12.4+机械能与内能的相互转化（第2课时）（同步课件）（共42张PPT）

第十二章
江苏科学技术出版社
机械能
和内能
九年级物理上册
无论是玩具车还是汽车，都深深地吸引着我们.
为什么有的玩具车不使用电池，它也能向前跑?
为什么汽车要加注燃料后才能行驶?
为什么要向汽车发动机的水箱中加水?
… … … …
这其中的奥秘是什么呢？
发动机中的“秘密”
燃料的热值
四、机械能与内能的相互转化②
1
导入新课
一、热机的工作过程及其能量的转化
①热机：
②四冲程汽油机的工作冲程（按顺序）：
③做功冲程中发生的主要能量转化：
化学能
（燃料）
内能
（燃气）
做功
机械能
把内能转化为机械能的机器叫热机。
燃烧
排气冲程
做功冲程
压缩冲程
吸气冲程
复习
液态氢气储罐
为什么发射火箭上天要用液态氢气、氧气做燃料？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？
第4节机械能与内能的相互转化②
2
学习新课
1. 人类从燃料的燃烧获取内能
人类在原始社会中知道燃料柴薪取暖
汽油燃烧，获取内能，
转化为车的机械能
蒸汽机靠煤炭的燃烧获
取内能，转化为机械能
天然气燃烧，获取内能
喷气式飞机发动机用航空煤油做燃料。靠燃料燃烧时产生的气体向后高速喷射的反冲作用使飞机向前飞行。
火箭升空靠液态氢气与氧气的燃烧获取内能。
2. 燃料的种类
想想议议
你能举出生活中常见的一些燃料吗？
煤气 天然气
木柴 煤炭
酒精汽油
燃料燃烧时放出的热量与哪些因素有关？
质量相等的不同燃料，完全燃烧时放出的热量不等。
请你观察下图，看看可得出什么结论？
12.8 比较质量相等的不同燃料
燃烧时放出的热量
活 动
做一做
用天平测量出10g酒精和10g碎纸片，将其分别放入两个燃烧皿中，点燃后对质量相等的水(约200g)加热，使酒精和碎纸片充分燃烧，记录加热前后两支温度计的示数.
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A} 温度
燃料
加热前的
水温/℃
燃料燃烧尽
后的水温/℃
水温的
变化/℃
10g酒精
10g碎纸片
数据记录表格
相同质量的酒精与碎纸片充分燃烧后，烧杯中水温的变化一样吗？这说明了什么？
想一想
实验表明：相同质量的酒精与碎纸片燃烧后，酒精比碎纸片放出的热量 .
多
更多的实验表明：质量相等的不同燃料，完全燃烧所放出的热量一般是 (相同/不相同).
不相同
①定义
燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。
国际单位：焦每千克；符号：J/kg
1．燃料的热值（q）
热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
②物理意义
③单位：
定义式：
比值
定义法
q: 燃料的热值；
Q：燃料完全燃烧放出的热量；
m: 燃料的质量。
气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，叫做这种气体燃料的热值。
物理意义：
热值在数值上等于在标准状态下1 m3的气体燃料完全燃烧放出的热量。
定义式：
气体燃料热值的单位：焦/米3；符号：J/m3。
④气体燃料的热值
q: 燃料的热值；
Q：燃料完全燃烧放出的热量；
V: 燃料的体积。
2. 计算燃料完全燃烧时放出的热量
根据公式：
Q=????????
?
Q=????????
?
固、液体燃料
气体燃料
q=????????
?
q=????????
?
完全燃烧
放出的热量
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}

3. 一些燃料的热值表（单位：J/kg）
气体
液体
固体
煤油 4.6×107
木炭 3.4×107
汽油 4.6×107
无烟煤 3.4×107
氢气 1.43×108
石油 4.4×107
焦炭 3.0×107
天然气 4.4×107（J/m3）
柴油 4.3×107
烟煤 2.9×107
煤气 4.2×107（J/m3）
酒精 3.0×107
干木柴 1.2×107
观察一些燃料的热值表，你有哪些发现？
①不同燃料的热值一般不同。
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。
②氢的热值最大:
为什么发射火箭要用氢做燃料？
氢气热值1.43×108J/kg
发射卫星的火箭采用液态氢作为火箭的燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。
想一想
【例题1】计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？
（氢气热值1.4×108J/kg ，干木柴热值1.2×107J/kg）
Q氢放 =q氢m氢
= 1.4×108J/kg×10×103 kg
= 1.4×1012J
　大约需要120吨的干木柴。
m木=????放????木
?
=1.4×1012?J1.2×107?J/????????
?
=1.2×105?kg= 120?????
?
