(共14张PPT)
第十四章 内能的利用
专题 热学的综合计算
重难解读：
1．原因分析
(1)“能量辨析不清”：不能正确分析哪一部分能量是有用的能量，哪一部分是消耗的能量。
(2)“公式应用不熟”：在具体计算时，混淆公式的应用。
(3)“单位换算出错”：在应用公式计算时，各个物理量之间的单位需要一一对应。
(4)不能正确区分“升高”“升高了”“升高到”“降低”“降低了” “降低到”。
2．解决策略
3．思维模型
(1)热平衡类热量计算：当不计热量损失时，有Q放＝Q吸，此时需要注意末温是相同的。当明确效率时，有Q吸＝ηQ放。
(2)涉及的主要公式有：Q吸＝cm(t－t0)；Q放＝cm(t0－t)；Q放＝qm；Q放＝qV；W有＝ηQ放；Q吸＝ηQ放。
【典例1】一台内燃机运行时各种能量损耗大致为汽缸散热损失占20%，废气带走的能量占35%，摩擦等机械损耗占15%，其余为输出的有用功。求：
(1)它的机械效率；
解：(1)机械效率
η＝100%－20%－35%－15%＝30%
【典例1】一台内燃机运行时各种能量损耗大致为汽缸散热损失占20%，废气带走的能量占35%，摩擦等机械损耗占15%，其余为输出的有用功。求：
(2)若它在一个工作循环中消耗了10 g汽油(q汽油＝4.6×107 J/kg)，这些汽油完全燃烧产生的热量；
解：(2)m＝10 g＝0.01 kg，汽油完全燃烧产生的热量
Q放＝mq＝0.01 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×105 J
【典例1】一台内燃机运行时各种能量损耗大致为汽缸散热损失占20%，废气带走的能量占35%，摩擦等机械损耗占15%，其余为输出的有用功。求：
(3)输出的有用机械能。
解：(3)输出的有用机械能
W有＝ηQ放＝4.6×105 J×30%＝1.38×105 J
答：(略)
【典例2】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给8 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图象。若在4 min内完全燃烧了1.4 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(1)经过4 min时间加热，水所吸收的热量；
解：(1)经过4 min时间加热，水所吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)
＝4.2×103 J/(kg·℃)×8 kg×(70 ℃－20 ℃)
＝1.68×106 J
【典例2】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给8 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图象。若在4 min内完全燃烧了1.4 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(2)在4 min内煤完全燃烧放出的热量；
解：(2)1.4 kg煤完全燃烧产生的热量
Q放＝m′q＝1.4 kg×3×107 J/kg＝4.2×107 J
【典例2】某物理兴趣小组的同学，用煤炉给8 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图象。若在4 min内完全燃烧了1.4 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(3)4 min内煤炉烧水的热效率。
解：(3)煤炉烧水时的热效率
答：(略)
【典例3】某款环保能源汽车——氢能重卡，它满载时总质量为50 t，车轮总着地面积为0.8 m2，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300 kW的输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20 min，汽车发动机的效率为75%。求：(g取10 N/kg，q柴油取4.0×107 J/kg)
(1)这次行驶过程中，汽车消耗的氢能；
解：(1)这次行驶过程中，汽车所做的功
W＝Pt＝300×103 W×20×60 s＝3.6×108 J
汽车消耗的氢能
【典例3】某款环保能源汽车——氢能重卡，它满载时总质量为50 t，车轮总着地面积为0.8 m2，采用氢燃料发动机获得动力。若某次运输过程中，汽车以300 kW的输出功率，在水平公路上匀速直线行驶了20 min，汽车发动机的效率为75%。求：(g取10 N/kg，q柴油取4.0×107 J/kg)
(2)若这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，至少需要完全燃烧柴油的质量。
解：(2)这次行驶过程中消耗的氢能由柴油来提供，则Q柴油＝Q氢＝4.8×108 J，燃烧柴油的质量
答：(略)
【典例4】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。问：[c水＝4.2 ×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg]
(1)质量为0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量是多少？
