1、第第2节节 热机的效率热机的效率学学习习目目标标知识与技能知识与技能1.从能量转化的角度认识燃料的热值.知道燃料热值的物理意义及其单位.2.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义.3.通过能量的转化和转移，认识热机效率.过程与方法过程与方法1.通过对燃料燃烧过程的分析，归纳出燃料燃烧过程中的能量转化.2.通过对热机中的能量转化及损失的分析，了解提高热机效率的具体措施.情感、态度与情感、态度与价值观价值观1.通过学习提高热机效率的具体措施，帮助学生提高节能意识；初步认识科学技术的发展对自然环境造成的影响，增强环保意识.2.通过燃料燃烧放出有害物质的学习，使学生初步认识到事物都是一分为二的，培养学
2、生初步的辩证的观点，养成辩证看问题的良好习惯.学习难点学习难点学习重点学习重点学具准备学具准备燃料的热值，热机效率的计算燃料的热值，热机效率的计算热机中的能量转化及损失，提高热机效率的具体措施热机中的能量转化及损失，提高热机效率的具体措施多媒体课件多媒体课件1.燃料的热值燃料的热值 物理学中，把某种燃料物理学中，把某种燃料_时放出的热量与其时放出的热量与其_之比叫做这种燃之比叫做这种燃料的热值，可用字母料的热值，可用字母q表示，它是燃料的一种特性表示，它是燃料的一种特性.热值在数值上等于热值在数值上等于_某种燃某种燃料料_放出的热量放出的热量.完全燃烧完全燃烧质量质量1kg完全燃烧完全燃烧2.
3、热机的效率热机的效率 对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了量散失了.用来做用来做_的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之_，叫做热机的效率叫做热机的效率.有用功有用功比比1、汽油机有哪四个冲程？、汽油机有哪四个冲程？2、哪些冲程发生了能量的转化？如何转化？、哪些冲程发生了能量的转化？如何转化？柴薪柴薪煤炭煤炭石油石油天然气天然气从哪里获得内能？从哪里获得内能？不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领强呢？不同燃料的放热本领相同吗？怎么比
4、较它们谁的放热本领强呢？经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比柴多得多。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。柴多得多。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。一、燃料的热值一、燃料的热值想想议议想想议议某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的叫做这种燃料的热值热值。国际单位：国际单位：焦每千克焦每千克；符号：；符号：J/kg。气体燃料的单位：气体燃料的单位：焦每立方米；焦每立方米；符号：符号：J/m3。1热值的概念热值的概念热值在数值上等于热值在数
5、值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。某种燃料完全燃烧放出的热量。（1）定义）定义（2）物理意义）物理意义 （3）单位）单位对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料某种燃料”、“完全完全燃烧燃烧”、“热量与其质量之比热量与其质量之比”.“某种燃料某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小能转化成的内能的本领大小.“完全燃烧完全燃烧”的含义是烧完、烧尽的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质
6、量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小值就比实际值小.“热量与其质量之比热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同.请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。2热值是燃料的属性热值是燃料的属性为什么发射火箭上天要用氢做燃料？为什么发射火箭上天要用氢做燃料？3有关燃料燃烧放热的计
7、算有关燃料燃烧放热的计算想一想想一想根据热值表，计算一下根据热值表，计算一下10吨吨氢氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？完全燃烧放出多少焦耳的热量？再算算，若用再算算，若用干木柴干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？氢的热值是氢的热值是1.4108 J/kg干木柴的热值干木柴的热值1.2107 J/kg放出热量放出热量Q=热值热值q质量质量m =1.4108 J/kg 10103 kg =1.41012 J需要干木柴需要干木柴kg 101.2J/kg 101.2J 101.45712热热值值热热量量m约约120吨吨干木柴干木柴完全燃烧放出的热量等
8、于完全燃烧放出的热量等于10吨吨氢完全燃烧放出的热量。氢完全燃烧放出的热量。例例1 甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那么（甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那么（）A.甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值B.甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量C.甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大D.甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小解析：解析：Q放放的大小与质量的大小与质量m和燃料的热值和燃料的热值q都有关，即都有关，即Q放放=mq，因此，甲放出的，因此，甲放出的热量较多
