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13.4 热机效率和环境保护
一、选择题（共6题）
1. 一只蜡烛在燃烧的过程中，下列有关石蜡的物理量变化正确的是
A．比热容变小，热值变小 B．比热容变大，热值变小
C．比热容不变，热值不变 D．比热容变小，热值变大
2. 一杯酒精用掉一半，剩下一半的酒精的质量、密度、比热容和热值的情况是
A．质量、密度、比热容和热值不变
B．质量和密度变为原来的一半，比热容和热值不变
C．质量变为原来的一半，密度、比热容和热值不变
D．质量热值变为原来的一半，密度和比热容不变
3. 年 月。我国发射了全球首颗量子卫星，为纪念墨子，这个全球首颗量子卫星被命名为“墨子号”。发射卫星和火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有
A．较小的密度 B．较大的比热容 C．较低的沸点 D．较高的热值
4. 如图是内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为
A． B．
C． D．
5. 关于燃料的热值，下列说法正确的是
A．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
B．燃料燃烧得越充分，则燃料的热值就越大
C．燃料燃烧时质量减少，其热值逐渐减小
D．燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关
6. 甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是
A．甲热机比乙热机做的有用功少
B．甲热机比乙热机消耗的燃料多
C．在做相同有用功的条件下，甲热机消耗的燃料多
D．在做相同有用功的条件下，甲热机损耗的能量比乙少
二、填空题（共4题）
7. 焦炭的热值是 ，其物理意义是 ，若完全燃烧 焦炭，放出 的热量。（无须写出计算过程）
8. 扬州京华城人工湖具有“吸热”功能，盛夏季节能大大减弱周围地区的“热岛效应”。若湖水的质量为 ，若水温平均升高 ,则湖水吸收的热量为 。若这些热量由燃烧天然气提供，则至少需要燃烧 的天然气。[ ， ]。
9. “可燃冰”是一种新型能源。同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达到煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的 很高。
10. 年 月 日中央电视台报道，我国在南海海底实现“可燃冰”连续稳定产气 天，可燃冰燃烧时将化学能转化为 能，完全燃烧热值为 的可燃冰 ，放出的热量是 ，相当于完全燃烧热值为 的天然气 放出的热量。
三、实验题（共1题）
11. 如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是 ，烧杯内的液体质量和初温也相同。
(1) 比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；通过实验得到的燃料热值与实际相比要 （填“偏大”或“偏小”）。
(2) 比较不同物质吸热升温的特点：
i 应选择 两图进行实验。
ii 不同物质吸收热量的多少是通过 来反映的。
iii 实验中，液体温度随时间变化的图象如图所示，由图可以看出，为使温度升高到相同的值， 液体加热的时间较长， 液体的温度升高得较快， 液体的比热容较大。
四、计算题（共2题）
12. 燃气灶烧水时，把质量为 、初温为 的水加热到 ，共燃烧了 天然气（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为 ，天然气的热值为 ，则：
(1) 水吸收的热量是多少？
(2) 水吸收的热量与天然气完全燃烧放出的热量之比称之为效率，我们用 表示。求该燃气炉烧水时的效率是多少？
13. 用烟煤烧水时，将 的水从 加热到 ，燃烧了 的烟煤，水的比热容是 ，烟煤的热值约为 。试求：
(1) 水吸收的热量是多少？
(2) 的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
(3) 热效率是多少？
答案
一、选择题（共6题）
1. 【答案】C
2. 【答案】C
【解析】质量是指物体所含物质的多少；一杯酒精用去一半后，其质量将减半。
酒精的密度、比热容和热值，都表示酒精的某种特性，是从不同的角度来描述酒精的特性，一般不发生变化，只与物质的种类和状态有关；
故一杯酒精用去一半，则剩下的酒精密度、比热容和热值不变。
故选：C。
3. 【答案】D
【解析】发射卫星的火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量，故D正确。
4. 【答案】B
【解析】【解答】解：由能流图可知：
燃料完全燃烧放出的热量为 ，有用机械能即有用功为 ，所以内燃机的效率可表示为 。
5. 【答案】D
【解析】 某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值。热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，据此分析判断。
热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放岀热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故D正确。
6. 【答案】C
【解析】效率高说明做的有用功占做的总功的比值大，不能说明做的有用功的多少，故A错误；
热机的效率表示有用功占总功的比例，由题干知甲的效率比乙低，但不知道有用功的大小，因此不能确定热机消耗燃料的多少，故B错误；