解：(1)0.6 kg的氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放＝m氢q氢＝0.6 kg×1.4×108 J/kg＝8.4×107 J
【典例4】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。问：[c水＝4.2 ×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg]
(2)若这些热量全部被质量为500 kg、温度为15 ℃的水吸收，水升高的温度是多少？
解：(2)水吸收的热量Q吸＝Q放＝8.4×107 J，水升高的温度
【典例4】氢燃料具有清洁、效率高等优点，被认为是理想的能源之一，目前我国部分城市已有多批氢能源公交车投放使用。问：[c水＝4.2 ×103 J/(kg·℃)，q氢＝1.4×108 J/kg]
(3)若这些热量恰好能供某氢能源公交车以140 kW的恒定功率匀速行驶5 min，则该氢能源公交车的效率是多少？
解：(3)公交车做功
W＝Pt＝140×103 W×5×60 s＝4.2×107 J
公交车的效率
答：(略)(共23张PPT)
第十四章 内能的利用
§14.3 能量的转化和守恒
2022年课程标准 学习目标
1．知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化和守恒的观点分析问题的意识。 2．从能量转化和转移的角度认识效率。列举能量转化和转移有方向性实例 1．认识生活中常见的能量。
2．【重点】了解各种形式的能量是可以相互转化的。
3．【重点】掌握在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。
4．列举日常生活中能量守恒的实例，并正确运用能量守恒定律的观点分析物理现象。
5．理解“永动机”不能实现的原理
1．指导学生完成下面四个小实验，观察实验发生的现象，讨论其能量转化情况。
活动1：来回迅速摩擦双手。 活动2：反复弯折一段铁丝。
做一做
知识点1 能量的转化与转移
活动3：点燃蜡烛。 活动4：手摇式发电机发电。
分析：
(1)摩擦生热，__________转化为________。
(2)弯折铁丝做功，铁丝温度________，__________转化为________。
(3)蜡烛燃烧的过程中，__________转化为________和光能。
(4)手摇式发电机发电，小灯泡发光。__________转化为________，电能又转化为________。
机械能
内能
升高
机械能
内能
化学能
内能
机械能
电能
光能
结论1 在一定条件下，自然界中各种形式的能量是可以相互________的。
转化
2．写出下列过程中的能量转化形式：
(1)电风扇，______能转化为________能。
(2)植物吸收太阳光进行光合作用，______能转化为________能。
(3)电动机带动水泵把水送到高处，______能转化为________能。
想一想
电
机械
光
化学
电
机械
3．某智能百叶窗的叶片上贴有太阳能板，在光照时发电，给电动机供电以调节百叶窗的开合。该过程中发生的能量转换是( )
A．电能→机械能→光能 B．光能→机械能→ 电能
C．光能→ 电能→机械能 D．机械能→ 电能→光能
练一练
C
4．航天员搭乘“神舟十三号”载人飞船，开始了为期6个月的“太空出差”，六个月后将顺利返航。下列说法正确的是( )
A．火箭加速升空时，动能转化为重力势能
B．空间站的太阳能电池板将太阳能转化为化学能
C．燃料燃烧时，将内能转化为化学能
D．返回舱进入大气层后与大气摩擦，机械能转化为内能
D
1．活动1：荡秋千时(如图1所示)，停止用力，秋千为什么会越摆越低？
活动2：掉在地上的弹性小球会跳起(如图2所示)，为什么越跳越低？
想一想
知识点2 能量守恒定律
图1
图2
根据实验现象，交流讨论，总结得出：
(1)荡秋千时，机械能越来越小，通过摩擦把__________转化成了空气的________，能量没有消失。
(2)掉在地上的弹性小球会跳起，机械能越来越小，小球与空气______，机械能转化成了空气的内能。
图1
图2
机械能
内能
摩擦
结论2 1．能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量____________。这就是能量守恒定律。
2．能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。所有能量转化的过程都遵循能量守恒定律。
保持不变
2．如图所示是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是( )
A．小球弹起的高度越来越小，说明小球在此过程中能量不守恒
B．根据能量守恒定律，在此过程中小球的机械能总量是保持不变的
C．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能
D．此过程说明了能量守恒定律是需要建立在一定的
条件之上才能成立的
练一练
C
3．如图所示的电动平衡车刹车时，__________转化为内能，内能最终散失到空气中，此过程中所有的能量总和________(选填“增大”“不变”或“减小”)。散失到空气中的内能无法再直接利用了，可见能量的转化和转移过程是有________性的。
机械能
不变
方向
1．不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。同学们，这种永动机是否存在呢？想一想，为什么？
