资源简介 (共26张PPT)第十四章 内能的利用九上物理 RJ第3节 热机的效率3. 了解热机中能量走向及热散失的途径,知道什么是热机效率,能提出提高热机效率的方法。1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同,建立热值的概念。2. 能计算燃料完全燃烧放出的热量。学习目标课堂导入热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料,对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗 新知探究知识点1 燃料的热值人类在原始社会时就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会,人类所用能量的很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。天然气石油木炭干木柴酒精氢气新知探究知识点1 燃料的热值燃料的燃烧是一种化学变化,在燃烧过程中,燃料的化学能转化为内能。喷气式飞机发动机用航空煤油作为燃料火箭发动机用液氢作为燃料火箭大多用液氢作为燃料,你知道这样做的好处吗?燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、酒精等,气体燃料有煤气、天然气等。根据你的经验,相同质量的不同燃料,燃烧时放出的热量是否相同 要找出事实来支持你的观点,并进行分析。想想议议新知探究知识点1 燃料的热值用木柴烧水用煤烧水用天然气烧水知识点1 燃料的热值新知探究在生活中,我们会发现,同样是将一壶水烧开,需要干木柴、煤和天然气的质量不一样多(干木柴最多,天然气最少)。相同质量的干木柴、煤和天然气燃烧,天然气放出的热量比煤和干木柴多。燃料燃烧,放出热量的多少与燃料的种类有关。燃烧1 kg煤放出的热量,是燃烧1 kg干木柴放出热量的两倍多。煤知识点1 燃料的热值新知探究干木柴把不同的燃料质量都取1 kg,让它们完全燃烧,比较它们放出热量的多少1.定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值。3.单位:焦每千克(J/kg)2.表达式:Q放mq =知识点1 燃料的热值新知探究指燃料燃烧后,全部变成不可燃烧物的过程气体燃料的热值单位:焦每立方米(J/m3)燃料 热值 燃料 热值干木柴 约1.2×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg烟煤 约2.9×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg无烟煤 约3.4×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg焦炭 3.0×107 J/kg 氢气 1.4×108 J/kg木炭 3.4×107 J/kg 焦炉煤气 约1.7×107 J/m3酒精 3.0×107 J/kg 沼气 约1.9×107 J/m3知识点1 燃料的热值新知探究1 kg的干木柴完全燃烧,放出热量是1.2×107 J热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。1 m3的沼气完全燃烧,放出热量是1.9×107 J一些燃料的热值燃料 热值 燃料 热值干木柴 约1.2×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg烟煤 约2.9×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg无烟煤 约3.4×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg焦炭 3.0×107 J/kg 氢气 1.4×108 J/kg木炭 3.4×107 J/kg 焦炉煤气 约1.7×107 J/m3酒精 3.0×107 J/kg 沼气 约1.9×107 J/m3知识点1 燃料的热值新知探究火箭发射使用氢燃料,是因为它热值大。一些燃料的热值自带燃料和氧化剂的火箭热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的质量、形态、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少无关。知识点1 燃料的热值新知探究4.燃料完全燃烧放出的热量:Q放=qm或 Q放=qV(适用于气体燃料)物理量 Q放 q m V单位 J J/kg或J/m3 kg m3例1.某同学家自来水的温度为15 ℃,他洗澡时把燃气热水器的温度设定为40 ℃,通过查看水表得知自己洗澡用了0.02 m3的水。查看燃气表发现他这次洗澡消耗了0.06 m3天然气。(天然气的热值取q=4.0×107 J/m3)求:(1)这次洗澡所用水吸收的热量。(2)天然气完全燃烧放出的热量。解析:(1)水的质量:m=ρV水=1.0×103 kg/m3×0.02 m3=20 kg水吸收的热量:Q吸=cm(t-t0)=4.2×103 J/(kg ℃)×20 kg×(40 ℃-15 ℃)=2.1×106 J(2)天然气释放的能量:Q放=qV=4.0×107 J/m3×0.06 m3=2.4×106 J典型例题有效利用的能量比放出的热量要小燃料很难完全燃烧,放出的热量往往比按热值计算出的要小。