資源簡介

(共31張PPT)
14.3 熱機的效率
第十四章 內能的利用
授課教師： .
班 級： .
時 間： .
物理觀念 建立熱值概念，知道熱值是燃料的一種特性；能說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。
科學思維 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；能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。
科學探究 通過社會調查、分組交流合作，了解熱機效率及熱機帶來的影響。
科學態度 與責任 了解熱機的利用與人類社會發展的關系；培養環保意識，激發社會責任感。
學習目標
①深刻理解熱機效率的定義。
②計算方法并能夠應用于實際問題中。
①影響熱機效率的因素，以及如何提高熱機效率；
②將理論知識與實際應用相結合，解決實際問題
教學重難點
拖拉機燃料
柴油
飛機發動機燃料
航空汽油和航空煤油
火箭助推器燃料
液氫液氧
1.火箭發射所需的推進劑燃料，可以換成拖拉機或飛機采用的柴油或汽油嗎？
不可以
你知道為什么？
情景導入
2. 熱機工作時需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，對外做功的目的是將燃料中的化學能轉化為機械能。
熱機中燃料燃燒釋放的熱量能被完全利用嗎
情景導入
不可以
你知道為什么嗎？
相同質量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是否相同？
要找出事實來支持你的觀點，并進行分析。
在家中燒水時，燒開同樣一壺水需要的木柴質量多，而需要的煤氣質量卻較少。
現象：
結論：
木柴和煤氣燃燒放出相同的熱量時，所用木柴的質量比所用煤氣的質量大。
相同質量的木柴和煤氣燃燒時，放出的熱量是不同的。
你還有其它比較不同燃料的放熱本領的方法嗎？
想想議議
　　選擇相同質量的干木柴和酒精，分別對相同質量，初溫相同的水進行加熱，觀察實驗現象，收集實驗數據，并分析。
【實驗】比較不同物質放熱能力
實驗材料：
兩杯水200g（初溫28℃）、干木柴5g、酒精5g，鐵架臺，天平、秒表等。
實驗過程：
演示實驗
相同質量的酒精和木柴加熱完全相同的水，水升高的溫度不同，酒精加熱的水升高的溫度更多。
燃料 溫度 加熱前溫度/℃ 燃料燃盡后的溫度/℃ 水溫的變化/℃
5g酒精 28 83 55
5g干木柴 28 62 37
為了比較燃料的特性了，引入了“熱值”這個物理量。
實驗數據：
實驗結論：
相同質量的不同燃料放出的熱量不同。
（質量和初溫相同）
熱值
2.燃料的熱值
某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫作這種燃料的熱值，用符號 q 表示。
①定義：
②公式：
③單位：
焦/千克，符號J/kg
①完全燃燒：
指燃料燃燒后，全部變成不可燃燒物的過程。
②由于燃料的成分不同，相同質量的不同燃料在完全燃燒時放出的熱量不同，在物理學中用熱值來表示燃料完全燃燒時放熱本領的大小。
焦/立方米，符號J/m
②氣體燃料的熱值：
對某些氣體燃料，其熱值在數值上等于在標準狀態下lm3燃料完全燃燒放出的熱量。
熱值
q= Q放/m
q= Q放/v
固體
氣體
④熱值的物理意義：
熱值在數值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
一些燃料的熱值
【例】從表中可以查到汽油的熱值為4.6×107J/kg，
表示：1kg木炭完全燃燒時放出的熱量是3.4×107J。
同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。
熱值
燃料 熱值 燃料 熱值
干木柴 柴油
煙煤 煤油
無煙煤 汽油
焦炭 氫氣
木炭 焦爐煤氣
酒精 沼氣
⑥熱值的相關計算
燃料燃燒放出熱量的計算： Q放=qm
