【原创】第四节 热机效率和环境保护 学案

第四节
热机效率和环境保护
编审人：刘仁坤
【学习目标】
1、从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念；
2、能说出热值的单位及所表示的物理意义；
3、能根据燃料的热值计算其完全燃烧放出的热量．
【重点难点】
重点：会利用热值公式和效率公式进行综合计算；
难点：对热机效率的认识，能大致说出提高效率的途径．
【自主学习、夯基寻困】
3．燃料的热值
【知识点的认识】
概念：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的
，用q来表示，于气体燃料而言，热值的定义是1m3的某种燃料完全燃烧时放出的热量．热值是燃料的一种属性．
（2）单位：焦/千克，符号
，读作焦每千克．
（3）公式：Q=mq（m为燃料的质量，q为燃料的热值，Q为燃烧放出的热量）．
（4）热值的物理意义：热值表示一定质量的燃料在完全燃烧时所放出的热量的多少，如木炭的热值为3.40×107J/kg．
同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值不同．
【命题方向】
第一类常考题：
对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是（　　）
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料的热值跟燃料的质量成正比
C．容易燃烧的燃料热值一定大
D．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
第二类常考题：
“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的　
　很大．以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为　
　J，这些热量可以使　
　
kg的水从20℃加热至100℃[c=4.2×103J/（kg ℃），q煤气=4.2×107J/kg]．
4．热机的效率
【知识点的认识】
（1）定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为：
．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于
．
（2）热机在工作过程中造成能量损失的因素有：
①燃料很难全部燃烧；
②排出的废气带走能量；
③热机部件要散热；
④克服运转机件之间的摩擦消耗能量．
（3）提高热机效率的方法：
①尽量让燃料充分燃烧；
②设法利用废气的能量；
③减少能量损失；
④保证良好的润滑．
【命题方向】
第一类常考题：
为了节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（　　）
A．尽量使燃料充分燃烧
B．尽量增加热机的工作时间
C．尽量减少废气带走的热量
D．尽量减少热机部件间的摩擦
第二类常考题：
关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　）
A．热机做的有用功越多，效率一定越高
B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高
D．热机做功越快，效率一定越高
【合作探究、互助解惑】
3．探究燃料的热值
8．小明和小辉学习了燃料的热值后，他们一起设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系．他们组装了如图1和2所示的装置进行实验，记录结果见下表：
燃料
加热前的水温/℃
燃料燃尽后水温/℃
煤油
25
44
菜籽油
25
34
（1）为了保证实验结论的可靠性，小明和小辉选择了两套完全相同的装置，并且控制油的质量以及水的质量　
　．但对于两杯水的初温他们的看法却不同．请将下列他们的想法补充完整．
①小辉认为实验中是直接用　
　来表示煤油和菜籽油放出热量的多少．所以，实验中两杯水的初温可以不同．
②小明认为因为探究过程中他们采用了　
　法，所以只有燃料的　
　不同，其他因素都必须控制相同．如果两杯水的初温不同，那么水的蒸发快慢以及水与周围环境的温差都不相同，于是两杯水的　
　就不相同，就有可能会出现燃料燃烧放出的热量多，而水吸收的热量少、水温变化低的情况．所以，实验时必须控制水的初温相同．
③你认为　
　（选填“小明”或“小辉”）的想法更合理．
（2）根据他们的实验记录，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大是　
　．
（3）小明和小辉在实验前用天平分别测出了烧杯中水的质量以及燃油的质量．并由记录的数据，利用公式Q吸=cm（t﹣t0）计算出了水吸收的热量．小辉他想通过这些数据计算出煤油和菜籽油的热值．你认为他的计算结果是　
　的（选填“可靠”或“不可靠”）．理由是　
　．
【同步演练、拓展提升】
1．2016年8月．我国发射了全球首颗量子卫星，为纪念墨子，这个全球首颗量子卫星被命名为“墨子号”．发射卫星和火箭常使用液态氢作为燃料，主要是因为液态氢具有（　　）
A．较小的密度
B．较大的比热容
C．较低的沸点
D．较高的热值
2．下列关于热值的说法正确的是（　　）
A．燃料燃烧越充分热值越大
B．2
kg的煤完全燃烧比1
kg的煤完全燃烧热值大
C．1
kg煤燃烧放出3×105J的热量，则煤的热值为3×105J/kg
D．热值是燃料的一种属性与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同
3．为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施不能提高热机效率的是（　　）
A．让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
B．在设计与制造热机时要不断改进与创新，以减少能量的损失
C．尽量减少热机内部各部件间的摩擦D．尽量增加热机的工作时间　
4．2017年5月18日，我国宣布在南海进行的可燃冰试采获得成功．可燃冰是一种固态晶体，在常温压下会迅速　
　（填物态变化）为气态．它的热值约为1.4×1010J/m3，2m3的可燃冰完全燃烧后可放出　
　J的热量，若这些热量60%被水吸收，可以将　
　kg的水从0℃加热到100℃．（c水=4.2×103J/（kg ℃））
5．汽油机等内燃机中，燃料燃烧释放的能量并不会全部用来做有用功，试在如图中的括号①、②内填出能量流失的形式．
①　
　；
②　
　．
已知某台汽油机的效率是30%，如果这台汽油机用来做有用功的能量是9×104J，则这段时间里汽油机消耗了　
　g的汽油（假设汽油的热值为4×107J/kg）．
6．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同．
比较不同燃料的热值，应选择　
　两图进行实验，实验时要观察　
　
比较两种燃料的热值大小；比较不同物质的比热容，应选择　
　两图进行实验，实验通过　
　反映物体吸热的多少．
（2）比较不同物质的比热容，选用上图合适装置加热相同一段时间后，液体a升温多，由此可知：质量相同的液体a与b，升高相同的温度时，液体a吸收的热量　
　（选填“大于”或“小于”）液体b吸收的热量．
（3）若甲图烧杯中为50ml的水，10g酒精完全燃烧温度计示数升高了20℃，求：
①水吸收的热量？
②若酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，算一算酒精的热值是多少？算出的热值比标准值　
　（选填“偏大”、“偏小”或“一样”）