想一想
知识点3 永动机
答：自然界中的能量是守恒的，它既不会凭空消灭，也不会凭空产生，但由于能量的转化或转移具有方向性(如水只能从高处流向低处；热量只能从高温物体传向低温物体)，所以无法制造“永动机”。
结论3 不存在永动机。所有能量转化的过程，都服从。 任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。
2．能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到其他物体，而在这两个过程中，能量的总量保持不变。如图所示为一种人们设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动又带动抽水机从低处将水抽到高处，从而循环工作，实际上，这种永动机__________(选填“能够”或“不能够”)永远工作下去。
练一练
转化
转移
不能够
重难点1 能量的转化
【典例1】如图所示是小孩玩的滑梯游戏。
(1)若不计摩擦和空气阻力，小孩在下滑过程中，机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
(2)若小孩在滑梯上匀速下滑，在这一过程中，他的机械能________(选填“变大”“变小”或“不变”)。
不变
变小
(3)小孩在滑梯上下滑时，屁股有灼热的感觉，在这一过程中，________能转化为______能。
(4)根据能量守恒定律，小孩开始下滑时具有1 600 J的机械能，而滑到中点时他只剩下1 300 J的机械能，设小孩受到的摩擦力大小不变，那么滑到滑梯底端时，他的动能为_________J，整个过程中有_______J的机械能转化为内能。
机械
内
1 000
600
【典例2】如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的________大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能__________(选填“守恒”或“不守恒”)。
热值
内
不守恒
重难点拨 识别能量转化的两种方法
1．看关键字词：一般有“动”字对应的是机械能；有“热”字对应的是内能；有“电”字对应的是电能。
2．看能量的形式是否发生变化：发生变化的是能量的转化；没有发生变化的是能量的转移。
重难点2 能量守恒定律的理解
【典例3】下列说法中错误的是( )
A．能量在转化和转移的过程中总会有损耗，但能量的总量保持不变
B．永动机违背了能量守恒定律，所以不能制造出来
C．各种形式的能在一定条件下都可以相互转化
D．做功改变物体的内能是同一形式的能的转移
D
【典例4】根据能量守恒定律，下列情形中可能发生的是( )
A．随着科学技术不断发展和提高，永动机是可以制成的
B．飞出枪膛的子弹射穿木板后，以更快的速度继续运动
C．两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后冲上右斜面
D．电水壶里的水沸腾后断电，水的沸腾却一直持续下去
C
重难点拨 三点理解能量守恒定律
1．能量不会凭空产生或消失。
2．能量只会发生“转化”或“转移”。
3．能量的总量是不会发生变化的。(共21张PPT)
第十四章 内能的利用
§14.1 热机
2022年课程标准 学习目标
1．了解热机的工作原理。 2．了解热机对人类发展所起的作用和对环境的影响 1．【重点】知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。
2．【重点】了解汽油机的构造和工作过程。
3．了解柴油机的构造和工作过程
请同学们观察实验现象，分析这个过程中能量的转化情况。
1．如图，在试管内装些水，若用橡胶塞塞住试管口，用酒精灯加热，会看到什么现象？
做一做
知识点1 热机
答：橡皮塞被冲出，试管口出现大量白雾。
2．分析实验过程中的能量转化：燃料的________能通过燃烧转化为水和水蒸气的______能；水蒸气又通过对塞子做功，把水蒸气的______能转化为塞子的________能。
化学
结论1 1．利用________做功的机械叫做热机。
2．燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机叫做__________。
内
内
机械
内能
内燃机
3．用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是( )
A．试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B．水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能
C．水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加
D．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
练一练
D
4．2023年5月17日10时49分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第五十六颗北斗导航卫星。运载火箭的发动机______ (选填“属于”或“不属于”)热机，燃料燃烧后通过做功，把______能转化为________能。
属于
内
机械
1．如图所示是四冲程汽油机的结构剖面图。