【例】如果給汽車加30kg汽油，完全燃燒放出的熱量為
Q放=qm=4.6×107J/kg×30kg=l.38×109J
⑤熱值的影響因素
燃料的熱值是燃料的一種特性。
其與燃料的種類有關， 而與燃料的質量、 體積、 是否完全燃燒以及燃料的狀態（ 固態、 液態或氣態） 無關。
熱值
筆記：
燃料的概念
1.下列關于熱值的說法正確的是（　　）
A．5kg煤的熱值大于1kg煤的熱值
B．燃料熱值越大，燃燒放出的熱量越多
C．燃料燃燒不完全時熱值變小
D．燃料的熱值是燃料本身的特性
解：A、燃料的熱值僅與燃料的種類有關，與燃料的質量無關，故5kg煤和1kg煤的熱值一樣大，故A錯誤；
B、燃料的熱值越大，只有在相同質量并且完全燃燒的情況下，放出的熱量才越多，質量少、燃燒不完全放出的熱量就少，故B錯誤；
C、熱值的大小與燃料是否完全燃燒無關，故C錯誤；
D、熱值是燃料本身的特性，只與燃料的種類有關，與其他因素無關，故D正確。
D
練習1
1. 日常生活中的熱效率
【提出問題】用煤氣灶燒水時，煤氣能完全燃燒嗎？ 煤氣燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎
【分析討論】煤氣不能完全燃燒，損失了一部分能量，裝水的容器吸收了一部分能量，煤氣灶本身也會吸收一部分能量，高溫的煙氣帶走了一部分能量，還有一部分能量直接散失掉了等等。水吸收的熱量只占煤氣完全燃燒放出熱量的一部分，只有水吸收的熱量才是被有效利用的。
熱機的效率
熱機的效率
（1）熱效率的概念（爐子、燃氣灶的熱效率等）
吸收的熱量占燃料完全燃燒放出熱量的比值叫作熱效率。
熱效率η = 有效利用的熱量 /燃料完全燃燒放出的熱量
= Q有用 /Q總
（2）提高鍋爐中燃料熱效率的方法
1.把煤磨成煤粉，增大與氧氣的接觸面積；
2.把空氣吹進爐膛增大送氧量充分燃燒。
筆記：
2. 熱機的效率
（1）熱機能量流向示意圖
熱機也有類似的情況，汽油在汽缸內不能完全燃燒，損失了一部分能量，機械裝置吸收了一部分能量，廢氣帶走了一部分能量，由于機械傳動等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正轉變為對外做有用功的能量只是燃料燃燒所釋放能量的一部分。只有對外做有用功的能量是被有效利用的。
燃料的
內能
熱機的效率
熱機的效率
（2）熱機的效率
①定義：用來做有用功的這部分能量，與燃料完全燃燒放出的 總熱量之比，叫作熱機的效率。
②公式：
η = Q有用 /Q放 ×100% 或 η =W有用 /Q放 ×100%
③物理意義：熱機的效率是熱機性能的重要指標。熱機的效率表示使用熱機時對燃料的利用率的高低，熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，可以節約能源。
（3）一些熱機的效率
瓦特蒸汽機的效率
6% ~ 15%
汽油機的效率
20～40%
噴氣發動機的效率
50～60%
熱機的效率
5. 提高熱機效率的主要途徑
①使燃料充分燃燒
把煤磨成煤粉或煤粒，加大煤與氧氣的接觸面積，使其燃燒得更充分，從而提高燃料的利用率。
②盡量減少各種熱量損失
對鍋爐進行外部隔熱處理，可以避免熱能向外丟失。
③盡量減少各種熱量損失，設法利用廢氣的能量
④熱機設計制造，提高技術和使用新材料。
⑤保證良好潤滑，減少摩擦額外消耗的功
汽車發動機添加機油
拉力賽車進站維修
供暖
提高效率的途徑
筆記：
熱機的效率的概念
2.關于熱機和鍋爐的效率，下列說法中正確的是（　　）
A．熱機做的有用功越多，效率一定越高
B．熱機和鍋爐使用的燃料的熱值越大，它們的效率越高
C．向鍋爐內多加些煤，加大火力可以提高鍋爐的效率
D．熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
解：A、熱機的有用功多，與燃料完全燃燒放出的能量之比不一定大，效率不一定高，故A錯誤；
B、熱機的效率與燃料的熱值無關，故B錯誤；
