14.2热机的效率（教学课件）(共28张PPT) -2023-2024学年九年级物理全一册

(共28张PPT)
热机的效率
人类在原始社会就知道燃烧木柴来取暖、烧饭。
钻木取火
用火烤肉
化学
内
　　木柴是燃料的一种，燃料能通过燃烧，释放出热量，即将燃料的_____能转化成___能。
　　在现代社会，人类依然离不开燃料，你生活中接触过、听说过哪些燃料？分别是用于哪方面的？
　　例：木柴——取暖、烧水、煮饭
固体燃料 液体燃料 气体燃料
　木柴、 　 煤等 　汽油、 　柴油、 　 酒精等 　煤气、
　天然气、
　沼气等
　　现代生活中，我们常用煤气烧水煮饭，而不再使用木柴；汽车选择汽油、柴油作为燃料，火箭选择液氢作为主要燃料。
　　在不同领域使用不同的燃料，这是为什么呢？和燃料自身某种性质有关吗？
提出问题
猜想与假设
　　相同质量（或相同体积）的不同燃料，通过燃烧释放的热量不同。
比较相同质量的酒精和木柴燃烧时放出的热量
实验
1．设计实验
（1）怎样比较放出热量的多少？
（2）本实验需要采用哪些实验方法？
　　给水加热，水升高的温度越大，说明水吸收的热量越多，即燃料放出的热量越多。
　　转换法，控制变量法。
实验
（3）实验步骤
　　①分别称取 5 g 的酒精（装入酒精灯中）和木柴。
　　②取两个相同的烧杯，分别倒入 200 g 的水。
　　③组装实验器材。
　　④在相同的环境中，记录两杯水的初温。
　　⑤点燃酒精和木柴给水加热。
　　⑥待酒精或木柴燃尽时，记录水的末温。
比较相同质量的酒精和木柴燃烧时放出的热量
1．设计实验
燃料 初温 t0/℃ 末温 t/℃ 水温的变化 Δt/℃
5 g 酒精 28 83 55
5 g 木柴 28 62 34
实验
2．实验数据
3．实验结论
燃烧相同质量的酒精和木柴，酒精放出的热量多。
比较相同质量的酒精和木柴燃烧时放出的热量
燃料燃烧时放出热量的多少
燃料的质量
燃料的种类（某种性质）
　　燃烧 1 kg 汽油，测得放出的热量为 4.6×107 J；燃烧 100 g 液氢，测得放出的热量为 1.4×107 J，则_____燃烧时的放热能力更强。
怎样定义一个物理量来描述燃料燃烧时的放热能力这一性质呢？
比值定义法——放出的热量与质量之比。
液氢
一、燃料的热值
　　（1）完全燃烧：燃料全部变成不可燃烧物，实际中很难达到。
　　（2）通过热值计算出的热量，是一个最大值。
　　3．注意：
　　2．热值在国际单位制中的单位：
焦每千克，J/kg。
　　1．热值的定义：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。
燃料 热值 燃料 热值
　 干木柴 约 1.2×107 J/kg 　 柴油 4.3×107 J/kg
　 烟煤 约 2.9×107 J/kg 　 煤油 4.6×107 J/kg
　 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 　 汽油 4.6×107 J/kg
　 焦炭 3.0×107 J/kg 　 氢 1.4×108 J/kg
　 木炭 3.4×107 J/kg 　焦炉煤气 约 1.7×107 J/m3
　 酒精 3.0×107 J/kg 　 沼气 约 1.9×107 J/m3
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
　 干木柴 约 1.2×107 J/kg 　 柴油 4.3×107 J/kg
　 烟煤 约 2.9×107 J/kg 　 煤油 4.6×107 J/kg
　 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 　 汽油 4.6×107 J/kg
　 焦炭 3.0×107 J/kg 　 氢 1.4×108 J/kg
　 木炭 3.4×107 J/kg 　焦炉煤气 约 1.7×107 J/m3
　 酒精 3.0×107 J/kg 　 沼气 约 1.9×107 J/m3
一些燃料的热值
　　热值是燃料的一种特性，同种燃料的热值是一定的，
与它的质量、燃烧情况无关。
燃料 热值 燃料 热值
　 干木柴 约 1.2×107 J/kg 　 柴油 4.3×107 J/kg
　 烟煤 约 2.9×107 J/kg 　 煤油 4.6×107 J/kg
　 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 　 汽油 4.6×107 J/kg
　 焦炭 3.0×107 J/kg 　 氢 1.4×108 J/kg
　 木炭 3.4×107 J/kg 　焦炉煤气 约 1.7×107 J/m3
　 酒精 3.0×107 J/kg 　 沼气 约 1.9×107 J/m3
一些燃料的热值
对某些气体燃料，　　　。
单位：焦每立方米（J/m3） 。
燃料 热值 燃料 热值
　 干木柴 约 1.2×107 J/kg 　 柴油 4.3×107 J/kg
　 烟煤 约 2.9×107 J/kg 　 煤油 4.6×107 J/kg