【例题2】为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和碎纸片完全燃烧。
（1）小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整。
（2）实验后小明根据实验数据利用公式 Q=cmΔt算出了水吸收的热量，结合“10g酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠? __________ 请说明理由：_______________。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}燃料
加热前的
水温/℃
①__________
10g酒精
②________
解析见下页
（1）小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整。
{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}燃料
加热前的
水温/℃
①__________
10g酒精
②________
（1）据q= Q放/m可知，为比较酒精和碎纸片m这两种燃料的热值，可控制这两种燃料的质量m相等，通过比较Q放的多少来比较q的大小；而Q放是不好直接测量的，但在烧杯相同、烧杯中水的质量相等的条件下，Q放越多，水吸收的热量 Q吸也越多，水升高的温度Δt就越大，故可通过比较Δt的大小来比较q的大小；
因为Δt=t- t0，所以表格中①的内容应是“加热后的水温/℃”，
②的内容应是“10 g碎纸片”。
加热后的
水温/℃
10 g碎纸片
（2）由于在实验中水吸收的热量仅是酒精完全燃烧放出热量的一部分(另一部分被铁圈、石棉网、烧杯和空气等吸收了)，所以根据燃料热值的定义可知，小明的计算结果不可靠.
（2）实验后小明根据实验数据利用公式 Q=cmΔt算出了水吸收的热量，结合“10g酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠? ______
请说明理由：_______________。
不可靠
酒精完全燃烧放出的热量不能被水全部吸收
　　1. 煤、石油、天然气等化石燃料的广泛应用，加快了人类文明的进程，但同时也污染了环境，给人们的生活带来了危害。
化石燃料的燃烧与环境保护
2. 科学研究发现，自工业革命以来，由于人类大量燃烧化石燃料，大气中的 CO2浓度增加了31%，人们每年还在向大气排放约2.8×1010tCO2。由CO?等温室气体引起的温室效应正导致全球变暖。
3. 全球气候变暖威胁着人类的生存和发展。人们已经意识到环境保护的重要性。1992年6月4日，在巴西里约热内卢举行的联合国环境与发展大会上通过了《联合国气候变化框架公约》。2005年2月16日，又一个重要的国际公约《京都议定书》正式生效。在此之后又相继召开了多次国际会议，越来越多的国家对保护地球环境达成共识，并积极采取行动.
4. 从数字看全球气候变化
5. 在环境保护措施中，人们对空气质量监测尤为重视。2012年，我国在环境空气质量标准中增加了“PM2.5”监测项目，这标志着我国对空气污染防治提出了更高要求.
PM2.5 监测PM的英文全称为Particu- late Matter(颗粒物)PM2.5是指大气中直径为2.5 μm及2.5 μm以下的颗粒物。每立方米空气中 PM2.5的含量越高，表明空气的此类污染越严重。
PM2.5主要来源于工业生产、交通运输等过程中使用化石燃料后排放的烟尘，大多含有重金属等有毒物质。医学认为，人体的生理结构决定了对粒径在2.5 μm 以下的细颗粒物，没有任何过滤、阻拦能力。吸入肺泡的细颗粒物会迅速被吸收，在不经过肝脏解毒的情况下直接进入血液循环，分布到全身。引发包括哮喘、支气管炎和心血管病等疾病。
3
课堂总结
①热值：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比。
是燃料的一种特性。
热值
③燃料完全燃烧放热：
q=????????
?
q=????????（气体）
?
②单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/ m3 ）
Q=????????
?
Q=????????（气体）
?
4
WHAT?WHY?WOW
5. 随着“西气东输”工程的实施，我国有些城市开始用天然气来取代煤气和液化石油气。请你查找相关资料，谈谈这样做有什么好处.
“西气东输”的主要输送对象是天然气，其三个主要用途，一是工业发电，二是化工原料，三是民用燃气。东西部能源拥有量和需求间有巨大落差，存在着大的“势能”，“西气东输”工程正是将这种“势能”释放出来的过程。因此“西气东输”工程不仅将使我国天然气在能源消费结构中的比重提高到 8%左右，改变天然气在我国一次能源构成中的比重不到3%，而世界平均水平已达23.8%的落后局面，而且西部供气地区和长江三角洲地区将直接从“西气东输”中受益，拉动了西部的经济发展，带动了全局性的产业升级。铺设这样一条长距离大口径的输气管道，既可加速改善东部地区的能源结构，也会有力拉动相关产业的发展，激活沿途省区天然气加工、石油化工、建材、钢铁、水泥、土建安装和机械、电子等行业的发展潜能，从而在全国形成最大的一块新的经济增长带.
农村家用沼气池生产的沼气主要用来做生活燃料。修建一个容积为6m?的沼气池，每天投人相当于四头猪的粪便发酵，它所产的沼气能解决四口人的家庭点灯、做饭的燃料问题。沼气还可以用于农业生产中，如温室保温、烘烤农产品、沼气防蛀、储备粮食、水果保鲜等.
第一，农村办沼气是解决农村燃料问题的重要途径之一，一户3~4口人的家庭，修建一口容积为6m?左右的沼气池，只要发酵原料充足，并管理得好，就能解决点灯、煮饭的燃料问题.
