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14.3 热机的效率
人教版九年级全册 第十四章 内能的利用
01
物理观念
建立热值概念，知道热值是燃料的一种特性；
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。
02
科学思维
知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在；
能简单计算燃料燃烧放出的热量。
03
科学探究
通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的影响。
04
科学态度与责任
了解热机的利用与人类社会发展的关系；
培养环保意识，激发社会责任感。
学习目标
新课导入
问题
热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗
一、燃料的热值
人类所用能量的很大一部分是从燃料的燃烧中获得的。燃料燃烧的过程是将化学能转化为内能的过程。
想想议议
燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。根据你的经验相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同 要找出事实来支持你的观点，并进行分析。
一、燃料的热值
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。
一、燃料的热值
气体燃料的热值：
燃料燃烧放出热量的计算：
公式：
物理量及单位：
定义：
把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。
Q表示放出的热量，单位是焦，符号为J；
m表示固、液体燃料的质量，单位是千克，符号为kg；
q表示热值，单位是焦/千克，符号为J/kg。
Q放=qm
q表示气体燃料的热值，单位使用焦/立方米，符号为J/m3
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107 J/kg
烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg
无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 氢气 1.4×108J/kg
木炭 3.4×107J/kg 焦炉煤气 约1.7×107J/m3
酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3
小资料
一、燃料的热值
热值的物理意义：
同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
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。
请计算：50g酒精完全燃烧放出的热量是多少？（q酒精=3.0×107J/kg）
请计算：10kg酒精完全燃烧放出的热量是多少？（q酒精=3.0×107J/kg）
热值是燃料本身的性质，与燃料质量以及燃料是否完全燃烧无关。50g酒精的热值与10kg酒精的热值是一样的。
50g酒精的热值与10kg酒精的热值是什么关系？
一、燃料的热值
小明烧水用了0.15m3的煤气，这些煤气完全燃烧放出的热量为5.85×106J，实际放出的热量是5.85×106J吗？为什么？水实际吸收的热量呢？
燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，损失了一部分能量。
煤气灶本身也会吸收一部分能量；
高温的烟气带走相当一部分热量，一部分热量直接散失掉。
水实际吸收的热量只占煤气燃烧放出热量的一部分。有效利用率大约为60%左右。
二、热机的效率
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？
燃料不完全燃烧
一部分化学能损失
克服机械传动摩擦
消耗的一部分能量
机械热传递消耗的一部分能量
热机真正转变为对外做功的部分。
废气排出带走的部分能量
二、热机的效率
蒸汽机的效率很低，只有%~15%。
内燃机中，燃料是在气缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较充分，所以内燃机的效率比蒸汽机高。
柴油机的效率为30%~45%。
汽油机的效率为20%~40%
热机的效率：
表达式：
二、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的能量之比叫做热机效率。
例：用煤气灶烧开水，将20kg的水从10℃加热到66℃，完全燃烧了0.21m3的煤气，求该煤气灶烧水的效率。(q煤气=4×107J/m3)
二、热机的效率
解：
提高热机效率的方法：
热机的效率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，因此我们有必要提高热机的效率。请同学们讨论如何能提高热机的效率，并展示交流。
六盘山热电厂为固原市居民在冬天供热
加注润滑油
涡轮增压器
二、热机的效率
（1）使燃料充分燃烧；
（2）在热机的设计和制造上采用先进的技术，尽量减少各种热量损失；
（3）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦而额外消耗的能量；
（4）利用废气的能量。
从火车到火箭
科学 技术 社会 环境
生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用，后来许多人对它不断改进，其中贡献最大的是英国人瓦特，他在1782年发明了往复式蒸汽机，使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机。这种蒸汽机在之后的一百多年里对工业的发展起到了极其重要的作用。斯蒂芬森以此为基础最先研制了"火箭号"蒸汽机车(右上图)。
课堂小结
热机的效率
热值
①定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，是燃料的一种特性
②公式：q= 或 q=
③单位：焦 / 千克（J/kg）、焦 / 立方米（J/m ）
热机的效率
热机的效率：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比
公式：q=
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等
练习与应用------------------------------------------
解析：
1.有人认为，无烟煤的热值比干木柴大，完全燃烧时无烟煤放出的热量比干木柴多。你认为呢 说说理由。
燃料完全燃烧放出的热量不仅与燃料的热值有关，还与燃料的质量有关。
不一定。
2.某人提着一袋质量为5kg的大米，从1层步行至5层，每层楼的层高为3m，他对这袋大米做了多少功 要使一定量的汽油完全燃烧放出的热量和他所做的功数值相等，则需要多少汽油
则汽油放出的热量Q放=W=600J
人对大米的力F数值上等于大米的重力G，因此人对大米做的功
汽油的质量m2=
≈1.3x10-5kg
练习与应用------------------------------------------
解析：
W=Fh=Gh=m1gh=5kgx10Nkgx4x3m=600J。
3.如果干木柴跟煤油完全燃烧时放出的热量相等，那么干木柴的质量应该是煤油质量的几倍 请列出相关计算式来说明理由。
即干木柴质量应是煤油质量的3.83倍。
由Q干木柴=Q煤油，得m干木柴q干木柴=m煤油q煤油
再得
≈3.83倍
练习与应用------------------------------------------
解析：
4.全球汽车保有量在迅速增长，截至2024年底，我国燃油汽车保有量约为3.2亿辆。假设每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提高1%，我国每年可以节约多少燃油
每辆汽车每年节约燃油的质量为1.8t-1.74t=0.06t，
每辆汽车每年做有用功所需燃油质量为1.8tx30%=0.54t
每辆汽车内燃机效率提高后每年所需燃油质量为
≈1.74t
则3.2亿辆车每年节约燃油的质量为3.2x108x0.06t=1.92x107t
练习与应用------------------------------------------
解析：
5.提高热机的效率具有哪些积极意义 请列出回答这个问题的提纲。
减少有害气体的排放量，降低对空气的污染；
减少燃料的消耗，节约能源；
降低运营成本，提高经济效益；
促进可持续发展，减轻对化石燃料的依赖。
练习与应用-----------------------------------------
解析：
6.一次某新型号汽车的测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8km，受到的阻力是3.0×103N,消耗汽油1.2kg(假设汽油完全燃烧)。汽油的热值为q=4.6×107J/kg，求：
（1）在测试过程中，汽车牵引力所做的功W；
（2）该型号汽车的热机效率η。
（1）∵汽车做匀速直线运动，牵引力F=f=3.0×103N
汽车牵引力所做的功：
练习与应用------------------------------------------
解析：
W=Fs=3.0×103N×4.8×103m=1.44×107J；
（2）1.2kg汽油完全燃烧放出的热量：
Q放=mq=1.2kg×4×107J/kg=4.8×107J，
该型号汽车热机效率
下 课
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