第十三章內(nèi)能與熱機熱機效率和環(huán)境保護

無論是燒菜做飯，還是奔馳的汽車與火車，乃至直入蒼穹的火箭等都離不開燃料．從原始人類學會用火的那天起，人們利用的能量絕大部分還是通過燃料燃燒獲得的．那么燃料燃燒釋放的能量究竟有多少用來做了有用功？燃料的燃燒對環(huán)境又會造成那些影響呢？新課引入學習目標1.建立熱值概念．2.知道熱值是燃料的重要特性，能利用熱值表進行有關(guān)燃料放熱的簡單計算．3.了解熱機效率，知道熱機工作時燃料釋放能量的主要流向．4.知道可以怎樣提高熱機效率以及提高熱機效率的意義所在．新課目標柴：約200kg；液化石油氣：約30kg

家用煤（蜂窩煤）：約90kg．一個四口之家使用某種燃料時的月消耗量．新課講解燃料的熱值一觀察與思考1.熱值的概念、單位：木柴、煤炭、液化石油氣在燃燒時都會釋放能量，但它們釋放能量的能力是否相同呢？如果不同，那又如何來表示它們這種能力的大小呢？用熱值表示不同燃料燃燒釋放能量的能力．某種燃料完全燃燒釋放出的熱量與所用該燃料的質(zhì)量之比叫作這種燃料的熱值．用q表示．單位是J/kg，氣體燃料熱值單位是J/m3．觀察與思考觀察熱值表，你有哪些發(fā)現(xiàn)？2.熱值表觀察與思考1.哪種燃料的熱值最大？它表示的物理意義是什么？在熱值表中，氫氣的熱值最大，為1.4×108J；該熱值表示的物理意義是1m3的氫氣完全燃燒放出的熱量是1.4×108J．2.干木柴的熱值是多大？5kg的干木柴用掉一半，剩余木柴的熱值是多少？干木柴的熱值是1.2×107J/kg，5kg的干木柴用掉一半，剩余干木柴的熱值仍是1.2×107J/kg．觀察與思考熱值是燃料的一種特性，不同燃料的熱值一般不同．熱值的大小只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒均無關(guān)．歸納與小結(jié)質(zhì)量為mkg的干木柴完全燃燒釋放出多少J的熱量？熱量的計算公式：Q＝mq．如果是氣體釋放熱量時，則釋放熱量的公式是Q＝Vq，其中體積的單位是m3，熱值的單位是J/m3．Q：燃料完全燃燒釋放的熱量m：燃料的質(zhì)量q：燃料的熱值熱量的計算二觀察與思考例題計算4kg的柴油完全燃燒釋放的熱量．已知：q=4.3×107J/kg，m=4kg．求：Q．解：

Q=mq

=4kg×4.3×107J/kg

=1.72×108J．答：4kg的柴油完全燃燒釋放的熱量為1.72×108J．典例與精析熱機工作時，能不能將燃料所蘊藏的化學能全部用來對外做有用功呢？熱機燃料的能量走向示意圖部分燃料未完全燃燒克服摩擦消耗能量廢氣排出帶走能量機械傳熱損失能量轉(zhuǎn)化為對外做有用功的能量觀察與思考熱機運轉(zhuǎn)中，對外做的有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機效率．用

表示，即

熱機效率三熱機的效率能否達到100％？不能達到100%，因為熱機中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的能量的一部分．怎樣提高熱機效率？提高熱機的效率主要途徑是減少熱機各種能量損失．具體措施為：（1）使燃料盡可能完全燃燒(煤粉、鼓風)；（2）減小機械摩擦（選用優(yōu)良潤滑油）；（3）盡量簡化機械傳動部分（三角旋轉(zhuǎn)式發(fā)動機）．觀察與思考蒸汽機的效率只有6%~15%汽油機的效率為20%~30%柴油機的效率為30%~45%知識與拓展熱機為人類的發(fā)展做出了重大貢獻，但也帶來了許多環(huán)境污染問題：環(huán)境保護四（1）改進燃燒設(shè)備時加裝消煙除塵裝置；（2）集中供熱；（3）改用氣體燃料，普及煤氣和天然氣；（4）充分開發(fā)利用污染少和無污染的新能源．保護環(huán)境的方法：歸納與小結(jié)課堂小結(jié)C1.對于燃料的熱值，下列說法中，屬于正確理解的是(

)A.燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比B.燃料沒燃燒時就沒有熱值C.就某種確定的燃料而言，它的熱值是一個確定的值，跟燃料的質(zhì)量及燃料燃燒放出的熱量無關(guān)D.容易燃燒的燃料熱值一定大課堂訓練2．已知干木柴的熱值是1.2×107J/kg，完全燃燒0.7kg干木柴能放出多少熱量？假設(shè)這些熱量全部被水吸收，能使多少千克水的溫度由20℃升高到70℃？已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)．

Q=1.2×107J/kg×0.7kg=8.4×106J

m=Qc(t-t0)8.4×106J4.2×103J/(kg·℃)×(70℃-20℃)

=

=40kg3.關(guān)于熱機效率，下列說法正確的是(

)A.熱機效率越高，即熱機做的有用功多B.熱機效率越高，即熱機的功率越大C.要提高熱機效率，就要盡量減少各種能量損失，并且要保證良好的潤滑D.提高熱機效率，有利于環(huán)保減排

