资源简介

(共27张PPT)
第十四章
第3节 热机的效率
物理观念
1.通过生活中的燃料燃烧现象，引导学生认识到不同燃料燃烧释放热量的能力不同，从而引入热值的概念及计算公式；
2.能进行简单的燃料完全燃烧释放热量的计算；
3.知道热机工作时是利用燃料释放出的热量，并能理解热机效率且能简单的计算热机效率。
科学思维
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的能力不同，建立热值的概念；
2.认识内燃机工作时，燃料燃烧放出的热量并不能全部被利用，对内能的利用有一个更全
面的认知，为下节能量的转化和守恒做好准备；
3.能根据能量流向图说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。
科学态度与责任
结合有效利用燃料的途径，使学生懂得节约和充分利用能源的重要意义。
重点
难点
重点
复习回顾：内燃机用什么作为燃料？
内燃机用汽油和柴油作为燃料。
我们生活中还用到哪些燃料，说一说它的使用场景？
天然气
煤炭
酒精
相同质量或者相同体积的燃料燃烧时放出的热量相同吗
观看视频并思考:
火箭大多用液氢作为燃料，你知道这样做的好处吗？
任务一、认识热值
1.热值的概念
烧开一壶水需要使用干木柴0.5kg,或者木炭0.2 kg,或者酒精0.22 kg,或者煤气0.06 kg。为什么会出现这样的结果
怎么比较燃料完全燃烧时放出热量的能力呢
任务一、认识热值
①1kg干木柴完全燃烧时放出的热量约为1.2×10 J,1 kg木炭完全燃烧时放出的热量为3.4×10 J,哪种燃料完全燃烧时放出热量的能力强
相同质量的燃料完全燃烧时，放出热量最多的燃烧时放热能力强。
②完全燃烧放出10 J的热量需要干木柴0.83kg或者木炭0.29 kg,哪种燃料完全燃烧时放出热量的能力强
放出相同热量时，质量最小的燃料燃烧时放热能力强。
③若干木柴和木炭完全燃烧时放出的热量和质量都不同时，怎样比较二者完全燃烧时放出热量的能力
热量与质量之比。
任务一、认识热值
说 明 ：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值是物质自身的特性，与其是否完全燃烧没有关系。
总结：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比， 叫做这种燃料的热值。热值用来表示不同燃料完全燃烧时放出热量的能力。
任务一、认识热值
1.在用煤烧火时，烧完后，还会有残留的煤块；
2.用酒精烧火时，能闻到酒精的气味，有一部分酒精还没有燃烧就散发到了空气中。
你发现了吗？
这些情况都称为不完全燃烧。
用什么方法能让燃料充分燃烧呢？
任务一、认识热值
表格中热值最大的是哪种燃料？其热值的物理意义是什么？
最大
热值的物理意义：描述不同燃料燃烧释放热量的能力
任务一、认识热值
为什么火箭大多用液氢作为原料？
因为氢的热值比较大
思考
任务一、认识热值
热值的单位：
热值计算公式：
Q=mq（固态或液态燃料）
Q=Vq（气态燃料）
J/kg（固态或液态燃料）
J/m3（气态燃料）
2.热量的计算
比一比：相同质量的干木柴、柴油或者相同体积的沼气、焦炉煤气哪个放出的热量最多
任务一、认识热值
例1 在一次物理实验中，共燃烧酒精42 g,如果酒精完全燃
烧，则能释放多少热量？（酒精的热值q=3.0× 10 J/kg）
解：Q放 = mq = 42×10-3kg×3.0×107J/kg=1.26×106J。
任务一、认识热值
例2 需要多少酒精完全燃烧能让10 kg的水温度上升30 ℃ 若使用干木柴呢 (不计热量损失)[已知q酒精=3.0×107J/kg,c水=4.2×10 J/(kg·℃),q干木柴=1.2×107J/kg]
解：Q吸=c水m水△t=4.2 × 10 J/(kg·℃) × 10 kg × 30 ℃= 1.26 × 10 J,
由Q放=Q吸=m酒精q酒精得：
同理，得
任务二、认识热机的效率
1.热机能量的损耗
常见热机的能量流向图如下：
思考：
①燃料能否完全燃烧？
②燃烧时放出的能量是否能全部用来推动热机做功？
③损失的能量都去了哪里？
④有用的能量干了什么？
任务二、认识热机的效率
内燃机燃料燃烧时能量走向示意图
序号 能量去向 说明
（1）
（2）
（3）
（4）
（5） 燃料未能完全燃烧
一部分能量消耗在
散热上
废气带走很大一部分能量
克服摩擦力消耗
一部分能量
由于燃料的品质、内燃机汽缸与活塞的密封程度等因素，热机不可能使燃料完全燃烧，燃料的化学能没有被全部释放。
