14.2热机的效率（教案+同步习题）

热机的效率教案
课 题 热机的效率
教学目标 1.知道什么是燃料的热值，会能简单计算某种燃料完全燃烧放出的热量 2.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率
教学过程
1.热机是利用 来做功，把内能转化为机械能的机器。热机的种类： 、 （汽油机和柴油机）、汽轮机、喷气发动机等 2、内燃机活塞在汽缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做 。四冲程内燃机包括四个冲程： 、 、 、 。 3.在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复 次，做功 次。在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程（吸气冲程、压缩冲程和排气冲程）是依靠飞轮的 来完成的。其中压缩冲程将 能转化为 。做功冲程是由 转化为 能。 答案：1.内能 蒸汽机 内燃机 一个冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 3. 2 1 惯性 机械 内 内 机械 精讲1 燃料的热值 【创设情境】无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的，火的利用给人类社会带来了进步。时至今日，我们的日常生活都离不开燃料的帮助。例举一下生活中我们可以使用哪些燃料烧开一壶水？这些燃料可以如何分类？ 燃料的种类很多,固体燃料有木柴. 煤等,液体燃料有汽油.柴油等, 气体燃料有煤气.天然气等。 【过渡问题】生活中的燃料很多，我们在日常生活中用来取暖和煮饭的燃料也在发生巨大的变化，木柴.煤炭.液化石油气.煤气.天然气等，为什么会出现这样的变化呢？ 思考： 1.5kg的木材和10kg的木材燃烧时放出的热量是否相同？ 这说明什么？ 2.根据生活经验判断相同条件下，1kg木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？ 3.烧开同一壶水，用干木柴和天然气所需的燃料多少一样吗？ 4.5kg的木材完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？ 燃料燃烧放出的热量与燃料的 .燃料的 .燃料 （是否完全燃烧）有关 【过渡问题】相同条件下，1kg木柴和1kg煤，1kg煤能烧开更多的水，这说明不同的燃料燃烧放出的热量不相同，我们该怎样比较不同燃料燃烧时这种放热性能优劣？ 【类比复习】如何比较不同的物质吸热能力的不同呢？课本中引入比热容：即1kg的某种物质温度升高1℃，所吸收的热量就是这种物质的比热容。那么把所有的燃料都取1kg，让他们完全燃烧，比较它们放出的热量的多少。 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的 。热值在数值上等于1kg 某种燃料 放出的热量。 Q = mq，其中m表示质量，单位是kg，q表示热值，单位是J/kg，Q表示燃料燃烧放出的热量，单位 是J，同样的原理，体积为V的某种燃料完全燃烧放出的热量：Q = Vq 【小资料】一些燃料的热值 燃料热值燃料热值干木材约柴油烟煤约汽油无烟煤约煤油焦炭氢木炭煤气约酒精沼气约
【例1】“可燃冰”作为新型能源，有巨大的开发潜力．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的（　　） 答案：C A.热量很大 B．温度很高 C．热值很大 D．比热容很大 【例2】氢能源具有来源广.热值高.无污染等优点．氢气的热值为14.3×107J/kg，完全燃烧0.5kg的氢气可放出______J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值______，有一杯水倒去一半后，它的比热容______。（填“变大”.“不变”或“变小”） 答案： 不变 不变 【变式1】一杯酒精用掉了一半，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 答案：D B.质量和密度变为原来的一半，比热容和热值不变 C.质量和热值变为原来的一半，密度和比热容不变 D.质量变为原来的一半，密度、比热容和热值不变 【变式2】在探究物质某些属性的实验中，有如图所示甲.乙.丙三套完全相同装置，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同。 （1）比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择 两图进行实验； （2）实验中，甲与丙的加热时间相同，目的是为了 。 最后发现丙图中的温度计示数较高，据此可得到的结论是 （3）该实验过程主要用到的两种物理研究方法是 和 。 （4）已知酒精的热值为3.0×107J/kg，完全燃烧10g酒精放出的热量为 J。 答案：（1）甲乙 甲丙 （2）使质量相同的水和煤油吸收相同的热量 水的比热容比煤油的大 （3）控制变量法 转换法 （4）3×105J 精讲2 能量利用效率 【想一想】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？ 所以，在烧水的过程中，被水吸收的热量与燃料完全燃烧放出能量的比值，称为热效率，我们用字母来表示：，表示有用的能量，表示燃料完全燃烧放出的总能量。 热机也有类似的情况： 在内燃机中，燃料燃烧产生的能量到哪里去了呢？ 热机是将内能转化为机械能的装置，在这个情景中，真正转变为对外做有用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。 热机的效率： 【议一议】 为了合理利用能源，人们一直都在努力提高热机的效率，汽油机的效率：20～30%，柴油机的效率：30～45%，都比蒸汽机的效率高，那么怎样提高热机的效率？ 