九年级物理14.2热机的效率学案

14．2　热机的效率
学习目标
1．知道热值的含义及单位、物理意义。
2．会应用热值的概念进行简单的燃烧放热的计算。
3．知道热机效率的含义，了解热机能量的损失以及提高效率的主要途径。
4．列举热机对环境污染的方方面面。
重点难点
1．认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。
2．认识热机的效率，能计算热机的效率。
知识点一 燃烧的热值
情景引入
说一说：在我们的家庭中，会使用哪些燃料？
答：煤、液化气、木柴等。
根据我们的生活经验想一想：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，所消耗的燃料的质量是一样多吗？
答：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，消耗的燃料的质量是不同的；
这说明什么？
答：这说明，不同的燃料，燃烧后放出的热量是不同的。
燃料
1．燃料的种类：燃料主要分为固体燃料、液体燃料、气体燃料三类。固体燃料如木柴、煤炭等，液体燃料如汽油、柴油、酒精等，气体燃料如天然气、煤气等。
2.燃料燃烧时能量的转化：燃料燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
燃料的热值
1.某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。用q表示。
2．热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。气体燃料的热值单位焦每立方米，符号J/。
3．定义式： (气体燃料时为).Q表示燃料完全燃烧放出的热量，用q表示燃料的热值，m表示物体的质量，V表示燃料的体积。
4.热值的物理意义是：1 kg燃料完全燃烧所放出来的热量。
例1．关于燃料的热值，以下说法中正确的是( A )
A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
B. 容易燃烧的燃料，热值一定大
C. 煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放的热量多
D．放出热量多，热值就大
例2. 一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106 J，这些能量相当于完全燃烧0.55 kg的干木柴才能得到。则干木柴的热值为__1.2×107__J/kg__，如果用掉一半后，干木柴的热值将变为__1.2×107__J/kg__。[来源:Zxxk.Com]
例3.烟煤的热值约为2.9×107J/Kg，那么完全燃烧20Kg烟煤所放出的热量是多少焦耳？



知识点二 热机的效率
热机的能量损失
燃料不可能完全燃烧；
废气带走很大一部分能量；
一部分能量消耗在散热上
克服摩擦力做功
热机的效率
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之比，叫做热机的效率。
公式：，其中，表示用来做有用功的能量，表示燃料完全燃烧放出的能量。
（3）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1。常见热机的效率：蒸汽机6%～15%、汽油机20%～30%、柴油机30%～45% 内燃机的效率比蒸汽机高，柴油机的效率比汽油机高。
提高热机的效率的主要途径
（1）使燃料充分燃烧
（2）尽量减少各种热量损失；
（3）在热机的设计和制造上采用先进的技术；
（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量
例4.为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效率的是（ D ）
尽量使燃料充分燃烧
尽量减少热机部件间的摩擦
尽量减少废气带走的热量
尽量增加热机的工作时间
例5.某家庭需要将50Kg、20℃的水加热到60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8Kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/Kg，水的比热容
c=4.2×103J/(Kg?℃)。求：
（1）50Kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量；
（2）完全燃烧0.8Kg煤气放出的热量。
（3）煤气灶烧水的效率。



例6. 在一次某新型号的汽车测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8km，受到的阻力是3.0×103N，消耗汽油1.2kg（假设汽油完全燃烧）。汽油的热值为q=4×107J/kg，求：
（1）在测试中，汽车牵引力所做的功W；
（2）该型号汽车的热机效率η。
（1）1.44×107 J (2)30%




随堂练习
填空
1.一个物体温度降低，内能减小，原因可能是它对外进行热传递，也可能是它对外__________了。如果是后者，则能量间的转化情况为：物体_____________的能转化为________能。
2. 2010年5月，天然气伴随着“西气东输”的步伐开始走进了江城芜湖的千家万户，传统燃料也随之被逐步取代。天然气燃烧时可以将_____________能转化为_____________能。与传统燃料相比，天然气的优点是_____________（写出一条即可）。
3.如图16-4-1所示，在大玻璃瓶内有一些水，往瓶内不断打气，过一会你会看到的现象是_____________。出现这种现象的原因是_______________________________________。

