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(共21张PPT)
第4节 跨学科：热机效率和环境保护
第十四章 内能与热机
课程讲授
新课导入
本课小结
我们一起来闯关
知道热值、机械效率的概念，会查燃料的热值表，会利用热值及热机效率的公式进行简单的计算和应用。
01
能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向，能大致说出提高热机效率的途径。
02
素养目标
03
能认识热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。
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视频导入：可燃冰的视频:
提问：可燃冰作为燃料，它有哪些优点
由于开采技术不成熟，现在还不能大规模使用。生活中常见的燃料有哪些？
燃料的共同特点是什么？燃料的燃烧本质是什么
1. 认识燃料：
燃料并不陌生，结合生活讨论思考：
生活中常见的燃料有哪些？燃料的共同特点是什么？燃料的燃烧本质是什么
一、燃料的热值
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燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、柴油等,气体燃料有煤气、天然气等；燃烧的共同特点是能够燃烧；燃料的燃烧本质是化学能转化为内能。
2.热值：
不同地区的人们用不同的燃料来供给一个四口之家使用，所用不同燃料的月消耗量如下图，分析图片并阅读课本，思考回答：
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农村150kg
乡镇40kg
不同燃料燃烧的过程有哪些相同点？同样是四口之家，若使用不同的燃料，消耗的量是否相同？说明了什么？
城市12kg
都是化学能转化为内能，放出热量。说明不同燃料释放热量的本领不同。
3. 阅读：课本P50—51“燃料的热值”栏目下内容阅读完后，回答下列问题：
（1）不同燃料燃烧释放能量的能力 不同 (相同或不同)，物理学中，用
来描述燃料燃烧释放能量的能力。
（2人们把某种燃料 放出的热量与其 之比，叫作这种燃料的热值，用字母q来表示，其单位为 。质量为m的燃料完全燃烧放出的热量为：
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热值
完全燃烧
质量
J/kg
Q=mq
Q：完全燃烧所释放的热量
m：为燃料的质量，单位为kg
q：燃料的热值
（3）由于气体燃料常以体积来计量，所以说对于气体燃料而言，它的热值就是气体燃料完全燃烧释放的热量与其 之比，对应的单位就是 ，在数值上等于在标准状态下1m3的燃料完全燃烧所放出的热量。其放出热量公式相应变为 。
体积
J/m3
Q=qV
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4.查常见燃料的热值表：
酒精的热值为 ，其物理意义是：
。
5.老师点拨强调：
热值是燃料的重要特性，只和燃料的种类有关，与质量和燃烧情况无关。
3.0×107J/kg
1kg酒精在完全燃烧时放出的热量是3.0×107J
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6.补充例题：
（1）多媒体投放：
小华在爷爷家主动做家务，通过燃烧木柴来烧水，烧开一壶水用了2kg干木柴，问这些干木柴完全燃烧放出多少热量？
（2）充分讨论后，再独立写出计算过程。
（3）找一部分同学投影展示，作出评价。
（4）反思交流：
①干木柴能不能完全燃烧？理由是什么？
②干木柴放出的热量能不能100%被水全部吸收？为什么？
Q放=mq=2kg×1.2×107J/kg=2.4×107J
不能；有烟雾，有灰烬。
提示：不能；周围空气、炉体、壶体都要吸收一部分。
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7.对点训练：
据新华社报道，我国在新疆塔里木盆地发现了储量高达228亿吨的石油。已知石油的热值为4.4×107J/kg，求200g石油完全燃烧放出的热量。
解：m=200g=0.2kg，
Q放=mq=0.2kg×4.4×107J/kg=8.8×106J。
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二、热机效率
①
②
③
④
⑤
1.热机燃料的能量走向示意图：
（1）老师用下图让同学复述能量走向：
（2）讨论上图中有用的走向是 ，没有用而浪费的是 。
⑤
①②③④
（3）结论：热机工作时真正转变为对外做有用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。
汽油机工作循环的理解
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2.热机效率：
（1）定义：热机运转中所做 与 的比值称为热机效率。它反映了能量的利用率,热机性能的一个重要标志。
