14．2 热机的效率
【学习目标】
1．从能量转化的角度认识热值，并能进行相关的计算。
2．通过能量的转化与转移，认识效率，能计算热机的效率。
【重点难点】
1．认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。
2．认识热机的效率，能计算热机的效率。
学习内容一：燃料的热值
学习指导：阅读课本P22－P23的文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1．某种燃料完全燃烧所放出的热量与质量之比，叫做这种燃料的热值。
2．热值的单位由热量与质量的单位组合而成，在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，所以热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
3．酒精的热值是3.0×107_J/kg，它的物理意义是：1 kg酒精完全燃烧所放出来的热量是3.0×107_J。
【合作探究】教师巡视辅导。
1．说一说：在我们的家庭中，会使用哪些燃料？
答：煤、液化气、木柴等。
2．根据我们的生活经验想一想：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，所消耗的燃料的质量是一样多吗？
答：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，消耗的燃料的质量是不同的；
这说明什么？
答：这说明，不同的燃料，燃烧后放出的热量是不同的。
3．在物理学中，我们用热值的概念来表示这种差异。这种下定义的方法叫“比值法”。
4．阅读P23第二段的内容，归纳一下利用燃料的热值和质量，来计算燃料完全燃烧所放出热量的公式。(用Q放表示放出的热量，q代表燃料的热值，m代表燃料的质量)
答：Q放＝qm
5．如果是气体燃料，公式又是什么样的？
答：Q放＝qV
6．请写出这二个公式的推导式。
答：m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V。
7．在实际的燃烧过程中，燃料能否充分燃烧？如果不能则燃料的热值是否会发生变化？
答：热值是一个理论值，只有燃料充分燃烧，放出的热量才等于利用上述公式计算得出的热量。因为燃料不可能完全燃烧，所以放出的热量会比理论值稍小。但燃料的热值不会改变。
【展示交流】
请学生利用热值公式完成P26第1、2题，注意计算格式。
【精讲点拨】
1．热值只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧，燃料的质量、体积均无关系。
2．在计算燃料燃烧放出的热量时，热值与质量的单位必须是国际单位，计算的结果才是J，同理，在计算气体燃料燃烧放出的热量的时候，热值的单位应为J/m3，体积的单位应为m3，计算的结果才是J。
3．利用推导式m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V可以求出对应的燃料的质量、体积、热值 。
【即时练习】
1．关于燃料的热值，以下说法中正确的是( A )
A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
B. 容易燃烧的燃料，热值一定大
C. 煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D．放出热量多，热值就大
2. 一桶煤油用掉了一半，则剩下的煤油( D )
A. 密度和热值不变，比热容减为原来的一半
B. 比热容和密度不变，热值减为原来的一半
C. 热值和比热容不变，密度减为原来的一半
D. 密度、热值和比热容都不变
学习内容二：热机效率
学习指导：阅读课本P23－P24文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1．对于热机而言，燃料释放的能量一部分用来做功，一部分散失了。用来做有用功的那一部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机效率。
2．蒸汽机的效率只有6_%～15_%，汽油机的效率可以达到20_%～30_%，柴油机的效率可以达到30_%～40_%。
3．设法利用废气带走的热量，是提高燃料利用率的重要措施。
【合作探究】教师巡视辅导。
1．我们在用煤气烧水的时候，煤气能否充分燃烧，煤气燃烧放出的热量能否都被水吸收？
答：煤气不能充分燃烧，燃烧放出的热也不能完全被水吸收。
2．阅读课本P24“想想议议”，回答相关问题。
答 ：燃料燃烧放出的热量，一部分直接散失到空气中去， 一部分被废气带走，只有一小部分用来做有用功了。
3．在八年级，我们学习了机械效率，那么我们能不能用类似的方法来计算出内燃机的效率呢？在内燃机的效率问题中，什么相当于有用功？什么相当于总功？推导出相关公式。
答：内燃机对外做的功相当于有用功，燃料燃烧放出的热量相当于总功。
η＝W有用/Q放
4．在问题1中，如果要计算煤气烧水时的效率，公式是什么样的？讨论后推导之。
答：η＝Q吸/Q放
5．热机的效率是热机性能的重要指标，提高热机效率有何意义，怎样提高热机效率？
答：提高热机效率可以节省燃料，减少污染。提高热机效率的方法：1.尽量使燃料充分燃烧；2.设法利用废气带走的热量 。
6．阅读P25“从火车到火箭”，了解人类运输工具的进步。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1．为了提高热机的效率，在大型火力发电站，人们常常利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
2．在计算热机效率的时候，一般先利用公式Q放＝qm 或Q放＝qV 计算出燃料完全燃烧放出的热(这相当于机械效率中的总功) 再利用W有用/Q放＝η 或Q吸/Q放＝η计算出热机的效率。
【即时练习】
1．完成课本P26第3、4题。
2．据估计，全国一年可产生城市生活垃圾约5.6×108 t，焚烧生活垃圾释放的热量为我所用，是综合利用垃圾的一种方法。若燃烧1 t生活垃圾可以放出1.176×1010 J的热量，问：(1)这些热量相当于完全燃烧多少焦碳产生的热量？(2)这些热量可以将多少 kg的水由20 ℃加热到沸腾？
【当堂练习】见训练案基础部分
课件15张PPT。第十四章 内能的利用§14.2 热机的效率燃料热值的理解
