资源简介

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14.2热机的效率
九年级物理全一册 ?人教版
教学目标
一
01
从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，
建立热值的概念。
02
能简单计算燃料燃烧放出的热量。
03
能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。
课堂引入
二
火箭发射所需的推进剂一般采用液态氢、氧做为燃料。你知道这是为什么？可以换成汽油、柴油做火箭的燃料吗？
燃料
二
①燃料的种类：
固体燃料有木柴、煤炭等；
液体燃料有汽油、柴油、酒精灯；
气体燃料有煤气、天然气等。
1. 燃料
用天然气燃烧炒菜
家用汽车用汽油做燃料
思考一下
你见过的燃料有哪些？
热料
三
②燃料燃烧时能量的转化：
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。
战斗机发动机用航空煤油做燃料。燃料燃烧时产生的气流高速喷射，使飞机获得前进得强大动力。
火箭升空靠液态氢与液氧的燃烧获取内能
热料
三
木材
石油原油
煤炭
汽油、煤油、柴油、液化气
【常见燃料】
天然气
氢（液氢）
热料的热值
三
为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
为什么不用木材做燃料呢？
相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量不同
热料的热值
三
轴
怎么比较不同燃料的放热本领呢？
将同样一壶水从20℃加热到100℃
木柴
煤炭
汽油
需要完全燃烧多少千克不同燃料？
　　还可以如何比较不同燃料的放热本领？
轴
注意的问题：
1.应控制水的 和 相等；
两种燃料的质量（加热时间）相等。
2.通过观察燃料燃尽（相同时间内）
时 来判断燃料放热能力
的强弱，还需要的测量工具： 。
质量
初温
温度计示数变化
天平、秒表
热料的热值
三
【实验探究】比较不同物质放热能力
轴
初温：28℃
燃料质量：5g
燃烧相同质量的酒精和干木柴，比较他们放出热量的多少？
水的质量：200g
热料的热值
三
热料的热值
三
实验数据
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A} 燃料
温度
加热前温度t0/℃
燃料燃尽后的温度t末/℃
水温的变化Δt/℃
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。
实验结论：用质量相同的酒精和干木柴分别给两杯完全相同的水加热，两杯水升高的温度不同，用酒精加热的水升高的温度多。
热料的热值
三
1.燃料的热值
由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。
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，用字母q表示。
指燃料燃烧后，全部变成不可燃烧物的过程
③单位：焦/千克（J/kg）
②公式：q= ????放???? 或 q= ????放????
?
热料的热值
三
④热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧
放出的热量。
【例如】木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示：1kg木炭完全燃
烧时放出的热量是3.4×107J。
同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
⑥气体燃料的热值： q= ????放????
?
焦/立方米（J/ｍ?）
⑤燃料燃烧放出热量的计算： ????放=????????
?
热料的热值
三
2.常见燃料的热值表
思考一下
通过表格你发现了什么？
热料的热值
三
【解释】为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
　　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。
热料的热值
三
轴
【体验】利用家用煤气灶，把质量是1kg的水，从室温加热至100℃，消耗多少煤气？
710.9946m3 — 710.971m3 = 0.0236m3
1.试着计算一下煤气燃烧放出了多少热量？
2.水吸收了多少热量？
3.它们相等吗
热机的效率
四
Q放=qV=3.9×107J/m3×0.0236m3=9.204×105
Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg.℃)×1kg×(100℃-25℃)=3.15×105J
问题:用煤气将1kg的水烧开(从25℃加热到100℃),这些煤气完全燃烧放出热量是多少?水多吸收的热量是多少J?(煤气的热值是3.9×107J/m3）
思考为什么Q吸≠Q放。原因：有热散失
1.日常生活中的热效率
①建立热效率的概念（炉子、燃气灶的热效率等）：
吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值叫做热效率。
热效率 η = ???有效利用的热量???????燃料完全燃烧放出的热量=???????有用???????????总?
?
②提高锅炉中燃料热效率的方法：
把煤磨成煤粉，增大与氧气的接触面积；
把空气吹进炉膛增大送氧量。
热机的效率
四
2.用炉子烧水的效率
（1）定义：水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，
叫作用炉子烧水的效率。
（3）提高效率的方法：
· 增加供氧
· 炉壁选用隔热材料
· 增大受热面积
