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10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响 学案
北师大版 九年级全一册 物理学
班级________ 姓名________ 学号________
一、核心素养目标
1. 认识常见的燃料，了解燃料的分类，知道燃料燃烧时能量的转化。
2. 理解热值的概念，知道热值的单位、物理意义和定义式，能进行简单计算。
3. 了解燃料的利用效率，知道热机效率的定义及提高效率的途径。
4. 调查燃料利用对环境的影响，能提出环境保护的建议。
二、课前复习
【复习回顾】
(1) 什么样的机械叫热机？
答：_______________________________________________________________________
(2) 汽油机和柴油机的共同特点有哪些？
答：_______________________________________________________________________
(3) 用于做功的内能从何而来？
答：_______________________________________________________________________
三、课堂探究
任务一：认识燃料的热值
1. 燃料的分类
【填空】
(1) 固体燃料：________、________。
(2) 液体燃料：________、________。
(3) 气体燃料：________、________。
(4) 能量转化：燃料燃烧时，________能→________能。
2. 热值的概念
【填空】
(1) 定义：一定质量的某种燃料________燃烧，化学能转化为________的量（放出的________）与其________的比，叫做这种燃料的热值，用字母________表示。
(2) 单位：焦每千克，符号：________（固、液体燃料）；气体燃料用________。
(3) 物理意义：数值上等于________某种燃料________燃烧放出的热量。
(4) 定义式（固体和液体燃料）：
或 Q = ______ · ______
(5) 气体燃料：Q = ______ · ______
【重要性质】 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的________有关，与燃料的________、________、________________无关。
3. 常见燃料的热值
【查阅与思考】
(1) 常见燃料中，热值最大的是________，其热值约为________J/kg。
(2) 干木柴的热值约为________J/kg。
(3) 汽油的热值约为________J/kg。
(4) 煤气的热值约为1.5×10 J/m ，表示________________________________。
任务二：了解燃料的利用效率
【观察与分析】
燃气热水器烧水时的能量走向
烧水时，燃气燃烧放出的热量只有一部分被________吸收，其余热量散失在________、________、________________等方面。
内燃机能量流向图
内燃机能量流向：燃料的内能→（①________、②________、③________、④________________）→有用的________。
1. 热机效率
【填空】
(1) 定义：用来做________的那部分能量，与燃料________放出的能量之比，叫做热机的效率。
(2) 定义式：
(3) 物理意义：热机效率高，在做功同样多的情况下，就消耗________的燃料，从而节约________，减少________。
2. 常见热机效率
蒸汽机效率：________；汽油机效率：________；柴油机效率：________。
结论：所有热机效率都________（填"大于"或"小于"）1。
蒸汽机
汽油机
柴油机
3. 提高热机效率的方法
提高热机效率
(1) 在设计和制造时，要不断________________，以减少________________。
(2) 使用时，注意________，保证良好的________，减小因克服________而额外消耗的能量。
(3) 尽量减少各种________损失，设法利用________的能量。例如：热电站既________又________。
4. 锅炉效率
普通锅炉效率约________，现代化大型锅炉效率可达________以上。
旧式锅炉
现代化锅炉
任务三：认识燃料的利用对环境的影响
【阅读与思考】
燃料利用带来的环境污染
燃料燃烧产生的________、________是大气污染的主要来源。大气污染直接危害________，影响植物的________，甚至产生________，还会导致________加剧。
1. 酸雨的危害
（列举三条以上）
① _______________________________________________________________________
② _______________________________________________________________________
③ _______________________________________________________________________
2. 雾霾的成因
雾霾的主要成因：________________、________________、________________。
汽车尾气含有的有害物质：固体悬浮微粒、________、________、碳氢化合物、________、铅及________等。
汽车尾气
燃煤供暖
工业排放
3. 环境保护建议
请写出至少三条环境保护的建议：
① _______________________________________________________________________
② _______________________________________________________________________
③ _______________________________________________________________________
四、例题学习
【例题】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 （假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×10 J/(kg·℃)，天然气的热值为3.2×10 J/m 。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。
解：
（1）Q放 = ________ = ________________ = ________ J
（2）Q吸 = ________ = ________________ = ________________ = ________ J
（3）η = ________ / ________ = ________ / ________ ≈ ________%
热效率计算三步法 第一步：Q放 = Vq（气体）或 Q放 = mq（固、液体） 第二步：Q吸 = cm(t t ) 第三步：η = Q吸 / Q放 × 100%