9、，其质量和热值不一定大，但是质量和燃料热值的乘积一定大，故应热量较多，其质量和热值不一定大，但是质量和燃料热值的乘积一定大，故应选选D.D例例2 在一次物理实验中，共燃烧酒精在一次物理实验中，共燃烧酒精42g，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热量？这些热量被量？这些热量被10kg的水完全吸收，水的温度能上升多少摄氏度？酒精的热值的水完全吸收，水的温度能上升多少摄氏度？酒精的热值q=3.0107J/kg，水的比热容，水的比热容c=4.2103J/（kg）解：解：Q放放=mq=4210-3kg3.0107J/kg=1.26106J，由由Q放放=Q吸吸=cmt，得：，
10、得：即酒精完全燃烧释放的热量是即酒精完全燃烧释放的热量是1.26106J；水的温度能上升；水的温度能上升30.6310 J304.2 11.26Ck0 J/10kggCQtcm 吸吸，热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小，也就是说，它在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系质量、体积、是否完全燃烧均没有关系.总结：总结：有
11、效利用有效利用60%高温的空气带走相当一高温的空气带走相当一部分热量，部分热量，未燃烧未燃烧15%散失散失25%燃料很难完全燃烧燃料很难完全燃烧被水吸收的热量被水吸收的热量 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，而且燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。一部分热量直接散失一部分热量直接散失掉掉二、热机的效率二、热机的效率燃料的利用率燃料的利用率热机的效率视频热机的效率视频提高锅炉效率的措施提高锅炉效率的措施:（1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。）改善燃烧的
12、条件，使燃料尽可能充分燃烧。（2）减少各种热量损失。）减少各种热量损失。将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更完全燃烧；将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更完全燃烧；加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；使用较好的保温材料，减少热损失。使用较好的保温材料，减少热损失。通常的锅炉，燃料利用率比较低，因此在节约能源上改造的潜力通常的锅炉，燃料利用率比较低，因此在节约能源上改造的潜力巨大。巨大。1用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做叫做热机的效率热机的效率。在内燃机中燃料是否能够完
13、全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里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？去了？想一想想一想公式：公式：=Q吸吸Q放放=cmtmq热机的效率热机的效率损失的内能损失的内能无用的机无用的机械能械能 蒸汽机的效率只有蒸汽机的效率只有6%15%汽油机的效率为汽油机的效率为 20%30%柴油机的效率为柴油机的效率为30%45%（1）热机的效率是热机性能的重要指标）热机的效率是热机性能的重要指标2提高热机效率，节约能源，减少污染提高热机效率，节约能源，减少污染（2）提高效率的途径）提高效率的途径 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；改进热机，减少各种能
14、量损失；改进热机，减少各种能量损失；利用废气的能量。利用废气的能量。例例3 为了响应国家为了响应国家“节能减排节能减排”的号召，同学们讨论家用汽车的节能方的号召，同学们讨论家用汽车的节能方法，你认为下列方法不合理的是（法，你认为下列方法不合理的是（）A.开车过程中不宜频繁地急加油和急刹车开车过程中不宜频繁地急加油和急刹车B.定期清理汽车后备箱中的不常用物品，减小汽车负载定期清理汽车后备箱中的不常用物品，减小汽车负载C.夏天开车开空调时，空调的温度不宜过低夏天开车开空调时，空调的温度不宜过低D.驾车长期低速行驶驾车长期低速行驶会造成汽油的浪费会造成汽油的浪费可以减小汽车的阻力，可以减小汽车的阻力
15、，行驶时可以节约耗油行驶时可以节约耗油量量 驾车在上坡时低速行驶以增大牵引力，而当在平路驾车在上坡时低速行驶以增大牵引力，而当在平路上行驶时还要以适当的速度行驶，这样可以节约耗油量上行驶时还要以适当的速度行驶，这样可以节约耗油量不合理不合理合理合理合理合理合理合理D图图14.2-3 斯蒂芬森的斯蒂芬森的“火箭号火箭号”蒸汽机蒸汽机车，它诞生于车，它诞生于1829年年图图14.2-4 摩托车使用汽油机，挖土机使用柴油摩托车使用汽油机，挖土机使用柴油机，货船使用大型柴油机机，货船使用大型柴油机图图14.2-6 自带燃料和氧化剂的火自带燃料和氧化剂的火箭箭图图14.2-5 高温高压水蒸气直接推动蒸汽
16、轮高温高压水蒸气直接推动蒸汽轮机的叶片机的叶片1对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是()A燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B燃料没燃烧时就没有热值燃料没燃烧时就没有热值C就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关质量及燃料燃烧放出的热量无关D容易燃烧的燃料热值一定大容易燃烧的燃料热值一定大C知识点知识点1 燃料的热值燃料的热值2已知干木柴的热值是已知干木柴的热值是1.2107 J/kg，完全燃烧，完全燃烧