（2）公式：
η =???????有用???????????放?=???????吸?????????放?×100%
?
热机的效率
四
（1）热机能量流向示意图
汽油在热机汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量，机械装置吸收
部分能量，废气带走部分能量，机械传动等克服摩擦消耗部分能量，
等等。只有一部分燃料燃烧所释放能
量转变为对外做有用功的能量。
这部分能量被有效利用。
3.热机的效率
由于机械传动等,克服摩擦所消耗的能量
燃料不能完全燃烧
废气排出带走的能量
废气排出带机械传热损失的能量
热机真正转变为对外做功的部分
热机的效率
四
①定义：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，叫做热机的效率。
②公式：η =????有用???????????放?×100%
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，消耗的燃料更少。
?
（2）热机的效率
热机的效率
四
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%
喷气式发动机的效率为50%~60%
常见的热机的效率
热机的效率
四
所有的机械效率都小于1
4. 提高热机效率的主要途径
（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量
热电站：大型发电机常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，
蒸汽轮机排出的废气可以用来供热。
热机的效率
四
(2)在热机设计和制造上提高技术水平和使用新材料。
(3)保证良好的润滑,减少因摩擦额外消耗的功。
(4)使燃料充分燃烧。
热机的效率
四
这些方法可以提高热值吗？
随堂练习
五
1.木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭（　　）
A．具有3.4×107J的热量
B．具有3.4×107J的内能
C．完全燃烧对外做功3.4×107J
D．完全燃烧放出热量3.4×107J
D
随堂练习
五
2．关于燃料的热值，下列说法中正确的是（　　）
A．燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高
B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
C．燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大
D．燃料的热值与燃料的质量及燃烧情况无关
D
随堂练习
五
3.甲、乙两台内燃机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（　　）
A．内燃机甲做的功比内燃机乙做得多
B．内燃机甲的功率比内燃机乙的功率大
C．在相同时间内内燃机甲燃烧的燃油比内燃机乙多
D．在消耗相同的燃油时，内燃机甲做的有用功比内燃机乙做的有用功多
D
随堂练习
五
4．两台汽油机，甲做的有用功是乙的1.5倍，甲的效率是25%，乙的效率是30%，那么甲与乙消耗的汽油的质量之比是（　　）
A．9：5 B．5：6 C．5：9 D．6：5
A
随堂练习
五
5.利用如图所示装置做“比较不同燃料燃烧时放出的热量”的实验。
（1）除了控制水的质量和初温相同外，还需控制燃料的 　 　相同。（2）通过比较 　 　来比较酒精和碎纸片燃烧放出热量的多少。（3）根据表格中记录的实验数据可知酒精和碎纸片这两种燃料中，热值较大的是 　 　。
（4）本实验使用的物理方法除了控制变量法，还采用了 　 　。
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后的水温/℃
酒精
20
35
碎纸片
20
25
质量
水升高的温度
酒精
转换法
随堂练习
五
6.一小汽车在平直的高速路上匀速行驶2.3km,用时100s,若行驶过程中发动机牵引力一直为1000N（汽油的热值q汽=4.6×107J/kg），求：
（1）汽车匀速行驶的速度；（2）汽车发动机所做的功；
（3）若这段过程消耗汽油0.25kg,则发动机效率为多少？
解：（1）汽车匀速行驶的速度：v＝ ＝ ＝23m/s；
（2）汽车的发动机所做的功：W＝Fs＝1000N×2.3×103m＝2.3×106J；
（3）汽油完全燃烧释放的能量：Q＝mq＝0.25kg×4.6×107J/kg＝1.15×107J，
发动机的效率：η＝ ×100%＝ ×100%＝20%。

答：（1）汽车匀速行驶的速度为23m/s；
（2）汽车的发动机所做的功是2.3×106J；
（3）发动机效率为20%。
课堂小结
六
热机的效率
①分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料.
②燃料燃烧过程中化学能转化为内能.
①定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比.
是燃料的一种特性.
②公式：固体q=???????? 气体q=????????
③单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/ m3 ）
①热机的效率：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.
② 公式：η =????有???????????放?×100%
③提高热机效率的方法：利用废气的能量、
减少机械摩擦、尽量使燃料充分燃烧.
?
燃 料
热 值
热机的效率

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