其中：①汽缸；②__________；③__________；④__________；⑤活塞；⑥连杆；⑦曲轴。
认一认
知识点2 汽油机
火花塞
进气门
排气门
2．四冲程的工作特点
做一做
(1)吸气冲程特点： 活塞：向______运动。 进气门：________。 排气门：________。 (2)压缩冲程特点：
活塞：向______运动。
进气门：________。
排气门：________。
________能转化为______能。
下
打开
关闭
上
关闭
关闭
机械
内
(3)做功冲程特点： 活塞：向______运动。 进气门：________。 排气门：________。 气体的_____能转化为 活塞的_______能。 (4)排气冲程特点：
活塞：向______运动。
进气门：________。
排气门：________。
下
关闭
关闭
内
机械
上
关闭
打开
3．汽油机一个工作循环有_____个冲程，飞轮转动_____周，对外做功_____次，活塞往复_____次，其他冲程靠飞轮的________完成。
4．在压缩冲程中，________能转化为______能；在做功冲程中，______能转化为_______能。________冲程使汽车获得了动力，_______冲程排出了汽车的废气。
想一想
4
2
1
2
惯性
机械
内
内
机械
做功
排气
结论2 1．汽油机的一个工作循环包括四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。除了做功冲程外，其他三个冲程是依靠飞轮的________完成的。
2．飞轮转动1周，活塞往复运动1次，完成_______个冲程。
惯性
2
5．如图所示为古人发明的一种活塞式点火器。该点火器以牛角作套筒，木质推杆前端黏附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推推杆入筒的过程中，筒内密封气体的内能________(选填“增加”或“减少”)，该过程的能量转化与内燃机的________冲程的能量转化相同。
练一练
增加
压缩
6．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1 200 r/min，如图所示为它工作循环的________冲程，该汽油机每秒对外做功______次。
做功
10
1．将下表中汽油机和柴油机的不同点填写完整。
填一填
知识点3 柴油机
项目 汽油机 柴油机
顶部构造 ①__________ 喷油嘴
吸入物质 汽油和空气的混合物 ②________
点火方式 ③__________ 压燃式
火花塞
空气
点燃式
结论3 1．柴油机比汽油机笨重的原因：由于柴油机工作的过程中压强较大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重。
2．柴油机的应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船、带动发电机等重型机械。
3．汽油机的应用：汽车、摩托车、轿车等较小型车辆。
2．如图所示是内燃机某一冲程的示意图，其中喷油嘴正在喷油，由图可知：
(1)这种内燃机是__________(选填“汽油机”或“柴油机”)。
(2)它在吸气冲程吸入的物质是________(选填“空气”“汽
油”“柴油”或“空气和汽油的混合物”)。
(3)内燃机的一个工作循环中活塞往复运动_____次。
练一练
柴油机
空气
2
3．关于热机，下列说法正确的是( )
A．吸气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气
B．做功冲程是把机械能转化为内能
C．柴油机有喷油嘴而没有火花塞
D．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
C
重难点1 热机四个冲程的认识
【典例1】如图所示为汽油机工作过程的示意图，按照吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程的顺序排列，正确的是( )
A．丙丁甲乙
B．乙丙甲丁
C．甲丙丁乙
D．甲丁丙乙
B
【典例2】如图所示是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是( )
C
A．鼻孔吸气 B．气沉丹田 C．排山倒海 D．打完收工
重难点拨 要求会看图识别是哪个冲程(技巧：一看气门，二看活塞，尤其是火花塞点火一定是做功冲程)
重难点2 热机工作中的能量变化
【典例3】如图A所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，观察到棉花燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能________(选填“增加”“减少”或“不变”)，这与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同。图B、C、D、E是四冲程汽油机的工作示意图，与图A原理相同的冲程是图_____。
增加
压缩
D
【典例4】如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是( )
A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高
B．实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大