热机大部分部件是由金属制成的，金属是热的良导体，将燃料燃烧所释放的部分热量传递给机体及空气，所以散热也是能量损失的一个方面。
四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程排出汽缸中的废气，但此时废气的温度仍很高，内能较大。
活塞和曲轴在运动时要克服摩擦力做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供。
对外做的有用功
任务二、认识热机的效率
总结：
真正用来做有用功的能量只占燃料燃烧所能提供能量的一部分，所占比例的大小，也就成了热机性能的标志。
任务二、认识热机的效率
2. 热机的效率
（1）定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能
量之比，叫做热机的效率，用字母η表示。
η=
W有用
Q放
（2）公式：
（3） 物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因
此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
任务二、认识热机的效率
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%。因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
任务二、认识热机的效率
3. 怎样提高热机的效率？
使燃料充分燃烧；
尽量减少各种热量损失；
在热机的设计和制造上采用先进的技术；
注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
任务二、认识热机的效率
4. 热机的使用带来哪些环境问题？
进行社会调查，并设计方案，如何解决热机使用带来的环境问题
（1）尾气排放造成的污染
（2）燃料燃烧排放的烟尘使大气变得 十分浑浊
（3）废渣污染（未烧尽的残渣）
（4）噪声 污染
热机的效率
热机的效率:
提高热机效率的方法：
(1)尽可能使燃料充分燃烧；
(2)减小各种热量损失；
(3)保持良好的润滑，减小摩擦等。
热量公式：Q放=mq（固、液），Q放=Vq（气）
随堂检测
1.甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那么（ ）
甲燃料的热值 一 定大于乙燃料的热值
B. 甲燃料的质量 一 定大于乙燃料的质量
甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大
D. 甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小
D
随堂检测
2.如图所示为内燃机的能量流向图，热机效率η等于（ ）
B
随堂检测
3.为了响应国家“节能减排”的号召，同学们讨论起家用汽车的节能
方法，你认为下列方法不合理的是( )
A. 开车过程中不宜频繁地急加油和急刹车
B. 定期清理汽车后备箱中的不常用物品，减小汽车负载
C. 夏天开车开空调时，空调的温度不宜过低
D. 长期低速行驶
D
随堂检测
4.一辆车牵引力是4000 N, 行驶10 km, 消耗3 kg 的汽油，在此过程中，发动
机做的有用功是多少焦 发动机的效率是多少 (汽油的热值是4 .6×10 J/kg,
假设汽油可以完全燃烧)
解：已知路程 s=10 km=104m,牵引力 F =4×10 N,
根据公式W=Fs可得发动机做的有用功
W=Fs=4×10 N×10 m=4×107J;
已知汽油质量m=3kg,汽油热值q=4.6×107J/kg,
则汽油完全燃烧释放出的热量
Q放=mq=3kg×4.6×10 J/kg=1.38×10 J,
所以发动机的效率为
随堂检测
5.天然气在我市广泛使用，已知天然气的热值为7.0×10 J/m , 完全燃烧
0.05 m 天然气可以放出多少焦的热量 这些热量若只有42%被水吸收，
则可以使常温下5 kg的水温度上升多少摄氏度
解：完全燃烧0.05 m 天然气放出的热量为Q=Vq=0.05m ×7×10 J/m =
3.5×10 J;
水吸收的热量为 Q吸=42%×Q放=42%×3.5×106J=1.47×106J,
再根据 Q吸=cm△t 得，
即可以使常温下5 kg的水温度上升70℃。
实践性作业
计算使用天然气将1 kg 的水从常温加热到沸腾过程中的热机效率，想办法提高热机效率并计算出改进后的热机效率。

展开更多......

收起↑