C、向爐內多加些煤，加大火力，這是消耗更多的燃料，不能提高爐子的效率，故C正確；
D、熱機做一定的有用功，消耗的燃料越少，說明有用功與燃料完全燃燒放出的能量之比越大，故效率一定越高，故D正確。故選：D。
D
練習2
提高熱機效率的方法
3.下列有關熱學知識的分析，正確的是（　　）
A．使燃料充分燃燒可以增加有效利用的能量，從而提高熱機效率
B．海波在熔化過程中持續吸熱，溫度不變，但內能減小
C．燃料燃燒得越充分，這種燃料的熱值就越大
D．熱傳遞過程中，溫度由高溫物體傳向低溫物體
解：A、盡量使燃料完全燃燒、盡量減少摩擦與輻射、盡量減少熱量損失，都可以在燃料完全燃燒放出的熱量相同時，增大用來做有用功的能量，可以提高熱機的效率，故A正確；
B、海波是晶體，在熔化過程中持續吸熱，溫度不變，但內能增大，故B錯誤；
C、燃料的熱值只與燃料的種類有關，與燃料燃燒得快慢、放出熱量的多少、燃料的質量和燃料的燃燒程度無關，故C錯誤；
D、在熱傳遞過程中，熱量從高溫物體傳向低溫物體，或從物體的高溫部分傳遞到低溫部分，而不是溫度，故D錯誤。故選：A。
A
練習3
1782年瓦特發明了往復式蒸汽機。
從火車到火箭
17世紀人類發明了蒸汽機。
斯蒂芬森以此為基礎最先研制了“火箭號”蒸汽機車。
內燃機的出現和不斷改進，對交通運輸事業的現代化起到了決定性的作用。
在一代代航天人不斷努力下，宇宙飛船、空間站被送入太空，我國也成為太空強國。
科學、技術、社會、環境
熱機效率
燃料
熱值
熱機的效率
分類：固體燃料、液體燃料、氣體燃料。
燃料燃燒過程中化學能轉化為內能。
定義：燃料完全燃燒時放出的熱量與燃料質量之比。
定義：用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比。
公式：
單位：
焦/千克（J/kg）
焦/立方米，（J/m ）
或
公式：
提高熱機效率的方法
教學重難點
【解析】燃料燃燒放出的熱量為Q放=mq，可見與燃料的熱值和質量有關。
因為不知道無煙煤與干木柴的質量大小，所以無法比較它們完全燃燒時放出的熱量多少。
1. 有人認為，無煙煤的熱值比干木柴大，完全燃燒時無煙煤放出的熱量比干木柴多。你認為呢 說說理由。
教材習題1
2. 某人提著一袋質量為5kg的大米，從1層步行至5層，每層樓的層高為3m，他對這袋大米做了多少功 要使一定量的汽油完全燃燒放出的熱量和他所做的功數值相等，則需要多少汽油 （g取10N/kg）
教材習題2
3. 如果干木柴跟煤油完全燃燒放出的熱量相等，那么干木柴的質量應該是煤油質量的幾倍？請列出相關計算式來說明理由。
教材習題3
4. 全球汽車保有量在迅速增長，截至2022年底，我國燃油汽車保有量約為3億輛。假設每輛汽車每年耗油1.8t，汽車內燃機的效率平均值取30%。如果能把內燃機效率提高1%，我國每年可以節約多少燃油？
教材習題4
【解析】
（1）減少有害氣體的排放量；
（2）降低對空氣的污染；
（3）減少燃料的消耗，節約能源。
5. 提高熱機的效率具有哪些積極意義？請列出回答這個問題的提綱。
教材習題5
1.基礎性作業：完成課件中的課堂練習。
2.拓展性作業：請同學們利用家中的煤氣表和溫度計自己測量一下煤氣灶燒水的效率。
測量煤氣灶燒水效率的實驗步驟如下 ：
準備材料 ：煤氣表、溫度計、1kg的水、煤氣灶。
記錄初始數據 ：記錄水的初始溫度（例如20℃）。
加熱過程 ：使用煤氣灶將1kg的水從初始溫度加熱到目標溫度（例如60℃）。
記錄消耗的煤氣量 ：使用煤氣表記錄消耗的煤氣量（例如0.01m ）。
計算水吸收的熱量 ：使用公式 Q吸 = cm(t - t0)其中c為水的比熱容為4.2×10 J/(kg ℃)，m是水的質量1kg，t是最終溫度60℃，t0是初始溫度20℃。
計算得出水吸收的熱量為 1.68×10 J。
思路指導
教學重難點
下 課
Thanks!
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine

展開更多......

收起↑