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第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响
第十章 机械能、内能及其转化
北师大版（2024）九年级全一册同步备课
1.认识常见的燃料，了解燃料的热值。
2.了解燃料的利用效率，讨论提高燃料利用效率的途径。
3.调查燃料的利用对环境的影响，提出环境保护的建议。
1. 什么样的机械叫热机？
2. 汽油机和柴油机的共同特点有哪些？
3. 用于做功的内能从何而来？
①都是将燃料放在气缸内，燃烧后产生高温高压的气体，推动活塞对外输出机械能。
利用内能做功的机械。
②都是四冲程构成的一个工作循环，周而复始的工作。
将燃料放在气缸内，燃烧后产生的内能。
生活中常见的燃料有哪些？怎么分类的。
任务一：认识常见的燃料
1.燃料的分类
木柴
煤
酒精
汽油
煤气
天然气
固体燃料
液体燃料
气体燃料
2. 能量转化：
化学能→内能
某工厂要给所有员工每天提供10t开水，现在分别使用木柴、煤烧开水。你更倾向于使用哪一种燃料？
√
（1）定义：
一定质量的某种燃料完全燃烧，化学能转化为内能的量（放出的热量）与其质量的比，叫做这种燃料的热值，通常用字母q表示。
（2）单位：
焦每千克，符号：J/kg（固、液体燃料）
（3）物理意义：
数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
（4）定义式：
指燃料燃烧后，全部变成不可燃烧物的过程
3.热值
q=（固体或液体）
热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
氢 1.4×108 无烟煤 约3.4×107
煤油 约4.6×107 焦炭 约2.9×107
汽油 约4.6×107 酒精 3.0×107
柴油 约4.3×107 烟煤 约2.9×107
木炭 约3.4×107 干木柴 约1.3×107J
单位：J/kg
气体燃料的热值一般用J/m3作单位，它表示温度为0℃、压强为1.01×105Pa状态下每立方米该燃料完全燃烧时，化学能转化为内能的量。如煤气的热值约为 1.5×107J/m3，表示1m3煤气完全燃烧，化学能转化为内能的量为1.5 ×107J。
气体计算公式：q=
实践活动
相同质量的不同燃料完全燃烧，放出的热量往往不同。请你设计一个实验，比较相同质量的石蜡与酒精完全燃烧所放出的热量哪个更多。可供选择的器材有温度计、电子台秤、烧杯（装有适量的水）。铁架台、酒精灯、蜡烛等。
与其他同学一起思考讨论下面的问题，设计出实验方案并进行交流。
（1）如何比较两种燃料燃烧时放出热量的多少？
（2）在测量温度时要注意哪些事项？
（3）如何保证两种燃料燃烧的质量相同？
（4）你的实验方案在哪些环节容易出现误差？
任务二：了解燃料的利用率
内燃机中燃料能够完全燃烧吗？燃料燃烧的能量都分别流向哪了？
④燃料不能
完全燃烧
有用的
机械能
燃料的
内能
②克服机器的摩擦
① 散热
③ 废气带走
（2）定义式：
（3）物理意义：
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。
用来做有用功的那部分能量，与燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（1）定义：
η=×100%
热机的效率
常见的热机效率
蒸汽机的效率只有
6%～15%
汽油机的效率只有20%～40%
柴油机的效率只有30%～45%
所有热机效率都小于1
锅炉是利用燃料或其他能源把水加热成为热水或蒸汽的设备。锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作锅炉的效率。
过去的锅炉（如图）效率很低，
即使经过技术改造，现在的普通锅
炉效率一般也只有60%左右，所以
在节约能源、保护环境方面还有较
大的潜力。提高燃料的利用率是节约能源、保护环境的重要措施。
现代化的大型锅炉（如图）效率可达90%以上。利用现代化工手段，将煤转化为煤气再进行燃烧利用，既可以提高燃料的利用率，又可以减少燃烧时产生的二
氧化硫、氮氢化合物邓有害气体对
大气的污染。对于取暖锅炉、机车、汽车等
一些消耗燃料的“大户”，通过技术
改造改变它们的燃料品种和燃烧方
式，可以提高燃料的利用率，减少对环境的污染。
请选择一种热机作为研究对象，查阅资料了解该热机的发展历程、效率情况和效率提升的途径，以及这种热机的特点和适用的场合；思考社会生产力水平及科学技术的进步对这种热机发展的影响，以及这种热机的发展对人们生产生活的影响；完成调查报告，并与同学交流。
实践活动
任务三：认识燃料的利用对环境的影响
燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。然而，煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫等有害气体，在燃烧不充分时还会产生烟尘和一氧化碳。这些烟尘、废气是大气污染的主要来源。
大气污染直接危害人体健康，影响植物的正常生长。大气中的二氧化硫和氮氧化物溶于水发生化学变化，会产生酸雨，危害农作物、森林以及湖泊中的生物。
酸雨的危害
1.对人体健康的直接危害：硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病而使人致死。
2.引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。
3.破坏土壤、植被、森林。
4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料。
5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。
煤炭、石油和天然气等化石燃料过多燃烧排放出大量的二氧化碳，还会导致温室效应加剧。温室效应会导致全球气候变暖，冰川加速熔化，海平面上升，居住在海岸边的人和动物都会受到威胁（如图）。温室效应还会导致气候异常，高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。
“温室效应”是大气保温效应的俗称。如图所示，太阳输送到地球的能量中，大约有30%被大气层反射回太空中，20%被大气层吸收，其余50%被地面吸收。地面温度升高辐射出红外线，被大气中的某些气体吸收，这些气体温度升高又辐射出红外线，这个过程旧形成了温室效应。
大气中导致温室效应的气体称为“温室
气体”，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷
剂等。其中，直接受人类活动影响，且对
气候变化影响最大的温室气体是二氧化碳。
温室效应
我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。节约资源和保护环境是我国的基本国策。2020年9月，在第七十五届联合国大会上，我国首次明确给出碳达峰碳中和时间表，力争使二氧化碳排放量于 2030年前达到峰值，并争取在2060年前实现碳中和。
实践活动
调查你的家庭在生活中使用燃料的情况，包括燃料的种类、用量等。为减少碳排放，你的家庭有哪些节能减排的装置和行动 整理前面查阅的资料，调查当地燃料结构近年来的变化，研究和讨论这些变化对环境保护和社会发展的意义。结合与同学的交流讨论，对当地空气污染的主要污染物的种类、来源及对环境的影响进行论证，并提出减少污染的措施，完成一篇关于燃料的利用与环境保护的调查报告。
如何提高热机效率，节约能源，减少污染
1. 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；
2. 改进热机，减少各种能量损失；
3. 保证良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的能量；
4. 设法利用废气中的能量.
认识常见的燃料
认识燃料的利用对环境的影响
燃料的利用效率
提高效率的方法
锅炉的效率
调查燃料的利用及其对环境的影响
常见燃料的分类
燃料的热值
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
定义式：q=
单位：焦每千克（J/kg）
热机的效率
公式：η=×100%
1.下列关于热值的说法正确的是（ ）
A. 2 kg 煤的热值大于 1 kg 煤的热值
B. 燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C. 0.5 kg 酒精完全燃烧时放出的热量为1.5×107 J， 则此酒精的热值是 0.75×107 J/ kg
D. 燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
D
2．下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ）
A．减少各种热损失
B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站
D．采取少消耗总能量的办法
D
3. 某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m 3（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×10 3J/(kg ℃)，天然气的热值为3.2×10 7J/m 3。求：
（1）天然气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）该热水器工作的效率。

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