C．玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气
D．“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程
B
重难点拨 在压缩冲程中，机械能转化为内能；在做功冲程中，内能转化为机械能。(共19张PPT)
第十四章 内能的利用 章节复习
一、热机
1．热机
(1)热机是利用________做功的机械，工作时将______能转化为________能。
(2)燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机，内燃机分为__________和__________两大类。
内能
内
机械
汽油机
柴油机
2．汽油机和柴油机
(1)如图所示，汽油机的构造有进气门、排气门、__________、活塞、汽缸、连杆和曲轴。多数汽油机是由吸气、________、________、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
(2)汽油机的四冲程中，只有________冲程是燃气
对活塞做功，其他三个冲程要靠________来完成。
火花塞
(3)汽油机的压缩冲程将________能转化为______能，做功冲程将______能转化为________能。
压缩
做功
做功
惯性
机械
内
内
机械
(4)汽油机的一个工作循环中，曲轴旋转_____圈，做功_____次。
(5)将下表中汽油机和柴油机的不同点填写完整。
项目 汽油机 柴油机
顶部构造 ①__________ 喷油嘴
吸入物质 汽油和空气的混合物 ②________
点火方式 ③__________ 压燃式
2
1
火花塞
空气
点燃式
二、热机的效率
1．燃料的热值
(1)我们把某种燃料________燃烧放出的热量与其质量________，叫做这种燃料的热值。热值的单位是__________________，气体燃料热值的单位是____________________。热值表示燃料在完全燃烧时把化学能转化为内能的本领大小。
(2)燃料完全燃烧放热的计算公式：________________。
完全
之比
焦每千克(J/kg)
焦每立方米(J/m3)
Q＝mq(Q＝Vq)
2．热机的效率
(1)热机工作时，用来做__________的那部分能量，与燃料____________
放出的能量之比，叫做热机的效率。热机效率的计算公式：η＝______ ×100%。
有用功
(2)如图所示，在设计和制造热机时，要不断改革和创新，以减少各种能量________。在热机的能量损失中，________带走的能量最多。
完全燃烧
损失
废气
三、能量的转化与守恒
1．能量的转化：在一定条件下，自然界中各种形式的能量是可以相互________的。
2．能量守恒定律：自然界中的能量，既不会凭空________，也不会凭空________，它只会从一种形式________为另一种形式，或者从一个物体________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量____________，这就是能量守恒定律。
转化
消灭
产生
转化
转移
保持不变
1．如图所示的装置，正常运行时，小轮在支架上来回滚动，每次到达的最大高度相同，小明发现摆设上有一电源，关掉电源后，小轮逐渐停下来( )
A．小轮滚动过程中有力对其做功
B．正常运行时，小轮的速度一直不变
C．断电后小轮会停下，说明能量守恒定律不一定成立
D．正常运行时，小轮往返一次，摆设不需要消耗电能
A
2．如图为火箭发射的场景，火箭的燃料使用了液态氢，主要是因为它的________大，火箭发射升空时，燃料的化学能转化为______能，再转化为火箭的机械能，这个过程中火箭的机械能__________(选填“守恒”或“不守恒”)。
热值
内
不守恒
3．如图1所示是四冲程汽油机剖面图，已知汽油热值为 4.6×107 J/kg。
(1)在________冲程中，活塞对汽缸内汽油和空气的混合物做功，使之内能增大；在________冲程中，汽缸内气体对活塞做功，汽油机对外输出机械能。
(2)2 kg 的汽油完全燃烧，能放出__________J的热量。
压缩
做功
9.2×107
(3)如图2所示为某汽油机工作时的能量流向图，该汽油机的效率是_____ (用图2中物理量的字母表示)。
(4)行驶中的汽车急刹车时，刹车片会发烫，这是通过________的方式增加它的内能。
做功
4．如图所示为甲、乙、丙三部汽油机燃料完全燃烧释放的内能和汽油机输出机械能的二维柱状图。根据图中的信息，下列选项正确的是( )
A．丙输出的机械能比甲少，所以丙的效率比甲低
B．在燃料完全燃烧放出相同热量时，乙输出机械能比甲少
C．在输出的机械能相同时，丙比乙消耗更多燃料
D．三部热机中，甲使用的燃料热值最大，效率最高
C
5．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了2 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(1)经过6 min时间加热，水所吸收的热量；
解：(1)经过6 min时间加热后水温由20 ℃升高到80 ℃，水所吸收的热量
Q吸＝cm(t－t0)
＝4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg×(80 ℃－20 ℃)