第二，农村办沼气可以改变农业生产条件，促进农业生产发展。
6. 查阅有关资料，谈谈对农村发展沼气的看法.
5
课堂练习
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。
1. 关于燃料的热值说法正确的是（ ）
A.燃料的热值与燃料的种类有关
B.热值在数值上等于1千克某种燃料燃烧时放出的热量
C.燃料的热值越大，燃烧时放出的热越多
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
A
2．小车油箱中的汽油用去了一半，则剩下的汽油（　　）
A．比热容和热值均不变
B．热值变为原来的一半，比热容不变
C．比热容和热值均变为原来的一半
D．比热容变为原来的一半，热值不变
A
小车油箱中的汽油用去了一半后，质量变小，由于物质种类不变，而比热容和热值都是燃料的一种特性，所以剩下汽油的比热容和热值均不变，故A符合题意，BCD不符合题意。
3. 航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（　 　）
A、较小的质量　 B、较小的密度　
C、较大的比热容　 D、较大的热值
D
航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料，是因为液态氢具有较大的热值，在质量相等时，完全燃烧放出的热量多。
4．已知天然气的热值为4.4×107J/kg，20g天然气完全燃烧放出的热量为________。若一罐天然气用去一半，则剩余天然气的热值________（选填“增大”“减小”或“不变”）。
8.8×105J
不变
20g天然气的完全燃烧放出的热量为
Q放 =qm = 4.4×107J/kg×20×10-3 kg= 8.8×105J
热值是燃料的特性，和质量无关，剩余天然气的热值不变。
5．“可燃冰”主要成分是甲烷，可直接点燃，燃烧后几乎不产生任何残渣，所以“可燃冰”是一种新型清洁能源。其中甲烷的热值为q甲烷=4.2×107J/m3，其物理意义是（　　）
A．1J的甲烷完全燃烧能产生4.2×107 m3热量。
B．4.2×107J的甲烷完全燃烧能产生1m3热量。
C．1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量。
D．4.2×107m3的甲烷完全燃烧能产生1J热量。
对于固体和液体，热值用 q=????????来呈现，物理意义是单位质量的燃料完全燃烧放出的热量；对于气体，热值用 q=????????来呈现，物理意义是单位体积的燃料完全燃烧放出的热量；甲烷通常以气态物质形态存在，其热值q甲烷=4.2×107J/m3，含义是1m3甲烷完全燃烧能产生4.2×107 J热量，故ABD不符合题意，C符合题意。
?
C
6. 某家庭用的燃气热水器，将20kg的水从20 oC加热到60 oC，完全燃烧了0.21m3的煤气。已知水的比热容为4.2×103J/(kg?℃)，煤气的热值为4×107J/m3。试求：
（1）煤气完全燃烧放出的热量是多少？
（2）水吸收的热量是多少？
（1）煤气完全燃烧放出的热量
Q放＝Vq＝0.21m3×4×107J/m3＝8.4×106J
（2）水吸收的热量
Q吸＝cm(t-t0)＝4.2×103J/(kg?℃)×20kg×(60℃-20℃)
＝3.36×106J
7. 把5kg、40℃的水烧开，需要完全燃烧多少千克的干木柴？ [已知水的比热容4.2×103J/(kg·℃) ] ，干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，设燃料完全燃烧放出的热量20%被水吸收）
Q吸=Cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)
=1.26×106J
因为 Q吸=Q放20% ，所以 Q放=1.26×106J/ 20%= 6.3×106J
所以干木柴质量
m木=????放????木
?
=6.3×106?J1.2×107J/kg
?
=0.525kg
?
8. 汽油的热值为4.6×107J/kg，这个数值究竟有多大？我们通过一个具体的事例来认识汽油热值的大小：一个人60kg，从大厦1楼步行至11楼(走了10层)，每层高3m，他克服重力做了多少J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？这相当于生活中什么物体的质量?
人做功：W=Gh=mgh=60 kg×10N/kg × 30m=18000J
需要汽油质量：
m=Q/q=18000J/（ 4.6 ×107J/kg）=0.00039kg=0.39g
生活中，相当于一粒药片的质量（几粒米的质量）。
9. 在比较不同燃料热值的实验中，小明利用与如图所示完全相同的两套实验装置，分别在燃烧皿中放入质量相同的燃料甲和燃料乙，点燃后对质量都为100g，初温为20℃的水加热，燃烧相同时间后，甲加热的水温度为30℃，另一杯温度为24℃。
加热过程中，水在不断吸收热量，温度升高，水的内能增大。
用甲加热的水Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×0.1kg×10℃=4.2×103J
实验时，对初温、质量都相等的水进行加热，甲杯中的水升高的温度比乙多，说明甲杯中的水吸收的热量多，但是燃料燃烧相同的时间，不能说明燃料燃烧的质量也相等，所以无法比较燃料热值的大小。
此过程水的内能______（变小/不变/变大）。用甲加热的水吸收的热量为______J，此时______（能/不能）说明甲的热值较大。
【水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）】
变大
4.2×103
不能