思考:烧水时,水能否吸收燃气燃烧放出的全部热量?知识点2 热机的效率新知探究高温烟气加热水加热空气未完全燃烧加热水管加热灶头燃气热水器烧水时的能量走向说明:水吸收的热量只占燃气完全燃烧放出热量的一部分,只有水吸收的热量才是被有效利用的。1.热效率:有效利用的热量与理想情况下放出的热量之比。知识点2 热机的效率新知探究η=Q有用Q总例1中燃气热水器烧水的效率为:Q有用Q总η=2.1×106 J2.4×106 J== 87.5%小型锅炉的效率70%~85%×100%×100%×100%燃料的化学能有用机械能2.热机的效率:用来做有用功的这部分能量,与燃料完全燃烧放出的能量之比。知识点2 热机的效率新知探究η=W有用Q总废气排出带走能量自身消耗能量热机能量流向示意图×100%蒸汽机的效率为6%~15%汽油机的效率为20%~40%柴油机的效率为30%~45%喷气式发动机的效率为50%~60%知识点2 热机的效率新知探究热机的效率是热机性能的重要指标。在做功同样多的情况下,效率高的热机消耗的燃料少,从而节约能源、减少污染。知识点2 热机的效率新知探究3.提高热机的效率(1)在设计和制造热机时,要不断改进和创新,以减少各种能量损失;(2)使用时,注意保养,保证良好的润滑,合理调整各零件之间的间隙,减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量;知识点2 热机的效率新知探究3.提高热机的效率热电站(3)尽量减少各种热量损失,设法利用废气的能量。蒸汽轮机推动发电机供电用废气来供热热电站既供电又供热,比起一般的火电站,燃料的利用率大大提高。例2.如图所示的是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机。飞机使用四台相同的发动机,每台发动机的输出功率可达4120 kW,效率可达60%。在这种情况下,飞机飞行1 h需要完全燃烧燃油多少吨 (已知燃油的热值为4.3×107 J/kg。)典型例题解析:由题意知,飞机飞行1 h所做的功为:W=P总t=4×4120×103 W×3600 s=5.9328×1010 J则需要完全燃烧燃油放出的热量为:W有ηQ放=5.9328×1010J60%==9.888×1010 J所以,需要燃油质量为:Q放qm=9.888×1010 J4.3×107 J/kg==2.3t热机的效率热机的效率燃料的热值课堂小结提高的途径定义单位定义W有用Q总η=×100%科学·技术·社会·环境从火车到火箭往复式蒸汽机内燃机(汽油、柴油机)空气喷气发动机1782年1883年1892年20世纪40年代火箭喷气发动机(自带燃料和氧化剂)1.下列关于热值和热机效率说法,正确的是( )A. 使燃料燃烧更充分,可以增大热值B. 使燃料燃烧更充分,可以提高热机效率C. 柴油机的热机效率通常为100%D. 燃料燃烧释放的热量越大,热值越大B随堂练习热值是燃料的特性,与燃烧情况、放出热量的多少无关任何机器在使用时都不可避免的存在没有有效利用的能量,效率不可能达到100%2.如图所示是某汽车汽油机的能量流向图,对照此图,下列说法不正确的是( )A.废气的排放所占比例最大,减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段B.冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率C.该汽油机的热机效率为67%D.热机效率可以达到100%随堂练习热机效率是用来做有用功的那部分能量,与燃料完全燃烧释放的能量之比。所以该汽车的热机效率为:η =1-33%-30%-7%=30%C3.某学习小组想研究酒精灯烧水时的热效率。他们用酒精灯给初温为20 ℃,质量为100 g的水加热,经过一段时间测得水温升高了60 ℃(水未沸腾),共消耗了4.2 g酒精。[酒精的热值q=3.0×107 J/kg3,水的比热容c水=4.2×103 J/(kg ℃)]求:(1)此过程中水吸收的热量;(2)酒精灯烧水时的热效率。解:(1)水吸收的热量:Q吸=cmΔt=4.2×103J/(kg ℃)×100×10-3kg×60℃=2.52×104J(2)酒精完全燃烧放出的热量为:Q放=qm=3.0×107J/kg×4.2×10-3kg=1.26×105J所以烧水的效率为:Q吸Q放η==20%2.52×104J1.26×105J=随堂练习随堂练习4. 全球汽车保有量在迅速增长,截至2022年底,我国燃油汽车保有量约为3亿辆。假设每辆汽车每年耗油1.8t,汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提高1%,我国每年可以节约多少燃油 解析:每辆汽车每年可以节约燃油:Δm=m1-m2=1.8t-1.74t = 0.06t ,所以,3亿辆汽车每年可以节约燃油:M =0.06t×3×108=1.8×107t 。因为 ,每辆汽车所做有用功:W有=mqη 一定,设内燃机效率提升为η2时,需燃油为m2,有 m1qη1=m2qη2W有Q总η=W有mq=η1m1η2可得 m2=30%×1.8t30%+1%==1.74t 展开更多...... 收起↑ 资源预览