14.2热机效率学案
一、学习目标
1．建立热值概念。知道热值是燃料燃烧放热的特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃烧放热的简单计算。
??2.了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率。
3 .重难点：热机的效率及影响热机效率大小的主要因素，提高热机效率的方法和意义。
二、学习流程
（一）热值
（1）燃料的热值：____________________________________。符号：______。
（2）单位：________________。气体燃料的热值单位：______________。
（3）热值的物理意义 ________________________ 。
干木柴的燃烧值是1.2×l07焦/千克物理意义是_______________________________。
（4）公式：________________________
阅读常见燃料的热值表，读出常用燃料的热值，表中热值最大的燃料是______________
例题：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。
（二）热机效率
在人类历史上，发现内能可以做功并制造出了热机，人们开始大量使用热机，包括蒸汽机，蒸汽轮机，汽油机，柴油机，喷气发动机等，但是它们的性能是不一样的。也就是说使用相同的内能所获得的机械能是不一样的。那么在物理当中是用什么来衡量热机的性能的呢？
在汽油机中，燃料释放的能量全部都用来做有用功了吗？现在看到课本图16-4-6，我们把燃料所释放出的热量看做是100﹪，其中气缸在排气冲程排除的废气的温度很高，带走了33﹪到35﹪的热量，为了保证气缸的使用寿命，在连续工作时需要不断用水来冷却缸体，冷却水带走了30﹪到32﹪的热量，另外克服气缸活塞与缸壁的摩擦做功也需要消耗热量，缸体对外热辐射时也要散失热量，二者之和占总热量的7﹪到9﹪，这样算下来只剩下25﹪到30﹪的热量以有用功的方式输出，转化为我们需要的机械能。
从上面来看，热机中燃料燃烧放出的热量只有其中一部分是用来做有用功的.
1.热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题。 热机效率是热机性能的一个重要指标。
(1)概念：热机的效率：________________________________________。
(2) 公式：___________________________________________.
练习：
例1：在观察水的沸腾实验中，用酒精灯将杯中230g，60°C的热水加热到沸腾，共用去2.5g的酒精，问：酒精完全燃烧所释放的热量中有百分之几被水吸收？
解：
例2：一载重车在一段平直的高速公路上行驶10.08km，所用的时间是8min，消耗的燃油是3L（假设燃油完全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为63kw,燃油的密度是0.8×103kg/m3，热值为3.15×107J/kg.问：
汽车行驶的速度
汽车行驶过程中的牵引力
汽车发动机的效率
解：
2. 分析课本139页图16.4－6的热机燃料燃烧能量走向示意图讨论如何提高热机效率的效率？
方法：_______________________________、_________________________________、_________________________________。
提问：（1）你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看
不同的热机的效率一般不同，那么想一下热机效率会不会达到100﹪？
（2）机械效率和热机效率是不是一回事？
（三）改变世界的热机
热机使人类摆脱了繁重的体力劳动，促使了生产力的发展，带来了工业革命，现代社会在交通运输，电力工业中都离不开热机，对热机的研制和改革将会进一步推动社会生产力的发展。
练习1：
1、 燃料的燃烧放出热量的多少跟燃料的________ 、________ 和燃料的__________都又关系。人们把1kg某种燃料_______所放出的热量叫这种燃料的______，并用符号________来表示。在国际单位中，它的单位是_______
2、无烟煤的热值是3.4×107J/kg,其物理意义_____________________________________。
3、完全燃烧5kg的汽油，放出的热量为__________________J .