甲的效率低，说明做相同的有用功时，甲热机消耗的燃料多，故C正确；
甲的效率比乙的低，说明做相同的有用功时，甲热机消耗的燃料比乙的多，则甲损耗的能量比乙的多，故D错误。
二、填空题（共4题）
7. 【答案】 的焦炭完全燃烧时所释放出的热量是 ；
【解析】已知焦炭的热值为 ，它表示的意思是 的焦炭完全燃烧时所释放出的热量是 ；
完全燃烧 焦炭放出的热量：
。
8. 【答案】；
【解析】水吸收的热量：，
由题知，；由 得完全燃烧天然气的体积：。
9. 【答案】热值
10. 【答案】内；；
【解析】可燃冰在然烧时，内部的化学能转化成内能；
“可燃冰”完全燃烧放出的热量：
；
由 得需要天然气的体积：
。
三、实验题（共1题）
11. 【答案】
(1) 甲、乙；偏小
(2) i 甲、丙
ii 液体升高的温度
iii ；；
【解析】
(1) 由控利变量法知应选甲和乙；
由于燃料放出热量不能完全被液体吸收，所以测量值偏小。
(2) i 由控制变量法知应选甲和丙。
ii 燃料放出热量被液体吸收燃料，燃烧放出热量多少由液体升高温度反映。
iii 由图知， 加热时间长， 温度升高快， 的比热容比 大，因为上升相同温度 吸收热量比 多。
四、计算题（共2题）
12. 【答案】
(1)
(2)
【解析】
(1) 水吸收的热量：
。
(2) 天然气完全燃烧放出的热量：
，
则该燃气炉烧水时的效率：
。
13. 【答案】
(1)
(2)
(3)
【解析】
(1) 水吸收的热量：
。
(2) 烟煤完全燃烧放出的热量：。
(3) 热效率：。
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《热机效率和环境保护》教案
【教学目标】
1.知识与技能
①从能量转化的角度认识燃料的热值。
②常识性了解热机的效率及提高热机效率的途径。
2.过程与方法
用物理图表分析问题的能力，联系实际思考问题的能力.
3.情感态度和价值观
增强节能、环保意识
【教学重点】
燃料的热值
【教学难点】
热值概念的理解
【教学方法】
合作 探究 交流
【教学用具】
多媒体课件
【课时安排】
1课时
【教学过程】
一、创设情境 导入新课
复习巩固
1、什么是内燃机？
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
1、常见内燃机有哪些？
汽油机、柴油机
2、烧水做饭、火箭升空所需的能量来自什么？
来自煤、木柴、液态氢等燃料。
以此引入新课
2、探究新知
（一）燃料的热值
常见燃料的分类
固体燃料 如：干柴 煤等
液体燃料 如：汽油 柴油 酒精等
气体燃料 如：氢气 天然气等
燃料燃烧过程：燃料的化学能转化为内能
在20℃的室温下，向学生提供100kg开水，若用以下燃料，所需燃料质量相同吗？
燃料的热值
某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量（或体积）之比，叫做这种燃料的热值（用q表示）。
单位：焦每千克 焦每立方米
符号：J/kg 或 J/m3
物理意义：描述不同燃料完全燃烧放热本领的物理量。
质量为m的燃料完全燃烧释放出的能量：
Q=qm Q：燃料完全燃烧放出的热量
m：燃料的质量
q： 燃料的热值
体积为V的燃料完全燃烧放出的热量：
Q=qV Q：燃料完全燃烧放出的热量
V：燃料的体积
q： 燃料的热值
常见燃料的热值
干木柴的热值是q=1.2×107 J/Kg，其物理意义是什么？
表示：１kg的干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107 J。
烟煤的热值是q=2.9×107 J/Kg，其物理意义是什么？
表示：１kg的烟煤完全燃烧放出的热量是2.9×107 J。
热值是燃料的一种特性
与燃料的种类有关，与燃料的质量及是否完全燃烧无关。同种燃料的热值是定值，不同燃料的热值一般不同
在20℃的室温下，向学生提供100kg开水，估算所需干木柴、烟煤的质量？
解：水吸收的热量：
Q吸=cm水△t
=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（100℃-20℃）=3.36×107J；
所需木柴质量：
所需烟煤的质量：
例题：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。
已知：q=4.3×107J/kg m=4kg
求：Q
解：Q=qm
=4.3×107J/kg×4kg
=1.72×108J；
答：4kg柴油完全燃烧释放的热量是1.72×108J。
巩固练习
完全燃烧多少千克酒精能释放出9×106J的热量？
已知：Q=9×106J 酒精的热值：q=3.0×107J/kg
求：m
解：所需酒精质量：
（二）热机效率
汽车行驶，汽油的化学能能完全释放出来吗？燃烧放出的热量能全部被被有效利用吗？
热机燃料的能量主要走向示意图
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率
定义式：η=W有／Q放
各种热机的效率:
蒸汽机:6﹪~15﹪
汽油机：20﹪~30﹪
柴油机：30﹪~45﹪
讨论交流
提高热机效率的途径有哪些？
1、使燃料尽可能充分燃烧；
2、尽量减少各种热量损失；
3、在热机的设计和制造上尽量简化传动部分；
4、选用优良的润滑材料，减小摩擦。
议一议
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，这部分能量远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。21cnjy.com
（3）环境保护