CD

4．一臺內(nèi)燃機運行時各種能量損耗大致為：氣缸散熱損失占25％，廢氣帶走的能量占30％，摩擦等機械損耗占10％，則內(nèi)燃機的熱機效率為________．

35%九年級物理滬科版·上冊第四節(jié)熱機效率和環(huán)境保護

新課引入觀察并回答：燃料燃燒：化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能火力發(fā)電燒水做飯火箭升空學習目標熱機效率和環(huán)境保護

1.什么是燃料的熱值？如何利用熱值計算熱量？

2.什么是熱機的效率？

3.了解熱機使用與環(huán)境保護的知識。新知講解一、燃料的熱值選用這幾種不同的燃料，所需的燃料質(zhì)量相同嗎？思考新知講解實驗結(jié)論：完全燃燒相同質(zhì)量的不同燃料放出的熱量是不相等的。新知講解某種燃料完全燃燒放出的熱量與所用該燃料的質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。2.定義：表示燃料完全燃燒時釋放熱量的能力。1.意義：國際單位：焦每千克；符號：J/kg。

氣體燃料的單位：焦每立方米；符號：J/m3。3.單位：對于氣體燃料而言，熱值則是某種燃料完全燃燒放出的熱量與所用該燃料的體積之比。新知講解注意1.物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。2.熱值是燃料本身的一種特性，其大小只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、體積以及燃燒情況無關(guān)。4.常見燃料的熱值新知講解5.公式：

新知講解例題：計算4kg的柴油完全燃燒釋放的熱量。

500g汽油完全燃燒時，可以放出多少熱量？強化訓練

強化訓練思考并回答：

（1）在多數(shù)情況下，燃料都不可能完全燃燒，因此，燃料燃燒時實際放出的熱量往往少于根據(jù)熱值計算出來的熱量。（2）燃料燃燒放出的熱量也不可能完全得到利用。新知講解二、熱機的效率熱機工作時，燃料所蘊藏的化學能有很大一部分損耗掉了，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵龝r放出熱量的一部分。注意新知講解熱機運轉(zhuǎn)中，對外做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值。1.定義：2.公式：

注意

1.熱機的效率是熱機性能的重要指標。熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，從而節(jié)約能源，減少污染。2.熱機的效率總小于1。新知講解汽油機的效率為20%~30%蒸汽機的效率只有6%~15%3.常見熱機的效率柴油機的效率為30%~40%噴氣式飛機的效率為50%~60%新知講解4.提高熱機效率的方法：減少熱機工作中的各種能量損失。（1）盡可能使燃料充分燃燒；（2）盡量減小各種熱量損失；（3）機件間保持良好的潤滑以減小摩擦。

一輛汽車在平直公路上勻速行駛了6.9km，受到的阻力3.0×103N，消耗汽油1.5kg，汽油的熱值q=4.6×107J/kg。求（1）牽引力所做的功。（2）熱機的效率。

解:（1）牽引力大小為：F=f=3.0×103N牽引力所做的功：W有=Fs=3.0×103N

×6.9×103m=2.07×107J（2）汽油完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq

=1.5kg×4.6×107J/kg=6.9×107J熱機的效率:==30%η=W有Q放2.07×107J6.9×107J強化訓練新知講解三、環(huán)境保護1.熱機的利用帶來的環(huán)境污染汽車排放尾氣燃料燃燒排放的煙塵使大氣十分渾濁，排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物，會形成酸雨，危害植物，污染環(huán)境。新知講解2.怎樣控制熱機對環(huán)境造成的污染（1）改進燃燒設(shè)備，消除煙塵；（2）提高燃料的綜合利用，采取之中供熱（3）充分利用污染少和無污染的能源知識總結(jié)熱機效率和環(huán)境保護

熱機運轉(zhuǎn)中，對外做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值,叫熱機的效率。

3.了解熱機使用會污染環(huán)境，要控制熱機對環(huán)境造成的污染。目標測試1.（2018·龍東）一個成年人參加一次長跑，身體消耗的能量為6.6×106J，這些能量相當于完全燃燒0.55kg的干木柴才能得到，則干木柴的熱值為___________J/kg，干木柴用掉一半后，剩余干木柴的熱值將________（選填“變大”、“變小”或“不變”）

1.2×107不變2.對于燃料的熱值，下列說法中，屬于正確理解的是(

)A.燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比B.燃料沒燃燒時就沒有熱值C.就某種確定的燃料而言，它的熱值是一個確定的值，

跟燃料的質(zhì)量及燃料燃燒放出的熱量無關(guān)D.容易燃燒的燃料熱值一定大C目標測試3.下列說法正確的是（）A.燃料燃燒時，質(zhì)量越大，熱值越大。B.燃料的熱值與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量和燃燒狀況無關(guān)。C.燃料不完全燃燒時的熱值比完全燃燒時的熱值小。D.燃燒1kg某種燃料放出的熱量叫這種燃料的熱值。B目標測試4.下列關(guān)于熱機和環(huán)境保護的說法中，正確的是（）A.熱機排出的尾氣沒有內(nèi)能B.熱值越大的燃料，燃燒時放出的熱量越多C.熱機的效率能達到100%D.熱機的大量使用會造成環(huán)境污染D目標測試5.酒精的熱值是３×107J／kg，要放出6.0×106J的熱量，需完全燃燒多少kg酒精?如果燃氣的密度為1.2kg/m3,燃氣的熱值為4×107J／m3,要放出同樣的熱量，需完全燃燒多少kg的燃氣？解：需完全燃燒酒精的質(zhì)量：m1==