初中物理九上14.2热机的效率(共33张PPT)

(共33张PPT)
热机的效率
第十四章 第２节
生活中我们从哪里可以获得内能？
燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。
预习思考题（P22-P24）
1、燃料燃烧时能量如何转化？为什么现在人们普遍烧天然气而很少烧木柴做饭？
2、什么叫做热值？它的单位是什么？
3、木炭的热值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？完全燃烧100克木炭放出多少热量？
4、煤气的热值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃烧2m3的煤气放出多少热量？
5、从热值的表格中，你发现哪种燃料的热值最大？热值的大小跟什么因素有关？
6、什么叫做热机的效率？汽油机和柴油机谁的效率高？提高热机效率的途径有哪些？
柴火
煤炭
石油
天然气
从哪里获得内能？　
预习思考题（P22-P24）
1、燃料燃烧时能量如何转化？为什么现在人们普遍烧天然气而很少烧木柴做饭？
2、什么叫做热值？它的单位是什么？
3、木炭的热值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？完全燃烧100克木炭放出多少热量？
4、煤气的热值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃烧2m3的煤气放出多少热量？
5、从热值的表格中，你发现哪种燃料的热值最大？热值的大小跟什么因素有关？
6、什么叫做热机的效率？汽油机和柴油机谁的效率高？提高热机效率的途径有哪些？
思考1：我们要烧开同一壶水，现有三种燃料：干草、煤炭、 天然气，所用燃料的量相同吗？用哪种燃料用量最少？
思考2：为什么提供相同的能量，不同燃料所需的量不同？
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。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
（1）某种燃料完全燃烧放出的热量Q与其质量m 之比，叫作这种燃料的热值。
（4）物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
热值
（2）燃料的热值用q表示，热值的单位是J/kg.
q的单位：J/kg
Q的单位：J
m的单位：kg
（3）定义式：
气体燃料q的单位：J/m3
为什么我国“长征3号”火箭用的燃料是液态氢，而不是汽油？
3、从热值的表格中，你发现哪种燃料的热值最大？热值的大小跟什么因素有关？
氢气的热值最大。
燃料的热值是燃料的特性，只跟燃料的种类有关，跟燃料的质量、体积、是否燃烧、是否完全燃烧均无关。
氢气的热值最大。
4、木炭的热值是 3.4×107J/kg，表示什么意思？120克木炭燃烧时中心20克没有烧到，则木炭燃烧时放出的热量是多少焦？
1kg木炭完全燃烧放出的热量是3.4×107J
5、煤气的热值是3.9×107J/m3，表示什么意思？完全燃烧2m3的煤气放出多少热量？
1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107J
物理量 决定物理量大小的因素
比热容
热传递中的吸放热Q
热值
燃烧过程中的放热
易混点
是物质的特性，决定于物质的种类和物质的状态。
由Q=cmΔt可知，热传递中吸放热的多少与比热、质量、温度的变化量有关。
是燃料的特性，决定于物质的种类。
由Q放=mq可知，燃料燃烧时产生的热量大小取决于燃料的质量、热值，以及是否完全燃烧。
　　在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
无用的机械能
想一想
燃气内能
损失的内能
有用的机械能
燃料释放的热量（100%）
废气（33%~35%）
冷却水（30%~32%）
输出有用功
（25%~30%）
100%
发动机风扇（10%）
克服车轮阻力（17%）
克服空气阻力（42%）
克服爬坡阻力（17%）
汽车内燃机的能量流向
6、什么叫做热机的效率？
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。
思考：
一台内燃机运动时各种能量损耗大致为：气缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为 。
35%
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