汽车排放的大量尾气、燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物，会形成酸雨，危害植物，污染环境等。www.21-cn-jy.com
播放环境污染的视频
讨论：如何在保持工业发展，交通发达的同时，又能减少废气与粉尘的污染，提高空气质量，保护我们生存的家园？2·1·c·n·j·y
采取的措施：
1、减少煤、石油、天然气的使用，大力开展太阳能、水能、风能等清洁型能源；
2、大力植树造林、减少木柴的使用。
小知识
酸雨的危害
1.对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.
2.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长.
3.破坏土壤、植被、森林.
4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.
5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.
三、课堂小结
4、课堂练习：
1、2021年3月31日6时45分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将高分十二号02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。该火箭选择液态氢作为燃料是因为它具有（ ）
A．较大的比热容 B．较低的沸点
C．较大的热值 D．较高的凝固点
2、小轿车油箱中的汽油用去了一半，则剩下的汽油（ ）
A．热值和比热容为原来的一半
B．热值变为一半，比热容不变
C．热值不变，比热容为一半
D．热值和比热容都不变
3、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（ ）
A．某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
B．燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多
C．焦炭的热值是3.0×107J/kg，其值的大小和燃烧质量的多少无关
D．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲的热值一定比乙的大
4、关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高说明热机做功越快
B．新能源汽车的发动机的效率可达100%
C．做功冲程既存在化学能转化为内能也存在内能转化为机械能
D．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高
5、作业布置：
1、完成课后作业1—4题
2、完成本章练习
板书设计
13.4 热机效率和环境保护
（一）、燃料的热值及意义
（二）、常见燃料的热值
（三）、热值的单位及计算公式
（四）、热机的效率
（五）、环境保护
【教学反思】
《热机效率和环境保护》本节阐述了有关燃料的热值，热机效率等物理概念，还涉及了科技发展史（热机的发展），化学知识（酸雨的形成和生物的影响），环境保护（大气污染）等方面的内容。通过具体分析，使学生认识到在利用燃料内能方面，也不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面，因此要建立热机效率的概念，并与机械效率作联系和类比。使学生了解内燃机的发展对人类进步起到的作用，同时要使学生认识到它给环境带来的污染问题。
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热机效率和环境保护
沪科版九年级物理第十三章第4节
1、什么是内燃机？
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
2、常见内燃机有哪些？
汽油机、柴油机
3、烧水做饭、火箭升空所需的能量来自什么？
来自煤、木柴、液态氢等燃料。
温故知新
常见燃料的分类
固体燃料 如：干柴 煤等
液体燃料 如：汽油 柴油 酒精等
气体燃料 如：氢气 天然气等
燃料燃烧过程：燃料的化学能转化为内能
燃料的热值
固体燃料
液体燃料
气体燃料
煤
酒精
天然气
若用这些燃料加热相同质量的水，需要燃料的多少一样吗？
(为什么提供相同的能量)不同燃料所需的量不同？
质量相等的不同燃料(种类)在完全燃烧时所放出能量的本领不同。
燃料的热值
某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量（或体积）之比，叫做这种燃料的热值（用q表示）。
单位：焦每千克 焦每立方米
符号：J/kg 或 J/m3
物理意义：描述不同燃料完全燃烧放热本领的物理量。
燃料的热值
质量为m的燃料完全燃烧释放出的能量：
Q=qm Q：燃料完全燃烧放出的热量
m：燃料的质量
q： 燃料的热值
体积为V的燃料完全燃烧放出的热量：
Q=qV Q：燃料完全燃烧放出的热量
V：燃料的体积
q： 燃料的热值
燃料的热值
煤油 4.6×107
木炭 3.4×107
汽油 4.6×107
无烟煤 3.4×107
氢气 14.3×107
石油 4.4×107
焦碳 3.0×107
天然气 4.4×107
柴油 3.3×107
烟煤 2.9×107
煤气 4.2×107
酒精 3.0×107
干木柴 1.2×107
气体
液体
固体
常用燃料的热值（单位：J/kg）
燃料的热值
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
1.不同物质的热值一般相同吗？
2.有没有不同物质热值相同的？
3.酒精的热值是多少？它的物理意义是什么？
