13.4 热机效率和环境保护 学案 （含答案）2023-2024学年物理沪科版九年级全一册

第4节 热机效率和环境保护
素养目标
1.知道热值的概念,掌握燃料完全燃烧所释放热量的计算。
2.知道热机工作时燃料释放能量的主要流向。
◎重点:能理解热值的物理意义,初步认识燃料的利用与人类社会的关系。
【预习导学】
一天,小红在楼下听到这样一段对话。王大妈说:“告诉你们一个好消息,听说我们这个小区马上要将煤气改为天然气了,这下可好了!”就在大家一致的赞同声中,刘大妈没好气地说:“好什么好,煤气1 m3一元钱,听说天然气1 m3要接近两元钱,这不是在变相涨价吗 ”听到这,小红在想:通天然气以后,家里每月燃料支出的费用不是要增加一倍吗
请同学们学习完本节知识后帮小红解决她的困惑。
知识点1燃料的热值
定义:把某种燃料完全燃烧时放出的 与其 之比叫作这种燃料的热值,可用字母
表示。
对于气体而言,燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的体积之比叫作这种燃料的热值。
2.单位: (固体、液体), (气体)
3.能量转化:燃料燃烧时, 能转化为 能。
4.燃料完全燃烧放热公式:
对点自测
1.下列关于煤的热值的说法中,正确的是 ( )
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.煤不完全燃烧时,煤的热值变小
C.炉子里烧掉的煤越多,煤的热值越大
D.通过粉碎使煤块变成煤粉,煤的热值不变
【答案】知识点一
1.热量　质量　q
2. J/kg　 J/m3
3.化学　内
4.Q放=mq;Q放=qV
对点自测
1.D
知识点2热机效率
1.定义:热机运转中,对外做的 与燃料完全燃烧所释放的 的比值称为热机效率。
2.
3.提高热机效率的途径:① ;② ;③ 等。
4.热机的效率总 (选填“小于”、“等于”或“大于”)1。
对点自测
2.判断下列说法是否正确,对的用“√”,错的用“×”。
(1)热值大的燃料,燃烧时放出的热量一定多 ( )
(2)燃料没有充分燃烧时,热值会减小 ( )
(3)相同质量的燃料,热值越大,完全燃烧时放出的热量越多 ( )
(4)热机做的有用功越多,效率就一定越高 ( )
(5)热机的功率越大,效率一定越高 ( )
(6)燃料的热值越大,热机的效率就越高 ( )
【答案】知识点二
1.有用功　能量
2.废气排出带走能量
3.尽量减少各种热量损失　保持良好的润滑,尽量减小摩擦　尽可能使燃料充分燃烧
4.小于
对点自测
2.(1)×
(2)×
(3)√
(4)×
(5)×
(6)×
知识点3环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献,但也带来了许多 问题。如汽车排放的大量尾气、燃料燃烧排放的烟尘使大气十分浑浊,排放的二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物会形成 ,酸雨会危害植物、污染环境等。
【答案】知识点三
环境污染　酸雨
【合作探究】
任务驱动1理解热值的意义
1.查看常见燃料的热值表,通过小组讨论完成下列问题:
热值最高的气体燃料是 ,其热值是 ,表示的物理意义是: 。
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常见的燃料中,氢气的热值最高,根据这一特性,航天器采用氢气作为燃料。
2.燃料的热值与什么因素有关
【答案】任务驱动一
1.氢气　1.4×108 J/m3　1 m3的氢气完全燃烧所放出的热量是1.4×108 J
2.热值是燃料的一种特性,其大小只与燃料的种类有关,与质量、体积、热量、是否完全燃烧等均无关。不同燃料的热值可能相同,也可能不同。
任务驱动2热值与热量计算
1.500 g酒精完全燃烧放出的热量是多少 (酒精热值q=3.0×107 J/kg)
2.请你利用今天所学知识判断【生活中的物理】中,小红的想法是否正确
【答案】任务驱动二
1.解:m=500 g=0.5 kg
Q放=mq=0.5 kg×3.0×107 J/kg=1.5×107 J
答:500 g酒精完全燃烧放出的热量是1.5×107 J。
2.解:查表得知煤气的热值为1.8×107 J/m3,天然气的热值为3.3×107 J/m3~4.5×107 J/m3,虽然天然气的价格是煤气的2倍,但是天然气的热值是煤气的1.8~2.5倍,获得相同的热量,所需要的价格并不是原来的2倍,可能还会更便宜。
任务驱动3热机效率与环境保护
1.阅读“热机效率”内容可知热机效率公式:热机效率= ,即η=×100%。
2.提高热机效率的主要途径有哪些
。
3.热机在使用过程中对环境造成了哪些污染 为了保护环境应该采取哪些措施
。
4.氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点,被认为是21世纪最理想的能源。为保护环境,我国多个城市采用如图所示的氢燃料新能源公交车代替传统燃油公交车。该氢能源公交车以112 kW的恒定功率匀速行驶300 s消耗了0.5 kg的氢燃料。(q氢=1.4×108 J/kg)求:
(1)完全燃烧0.5 kg的氢燃料放出的热量;
(2)公交车行驶300 s所做的功;
(3)公交车的热机效率。
【答案】任务驱动三
1.×100%
2.减少热机工作过程中的各种能量损失:减少燃烧过程中的热量损失;尽量简化机械传动部分,并选用优良的润滑材料减小摩擦,以减少能量损失。
3.废气污染和噪声污染。改进燃烧设备,消除烟尘;提高燃料的综合利用率,采取集中供热,充分开发利用污染少和无污染的能源,如利用太阳能;在内燃机排气管上安装消音器,以减小噪声等(答案合理即可)
4.解:(1)0.5 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=0.5 kg×1.4×108 J/kg=7×107 J
(2)公交车行驶300 s所做的功:
W=Pt=112×103 W×300 s=3.36×107 J
(3)公交车的热机效率:
η=×100%=×100=48%