資源簡介

(共32張PPT)
第二章 改變世界的熱機
第2節 熱機效率
1.通過分析汽車內燃機的能量流向，了解熱機效率的概念。
2.通過對比，了解不同熱機的效率值。
3.了解熱機使用對社會的貢獻。
4.了解火箭發動機的原理和中國火箭的發展史。
在人類歷史上，發現內能可以做功并制造出熱機，是一件了不起的大事情。可以說，工業化社會的出現與發展，在科學技術上有賴于熱機的發明及改進。
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科學家/工程師對熱機不斷進行這改進和升級的目的是什么呢？
熱機工作時，能不能將燃料所含有的化學能全部用來對外做有用功呢？
對熱機中的能量轉化進行研究，可以改進熱機性能、有效利用資源，減少排放污染。
知識點一：熱機效率
（1）廢氣帶走很大一部分能量
四沖程內燃機的一個工作循環中，
排氣沖程將汽缸中的廢氣排放掉，但此時廢氣的溫度仍很高，內能損失較大。
在內燃機里，燃料燃燒釋放的能量都到哪里去了？
【分析】
（2）一部分能量消耗在散熱上
熱機大部分是由金屬制成的，金屬是熱的良導體，傳遞了燃料燃燒所釋放的部分能量，所以散熱也是能量損失的一個方面。
（3）克服摩擦做功
活塞和曲軸在運動時要克服摩擦做功，這部分能量也要靠燃料燃燒產生的內能來提供。
（4）輸出有用功
輸出的有用功，是指對我們有用的那部分機械能。
【結論】
熱機中燃料燃燒放出的熱量只有一部分用來做有用功。
熱機一般是通過燃料的燃燒來做功的。燃料燃燒放出的能量，并不能全部用來做有用功。汽油在熱機汽缸內燃燒釋放的能量，只能有一部分能轉變為對外做有用功的能量。
廢氣 33%~35%
摩擦與輻射 7%~9%
輸出有用功
24%~30%
冷卻水 30%~32%
100%
熱機運轉中，做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量之比稱為熱機效率。
公式：
反映了內能的利用程度，
用來描述熱機的性能，是熱機性能的重要指標。
熱機所做的有用功
燃料完全燃燒釋放的能量
常見的熱機的效率
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%
噴氣式發動機的效率為50%~60%
一些熱機的效率
蒸汽機 4%~8% 燃汽輪機 50%~60%
蒸汽輪機 25%~30% 汽油機 26%~40%
柴油機 34%~45% 噴氣發動機 50%~60%
如何提高熱機的效率？
1.使燃料充分燃燒；
2.盡量減少各種熱量損失，設法利用廢氣；
3.在熱機的設計和制造上采用先進的技術；
4.注意保養，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。
提高熱機效率的方法有哪些？
熱電站：大型發電機常由蒸汽輪機推動，為了提高燃料的利用率，排出的廢氣可以用來供熱。
發電
供暖
熱機的效率能達到100%嗎？為什么？
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，因為各種熱量損失以及燃燒條件的限制，這部分能量遠遠小于總能量，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，即熱機效率小于100%。
想一想
提高生產力
改變交通方式
知識點二：改變世界的熱機
從18世紀60年代開始，蒸汽機在紡織、采礦、冶煉和交通運輸等方面得到了廣泛應用，結束了以人力、畜力為主要動力的漫長歷史。機械化的工廠，使世界進入了以“火”為動力的“蒸汽機時代”，完成了人類的第一次工業革命。
18世紀中后期，蒸汽機的應用，實現了紡織工業機械化
18世紀末，蒸汽機廣泛應用在采礦業上
大部分農業機械是靠柴油機工作的