7、提高热机效率的途径有哪些？
（1）让燃料充分燃烧
（2）减小机械间摩擦
（3）减少各种热量损失
热机的效率（二）：计算
例题一
用酒精灯给2kg的水加热，当水的温度从20℃升高到100℃时，共耗去酒精0.04kg。求：
（1）水吸收的热量；
（2）酒精完全燃烧放出的热量；
（3）炉子的效率。（已知酒精的热值q=3．0×107J／kg ）
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 2kg x 80℃=6.72x105J
（2）Q放=mq=0.04kg x 3.0x107J/kg=1.2x106J
解：
答：水吸收了6.72x105J热量；酒精完全燃烧放出1.2x106J热量；
炉子热机效率为56%。
（3）
练习一
天然气灶烧水，燃烧0.5m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为c=4 .2×103J/（kg ℃），天然气的热值为q=7.0×107J/m3。求：
（1）0.5m3天然气完全燃烧放出的热量Q放；
（2）水吸收的热量Q吸；
（3）燃气灶的效率η。
（2）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 100kg x （70℃-20℃）
=2.1x107J
（1）Q放=Vq=0.5m3 x 7.0x107J/kg=3.5x107J
解：
答：天然气完全燃烧放出3.5x107J热量；水吸收了2.1x107J热量；
燃气灶热机效率为60%。
（3）
例题二
有一家大型的特种专用汽车生产基地，该厂某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路上匀速行驶，汽车做了1.68×107J有用功，消耗燃油1.2kg（假设燃油完全燃烧）。若燃油的热值q＝4×107J/kg，求：
（1）燃油完全燃烧放出的热量是多少J？
（2）该专用车的热机效率是多少？
解：
答：燃油完全燃烧放出的热量是多少4.8×107J，
该专用车的热机效率是35%
（1）Q放=mq=1.2kg × 4×107J/kg=4.8×107J
（2）
例题三
在1标准大气压下，“可燃冰”的热值是6.3×109J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）。求：
（1）完全燃烧60L的“可燃冰”放出的热量是多少？
（2）若这些热量的10％被水吸收，可以将质量为1t、初温为 20℃的水升高多少℃？
解：
答：完全燃烧60L的“可燃冰”放出的热量是3.78×108J，水升高9℃
（1）V=60L=60dm3=0.06m3
Q放=Vq=0.06m3×6.3×109J/m3=3.78×108J
（2）
m=1t=1000kg
练习三
已知焦炭的热值为3．0×107J／kg，天然气的热值为q=7.0×107J/m3。求：
（1）完全燃烧0.14kg焦炭能放出多少热量
（2）若这些热量的30％被水吸收，则能使30kg 、20℃的水 温升高到多少
解：
答：完全燃烧0.14kg焦炭能放出4.2×106J热量，水升高到30℃
（1）Q放=mq=0.14kg × 3.0×107J/kg=4.2×106J
（2）
t=t0+Δt=20℃+10℃=30℃
例题四
每到夏收季节，农村大量农作物秸秆在田间被随意焚烧，这不仅造成资源浪费、环境污染，而且极易引发火灾等。为解决这一问题，现已研制出利用秸秆生产的节能环保型燃料——秆浆煤。若燃烧秆浆煤，使50kg、20℃的水温度升高到80℃。（秆浆煤的热值为2.4×107J/kg）
求：（1）水需要吸收的热量？
（2）如果秆浆煤燃烧释放的热量有30%被水吸收，需要 完全燃烧多少千克秆浆煤？
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 50kg x （80℃-20℃）
=1.26x107J
解：
答：水需要吸收1.26x107J热量；需要完全燃烧1.75kg秆浆煤
（2）
练习四
2020年11月24日，搭载“嫦娥五号”月球探测器的长征五号火箭成功发射升空，铍是一种高效率的火箭燃料，铍在燃烧时能释放出巨大的能量。[已知c水＝4.2×103J/（kg.℃），q铍＝6.3×107J/kg]求：
（1）加热900kg的水，使其温度升高50℃，水需要吸收多少 热量？
（2）若用铍燃烧来加热这些水，炉子的效率为60%，求需要 燃烧多少kg的铍？
（1）Q吸=cmΔt=4.2x103J/(kg·℃) x 900kg x 50℃=1.89x108J
解：
答：水需要吸收1.89x108J热量；需要完全燃烧5kg铍
（2）