＝2.52×106 J
5．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了2 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(2)煤完全燃烧产生的热量；
解：(2)煤完全燃烧产生的热量
Q放＝m′q＝2 kg×3×107 J/kg＝6×107 J
5．某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10 kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6 min内完全燃烧了2 kg的煤，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤的热值约为3×107 J/kg。求：
(3)煤炉烧水时的热效率。
解：(3)煤炉烧水时的热效率
答：(略)
阅读短文，回答问题。
汽车发动机
发动机是汽车的动力源。汽油机以汽油为燃料，使活塞在汽缸中往复运动，一个工作循环经历吸气、压缩、做功和排气四个冲程，汽油机的性能和汽缸排量有关。汽缸排量指活塞一个冲程中活塞在汽缸内通过的容积，它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(冲程长度)。如果发动机有若干个汽缸，所有汽缸“工作容积”之和称为发动机排量，实际汽车往往采用多缸发动机。
如图所示发动机有4个汽缸(图中标注1、2、3、4)，通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。
(1)汽油机的吸气冲程吸入的是______________________(选填“空气”或“空气和汽油的混合物”)，汽油机工作时将燃料燃烧得到的内能转化为________能。
(2)已知汽油的热值为4×107 J/kg，如果该发动机装有4 kg的汽油，若这些汽油充分燃烧2 kg，应放出的热量为__________J，剩余汽油的热值是__________J/kg。
空气和汽油的混合物
机械
8×107
4×107
(3)四缸发动机的四个汽缸交替做功，这样可以保证动力稳定输出，若1号汽缸在做功冲程中，则4号汽缸所处的冲程是_____(填字母)；若3号汽缸在排气冲程中，则2号汽缸所处的冲程是_____(填字母)。
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
(4)该发动机单汽缸转速为2 400 r/min时，每秒对外
做功______次。
A
B
20(共23张PPT)
第十四章 内能的利用
§14.2 热机的效率
2022年课程标准 学习目标
1．知道热值的概念。 2．会进行热值的简单计算。 3．了解热机效率的概念以及提高热机效率的途径。 4．会进行热机效率的简单计算 1．体会不同燃料燃烧释放热量本领的不同，了解热值的概念。
2．【重点】能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3．能说出热机工作时的能量流向，知道什么是热机效率。
4．【难点】会进行热值相关的计算，会计算热机效率
1．(1)1 kg的干木柴和 10 kg的干木柴在完全燃烧时，放出的热量______ (选填“相同”或“不同”)。
(2)相同条件下，1 kg干木柴和1 kg煤，______(选填“干木柴”或“煤”)能烧开更多的水。
(3)烧开同一壶水，用干木柴和用天然气所需要的质量________(选填“相同”或“不同”)。
(4)1 kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量________(选填“相同”或“不同”)。
猜一猜
知识点1 燃料的热值
不同
煤
不同
不同
结论1 1．我们把某种燃料完全燃烧放出的________与其________之比，叫做这种燃料的热值。
2．影响燃料燃烧放出热量的因素：燃料的________、燃料的________和燃料燃烧的状况。
热量
质量
质量
种类
2．关于燃料及其热值，下列说法中正确的是( )
A．没有燃烧的燃料，热值等于零
B．燃料完全燃烧时，它的热值最大
C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
练一练
C
3．下列关于热值的说法正确的是( )
A．燃料燃烧时，用的燃料越多，燃料的热值越大
B．燃料燃烧时，放出的热量越多，燃料的热值越大
C．相同质量的不同燃料燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
D．相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大
D
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
想一想
知识点2 热值的相关计算
D
2．有一箱木炭，它的质量为10 kg。
(1)查阅相关资料，木炭的热值是_________________。它的物理意义是______________________________________。
(2)若用掉一半，剩下木炭的热值是_________________。
(3)剩下一半的木炭燃烧最多可以放出______________热量。
(4)如果烧开一壶水需要热量3.4×107 J，不计热量损失，需要完全燃烧________木炭。
