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初中物理沪科版（2024）九年级上册
第十四章 内能与热机
第4节 跨学科：热机效率和环境保护
你知道火箭是如何获得巨大的机械能的吗？它用的是什么燃料呢？为什么发射火箭不用汽油或柴油呢？
观察与思考
1.知道热值的含义及单位、物理意义。
2.知道热机效率的含义，了解热机能量的损失以及提高效率的主要途径。
3.了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。
生活中我们可以使用哪些燃料？
该如何分类？
固体燃料
液体燃料
气体燃料
观察与思考
知识点一：燃料的热值
（1）1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？
（2）相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？
（3）1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？
不相同
煤能烧开更多的水
不相同
思考
1.定义：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。
2.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。
3.国际单位：焦每千克，符号是J/kg。
4.固体或液体燃料完全燃烧放出的热量的计算公式为Q=qm，气体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为Q=qV。
燃料的热值
{6E25E649-3F16-4E02-A733-19D2CDBF48F0}燃料
热值q/(J·kg-1)
燃料
热值q/(J·kg-1)
干木柴
1.2×107
柴油
4.3×107
烟煤
2.9×107
煤油
4.6×107
无烟煤
3.4×107
汽油
4.6×107
焦炭
3.0×107
氢
1.4×108
木炭
3.4×107
煤气
3.9×107
酒精
3.0×107
沼气
1.9×107
常见燃料的热值
注意
1.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。
为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
火箭采用液态氢作为燃料，是因为单位质量的液氢完全燃烧后所放出的热量是目前人类来能找到的燃料中最高的；而火箭是用来往天上打的，能量越大，就飞得越高，又因为其质量小，这样所带的有效载荷就大，氢气燃烧后的产物是无污染的水，所以用液氢作推进剂。
观察与思考
根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？
若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？干木柴的热值1.2×107 J/kg
所以10吨氢放出热量Q = qm
=1.4×108 J/kg× 10×103 kg
=1.4×1012 J
需要干木柴
因此，约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量。
交流与讨论
因为氢的热值是1.4×108 J/kg
1.用煤烧水时，煤能完全燃烧吗？
2.煤燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？
不能
不能
观察与思考
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？
1.部分燃料未完全燃烧
2.克服摩擦消耗能量
转化为对外做有用功的能量
4.机械传热损失能量
3.废气排出带走能量
【思考】
知识点二：热机的效率
1.定义：热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值称为热机的效率。
热机的效率是热机性能的重要指标。
热机的效率
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%~40%
知识与拓展
喷气式飞机发动机效率
能达50%～60%
动画讲解——热机的效率
1.将燃料磨成粉末或颗粒，使燃料更加充分地燃烧。
2.在设计和制造热机时，不断地改进和创新，以减少各种能量的损失。
3.在各零件上涂上润滑油，减少机械间摩擦所损失的能量。
4.设法利用废气的能量，提高燃料的利用率。
加大与氧气的接触面积
提高热机效率途径
拓展一步
机械的工作效率能否无限提高?不少人曾经设想制造出一种不需要消耗能量就可以不断对外做功的机器。但是大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科学家们将研究的结果概括为能量守恒定律，即能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。
“永动机”能实现吗?
从能量守恒定律看，机械并不能创生能量，我们无法制造出既不消耗能量又能对外做功的装置。右图是有人设想的一种能永远运动的装置——“永动机”。想一想，它真的能一直不停地运动下去吗?
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。
知识点三：环境保护
1.热机的利用带来的环境污染主要有大气污染和噪声污染。
2.燃料造成大气污染的主要原因是：燃料中有杂质，燃烧会生成二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等有害气体和粉尘。
3.为了保护环境，人们采取措施，减少废气和粉尘的污染以及噪声污染。
保护的环境的措施：
1.改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;
2.改用气体燃料，普及煤气和天然气；
3.充分开发利用污染少和无污染的新能源；
…………
热机效率和环境保护
燃料的热值
热机效率
定义：对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比
提高热机效率的途径
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（或体积）之比
单位：J/kg
公式：Q = mq Q = Vq
公式：
W有
Q放
η＝
环境保护
环境污染带来的问题
保护环境采取的措施
1. 关于燃料的热值，下列说法正确的是（　 ）
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
2. 为节约能源，需提高热机的效率，下列说法中错误的是（? ）
A. 尽量使燃料充分燃烧???
B. 尽量减少热机部件间的摩擦???
C. 尽量减少废气带走的热量??
D. 尽量增加热机的工作时间，就可以让热机的效率达到 100%
D
3.计算7Kg汽油完全燃烧释放的热量。（q=4.6×107J/Kg ）
已知：
m=7Kg, q=4.6×107J/Kg
求:
Q
解:
Q=mq
=7Kg×4.6×107J/Kg
=3.22×108 J
答:完全燃烧释放的热量为3.22×108 J
4.用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。天然气热值3.2×107J/m3，求
（1）1m3天然气完全燃烧放出热量；
（2）水吸收的热量；
（3）天然气灶的效率。
解析：（1）天然气完全燃烧放出的热量：
Q放=Vq=1m3×3.2×107J/m3=3.2×107J；
（2）水吸收的热量：
Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×（70℃-20℃） =2.1×107J；
（3）天然气灶的效率：
????=????吸????放=2.1×107J3.2×107J×100%≈66%

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