老师跟同学共同整理定义式： 。
（2）思考讨论：热机效率能不能达到100%？原因是什么？
（3）请上网查询了解蒸汽机、汽油机、柴油机以及喷气式飞机发动机的效率各是多少？
有用功
燃料完全燃烧所释放能量
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（1）结合热机燃料的能量走向，师生共同分析提高热机效率的途径：
热机燃料的能量走向
部分燃料未完全燃烧
克服摩擦消耗能量
废弃排出带走能量
机械传热损失能量
转化为对外做有用功的能量
损耗能量
减少损耗
思路
具体措施
①
②
③
（2）达成共识：主要途径是减少热机工作中的各种能量损失；具体措施：①要减少燃烧过程中的热量损失；②要尽量简化机械传动部分；③并选用优良的润滑材料，减小摩擦。
3.提高热机效率
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4.拓展探究：“永动机”能实现吗
（1）分析课本图14—26中的永动机；或搜集其他类型的永动机设计；或自己畅想永动机设计。
（2）大家一起分析各种永动机的可行性。
（3）结论：因为能量是守恒的，而机械本身并不能创生能量，因此不消耗能量却一直对外做功的永动机是不存在的。
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5.对点训练：
下列关于热机效率的说法正确的是（　　）
A．完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高
B．热机消耗的燃料越少，效率越高
C．燃料的热值越大，效率越高
D．热机的功率越大，效率越高
A
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三、环境保护
1.思考交流：
（1）出示图片，启发思考：热机工作时会带来那些环境污染问题？
（2）观看视频。
（3）交流：生活中我们可以采取哪些措施来减少热机对环境的污染？
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2. 阅读课本：
P53“学科综合”“探究空气质量”部分，按要求完成一份关于如何净化空气、保护环境的调研报告，提出相关的改进建议。
（1）变分散为集中供热，提高燃料利用率。
（2）改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放。
（3）推广、普及“清洁能源”。
（4）种植绿色植物，净化空气。
课堂小结
燃料
热值
可以燃烧
内能
定义
定义式
单位
热传递
做功
加热物体
热机运转
加热效率
热机效率
定义
定义式
提高措施
1．油箱内的汽油燃烧掉一半后，剩余的汽油（　　）
A．比热容和热值都变为原来的一半 B．比热容变为原来的一半，密度不变
C．比热容没有变化，热值变为原来的一半 D．比热容和热值都没有变化
2．如题图是“比较不同燃料热值”的实验装置，下列关于该实验的说法正确的是（ ）
A．实验时燃料的质量应相等
B．实验时烧杯内水的质量不需要相等
C．可以根据加热时间来比较燃料燃烧时放出热量的多少
D．除了图中所示的测量器材，还要用到天平和停表
我们一起来闯关
D
A
3．如图所示为某品牌内燃机工作过程中能量流向扇形图，则该热机的效率为（ ）
A．38% B．30% C．22% D．68%
4．（2022 湖南衡阳 中考真题）汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　）
A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100%
C．热机的大量使用会造成环境污染 D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能
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A
C
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5．长征四号丙运载火箭是用液态氢作燃料，因为液态氢具有较高的 （选填“热值”或“比热容”）。小明为了判断甲、乙两种燃料的热值的大小，完全燃烧了甲、乙两种燃料，根据测量数据绘制了放出的热量与质量的关系图像如图所示，热值较大的是 。
热值
甲
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6．轿车已逐步成为我们日常交通中重要的代步工具。小明驾车在假期旅游途中，根据相关数据估算，轿车在30min内行驶36km约消耗了2kg汽油，已知汽油热值为 。求：
(1)完全燃烧2kg汽油时所产生的热量是多少？
(2)若轿车在平直公路上匀速行驶时所受到的平均阻力约为400N时，求这段时间克服阻力做的功？
(3)此轿车发动机效率是多少？（结果保留一位小数）
解：（1）
（2）
（3）

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