3.4×107 J/kg
1 kg木炭完全燃烧放出3.4×107 J的热量
3.4×107 J/kg
1.7×108 J
1 kg
结论2 热值的公式：_________或_________(一般用于气体和液体燃料)。
(1)其中：m为燃料的质量，V为燃料的体积，q为燃料的热值。
3．某学校锅炉用天然气做燃料给水加热。已知天然气的热值为4.0×107 J/m3，不计热量损失。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(1)完全燃烧4.2 m3的天然气可以获得多少热量？
练一练
解：(1)完全燃烧4.2 m3的天然气可以获得的热量
Q放＝Vq＝4.2 m3×4.0×107 J/m3＝1.68×108 J
答：(略)
3．某学校锅炉用天然气做燃料给水加热。已知天然气的热值为4.0×107 J/m3，不计热量损失。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)]
(2)这些热量可以使1 000 kg的水从30 ℃升高到多少？
解：(2)Q吸＝Q放＝1.68×108 J，则水升高的温度
则水的末温
t＝Δt＋t0＝30 ℃＋40 ℃＝70 ℃
答：(略)
1．思考1：用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？
分析讨论：煤气燃烧放出的热量。
(1)煤气________完全燃烧，损失了一部分热量。
(2)煤气灶本身也会________一部分热量。
(3)高温的________带走了一部分热量。
想一想
知识点3 热机的效率
不能
散失
废气
(4)还有一部分热量直接损失掉了。
(5)水吸收的_________只占煤气放出热量的一部分。
(6)在烧水的过程中，被水吸收的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值，称为热效率。
效率的公式：__________。
热量
2．思考2：在内燃机中，燃料燃烧放出的热量到哪儿去了？
(1)对于热机而言，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，叫做______________。
(2)蒸汽机的效率只有___________，汽油机的效率可以达到____________，
柴油机的效率可以达到______ __________。热机效率总小于_________。
(3)设法利用____________，是提高燃料利用率的重要措施。
热机的效率
6%～15%
20%～30%
30%
～45%
100%
废气能量
结论3 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的比值。
2．计算公式：_________或_________(一般用于气体和液体燃料)。
3．物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
Q＝mq
Q＝Vq
3．如图所示是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效率是( )
A．25%
B．35%
C．40%
D．75%
B
4．随着社会的发展，人民生活水平日益提高，汽车走进了千家万户。目前，大部分的传统动力汽车仍然是使用汽油机提供动力的，某汽油机的能量转化如图所示。
(1)请你把图中能量的名称填写完整：①______；②________。
(2)在某一段较短的时间内，一台汽油机的能量数据如图所示，则在这段时间内，这台汽油机的效率是________。
内
机械
25%
重难点1 对热机效率的理解
【典例1】关于热机的效率，下列说法正确的是( )
A．热机做的有用功越多，效率就越高
B．热机消耗的燃料越多，效率就越低
C．在相同条件下，热机内燃料燃烧越充分，热机效率就越高
D．热机的效率能达到100%
C
【典例2】做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法中正确的是( )
A．甲的功率较大，热机效率较低 B．甲的功率较大，热机效率较高
C．乙的功率较大，热机效率较高 D．乙的功率较大，热机效率较低
D
柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油
甲 相同 3 h 5 kg
乙 2 h 6 kg
重难点拨 热机效率与功率的区别
重难点2 热值的探究实验
【典例3】如图所示，甲、乙、丙三个实验装置完全相同，燃料的质量都为10 g，烧杯中液体的质量都为10 g，比较不同燃料的热值应该选择__________两个装置，通过观察____________________比较燃料燃烧放出热量的多少。
甲、乙
温度计示数的变化
【典例4】如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料及烧杯内的液体质量也相同。比较不同物质的比热容，应选择________两图的装置进行实验；比较不同燃料热值的实验中，同时点燃燃料后，需等待燃料________________(选填“燃烧相同时间”或“充分燃烧完毕”)，
甲、丙
然后通过观察升高的温度来比较两种燃料热值大小，实验过程是通过__________方式使液体内能增加的。
充分燃烧完毕
热传递
重难点拨 根据控制变量法的要求，比较不同燃料的热值，应选择质量相同的同种液体，通过观察温度计示数的变化来比较燃料燃烧放出热量的多少。