17、0.7 kg干木柴能放出干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 升高到升高到70？已知水的比热容为？已知水的比热容为4.2103 J/(kg)。解：解：Q=1.2107 J/kg0.7 kg=8.4106 Jm=Qc(t-t0)8.4106 J 4.2103 J/(kg)(70-20)=40 kg 3.完全燃烧完全燃烧15千克热值是千克热值是 3.4107焦耳焦耳/千克的木炭，能产生多少千克的木炭，能产生多少热量？想要获得这些热量，需要完全燃烧多少千克氢气？热量？想要获得这些热量，需要完全燃烧多少千克
18、氢气？(q氢氢=1.4 108焦耳焦耳/千克千克)解：解：Q=mq=15kg3.4107J/kg=5.1108Jm=Qq5.1108 J 1.4108 J/kg=3.64 kg4.关于热机效率，下列说法正确的是：关于热机效率，下列说法正确的是：()A热机效率越高，即热机做的有用功多热机效率越高，即热机做的有用功多 B热机效率越高，即热机的功率越大热机效率越高，即热机的功率越大 C要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的涧滑好的涧滑 D提高热机效率，有利于环保减排提高热机效率，有利于环保减排 CD知识点知识点2 热机的效率热
19、机的效率5一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25，废气带走的能量占废气带走的能量占30，摩擦等机械损耗占，摩擦等机械损耗占10，则内燃机的热机效率，则内燃机的热机效率为为_。35%公式：公式：=Q吸吸Q放放=cmtmq热机的效率热机的效率提高效率的途径提高效率的途径 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；改进热机，减少各种能量损失；改进热机，减少各种能量损失；利用废气的能量。利用废气的能量。1.在帮助学生理解热值概念时，可以课前让学生做社会实践调查：家庭（农村）炉在帮助学生理解热值概念时，可以课前让学生
20、做社会实践调查：家庭（农村）炉灶的变化及燃料使用的变化，体会相同质量的不同燃料在燃烧时释放的热量有明显差灶的变化及燃料使用的变化，体会相同质量的不同燃料在燃烧时释放的热量有明显差异异.认识不同燃料的热值不同，并由此引导学生分析、讨论如何有效提高燃料的利用率认识不同燃料的热值不同，并由此引导学生分析、讨论如何有效提高燃料的利用率.2.有效利用燃料是节约能源、保护环境的重要措施，讲解这个问题是为了强调节约有效利用燃料是节约能源、保护环境的重要措施，讲解这个问题是为了强调节约能源、注意环保的重要性，对学生进行节能教育，关于保护环境问题，通过这部分内能源、注意环保的重要性，对学生进行节能教育，关于保护
21、环境问题，通过这部分内容的学习，一方面是为了提高学生的环保意识，另一方面要让学生辩证地看待科学进容的学习，一方面是为了提高学生的环保意识，另一方面要让学生辩证地看待科学进步对人类社会的影响，使学生初步认识到事物都是一分为二的，培养学生初步的辩证步对人类社会的影响，使学生初步认识到事物都是一分为二的，培养学生初步的辩证唯物主义的观点，养成辩证看问题的良好习惯唯物主义的观点，养成辩证看问题的良好习惯.1.汽油的热值为汽油的热值为4.6107J/kg.这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个汽油热值的大小：一个60kg的人，从大
22、厦的的人，从大厦的1楼步行至第楼步行至第11楼（走了楼（走了10层楼），每层楼），每层楼的层高为层楼的层高为3m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？量？解：解：克服重力做功克服重力做功W=Gh=m人人gh=60kg10N/kg30m=1.8104J；汽油完全燃烧放热汽油完全燃烧放热Q放放=W=m汽油汽油q，需要汽油的质量，需要汽油的质量相当于相当于6根火柴的质量根火柴的质量
23、.（一根火柴质量约（一根火柴质量约65mg，其他物体合理即可），其他物体合理即可）（见教材（见教材P26 动手动脑学物理）动手动脑学物理）4471.8 10 J3.9 103904.6 10 J/kgQmkgmgq 放放汽汽油油，2.如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由.解：解：因为因为Q放放=m木柴木柴q木柴木柴=m煤油煤油q煤油煤油，查出，查出q木柴木柴=1.2107J/kg，q煤油煤油=4.6107J/kg，所以，所以即干
24、木柴的质量应该等于煤油质量的即干木柴的质量应该等于煤油质量的3.83倍倍.774.6 10 J/kg3.831.2 10 J/kgmqmq 木木柴柴煤煤油油煤煤油油木木柴柴，3.全球汽车保有量在迅速增长，截至全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数年，全球处于使用状态的汽车数量已突破量已突破10亿辆亿辆.每辆汽车每年耗油每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取，汽车内燃机的效率平均值取30%.如果能把内燃机效率提高如果能把内燃机效率提高1%，全球每年可以节约多少燃油？，全球每年可以节约多少燃油？解：解：效率提高前后每辆汽车需要消耗的有用能量相等，所以效率提高前后每辆汽车需要消耗的有用能量相等，所以30%Q总前总前=（30%+1%）Q总后总后，则，则30%m前前q=31m后后q，10亿辆汽车节省的汽油质量为亿辆汽车节省的汽油质量为109（1.8-1.742）t=5.8107t.30%1.742t31%mm 前前后后，4.提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，不必展开陈述不必展开陈述.解：解：节约能源、减少环境污染等节约能源、减少环境污染等.（解答本题可从节约能源及减少环境（解答本题可从节约能源及减少环境污染等方面来考虑，答案合理即可）污染等方面来考虑，答案合理即可）
