14.2 热机的效率 课件 (共20张PPT)2023-2024学年人教版物理九年全一册

(共20张PPT)
第2节 热机的效率
第十四章 内能的利用
人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧水。在现代社会，人类所用的能量很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。生活中我们可以使用哪些燃料？该如何分类？
固体燃料
液体燃料
气体燃料
木炭、煤等
汽油、酒精等
煤气、天然气等
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3.知道热机效率，能说出提高机械效率采取的措施
任务一
燃料的热值
活动1：燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等；液体燃料有汽油、酒精等；气体燃料有煤气、天然气等如下图。
问题：根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同 找出事实来支持你的观点。
【参考答案】相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的
例：相同质量的木柴和煤加热相同质量的水，水温度上升的不同；
或者加热相同质量的水至沸腾使用的木柴和煤的质量不相同。
活动2：分小组设计一个实验方案来探究不同燃料燃烧时的放热的本领。
1．实验方案：
方案1：水的质量一定，燃料的质量一定，通过比较水的温度升高多少来确定燃料放热本领。
方案2：水的质量一定，水的温度升高多少一定，通过比较消耗燃料质量多少来确定燃料的放热本领。
2．实验方法：控制变量法和转化法
3．实验装置如图甲乙。
活动3：自主阅读教材P22-23的相关内容，再观察下面的热值表，回答相关问题。
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg
烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg
无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 氢 1.4×108J/kg
木炭 3.4×107J/kg 煤气 约3.9×107J/m3
酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3
1.发现：
①热值的大小只与燃料种类有关；
②不同燃料的热值一般不同；
③氢的热值最大。
2.热值的理解：
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量或体积、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
【参考答案】
问题1：说说你在表格中得到的发现，并小组交流分享你对热值的理解。
问题2：根据热值的定义，写出热值的公式，并思考在定义热值时，为什么要强调完全燃烧？
(1)固体燃料：q=；气体燃料：q=
(2)这是一种理想状态。1kg的某种燃料只有在完全燃烧时放出热量的大小才等于这种燃料的热值大小。
活动小结
1.热值：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
2.单位：焦每千克（J/kg）；焦每立方米（J/m3）
3.热值的公式 固体燃料：q=；气体燃料：q=。
4.热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量或体积、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
活动: 在生活中我们经常用煤气烧水，而煤气放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。
问题：
（1）请相互交流讨论利用煤气烧水时，有哪些能量损失
【参考答案】
（1）煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量:
（2）装水的容器吸收了一部分能量、煤气灶本身吸收一部分热量、高温的烟气带走了一部分能量、还有一部分能量散失掉了，只有水吸收的热量才是有效利用的。
任务二
热机的效率
（2）请讨论完成下面热机工作时的能量流向图并思考热机的效率能否达到100%？为什么？
燃料的内能
废气带走的能量
机械摩擦损失的能量
燃料不完全燃烧损失的能量
散热损失的能量
有用机械能
？
？
？
？
不能，在热机的工作过程中，热损失是不可避免的，即有效利用的热量总比燃料完全燃烧放出的热量少，所以热机效率总小于100%。
（3）我们知道机械效率的计算方法η=，请用类比的方法总结出热机的效率的表达式。
η=
（4）热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约资源，减少污染。那么如何提高热机的效率呢？
（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。
活动小结
1.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能量之比。
2.公式：
3.提高热机机械效率的方法。
η=
例题：王萌同学学习了有关的热学知识后，知道了水的比热容是4.2×103 J/（kg·℃），她想估算一下家中每天烧水、煮饭需要的热量。于是，她仔细地记录了烧水、煮饭所需的时间，并折算成烧水问题，相当于每天将质量为30kg、初温为20℃的水烧开。（在1标准大气压下）
（1）王萌同学家每天烧水、做饭需要多少热量？
（2）普通煤的热值为3.0×107 J/kg，按每块蜂窝煤含煤0.5 kg计算，她家每天实际用煤2 kg，推算她家供热系统的热效率。
（3）说明家用煤炉效率低的原因。
（4）家用煤炉除了热效率低以外，还有一个重大的问题是什么？
任务三
热机效率的计算
解：（1）Q吸=Cm（t1-t0）=4.2×103J/（kg．℃）×30kg×（100℃-20℃）=1.008×107J；
（2）由题意知：Q放=mq=2kg×3×107J/kg=6×107J；
（3）煤炭没有完全燃烧，热量散失到空气中；
（4）污染环境．
1.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 (　　 )
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料没燃烧时就没有热值
C.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料 的质量及燃料燃烧放出的热量无关
D.容易燃烧的燃料热值一定大
C
2. （多选）关于热机效率，下列说法正确的是 (　　 )
A.热机效率越高，即热机做的有用功多
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.提高热机效率，有利于环保减排
CD
3．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。
35%
4．已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。
（1）Q =mq= 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J
（2）m=
=
=40kg
总结：请画出本节内容的思维导图
热机的效率
燃料的热值
热机的效率
1.定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
2.物理意义：热值是燃料本身的一种特性
3.公式 固体燃料：q=；气体燃料：q=
4.单位：焦每千克（J/kg）；焦每立方米（J/m3）
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。
2.公式：η=
3.提高热机效率的方法：让燃料充分燃烧、减少热量损失。