燃料的利用使人类得到大量内能,但同时造成环境污染,尤其是热机的使用.因此,保护环境,控制和消除大气污染是必须重视的问题,请同学们课下收集如何控制和消除大气污染？ 提高热机效率的方法 1.使燃料 。 2.尽量减少 。 3.在热机的设计和制造上采用先进的技术； 注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量 【例1】下列有关热机的说法不正确的是（ ） 答案:C A.热机的工作过程是把燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程 B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性 C.可以采用增大热机的热功率的办法增大热机的效率 D.热机的大量使用会造成环境污染 【例2】某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25 ℃加热到100 ℃ ，燃烧了6kg的无烟煤。试求: 答案: 30.9% (1) 锅炉内200kg的水吸收了多少热量？ (2) 6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ (3)此锅炉的效率是多少？（无烟煤的热值是3.4×107J/kg） 【变式1】关于热机效率，下列说法中正确的是（ ） 答案:C
A. 热机效率越高，即热机做的有用功越多
B. 热机效率越高，即热机的功率越大
C. 要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑
D. 柴油机的效率比汽油机的大，是因为柴油的热值比汽油热值大 【变式2】近两年政府推出了“汽车下乡”.“小排气量购置税减半”等政策，极大的促进了汽车业的发展。 （1）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的 能转化为机械能，完全燃烧0.1kg的汽油能够获得 J的能量；（汽油的热值为4.6×107J/kg） （2）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 较大的特点. （3）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率η为 .汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，则燃烧质量为m.热值为q的汽油，能使汽车前进的距离s= 。（2分）（用前面给出物理量的符号表示距离） 答案：内能 比热容 30% 出题角度1：燃料的热值 【例1】.现代火箭用液态氢作燃料，是因为液态氢具有（　　） 答案：A A．较大的热值 B．较高的凝固点 C．较低的沸点 D．较大的比热容 【变式1】如图所示，甲、乙、丙三图的装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内液体的初温与质量也相同，不考虑热量损失。下列选择正确的是（ ） 答案：A
A．对比甲乙两图，如果燃料2的热值较高，最终乙图液体内能较大B．对比乙丙两图液体最终升温可以比较两种液体的比热容C．对比乙丙两图，如果液体b最终升温较高，说明燃料1的热值较大D．对比甲丙两图，如果液体b的比热容比液体a大，升高相同的温度，液体a需加热较长时间
出题角度2：热机的效率 【例1】关于热机的效率，下列说法中正确的是（ ） 答案：D A．热机做的有用功越多，热机效率一定高
B．热机的功率大，热机效率一定高
C．热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高
D．以上说法都不对 【例2】某热水器用天然气作燃料给水加热．已知天然气的热值为4.0×107J/m3，完全燃烧2.1m3的天然气可以获得____________J的热量；不计热量损失，这些热量可以使500kg的水温度升高________℃，这是用____________的方式改变了水的内能．[c水=4.2×103J/（kg ℃）]． 答案 8.4×107 40 热传递 【变式1】用天然气灶烧水，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容C=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为q=7.0×107J/m3，天燃气灶的效率为75%.求： （1）水吸收的热量？
（2）需要燃烧多大体积的天燃气？ 答案：（1）2.1×107J （2）0.4m3 一、燃料的热值 1.定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。 单位：J/kg或J/m3 热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料的质量及燃烧情况无关。 2. m千克热值为q的燃料完全燃烧时放出的热量：Q=mq 热机的效率 1.炉子的效率：水吸收的热量与燃料完全燃烧所放出的热量之比叫炉子的效率。 2.热机的效率：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热机的效率。 3.在内燃机中，燃料燃烧产生的能量转化途径 【A组】 1.关于热值下列说法正确的是（ ） 答案：B A．燃料的质量越大，则热值越大 B．一桶汽油用去一半，剩余汽油的热值不变 C．热值越大，燃料燃烧放出的热量就越多 D．燃料燃烧得越充分，热值越大 2.一桶汽油用掉一半，说法正确的是（ ） 答案：D A．比热容变为原来的一半 B．热值变以原来的一半 C．密度变为原来的一半 D．质量变为原来的一半 3.在汽油机的一个工作循环中，内能转化为机械能的是做功冲程；某品牌汽车行驶100公里消耗汽油7kg，这些汽油完全燃烧能放出 的热量。