理系物理教育专业录取,两年后的7月(即1995年)从合肥学院数学和物理系物理教育专业毕业后,被区教委派往华阳初中任物理教师,2000年9月到宣城市阳光中学任物理教师并担任校团委书记,2001年6月在安徽师大 物理与电子信息学院物理教育专业取得本科学历,并于2004年8月取得高中教师资格,2008年9月在洪林初中任教,本人一直从事初中毕业班物理教学工作,取得了一定的教学成绩。只不过命运多舛,步履维艰,时常命运不济,现蜗居在新田初中任教。

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竞赛辅导(十一)热机问题、燃气热水器效率问题  

2012-10-08 06:24:49|  分类: 物理竞赛辅导 |  标签: |举报 |字号 订阅

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竞赛辅导(十一)热机问题、燃气热水器效率问题






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竞赛辅导(十一)热机问题、燃气热水器效率问题



 

热机问题一

1.一台拖拉机的发动机是四汽缸、四冲程的柴油机,汽缸的直径为95毫米,活塞冲程为127毫米,第三冲程中气体作用在活塞上的平均压强是196牛/厘米2,飞轮的转数是1200转/分,这台发动机的功率是多少瓦?

思路点拨

柴油机和汽油机一样,需连续经历四个冲程才完成一次做功的循环,即在连续的四个冲程中,只有一个冲程是做功的,且在此四个冲程中,曲轴旋转两周,即飞轮也就旋转两周.本题中,由飞轮的转数可以求出单位时间内做功冲程的次数,再求出每个做功冲程燃气所做的功,便可求出其功率了.

答案:活塞的面积

燃气对活塞的压力

F=pS=196×71N=1.39×104N

每个做功冲程内,燃气对活塞所做的功为

W1=Fl=1.39×104×0.127J=1764J

由于发动机有四个气缸,则曲轴每转一周内有两个气缸经历做功冲程,故每分钟内发动机内燃气做功的次数为

n=2×1200=2400

故得每分钟内燃气所做的总功为

W=nW1=2400×1764J=4.2336×lO6J

则此内燃机的功率为

P=W/t=4.2336×106/60W=7.056×104W

 

2.当手扶拖拉机上的柴油机出现故障而使转速急剧增加时,正常的操作已经不能使它停

转(这种故障叫做"飞车")。下列应急措施中,可行的是 ( )

A.用手捂住进气口 B.立即找一个隔热的东西,捂住排气口。

C.脚踏刹车板,同时手拉制动器。

思路点拨

柴油机出现"飞车"现象时,是由于柴油机气缸内柴油燃烧剧烈而达到失控的情况,为控制其剧烈燃烧,堵住其进气口使缸内无充足的氧气供给,这样可使其剧烈燃烧无法继续.

答案:D

 

 

热机问题二

国产165型单缸四冲程汽油机的汽缸直径为65毫米,活塞冲程长55毫米,满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.58×105帕,飞轮的转速是1500转/分。

(1)求这种汽油机满负荷工作时做功的功率(不计摩擦损失);

(2)如果满负荷工作时每分钟消耗15克汽油,这种汽油机把内能转化为机械能的效率是多少?(汽油的燃烧值为4.6×107焦/千克)

思路点拨

由气缸直径可以求得活塞面积,由做功冲程燃气的压强可得燃气作用在活塞上的压力,又已知活塞冲程长度,便可求得每个做功冲程燃气所做的功,进而根据飞轮的转速,则可求得此汽油机做功的功率.

答案: (1)在一个做功冲程中,燃气所做的功为

W1=pS·l=p·πd2/4·l

时间t=lmin内,飞轮转1500r,则共有750个做功冲程,则此汽油机满负荷工作时做功的功率为

(2)15g汽油燃烧释放的能量

Q=mq

=0.015×4.6×107J=6.9×105J汽油机lmin内所做的功

W=Pt=2200×60J=1.32×105J此汽油机把内能转化为机械能的效率是

 

燃气热水器效率问题

下表列出的是北京煤气用具厂生产的JS系列家用燃气热水器的参数,其中各物理量的单位用的是国际通用的符号,说明如下:

Pa一帕斯卡mmH2O;毫米水柱

J;焦耳h;小时

M3;立方米l;升,即分米3

kgf;千克力,即质量为1千克的物体所受的重力

min;分(时间单位)

单位前面的字母M表示系数106,字母H表示系数102

1.分别计算燃烧1米3液化石油气、人工煤气和天然气所产生的热量(单位:焦耳)。

2.王秋生同学说,热水产率一栏中,5、3、2后面的符号印得不清楚,好像是数字"l",但在"/min"的前面又丢掉了什么,请你通过计算判断这个栏目中三个参数的正确数值和单位。

3."热效率"一栏给的是参考值;"热水产率"一栏给的是厂家对样品的实测值。分别计算温升25℃和55℃时的热效率,并解释这两种情况下热效率不同的原因。

解:1.查表可知:燃气热水器额定热负荷为

37×106J/h。

石油气、人工煤气、天然气的额定燃气耗量分别是

0.368×102m3/h、1.964×102m3/h和1.04×102m3/h。

因此,石油液化气:

人工煤气:

天然气:

2.以温升40℃为例,根据表中其他参数计算热产生率。设每分钟热水产生率为m,则水在1分钟内吸收的热量可表示为Q收=cm△t=4.2×103m△t(J)。

又根据表中所给参数,按热水率80%计算时,燃气在1分钟内放出的能被水吸收的热量:

∵Q吸=Q放

即4.2×10m△t=Q放

由此判断:3和"/min"之间的符号如果是代表质量,它的意义应该是千克(符号kg),考虑到1千克水的体积是1升,所以,这个符号一定是字母L的小写"l",而不是数字"1"。因此正确的数字和单位是3升/分(3L/min)。分析温升25℃和55℃两种情况可以印证这个结论。

3.由关系式Q放=cm△t和热水产生率表可知升温25℃时水每分钟吸收的热量和燃气放出的热量:

同理,升温55℃时水吸收的热量:

Q吸=4.2×103×2×55=4.62×105(J)

燃气每分钟放出的热量:

Q放=6.17×105J

答:升温25℃和55℃时的热效率分别是85%和75%;因为温升较高时,热量损失多,所以热效率较低。

 

 


 








 

 

 

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