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第四節(jié) 跨學(xué)科：熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)
第十四章 內(nèi)能與熱機(jī)
1.從生活中體會不同燃料燃燒釋放能量的本領(lǐng)不同，建立燃料熱值的概念。
2.會查燃料的熱值表，能根據(jù)燃料的熱值計算一定質(zhì)量的燃料完全燃燒所釋放的能量。
3.能說出熱機(jī)工作時燃料釋放的能量的主要流向，對熱機(jī)效率有初步認(rèn)識，能大致說出提高熱機(jī)效率的有效途徑。
4.能認(rèn)識熱機(jī)對社會發(fā)展所起的作用和對環(huán)境的影響，培養(yǎng)自覺的環(huán)保意識。
學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)
新 課 引 入
柴薪
石油
煤炭
天然氣
相同質(zhì)量的不同燃料燃燒，釋放的熱量是否相同？使用燃料給人類帶來便利的同時，還會給環(huán)境帶來怎樣的問題？
從原始人類學(xué)會用火至今，人們使用的能量絕大部分還是通過燃料的燃燒獲得的。燃料燃燒是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。
固體燃料
草木、煤炭等
液體燃料
石油、酒精、汽油等
氣體燃料
煤氣、天然氣等
一、燃料的熱值
各種燃料
新 課 講 解
不相同，因?yàn)椴煌娜剂先紵懦龅臒崃康谋绢I(lǐng)不相同。
用質(zhì)量相同煤油、酒精、紙屑燒水，相同時間內(nèi)水升高的溫度相同嗎？這說明什么？
想一想
答案
燃料燃燒放出的熱量跟燃料的質(zhì)量和燃料的種類有關(guān)。
大量實(shí)驗(yàn)表明：
1.同種燃料完全燃燒時放出的熱量跟它的質(zhì)量成正比 。
2.相同質(zhì)量的不同燃料，在完全燃燒時放出的熱量并不相等。
什么是完全燃燒呢
完全燃燒—— 就是燃料全部燒盡的意思，即燃料的燃燒必須與充足的氧氣發(fā)生完全氧化反應(yīng)。
總結(jié)
不同的燃料，即使質(zhì)量相同，完全燃燒放出的熱量也是不同的。我們該怎樣比較不同燃料燃燒時這種放熱性能優(yōu)劣？
熱值
想一想
1.定義
2.單位及符號
某種燃料完全燃燒釋放的熱量與所用燃料的質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。
熱值的符號：q 單位：J/kg（或J/m3）
熱值
：燃料完全燃燒時放出熱量
或：燃料的質(zhì)量或體積
：燃料的熱值
或
燃料燃燒計算公式
認(rèn)識燃料熱值表
干木柴的熱值為1.2×107J/kg，表示的含義為1kg的干木柴在完全燃燒時所放出的熱量為1.2×107J。
對某些氣體燃料，如天然氣的熱值為4.5×107J/m3，表示的含義為1m3的天然氣在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下完全燃燒時所放出的熱量為4.5×107J。
意義
1. 1kg的干木柴熱值和0.5kg干木柴熱值是否一樣？
2. 燃料沒有完全燃燒，燃料的熱值會不會發(fā)生改變？
一樣
不改變
熱值是燃料的一種特性，其大小只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量（體積）、是否燃燒、是否完全燃燒無關(guān)。
思考
例題1 500g汽油完全燃燒時可以放出多少熱量？
解：查表可知，汽油的熱值：4.6×103J/kg
汽油質(zhì)量：500g0.5kg
完全燃燒時放出熱量：
4.6×103J/kg×0.5kg2.3×103J
例題2 完全燃燒10kg的焦炭所放出的熱量相當(dāng)于完全燃燒多少千克的干木柴放出的熱量？（查表知焦炭的熱值為3.0×107J/kg，干木柴的熱值為1.2×107J/kg ）
25kg
　　熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量之比，稱為熱機(jī)效率。
轉(zhuǎn)化為對外做有用功的能量
燃料的
內(nèi)能
②克服摩擦消耗能量
①部分燃料未完全燃燒
③ 廢氣排出帶走能量
二、熱機(jī)效率
④機(jī)械傳熱損失能量
熱機(jī)中的能量損失
常見熱機(jī)的效率
蒸汽機(jī)的效率只有6%~15%
汽油機(jī)的效率為 20%~30%
柴油機(jī)的效率為30%~40%
噴氣式飛機(jī)發(fā)動機(jī)的效率為
50%~60%
物理在線
提高熱機(jī)效率的途徑
①使燃料充分燃燒；
②盡量減少各種熱損失；
③在熱機(jī)的設(shè)計和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù)；
④使用時，注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，合理調(diào)整運(yùn)動零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的功。
熱機(jī)的效率能達(dá)到100%嗎？為什么？
不能達(dá)到100%，因?yàn)闊釞C(jī)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，因?yàn)楦鞣N熱量損失以及燃燒條件的限制，這部分能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總能量，所以其與燃料完全燃燒所放出的總能量的比值必然小于1，即熱機(jī)效率小于100%。