4、在热机的各种能量损失中，_________带走的能量最多，设法利用________的能量，是提高燃料利用率的主要措施。
5、为了取得和应用内能，在燃烧煤和石油等燃料是，它们排放的_____________是大气污染的主要来源。
三、练习检测
1.柴油的热值是4.3×107J/kg，它的物理意义是 _______________ ， 完全燃烧3kg柴油能释放出 ___ 热量。
2.酒精的热值是3.0×107J/kg，酒精灯丽装有20g酒精，若燃烧掉一半，放出的热量是 ，剩余部分酒精的热值是 。
3.现在火箭中用液态氢作燃料，是因为它具有（ ）
A.较小的密度 B.较小的比热容 C.较低的沸点 D.较大的热值
4. 燃料的燃烧是一种__________变化；在燃烧过程中，燃料的__________能转化为_____能。
5.10千克汽油完全燃烧放出4.6×108焦的热量，则汽油的燃烧值为_________焦耳/千克。 6.热机工作时会产生_______，干扰人们的正常工作和生活，同时会排出 ____ 污染大
气。
7.无烟煤的热值是3.4×107J/Kg，表示的意义是 ________________ 。如要获得1.7×108J的热量，需要完全燃烧 Kg无烟煤。
8. 一台柴油机的热机效率为25%，表示的意思是 那部分能量在 能量中占 。用这台柴油机工作时，完全燃烧2Kg的柴油可做有用功 J。（柴油的热值为4.3×107J/Kg）
9. 1.燃烧甲、乙两种燃料，甲放出的热量比乙多，则( )
A.甲的质量一定大 B.甲的热值一定大
C.甲的比热容一定大 D.条件不足无法判断
10.下面现象中，属于内能转化为机械能的现象是( )
A.两决块相互摩擦，冰块熔化 B.水蒸气推动活塞做功
C.压缩气体，温度升高 D.用太阳灶烧水
11.煤的热值大于干木柴的热值，这里是指( )
A.煤比干木柴含有的热量多一些 B.烧煤比烧干木柴产生的温度高一些
C.烧煤比烧干木烧产生的热量多一些 D.要使它们放出相同热量，烧煤质量较少
12.不属于大气污染主要来源的是( )
A.家庭炉灶和取暖设备 B. 大型机电排灌站
C.工业企业(包括火电站、钢铁厂、化工厂等)
13. 两种燃料的燃烧值之比为2:1，它们的质量之比为1:4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为( )
A.1:2 B.2:1 C.8:1 D.4:1
14.为了提高热机效率，可采取的措施是（ ）
A．采用热值高的燃料 B．降低热机功率
C．保证良好的润滑减少摩擦 D．以上措施都可以
15.一台大型推土机的推力约为3×104N，匀速推着土总行程达10km，消耗柴油约30.3kg,求推土机上装的柴油机的热机效率。
16.已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧500g汽油，求：(1)燃烧汽油产生的热量是多少?(2)若这些热量的50%被水吸收，使水温从20℃开始，升高了40℃，则水的质量是多少?
17.用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时。15min可使质量为4Kg、温度为23℃的水沸腾，该城市水的沸点为93℃，求：
⑴ 水吸收的热量；
⑵ 若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？
第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
一、教学目标?
1、知识与技能
? 经历“燃烧燃料释放热量的分配”的过程，感受到转化为机械能的内能只是一部分，形成正确的世界观
2、过程与方法
通过与机械效率的对比，了解热机的效率，感悟到效率是评价投入、产出比的基本方法，并了解不同热机的效率值；
3、情感、态度与价值观
了解热机的使用对社会的贡献与带来的环境污染，感受到自然科学的发展和先进技术的应用在推进社会发展的同时，也造成了环境污染。
二、教学重点
建立热机效率的概念。
三、教学难点
理解环境污染与热机使用的关系；热机效率的运用。
四、教学过程
（一）复习引入
1． 叫机械效率。
2．内燃机是将 能转化成 能。内燃机一个工作循环的四个冲程依次为 冲程、
冲程、 冲程和 冲程。
3．在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了？
4． 叫做热机的效率。
（二）燃料的热值
1、某种燃料完全燃烧放出的能量（热量）与其质量之比，叫做这种燃料的热值（heat value），热值用q表示。
2、单位：J/Kg 或
3、公式：Q = mq或：Q = Vq
其中：燃料完全燃烧释放的热量为Q、燃料的质量为：m、燃料的热值为q；那么V则应该是燃料的体积、此时燃料的热值仍然是q，可是此时因为体积单位为：（米的立方），则燃料热值此时单位为：。
敬请同学们看教材23页的小资料一些燃料的热值。哪种燃料的热值最好，燃烧这些燃料在实际中是否能充分的利用而没有浪费掉？为此我们下面来学习热机的效率
（三）热机的效率
1．交流讨论：热机里的能量转化。
利用想想议议的图14.2-2在内燃机里，燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
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。
由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。
即热机工作时的能量的损失
①燃料未完全燃烧
②废气排出带走能量
③克服磨擦，消耗能量（由于机械传动等要克服摩擦也要消耗能量）
④热机本身发热带走一部分能量。
2．热机的效率定义是：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。
即（1）热机的效率为：，其中W有用指用来做有用功的能量，Q总指完全燃烧释放的能量。
看书P24一些热机的热机效率表，讨论这些热机中的能量转化情况。
（2）提高热机效率的主要途径：减少热机工作中的各种能量损失.
具体方法:首先要减少燃烧过程中的热量损失;其次是要尽量简化机械传动部分,并选用优良的润滑材料减小摩擦,以减少机械损失. 如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间;蒸汽类热机,常将煤研磨成粉状,用风吹入锅炉内燃烧.这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些.
