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(共32张PPT)
第十四章　内能与热机
第四节　跨学科：热机效率和环境保护
沪科版 九年级 物理（上）
情景导入
为什么发射火箭上天要用氢作燃料，而不用汽油或酒精呢？
目前，人类使用的能量，大部分是怎样获得的？
柴薪
石油
煤炭
天然气
燃料燃烧
为什么不同的燃料释放热量的本领不同？
老师，为什么大型工厂用煤作燃料而不用干木柴作燃料呢？
这是因为不同的燃料释放热量的本领不同。
合作探究
知识点一　燃料的热值
生活中，我们烧开同样一壶水，如果分别用木柴、煤和汽油来作燃料，消耗的燃料一样多吗？
提出问题
例：学校在环境温度为20℃时，每天向学生提供100 kg开水，若用以下燃料烧开这些水，则需：
木柴：约2.8 kg
煤：约1.16 kg
汽油：约0.73 kg
1.试想一下为什么使用不同的燃料，消耗的燃料质量不同呢？
2.怎样比较燃料释放热量的能力呢？
1.试想一下为什么使用不同的燃料，消耗的燃料质量不同呢？
2.怎样比较燃料释放热量的能力呢？
不同燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。
比较燃料燃烧释放热量的能力的方法：
①取质量相同的不同燃料，让它们完全燃烧，比较释放热量的多少；
②让不同燃料燃烧释放出相同的热量，比较它们消耗质量的多少。
交流讨论
常见的燃料有煤、石油、天然气等，部分地区还用木材等作为燃料。
研究可知，不同燃料燃烧释放的热量是不同的。人们把某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q表示，在国际单位制中，热值的单位是J/kg 。
归纳总结
物理意义: 表示不同燃料完全燃烧时放热的能力
例如酒精的热值是3.0×107 J/kg，代表的物理意义是1 kg的酒精完全燃烧释放的热量是3.0×107 J。
燃料完全燃烧放出的热量（J）
燃料质量（kg）
燃料的热值（J/kg）
q =
因此，燃料热值的定义式为
常见燃料的热值
物质 热值q/(J·kg-1)
干木柴 1.2×107
焦炭 3.0×107
木炭 3.4×107
氢气 1.4×108
物质 热值q/(J·kg-1)
酒精 3.0×107
柴油 4.3×107
汽油 4.6×107
煤油 4.6×107
知识延伸
根据热值的概念和热值所代表的物理意义，交流讨论得出燃料燃烧时释放热量的公式：Q＝mq或Q＝Vq，其中m是燃料的质量，单位是kg；V是燃料的体积，单位是m3；q是燃料的热值，单位是J/kg、J/m3。
热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。
合作探究
知识点二　热机效率
1．煤气灶的效率
提出问题
我们在日常生活中用煤气烧水时，煤气燃烧释放的热量能否被水完全吸收？若不能，燃烧过程中又有哪些能量损失呢？
交流讨论
①煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量；
②装水的容器吸收了一部分能量、煤气灶本身吸收了一部分能量、高温的烟气带走了一部分能量、还有一部分能量散失掉了，只有水吸收的热量才是有效利用的。
针对上述问题，提出自己的观点。
归纳总结
根据以上分析总结出煤气灶的效率表达式为
η =
2．热机的效率
热机在工作过程中的能量损失有哪些？
怎样用公式表示热机的效率？
热机燃料的能量走向示意图
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
归纳总结
(1)热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。表达式：
(2)提高热机效率的方法：主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。首先要减少燃烧过程中的热量损失，其次是要尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。
η =
合作探究
知识点三　环境保护
热机使用加快了人类文明的进程，但也带来了环境污染问题。现代工业大量燃烧煤炭、石油和天然气排放的烟尘使大气十分浑浊:排放的二氧化硫和氮氧化合物会形成酸雨危害植物，污染环境等。
汽车尾气的排放
排放到空气中的烟雾
被酸雨腐蚀的植物
1992年联合国专门制定了《联合国气候变化框架公约》，并于同年在巴西城市里约热内卢签署生效。截至2023年7月，该公约共有198个缔约方。我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路，在应对全球气候变化上做出了积极的贡献。
汽车尾气
材料拓展
近年来，机动车废气排放已成为城市大气污染的重要来源之一。机动车废气排放主要有油箱泄漏、燃料蒸发和排气管排放三种方式，其成分比较复杂，含有上千种化学物质。
在城市路边，人们常常可以看到小轿车的排气管喷出团团白烟，柴油汽车和三轮摩托车还冒着滚滚黑烟，夹带着难闻的气味，加上喇叭声和气缸振动的噪声，更是令人厌恶。汽油通过汽车发动机燃烧产生动力后，要排出大量尾气。汽车尾气的危害程度主要取决于汽油的成分。过去，车用汽油通常都用四乙
基铅作为防爆剂，这样的汽油叫做含铅汽油。含铅汽油使汽车排放的尾气中含有较高浓度的铅，对人体健康危害严重。鉴于此，我国已于2000年开始使用无铅汽油，相应的四乙基铅被一系列新型汽油防爆剂所取代。在我国，无铅汽油是指含铅量在0.013 g/L以下的汽油，所以无铅汽油并非含铅量为零的汽油，汽车尾气中仍然含有少量的铅。农村居民一般每天从空气中吸入体内的铅量约为1 μg，而城市居民尤其是街道两旁的居民每天吸入的铅量会大大超过这个数值。
保护环境的措施
①研究和开发低能耗、污染小的高性能热机；
②改进燃烧设备，消除烟尘；
③提高燃料的综合利用率，采取集中供暖；
④在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染；
⑤节约能源和开发新能源，实现可持续发展。
课堂小结
跨学科：热机效率和环境保护
燃料的热值
定义
热机效率
环境保护
单位
燃料燃烧释放热量的公式
随堂检测
1.查阅资料并比较，质量为1kg的煤、汽油和木炭完全燃烧，释放的热量分别是多少 谁的热值更大
木炭 3.4×107
汽油 4.6×107
焦炭3.0×107
2.为区分优质煤粉与掺杂了矸石粉末的劣质煤粉，最恰当的方法是检测下列物理量中的( )
A.热值
B.比热容
C.温度
D.质量
A
3.现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有( )
A.较大的比热容
B.较低的沸点
C.较大的热值
D.较高的凝固点
C
4.下列与火箭燃料有关的说法中，正确的是( )
A.火箭燃料燃烧越充分，其热值越大
B.燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高
C.燃料用了一部分后，质量变小，热值变小
D.火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程类似
D
5.为了缓解能源紧缺问题，提高热机的效率变得越来越重要。下列有关热机效率的说法中，正确的是( )
A.尽量减少热机内部各部件间的摩擦可提高热机效率
B.使用的燃料热值越高，热机的效率越高
C.目前有些新型燃料汽车实现了“零排放”，它们的热机效率可达到 100%
D.柴油机的效率一般低于汽油机的效率
A
6.干木柴的热值是 1.2×107J/kg，它的物理意义是_____________________ 。 4kg 的干木柴完全燃烧，能放出__________________________J的热量。。
完全燃烧1kg的干木柴
4.8×107
7.热机在能的转化过程中不可避免地要损失一部分能量，并且会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中存在的各种形式的能量损失，同时说明可能造成哪些环境污染。
能量损失的形式:① 燃料很难完全燃烧,燃料的化学能不能全部释放;② 废气排出带走能量;③ 由于机械传动等,克服摩擦消耗能量;④机械传热损失能量。热机造成的环境污染有废气污染与噪声污染。

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