(1)燃料的热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
(2)“某种燃料”说明热值与燃料的种类有关。确定的燃料才有确定的热值，不同的燃料一般有不同的热值。
(3)“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。1 kg的某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量才是这种燃料的热值，如果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算出的热量要小。
(4)热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能本领的大小，也就是说，它是燃料本身的一种性质。易混点：热值概念的理解
易混点辨析：热值是燃料本身的一种性质，热值的大小与燃料的种类有关，每种燃料都有确定的热值，不同的燃料有不同的热值。所以，燃料的热值只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系。【例】现有一瓶液体燃料，若倒掉一半后完全燃烧，则( )
A．热值减半，放出的热量减半
B．热值减半，放出的热量不变
C．热值不变，放出的热量减半
D．热值不变，放出的热量不变【解析】燃料的热值是燃料本身的一种性质，与燃料的质量、体积等没有关系，不随质量、体积的变化而变化。由于液体燃料的热值不变，则液体燃料的质量减半后，由Q放＝mq可知，剩余燃料完全燃烧放出的热量减半。答案：C1．某种燃料______燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，用符号____表示。热值的单位是________，符号是_______。
2．热值是燃料的一种特性，不同的燃料热值一般_______(选填“相同”或“不同”)。
3．燃料完全燃烧时的放热公式为Q＝qm。
4．用来做________功的那部分能量与燃料完全燃烧时所放出的能量之比，叫做热机的效率。完全q焦每千克J/kg不同有用知识点1 燃料的热值1．关于燃料的热值，以下说法中正确的是( )
A．燃料的热值与燃料的种类有关，与燃料的质量和燃烧状况无关
B．燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值
C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小A2．(2014，广东)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D知识点2 热机的效率3．热机的效率高，它表明这台热机( )
A．燃料燃烧放出的热量多
B．做的功多
C．做功快些
D．用来做有用功的热量跟燃料完全燃烧放出热量的比值大D4．如图所示为某品牌内燃机工作过程中能量流向扇形图，则该热机的效率为( )
A．38% B．30%
C．22% D．8%A5．下列提高热机效率的措施中，可行的是( )
①改进结构，尽量使燃料完全燃烧
②合理使用，尽量减少输出功率
③加强保养，尽量减小摩擦
④设法利用废气的能量
A．①③ B．①② C．②④ D．③④A6．如图所示是完全燃烧A、B两种燃料的质量与放出的热量的图象，由图象可知，A、B两种燃料的热值大小关系是( )
A．qAC．qA>qB D．无法比较C7．火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有( )
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C8．区别煤质优劣最科学的办法是检测下列哪个物理量( )
A．比热容 B．密度
C．热值 D．温度9．天然气、煤气的热值和价格如表所示，在相同条件下使用________(选填“天然气”或“煤气”)更经济。小明家一个月用去70元的煤气费，则小明家一个月所用煤气完全燃烧放出的热量为_____________。C天然气1.95×109J10.如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量都是10 g，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)水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，它的物理含义是_____________________________________________________。
(3)酒精的热值为3.0×107 J/kg，完全燃烧10 g酒精放出的热量为__________J。甲、乙甲、丙1kg水温度升高(或降低)1℃所吸收(或放出)的热量为4.2×103J3.0×10511．(2014，兰州)水壶里装有2 kg、20 ℃的水，用天然气炉具将其加热至沸腾，已知天然气的热值为8×107 J/m3，大气压强为1标准大气压，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)。求：
(1)烧开这壶水，水需要吸收多少热量？
(2)若烧开这壶水消耗的天然气是0.021 m3，则天然气炉具的效率是多少？解：(1)Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103 J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105 J 12.(2014，呼和浩特)2013年CYCC中国房车锦标赛分站赛于7月5日至7月7日在鄂尔多斯国际赛车场举行。某一型号的房车在一段平直公路上匀速行驶了56 km，用时半小时，车的总质量为3×103 kg，受到的阻力为车重的。求：
(1)该房车的行驶速度。
(2)该房车牵引力所做的功。
(3)已知这一过程消耗燃油1.5×10－2 m3，则热机在这一过程中消耗的总能量(假设燃油完全燃烧，燃油密度ρ为0.8×103 kg/m3，燃油热值q为4.5×107 J/kg)。
(4)若将该房车改装成纯电动汽车，则可使二氧化碳排放量由每消耗1 kg汽油排放2.2 kg二氧化碳降为零。已知改装后的房车每行驶一百公里能耗为160 kW·h，求该房车的效率。(3)W总＝mq＝ρVq＝0.8×103 kg/m3×1.5×10－2 m3×4.5×107 J/kg＝5.4×108 J