　 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 　 汽油 4.6×107 J/kg
　 焦炭 3.0×107 J/kg 　 氢 1.4×108 J/kg
　 木炭 3.4×107 J/kg 　焦炉煤气 约 1.7×107 J/m3
　 酒精 3.0×107 J/kg 　 沼气 约 1.9×107 J/m3
一些燃料的热值
物理意义：
1 kg 的柴油完全燃烧，放出的热量是 4.3×107 J。
燃料 热值 燃料 热值
　 干木柴 约 1.2×107 J/kg 　 柴油 4.3×107 J/kg
　 烟煤 约 2.9×107 J/kg 　 煤油 4.6×107 J/kg
　 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 　 汽油 4.6×107 J/kg
　 焦炭 3.0×107 J/kg 　 氢 1.4×108 J/kg
　 木炭 3.4×107 J/kg 　焦炉煤气 约 1.7×107 J/m3
　 酒精 3.0×107 J/kg 　 沼气 约 1.9×107 J/m3
一些燃料的热值
物理意义：
1 m3 的焦炉煤气完全燃烧，放出的热量约是 1.7×107 J。
燃料 初温 t0/℃ 末温 t/℃ 水温的变化 Δt/℃
5 g 酒精 28 83 55
　　1．已知酒精的热值是 3.0×107 J/kg，求 5 g 酒精完全燃烧放出的热量。
2．根据实验数据，求实验中 200 g 的水吸收的热量。
Q放 = qm酒精 = 3.0×107 J/kg×5×10－3 kg = 1.5×105 J
Q吸= cm水Δt = 4.2×103 J/(kg · ℃)×200×10－3 kg×55 ℃
= 4.62×104 J
计算与分析
没有完全燃烧损失的能量
被烧杯吸收的热量
散失到空气中的热量
3．水吸收的热量为什么小于酒精完全燃烧放出的热量？
Q放 = 1.5×105 J
Q吸 = 4.62×104 J
计算与分析
　　4．一位同学在家中用燃气灶烧水进行实验，用温度计测量水的温度，通过计算得到水吸收的热量是 2×105 J，通过煤气表得到消耗煤气的体积为 0.024 m3，则这些煤气完全燃烧放出的热量为_________J。（煤气的热值取 1.7×107 J/m3）
Q放 = qV煤气 = 1.7×107 J/m3×0.024 m3 = 4.08×105 J
4.08×105
计算与分析
5．之前实验中的加热装置与该燃气灶相比，哪个烧水的效率更高？
Q放1 = 1.5×105 J
Q吸1 = 4.62×104 J
Q放2 = 4.08×105 J
Q吸2 = 2×105 J
计算与分析
机械效率 烧水的效率
有用功
额外功
总功
水吸收的热量
燃料没有完全燃烧损失的能量、被容器等吸收的热量、散失到空气中的热量
燃料完全燃烧放出的热量
（　　 　　或　　 　　）
讨论：如何提高烧水的效率？
提高烧水的效率的方法：
被容器等吸收的热量
燃料没有完全燃烧损失的能量
散失到空气中的热量
①采用供氧、把固体燃料加工成小碎块等方法，使燃料燃烧更充分。
②使用比热容小的材料制造容器。
③增大受热面积。
④在由隔热材料建造的炉子中加热等。
想想议议
1．在汽车行驶过程中，内燃机中的燃料能够完全燃烧吗？
汽车排出的废气有汽油味，说明燃料不能完全燃烧。
①牵引汽车前进，转变为有用功的能量。
②排出的废气温度很高，带走了大部分能量。
③发动机需要冷却，冷却剂等吸收了部分能量。
④齿轮等机械间存在摩擦，克服机械传动的摩擦消耗的能量……
2．燃料燃烧释放的能量到哪里去了？
越大，说明这个内燃机的效率越高。
3．从能量流向的角度分析，怎样评价内燃机的好坏？
想想议议
燃料燃烧不完全损失的能量 E1
高温高压的燃气
机械摩擦损失
的能量 E3
散热损失、废气
带走的能量 E2
转变为有用功
的能量 E4
Q放 = qm
内燃机的能量流向
二、热机的效率
　　1．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。
机械效率 烧水的效率 热机的效率
　 有用功 水吸收的热量 有用功
总功 燃料完全燃烧放出的热量 燃料完全燃烧放出的热量
二、热机的效率
2．常见热机的效率
蒸汽机 6%~15%
汽油机 20%~30%
柴油机 30%~45%
想想议议
如何提高热机的效率？
①使燃料充分燃烧。
②尽量减少各种热量损失。
③在热机的设计和制造上提高技术水平和使用新材料。
④保证良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的能量。
　　设法利用废气的能量，提高燃料的利用率，也有助于节约能源，减少污染。如利用火电厂排出的废气供热。
1．燃料的热值
2．烧水的效率：
3．热机的效率：
（完全燃烧放出的热量与质量之比）
单位：焦每千克（J/kg）
对某些气体燃料：
，焦每立方米（J/m3）
　　利用家中的燃气灶将水烧开，以下三种方案，哪种效率最高？
　　①始终大火。
　　②始终中火。
　　③先中火，后大火。
怎样烧水更节能？
生活探究