用蒸汽輪機發電的火力發電廠
最簡單的輪機
為了獲得更強大的動力、更高的效率，人們以極大的熱情去探索，設計出種類繁多、構造各異的現代熱機。
在航空航天中，使用的是更加高效的噴氣式發動機。
熱機使登天攬月、日行萬里的夢想成為現實，世界因此而改變。
以熱機為基礎的各種交通工具正在將地球變成“地球村”
人類很早就夢想著飛向太空。14世紀末，我國有一位官吏叫萬戶，精心制作了一個以47支火箭作動力的裝置，進行了“飛天”嘗試，成為人類飛行史上的先驅者。
中國古代的火箭
　　竹筒內裝上火藥，點燃火藥，火藥燃燒后產生的氣體體積膨脹，從竹筒的尾端向后高速噴出，推動箭筒向前飛行。這和現代火箭發動機的原理是一樣的。
工作原理：
知識點三：飛向太空
我國制造的“長征”系列運載火箭
　　我國不僅是火箭的發源地，還是一個航天大國，我國的長征系列運載火箭，有著極佳的性能。
2003年“神舟”五號飛船發射成功，將宇航員楊利偉送上太空，實現了中國人的飛天之夢。
　　常用的火箭是多級火箭。如右圖所示是一枚三級火箭的運行過程。火箭的第一級燃料用完以后就自動脫落，以減少質量 ；隨后第二級點火發動，燃料用完后也將自動脫落，再點燃第三級，飛船進入預定軌道。
2012年6月18日，“神舟九號”飛船與“天宮一號”交會對接成功，將三位航天員送入“天宮一號”實驗艙。
2021年6月至2023年5月，“長征二號F”運載火箭托舉“神舟”飛船，先后將5批航天員送上中國空間站。
中國已跨入“太空文明”新時代
每年的4月24 日為中國航天日。1970 年4月24日，中國第一顆人造地球衛星 “東方紅一號” 成功發射，這是中國航天事業發展的重要里程碑。為紀念這一歷史性事件，將每年4月24日設立為 “中國航天日”。
熱機
效率
熱機效率
改變世界的熱機
定義：有用功與燃料完全燃燒放熱之比
意義：衡量熱機性能關鍵指標
飛向太空
原理：燃料燃燒噴氣，內能轉機械能（與現代火箭發動機同源）
應用：我國長征火箭，助力航天事業
蒸汽機時代：推動第一次工業革命，實現機械化
現代熱機：種類多樣，應用廣泛（汽車、發電、航天等）
能量流向分析（以汽車內燃機為例）
損耗：廢氣、冷卻水、摩擦輻射等
有用功分配：克服各類阻力等
計算公式：
1.下列說法不正確的是（ ）
A. 熱機是通過燃料的燃燒來做功的
B. 燃料燃燒放出的能量并不能全部用來做有用功
C.熱機所做有用功與所用燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫做熱機的效率
D. 熱機效率可以大于1
D
2. 下列關于熱機效率的說法正確的是(　　)
A．熱機的功率越大，效率越高
B．熱機消耗的燃料越少，效率越高
C．燃料的熱值越大，效率越高
D．完成相同的有用功，所用的同種燃料越少，效率越高
D
3. 某內燃機的能量流向圖如圖所示。這臺內燃機的效率為(　 　)
A．7% B．28% C．31% D．34%
D
4. 國產新能源汽車中，有一種插電式混合動力汽車，同時使用電
動機和內燃機，其內燃機熱效率最高可達43% ，且使用各種燃料
時，其效率均高于同等燃油汽車。分析該種新能源汽車，不屬于
提升其熱機效率的方法是 ( )
A
A. 盡量使用熱值大的燃料
B. 優化沖程控制，讓燃料與空氣混合充分，使燃料燃燒得比較完全
C. 使用黏度低的機油進而減少熱機內部各部件間的摩擦
D. 車型設計中，空調壓縮機、發電機都沒有存在的必要，直接去
掉進而減重
5．某熱機消耗 2kg 汽油（汽油熱值為4.6×107J/kg），對外做的有用功為3.68×107J，該熱機的效率是（ ）
10%
20%
30%
40%
B

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