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热机的效率
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第十四章第三节
你知道发射火箭上天要用氢做燃料吗？为什么不用汽油或者柴油呢？
一、燃料的种类
固态
液态
气态
木柴
煤炭
汽油、煤油、
柴油、液化气
天然气
情境引入
妈妈叫小明尽快去烧一壶水，如果你是小明，你会选择哪种燃料来烧水并说一说你选择的原因
质量相同的不同燃料完全燃烧时放出的热量是不同的？
　　选择相同质量的干木柴和酒精，分别对相同质量，初温相同的水进行加热，观察实验现象，收集实验数据，并分析。
探究实验：燃烧相同质量的酒精和干木柴，比较它们放出热量的多少
实验材料：
两杯水200g（初温28℃）、干木柴5g、酒精5g，铁架台，天平、等。
实验过程：
探究实验：燃烧相同质量的酒精和干木柴，比较它们放出热量的多少
相同质量的酒精和木柴加热完全相同的水，水升高的温度不同，酒精加热的水升高的温度更多。
燃料 温度 加热前温度/℃ 燃料燃尽后的温度/℃ 水温的变化/℃
5g酒精 28 83 55
5g干木柴 28 62 37
为了比较燃料的特性了，引入了“热值”这个物理量。
实验数据：
实验结论：
相同质量的不同燃料放出的热量不同。
（质量和初温相同）
二、燃料的热值
1.定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值。
2.公式：
4.燃料完全燃烧放出的热量
（抄到P31）
Q放=mq 或Q放=qV
3.单位：（固体燃料）焦/千克，符号J/kg
（液体燃料） 焦/立方米，符号J/m
二、燃料的热值
一些燃料的热值
表示1kg的氢气完全燃烧时放出的热量是1.4×108J
4、热值是物质的一种特性，只与燃料种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。
表示1m3的煤气完全燃烧时放出的热量是1.7×107J
（抄到P31）
你知道发射火箭上天要用氢做燃料吗？为什么不用汽油或者柴油呢？
　　发射火箭中用氢做燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。
典例分析
例1：关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　）
A．没有燃烧的燃料，热值等于零
B．燃料完全燃烧时，它的热值最大
C．热值是燃料的一种特性，它与燃料的质量和燃烧状态无关
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
C
典例分析
例2：某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量？
思考：相当于多少kg干木柴完全燃烧放出的热量？
（q天然气=7.5×107J/m3，q干木柴=107J/kg）
能力提升
如图所示，“围炉煮茶”是一种休闲方式，源自云南的“火塘烤茶”，采用木炭作为燃料。茶壶中装入1kg初温为10℃的山泉水，用围炉加热至100℃消耗了100g木炭。已知水的比热容为4.2×103J/(kg ℃)，木炭的热值为3.4×107J/kg。求：
(1)水吸收的热量是多少？
(2)木炭完全燃烧放出的热量是多少？
木炭燃烧放出的热量，是否全部被水吸收了？没有被利用的热量去了哪里？
既然围炉烧水的能量会有损失，那我们更应该关心什么？
有用能量占总能量的比例
思考：围炉煮茶的有效利用能量是什么？总能量是什么？围炉的的热效率是多少？
你有什么办法提高围炉的热效率？
思考：同样热机在工作时能量转化是怎样的，燃料燃烧放出的能量是否全部提供给热机运行？
小组讨论：以汽车为例回答下列问题：
1.汽车在行驶过程中，有效利用的能量是什么？总能量是什么？
2.汽车在行驶过程中，在哪些部分造成了能量的损失？
三、热机的效率
Q放=W有+Q废+Q散+Q摩
1.定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。
2.公式：
η
3.物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料————。
三、热机的效率
更少
4.常见的热机的效率
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~40%
柴油机的效率为30%~45%
柴油机的效率为30%~45%
喷气发动机的效率 50～60%
想一想.如果你是设计师，你能想到哪些方法来减小能量的损失，提高热机的效率
5.提高热机的效率的方法
①使燃料充分燃烧
②尽量减少各种热量损失
③设法利用废气的能量
④热机设计制造，提高技术和使用新材料。
⑤保证良好润滑，减少摩擦额外消耗的功。
把煤磨成煤粉或煤粒，加大煤与氧气的接触面积，使其燃烧得更充分，从而提高燃料的利用率。
对锅炉进行外部隔热处理，可以避免热能向外丢失。
例1. 下图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（ ）
A．有用机械能所占比例最大 B．废气带走的能量占比为25%
C．该汽油机的效率为35% D．减少机械摩擦能提高汽油机效率
D
典例分析
例2. 某品牌的轿车在某段平直公路上进行测试，轿车以18m/s的速度匀速行驶了300s，消耗燃油0.36kg，轿车发动机的牵引力是1000N，燃油的热值为q=4.5X107J/kg。求：
(1)消耗的燃油完全燃烧产生的热量；
(2)发动机所做的功；
(3)发动机的能量转化效率（结果保留小数点后两位）。
课堂检测
1.烧杯中装有酒精，现用去1/4，则剩余酒精的下列物理量中，
没有发生改变的是（ ）
A.质量 B.密度 C.比热容 D.热值
BCD
2.关于热机和锅炉的效率，下列说法中正确的是（　　）
A．热机做的有用功越多，效率一定越高
B．热机和锅炉使用的燃料的热值越大，它们的效率越高
C．向锅炉内多加些煤，加大火力可以提高锅炉的效率
D．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D
自我检测
3.某汽车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶5km，发动机
输出的动力是3.0×10 N，消耗燃油1kg（假设燃油完全燃烧）。
若燃油热值q=4×107J/kg，求：该专用车发动机的效率是多少？
4. 某台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，在1s内汽油机对外做功______次。若该汽油机的效率为30%，汽油机在某段时间完全燃烧了400g汽油，则汽油完全燃烧放出的热量为______J，汽油机输出的有用机械功为______J。

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