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第十四章 内能与热机
第四节：热机效率和环境保护
1.物理观念：①理解热机效率的概念。②学会计算热机效率，并能运用公式进行实际问题的分析。③了解影响热机效率的因素。④掌握提高热机效率的方法。
2.物理思维：通过学习热机效率的相关知识，培养学生运用科学思维分析问题、解决问题的能力。
3.科学探究：引导学生运用所学知识计算热机效率，并通过实例分析，让学生体会科学探究的过程，培养学生提出问题、将理论应用于实际问题的能力。
4.科学态度与责任：引导学生关注科技进步和社会发展，了解热机效率在现实生活中的应用，增强学生的社会责任感和使命感。培养学生尊重事实、严谨求实的科学态度，克服困难，勇于探索真理。
学习目标
火箭发射所需的推进剂燃料，可以换成拖拉机或飞机采用的柴油或汽油吗？
蒸汽机、汽油机、柴油机、飞机等等，它们使用的燃料有的是煤、汽油、柴油、航空燃油，它们为什么要用不同的燃料？
拖拉机燃料柴油
汽车燃料汽油
飞机发动机燃料
航空汽油和航空煤油
火箭助推器燃料
液氢液氧
导入新课
柴薪
煤炭
石油
天然气
从古至今，人们使用的能量绝大部分来至于哪儿？　
导入新课
固体燃料
液体燃料
气体燃料
燃料可分为三种
日常生活中常用到的燃料有哪些？
常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，部分农村地区还用木材或秸杆作燃料。
燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。
木炭、煤等
汽油、酒精等
煤气、天然气等
一、燃料的热值
1.燃料
生物颗粒燃料
燃料燃烧时能量的转化
燃
料
种
类
化学能
内能
固体燃料
气体燃料
液体燃料
说一说：
你所知道的固体燃料、液体燃料、气体燃料各有哪一些？
我们平时在生产中、生活中使用了哪一些燃料？你认为这一些燃料中，哪一种燃料比较好？
一、燃料的热值
想想议议：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。
在家中烧水时，烧开同样一壶水需要的木柴质量多，而需要的煤气质量却较少。
现象：
结论：
木柴和煤气燃烧放出相同的热量时，所用木柴的质量比所用煤气的质量大。
相同质量的木柴和煤气燃烧时，放出的热量是不同的。
你还有其它比较不同燃料的放热本领的方法吗？
一、燃料的热值
【实验】比较不同物质放热能力
实验材料：
两杯水200g（初温28℃）、碎纸片10g、酒精10g，铁架台，天平、秒表等
实验过程：
选择相同质量的碎纸片和酒精，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。
实验数据：
实验结论：
加热前温度
℃
燃料燃烧尽后温度℃
水温的变化
℃
温度
燃料
10g酒精
10g碎纸片
28
28
83
62
55
37
一、燃料的热值
①定义：
某种燃料 放出的热量与其质量之 ，叫作这种燃料的热值，用符号 q 表示。
1、完全燃烧：
指燃料燃烧后，全部变成 燃烧物的过程。
2、气体燃料的热值：
对某些气体燃料，其热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料 放出的热量。
3、由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料在 时放出的热量 ，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时
的大小。
完全燃烧
比
完全燃烧
不同
放热本领
完全燃烧
不可
一、燃料的热值
②公式：
q= Q放/m
③单位：
焦/千克，符号J/kg
焦/立方米，符号J/m
④热值的物理意义：
热值在数值上等于 某种燃料 放出的热量。
同种燃料的热值 ，不同种燃料的热值一般 。
一些燃料的热值
1kg
完全燃烧
相同
不同
q= Q放/V
一、燃料的热值
　　请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
一、燃料的热值
热值
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用燃料的质量之比
符号：q
公式：q=Q/m 或 q=Q/V
单位：J/kg 或 J/
特性
它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与质量、形态、体积、是否完全燃烧等无关。
反映燃料燃烧时放热的本领，从某种程度上反映了燃料的优劣。
物理意义：1kg 的某种燃料完全燃烧所放出的热量
二、热机效率
想一想
　　在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
部分燃料未完全燃烧
克服摩擦消耗能量
废气排出带走能量
机械传热损失能量
转化为对外做有用功的能量
科学家/工程师对热机不断进行这改进和升级的目的是什么呢？
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提高热机的工作效率
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。然而燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要少，而且有效利用的热量又比放出的热量要少。
为了提高热机的工作效率，就需要对热机进行改进和升级，以减少各种能量损失，提高效率。
二、热机效率
1.定义：热机所做 与燃料完全燃烧释放的 之比，叫做热机的效率。
2.公式：
η =W有用/Q放×100%
3.物理意义：热机的效率是热机 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 ，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更 。
有用功
能量
性能
高低
少
二、热机效率
4. 提高热机效率的主要途径
①使燃料充分燃烧
二、热机效率
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
②尽量减少各种热量损失
③尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量
热电站：大型发电机常常由蒸汽轮机推动 ，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高。
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。
二、热机效率
汽车发动机添加机油
润滑油减少汽车摩擦
科学·技术·社会·环境
从火车到火箭
17世纪人类发明了蒸汽机。
1782年瓦特发明了往复式蒸汽机
蒸汽拖拉机
斯蒂芬森以此为基础最先研制了“火箭号”蒸汽机车。
内燃机的出现和不断改进，对交通运输事业的现代化起到了决定性的作用。
在一代代航天人不断努力下，宇宙飞船、空间站被送入太空，我国也成为太空强国。
二、热机效率
三、环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题：
CO2、SO2、氮氧化合物
提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；
改进热机，减少各种能量损失；
利用废气的能量；
改进燃烧设备，加装消烟除尘装置；
集中供热；
改用气体燃料，普及煤气和天然气；
充分开发利用污染少和无污染的新能源。
如何保护我们的环境？
三、环境保护
课堂小结
　　1．对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是( )
　　A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
　　B．燃料没燃烧时就没有热值
　　C．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值， 跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
　　D．容易燃烧的燃料热值一定大
课堂练习
C
2. 关于热机效率，下面说法正确的是（ ）
A、热机效率可能等于1
B、热机效率一定小于1
C、热机效率越高，其损失的能量越多
D、热机效率越高，对环境的影响越大
B
课堂练习
3.用烟煤烧水时，将10 kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4 kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求∶
（1）水吸收的热量是多少
（2）1.4 kg 的烟煤完全燃烧放出的热量是多少
（3）热机效率是多少
解∶ (1) Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×10kg×(100-20)℃=3.36×107J
(2)Q放=mq=1.4 kg×3×107J/kg=4.2×107J
课堂练习
下课
Thanks!
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