想一想
拓展一步
“永動機(jī)”能實(shí)現(xiàn)嗎？
大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科學(xué)家們將研究的結(jié)果概括為能量守恒定律，即能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而能的總量保持不變。
從能量守恒定律看，機(jī)械并不能創(chuàng)生能量，我們無法制造出既不消耗能量又能對外做功的裝置。
不少人曾經(jīng)設(shè)想制造出一種不需要消耗能量就可以不斷對外做功的機(jī)器。如圖就是有人設(shè)想的一種能永遠(yuǎn)運(yùn)動的裝置——“永動機(jī)”。想一想，它真的能一直不停地運(yùn)動下去嗎
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？
燃料的
內(nèi)能
④散熱
①燃料不能完全燃燒
②加熱煤氣灶壁
水吸收的熱量
③ 加熱水壺
思考
三、環(huán)境保護(hù)
熱機(jī)使用加快了人類文明的進(jìn)程，但也帶來了環(huán)境污染問題。現(xiàn)代工業(yè)大量燃燒煤炭、石油和天然氣，排放的煙塵使大氣十分渾濁，排放的二氧化硫和氮氧化合物會形成酸雨，危害植物，污染環(huán)境等。
熱機(jī)的利用帶來的環(huán)境污染
⑴廢氣污染
控制熱機(jī)對環(huán)境的污染
⑵噪聲污染
⑴ 控制廢氣排放總量
⑵ 提高汽油、柴油的品質(zhì)
⑶ 開發(fā)污染少和無污染的新能源等
⑷ 在內(nèi)燃機(jī)排氣管上安裝消聲器，以減少噪聲污染
總 結(jié)
熱機(jī)排出的廢氣：①廢氣溫度高于環(huán)境溫度;②廢氣含有二氧化硫和氮氧化合物會形成酸雨
燃燒
熱值
機(jī)械能
燃料
內(nèi)能
(化學(xué)能)
熱機(jī)效率
有效利用
熱量 散失
課 堂 小 結(jié)
環(huán)境污染
1. 關(guān)于燃料和熱值，以下說法中正確的是（ ）
A．燃料的熱值與燃料的質(zhì)量無關(guān)
B．容易燃燒的燃料，熱值一定大
C．煤的熱值大于干木柴的熱值，燃燒煤放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多
D．為了提高鍋爐的效率，一定要用熱值高的燃料
A
當(dāng) 堂 檢 測
2.下列關(guān)于燃料熱值的說法正確的是（　　）
A. 燃料燃燒越充分，其熱值越大
B. 燃料的熱值越小，完全燃燒放出的熱量越少
C. 一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的熱值將減小
D. 焦炭的熱值是 3.0×107J/kg，完全燃燒 1 kg 焦炭能放出3.0×107 J 的熱量
D
3．下列提高熱機(jī)效率的方法中，不可行的是（ ）
A．減少各種熱損失
B．選用優(yōu)良的潤滑材料減少機(jī)器各部件之間的摩擦
C．將煤研磨成粉狀，用風(fēng)吹入鍋爐內(nèi)燃燒
D．選用熱值較大的燃料
D
4.汽車發(fā)動機(jī)是典型的熱機(jī)，隨著生活水平的提高，汽車已逐漸進(jìn)入百姓家庭，為人們的出行帶來了方便，但汽車尾氣的排放對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，下列控制汽車尾氣的污染的措施中，不可行的是(　　)
A．制定嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)　 B．推廣無鉛汽油
C．發(fā)展電動汽車 D．淘汰汽車
D
5.干木柴的熱值是1.2×107J/kg，它的物理意義是__________________
______________________。如完全燃燒_________kg的干木柴，可以放出3.6×107J的熱量。
放出的熱量是1.2×107J
1kg干木柴完全燃燒
3
6.有一箱木炭，其質(zhì)量是10kg，木炭熱值為3.4×107J/kg。若用掉一半，剩下的木炭的熱值為__________J/kg，燃燒剩下的木炭最多可放出熱量__________ J。
3.4×107
1.7×108
7．一臺內(nèi)燃機(jī)運(yùn)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(jī)械損耗占10％，則內(nèi)燃機(jī)的熱機(jī)效率為__________。
35%
8.某校教師組織興趣小組調(diào)查學(xué)校使用的幾種爐灶的能量利用效率。他們發(fā)現(xiàn)學(xué)校的一個老式鍋爐燒水時，經(jīng)常冒出大量的黑煙，且燒水時鍋爐周圍的溫度很高，鍋爐的效率很低。請你根據(jù)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象分析此鍋爐效率低的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。
【答案】此鍋爐效率低的原因：
（1）鍋爐冒出大量的黑煙，說明煤不能完全燃燒；
（2）鍋爐周圍的溫度很高，說明向周圍散失的熱量太多。
改進(jìn)措施：
（1）使用煤粉，加大送風(fēng)量，改善燃燒情況，使燃燒更充分；
（2）在向外散熱的地方采用隔熱材料，防止散熱。
再見

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