即提高热机效率的途径：
（1）燃料尽可能燃烧
（2）尽量减少各类热量的损失
（3）在热机的设计和制造上，采取先进技术
（4）使用时，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功。
各种热机的效率:蒸汽机:6﹪~15﹪；汽油机：20﹪~30﹪；柴油机：30﹪~40﹪；飞机上的喷气式发动机：50﹪~60﹪
想想看：热机的效率能达到100 ﹪吗？为什么？
不能。因为热机在工作过程中一定有能量损失。
（四）改变世界的热机
看书P25第一、二自然段，说一说热机的发展过程。
（五）当堂检测
1．为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ ）
A．尽量使燃料充分燃烧 B．尽量增加热机的使用时间
C．尽量减少废气带走的热量 D．尽量减少热机部件间的摩擦
2．下列供热方式，最有利于环境保护的是（ ）
A．用煤做燃料供热 B．用石油做燃料供热
C．用天然气或煤气做燃料供热 D．用太阳能供热
3．关于热机，下列说法错误的是（ ）
A．热机性能好坏的重要标志之一是热机效率
B．在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率
C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
D．在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能
作业布置：p26页动手动脑学物理1-4
1、汽油的热值为，这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小；一个60kg的人，从大夏的1搂步行至第11搂（走了10层楼），每层楼的层高为3m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？
（六）课堂小结
分析及解答：由于计算功的公式为：，而60kg的人从1搂走到11搂所做的功是克服重力做的功为：，
有燃料燃烧放出的热量计算公式为：，如果燃料完全燃烧放出的热量要和这些功的数值相等则，即：，则需要的汽油质量为：
而39.13克的质量相当于生活中的一个鸡蛋的质量还不太足。
2、如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。
分析及解答：由于燃料完全燃烧放出的热量计算公式为：
所以由题意有：，
而，，
所以干木柴的质量应该是没有质量的
倍。
3、全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提高，全球每年可节约多少燃油？
分析及解答：每辆车每年有效耗油量（用于做有用功的油）
，
若热效率提高1%则每辆车每年的耗油量为：，
这样每辆车每年节约的油量为：，
全球总共节约油为：。
4、提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，不必展开陈述。
答:（1）提高热机效率可以降低能源消耗，降低的成本，提高经济效益，同时还可以大大地节约能源。
（2）保护环境、防止造成污染、减少资源的浪费
（七）布置作业
课本P26 1、3、4
五、板书设计
第2节 热机的效率
一．燃料的热值
1.定义: 燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，
2. 公式：
3．物理意义
?二.热机的效率
1. 定义
2. 效率低的原因
3. 如何提高效率
课件23张PPT。14.2热机效率它们都离不开燃料。
燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。固体燃料液体燃料气体燃料燃料可分为三种1.你知道的燃料有哪些,它们分别属于哪一类？ 常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。42.我们要烧开同一壶水，现有三种燃料：干草、木柴、煤炭，用哪种燃料用量最少？质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出能量的本领不同。(为什么提供相同的能量)不同燃料所需的量不同？5一、燃料的热值（笔记）1、定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（体积）之比叫做这种燃料的热值。
2、表示字母：q 3、单位：焦 /千克 ( J/kg )
焦 /立方米 （ J/m 3 )7观察热值表，你有什么收获？常用燃料的热值（单位：J/kg）（7.1~8.8)×1071.不同物质的热值一般相同吗？
2有没有不同物质比热值相同的？
3哪种物质的热值最大 ？它是多少？表示的物理意义是什么？4、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。910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B练一练5、热值的有关计算：（1）固体或液体燃料：
Q放 = mq
（2）气体燃料：Q放 = Vq1112例题：某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量，相当于多少kg柴薪完全燃烧放出的热量（q气为7.5×107J/m3，
q柴为107J/kg）
解：Q放=Vq气=4m3 ×7.5×107J/m3 =3×108J；
m=Q放/q柴=3×108J/107J/kg=30kg。
答：天然气完全燃烧放出热量是3×108J, 相当于30 kg柴薪完全燃烧放出的热量。
这些能量是否都转化成人们需要的了13燃料完全燃烧放出的能量废气带走的能量散热、克服摩擦损失机械能14化学能
（100﹪ ）内能机械能燃烧不完全损失的能量废气带走的能量克服摩擦损失的能量电流通过导线时发热损失的能量散热损失的能量发电机蒸气轮机锅炉散热损失的能量克服摩擦损失的能量电能（30﹪）火电站能流图由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。161、定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率，即：二、热机效率19燃料完全燃烧放出的能量废气带走的能量散热、克服摩擦损失机械能2、提高热机效率的方法：20（1）使燃料充分燃烧;
（2）尽量减少各种热量损失；
（3）利用废气的能量；（主要措施）（4）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：用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃.天然气热值3.2×107J/m3求
（1）天然气完全燃烧放出热量
（2）水吸收的热量
（3）天然气灶的效率23下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ）
A．减少各种热损失
B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站
D．采取少消耗总能量的办法D