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
想一想
在20℃的室温下，向学生提供100kg开水，估算所需干木柴、烟煤的质量？
解：水吸收的热量：
Q吸=cm水△t
=4.2×103J/（kg ℃）×100kg×（100℃-20℃）=3.36×107J；
所需木柴质量：m木柴=
所需烟煤的质量：m煤=
燃料的热值
例题：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。
已知：q=4.3×107J/kg m=4kg
求：Q
解：Q=qm
=4.3×107J/kg×4kg
=1.72×108J；
答：4kg柴油完全燃烧释放的热量是1.72×108J。
燃料的热值
根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？
若用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1.4×108 J/kg
干木柴的热值1.2×107 J/kg
放出热量 Q = qm =1.4×108 J/kg× 10×103 kg =1.4×1012 J
需要干木柴
约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量。
巩固练习
1、关于燃料的热值正确的是（ ）
A．燃料的热值与燃料的燃烧程度有关
B．燃料的热值与燃料的种类有关
C．燃料的热值与燃料的多少有关
D．燃料的热值与上面三个因素都有关
小试牛刀
B
2、氢的热值是1.4×108J/kg，其物理意义是：_____________
____________________________，长征五号火箭用-250℃的液态氢作燃料，这是由于它的_______比较大。
小试牛刀
每千克氢完全
燃烧时放出的热量是1.4×108J
热值
热机的效率
汽车行驶，汽油的化学能能完全释放出来吗？燃烧放出的热量能全部被被有效利用吗？
热机燃料的能量主要走向示意图
热机的效率
热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。
热机的效率
1、定义：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，叫作热机的效率。
2、公式：
3、意义：热机的效率是热机性能的重要指标。
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
常见热机的效率
讨论交流
提高热机效率的途径有哪些？
1、使燃料尽可能充分燃烧；
2、尽量减少各种热量损失；
3、在热机的设计和制造上尽量简化传动部分；
4、选用优良的润滑材料，减小摩擦。
想一想、议一议
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，这部分能量远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。
环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题：
汽车排放的大量尾气、燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物，会形成酸雨，危害植物，污染环境等。
讨论：如何在保持工业发展，交通发达的同时，又能减少废气与粉尘的污染，提高空气质量，保护我们生存的家园？
采取的措施：
1、减少煤、石油、天然气的使用，大力开展太阳能、水能、风能等清洁型能源；
2、大力植树造林、减少木柴的使用。
环境保护
1.对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.
2.引起河流、湖泊的水体酸化,严重影响水生动植物的生长.
3.破坏土壤、植被、森林.
4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.
5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.
酸雨的危害
小知识
课堂小结
热机的效率
燃烧的热值
热机的效率
定义
提高途径
定义
单位
计算公式
大显身手
1、2021年3月31日6时45分，我国在酒泉卫星发射中心用长征四号丙运载火箭，成功将高分十二号02星发射升空，卫星顺利进入预定轨道。该火箭选择液态氢作为燃料是因为它具有（ ）
A．较大的比热容 B．较低的沸点
C．较大的热值 D．较高的凝固点
C
大显身手
2、小轿车油箱中的汽油用去了一半，则剩下的汽油（ ）
A．热值和比热容为原来的一半
B．热值变为一半，比热容不变
C．热值不变，比热容为一半
D．热值和比热容都不变
D
大显身手
3、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（ ）
A．某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
B．燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多
C．焦炭的热值是3.0×107J/kg，其值的大小和燃烧质量的多少无关
D．甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲的热值一定比乙的大
C
大显身手
4、关于热机，下列说法正确的是（ ）
A．热机的效率越高说明热机做功越快
B．新能源汽车的发动机的效率可达100%
C．做功冲程既存在化学能转化为内能也存在内能转化为机械能
D．在做功同样多的情况下，消耗的燃料越多，热机的效率越高
C
1、完成课后作业1~5题
2、完成本章练习
作业布置
再 见