五、课堂练习
练习1
下列关于热值和热机效率说法，正确的是（ ）
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
练习2
如图所示是某汽车汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（ ）
A. 废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B. 冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C. 该汽油机的热机效率为67%
D. 热机效率可以达到100%
练习3（计算题）
用煤气灶将5kg、20℃的水加热到100℃，消耗了0.05m 的煤气。已知水的比热容为4.2×10 J/(kg·℃)，煤气的热值为4.0×10 J/m 。求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量；
（2）水吸收的热量；
（3）煤气灶烧水的效率。
解：
六、变式训练
变式1
关于热值，下列说法正确的是（ ）
A. 燃料燃烧越充分，其热值越大
B. 燃料的热值与燃料的质量成反比
C. 燃料的热值是燃料本身的性质，与质量和燃烧情况无关
D. 1kg煤燃烧放出的热量就是煤的热值
变式2
一辆汽车消耗汽油2kg，获得的有用机械能为3.68×10 J。已知汽油的热值为4.6×10 J/kg，求该汽油机的效率。
七、本节小结
知识要点 内容归纳
燃料分类 固体燃料（木柴、煤）、液体燃料（酒精、汽油）、气体燃料（煤气、天然气）
热值 定义：q=Q/m（固液）或Q=Vq（气体）；单位：J/kg或J/m ；是燃料本身的性质
热机效率 η=W有用/Q总 < 1；提高方法：改进设计、保养润滑、利用废气
锅炉效率 普通约60%，现代化可达90%以上
环境影响 酸雨、雾霾、温室效应 → 开发清洁能源，提高利用效率
热效率计算 三步法：Q放=Vq(mq) → Q吸=cmΔt → η=Q吸/Q放
八、课后作业
必做：完成课本本节练习题。
选做：调查家中使用的燃料种类、每月用量及费用，计算家庭燃料利用效率，提出节能建议。
参考答案
二、课前复习答案
复习回顾 (1) 热机：利用内能做功的机械。 (2) 共同特点：①都是将燃料放在气缸内燃烧，产生高温高压气体推动活塞对外输出机械能；②都是四冲程构成一个工作循环，周而复始地工作。 (3) 用于做功的内能来自燃料在气缸内燃烧产生的内能。
三、课堂探究答案
任务一：认识燃料的热值 1. 燃料分类：(1) 木柴、煤 (2) 酒精、汽油 (3) 煤气、天然气 (4) 化学能→内能 2. 热值概念： (1) 完全；内能；热量；质量；q (2) J/kg；J/m (3) 1kg；完全 (4) q = Q / m；Q = qm (5) Q = Vq 【重要性质】种类；质量、体积、是否完全燃烧 3. 常见燃料热值： (1) 氢；1.4×10 (2) 约1.3×10 (3) 约4.6×10 (4) 1m 煤气完全燃烧放出的热量为1.5×10 J
任务二：了解燃料的利用效率 烧水分析：水；高温烟气、加热空气、未完全燃烧 内燃机能量流向：①散热、②克服摩擦、③废气带走、④燃料不能完全燃烧；机械能 1. 热机效率： (1) 有用功；完全燃烧 (2) η = W有用 / Q总 (3) 更少；能源；污染 2. 常见热机效率：6%～15%；20%～40%；30%～45%；小于 3. 提高方法：(1) 改进和创新；能量损失 (2) 保养；润滑；摩擦阻力 (3) 热量；废气；供电；供热 4. 锅炉效率：60%；90%
任务三：认识燃料的利用对环境的影响 烟尘、废气；人体健康；正常生长；酸雨；温室效应 1. 酸雨危害：①危害人体健康，侵入肺部引起疾病 ②河流湖泊酸化，影响水生生物 ③破坏土壤植被森林 ④腐蚀金属、建筑材料 ⑤渗入地下污染水源 2. 雾霾成因：汽车尾气、燃煤供暖、工业排放 汽车尾气有害物质：CO、CO 、氮氧化合物、硫氧化合物 3. 环保建议：①开发清洁能源（太阳能、风能、氢能） ②提高燃料利用效率 ③改进燃烧技术使燃料充分燃烧 ④加强废气处理 ⑤绿色出行减少汽车尾气
四、例题学习答案
例题解答 (1) Q放 = Vq = 1m × 3.2×10 J/m = 3.2×10 J (2) Q吸 = cm(t t ) = 4.2×10 × 100 × (50 20) = 4.2×10 × 100 × 30 = 1.26×10 J (3) η = Q吸 / Q放 = 1.26×10 / 3.2×10 ≈ 0.394 = 39.4%
五、课堂练习答案
练习1. 下列关于热值和热机效率说法，正确的是
A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C. 柴油机的热机效率通常为100%
D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
[答案] B [解析] 热值是燃料本身的性质，只与种类有关，与是否充分燃烧无关（A错）。所有热机效率都小于100%（C错）。热值是单位质量燃料完全燃烧放出的热量，不是总热量越大热值越大（D错）。使燃料燃烧更充分可减少不完全燃烧损失，从而提高热机效率（B正确）。
练习2. 如图所示是某汽车汽油机的能量流向图，下列说法不正确的是
A. 废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B. 冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C. 该汽油机的热机效率为67%
D. 热机效率可以达到100%
[答案] C [解析] A、B说法均正确。热机效率是输出有用功与总能量的比值，根据能量流向图判断，有用机械能占比并非67%，故C不正确。热机效率永远达不到100%，D也不正确，但题目问"不正确的是"，C为直接错误选项。
练习3（计算题）答案
练习3解答 解： (1) Q放 = Vq = 0.05m × 4.0×10 J/m = 2.0×10 J (2) Q吸 = cm(t t ) = 4.2×10 × 5 × (100 20) = 4.2×10 × 5 × 80 = 1.68×10 J (3) η = Q吸 / Q放 = 1.68×10 / 2.0×10 = 0.84 = 84% 答：煤气完全燃烧放出的热量为2.0×10 J，水吸收的热量为1.68×10 J，煤气灶烧水的效率为84%。
六、变式训练答案
变式1. 关于热值，下列说法正确的是
A. 燃料燃烧越充分，其热值越大
B. 燃料的热值与燃料的质量成反比
C. 燃料的热值是燃料本身的性质，与质量和燃烧情况无关
D. 1kg煤燃烧放出的热量就是煤的热值
[答案] C [解析] 热值是燃料本身的性质，只与燃料种类有关，与燃烧是否充分、质量大小均无关（A、B错，C对）。D错误，必须是"完全燃烧"放出的热量才是热值。故选C。
变式2答案
变式2解答 解： Q放 = mq = 2kg × 4.6×10 J/kg = 9.2×10 J η = W有用 / Q放 = 3.68×10 / 9.2×10 = 0.4 = 40% 答：该汽油机的效率为40%。

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