(汽油的热值q=4.6× 107J/kg) 答案：3.22×108J 4..生活中的热机是将内能转化为 的机器，一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功 次。若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是 J，柴油热值为4.3×107J/kg。 答案：机械能 30 8.6×107 5.某中学使用一种锅炉为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是 3×l07J/kg。 一次烧水完全燃烧了 8.4kg 的焦炭，将 200kg 的水从 25℃加热到 100℃，已知水的比热容是 4.2×103J/（kg ℃）。 （1）完全燃烧了这些焦炭放出的热量为多少耳？ （2）这些水烧开吸收的热量为多少耳？ （3）这台锅炉的热效率为多少？ 答案：（1）2.52×108 J （2）6.30×107 J （3）25% 【B组】 1.煤油的热值大于酒精的热值，下列说法中正确的是（ ） 答案：C A．煤油比酒精含有的热量多
B．燃烧相同质量的煤油和酒精，煤油放出的热量要多些
C．完全燃烧相同质量的煤油和酒精，利用煤油刚好能烧开一壶水，那么利用酒精则不能烧开这壶水（效率相同条件下）
D．通风条件越好，供氧越充足，两种燃料的热值就越大 2.下列说法正确的是（ ） 答案：B A. 热值与燃料的燃烧情况有关 B. 做功和热传递是改变物体内能的两种方式 C. 比热容与物体吸收或放出的热量有关 D. 固体很难被压缩，说明分子之间只有斥力的作用 3.如图是某内燃机能量流向图，该内燃机的热机效率是 。 答案：35% 4.实验装置如图所示，加热试管使水沸腾。对观察到的现象分析正确的是（ ） 答案：D A．玻璃管口冒出“白气”是汽化成的水蒸气 B．加热使水升温是通过做功的方式改变水的内能 C．小叶轮的转动说明永动机是可以实现的 D．小叶轮转动，水的内能转化为叶轮的机械能 5.太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小华家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息．
求：（1）水在10h内吸收的热量；
（2）太阳能热水器的能量转化效率． 答案：（1）2.1×107J； （2）70%． 6.学习了燃料的热值后，锐锐同学设计了一个实验来探究燃油和菜籽油的热值大小关系．
【实验名称】探究煤油和菜籽油的热值大小关系
【设计实验】
（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：先调整固定______的位置，再调整固定______的位置．（两空均选填“A”或“B”）
（2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的______ 、 ______ ．
【进行实验】他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1分钟记录了杯中水的温度（见下表）．
【实验结论】
（3）通过表中记录本的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是______ ．
【评估】
（4）该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量，并记录了数据、利用公式 Q吸=cm（t-t0）计算出了水吸收的热量，他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值．你认为他的计算结果可靠吗？______，为什么？① ______ ，② ______ ． 答案：（1）B A；（2）质量 水的初温；（3）煤油； （4）不可靠 燃料不可能完全燃烧 燃料放出的热量不能完全被水吸收
1.如图所示是A、B两种燃料完全燃烧释放的热量Q与其质量m的关系图，从图中可看出A燃料的热值________(填“大于”“小于”或“等于”)B燃料的热值．在标准大气压下，若一定质量的B燃料完全燃烧释放的热量为4.9×106 J，其中有60 %的热量被质量为10 kg、初始温度为38 ℃的水吸收，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，则水的温度将升高________℃. 答案：小于 62 2.木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料，对它们取不同质量进行完全燃烧得到了下表的数据。
(1)从表中的数据可以得到，相同质量的不同燃料，它们完全燃烧所释放的热量是_______的；对于同一种燃料，质量越大，完全燃烧所释放的热量越_______。
(2)从表中的数据还可以看出，对于同一种燃料________和_________的比值是不变的，这个不变的比值，反映了燃料本身的一种性质，物理学中把它称之为_________，它是用来描述燃料完全燃烧时，释放热量能力大小的物理量。
(3)完全燃烧0.01 m3的天然气放出的热量是________J，如果这些热量完全用于加热水，可使______kg的水温度升高10 ℃；实际加热这些水所燃烧的天然气比上述要多许多，原因是用燃气灶烧水时，除了水吸收的热量外，一部分传给了盛水的容器，另外一部分传给了_________(答一个即可)。[q天然气＝4.2×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(4)在烧水过程中，人们关心的是燃烧天然气所放出的热量中有多少被水吸收，为了衡量水吸收的热量在完全燃烧天然气放出的热量中所占比例，物理中引入________来描述，我们总是希望它的值越_______越好。 答案：（1）不同多（2）热量质量热值
（3）4.2×l0510 空气（或燃气灶）（4）效率大