图16-4-1 图16-4-2
4.内燃机是将内能转化成_____________能的机器；内燃机一个工作循环由_____________个冲程组成，其中如图16-4-4所示是热机的_____________冲程。
5．汽油机在_____冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧200g汽油能够释放________J的热量．
6.生产中常用水来作为机器的冷却剂，这是因为水的________大；火箭的燃料要用液氢，这是因为液氢的________大；沿海地区的气候比沙漠地区的气候更宜人，这是因为水的比热容比沙的比热容________。
7.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．5 kg的氢气可放出________J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值为________
8.一台四冲程的汽油机每分钟完成300个冲程，则1 min完成_____个工作循环，活塞来_____次，做_____次功。
二．选择题
1.关于燃料的热值，以下说法正确的是（ ）
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B.容易燃烧的燃料，热值一定大
C.煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.0.5 g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的
2.甲、乙两台汽油机，甲的效率比乙高，则（ ）?
A.甲每秒钟做的功比乙每秒钟做的功多
B.甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少
C.消耗同样多的汽油，甲做的有用功比乙做的有用功多
D.做同样多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油多
3、煤的热值大于干木柴的热值，这里是指(?? )
A、煤比干木柴含有的热量多一些
B、烧煤比烧干木柴产生的温度高一些
C、烧煤比烧干木烧产生的热量多一些
D、要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少
4.已知甲种燃料的热值大于乙种燃料的热值，下列说法中正确的是（ ）
A.甲种燃料含有的热量比乙种燃料多
B.完全燃烧一定质量的甲种燃料，刚好烧开一壶水，那么用同样质量的乙种燃料就不能烧开这壶水
C.燃烧相同质量的两种燃料，甲种放出的热量多
D.只要通风条件好，供氧充足，乙的热值可能大于甲的热值
5.如图16-4-2所示是内燃机的能流图，则内燃机的效率可以表示为（ ）
图16-4-2
A.η=［(E1+E2+E3+E4)/E］×100％ B.η=(E2/E)×100％
C.η=［(E1－E3+E4)/E］×100％ D.η=(E1/E)×100％
6.关于“热机”，下列说法中正确的是（ ）
A.做功冲程的能量转化是机械能转化为内能 B.改进技术，可以使热机的效率达到100%
C.用水循环来降低热机的温度，主要是利用水蒸发时吸热的特性
D.冬天晚上要把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时水凝固胀坏水箱
7、甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是 （?? ）
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料?
C.乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
8.一台四冲程内燃机飞轮转速为1200r/min，它1s完成了（　 　）
A．30个冲程 B．60个冲程 C．40个冲程 D．80个冲程
三．计算题
1.小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103 J/(kg·℃)，他想估算一下自己家每天烧水做饭需要的热量。于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30 kg 20 ℃的水烧开。
（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果普通煤的热值为3×107 J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少千克普通煤？
（3）小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤0.5 kg算，他家每天实际用煤2 kg，由此小明计算出他家煤炉的效率只有16.5％。你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？
（4）从大的方面讲，家用煤除了热效率低、浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么？









2.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。









3.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5.6km，受到的阻力是3.0×103N，消耗燃油1.5×10－3m3（假设燃油完全燃烧）。若燃油的密度ρ＝0.8×103kg/m3，热值q＝4×107J/kg，
求：（1）专用车牵引力所做的功？
（2）该专用车的热机效率是多少？













一、填空题
1.做功 机械 内能
2.化学能 内能 热值大
3. 塞子跳起来，瓶口出现白雾 往瓶内不断打气，瓶内气体压强不断增加，气体冲开瓶塞，气体推动塞子做功时，其内能减小，温度降低，瓶内水蒸气液化成小水滴
4.机械 4
5.排气 9.2x J
6.比热容 热值 大
7、 7.14x107J 等于
8、75 150 75
二、选择题1 D 2C 3B 4 B 5 B 6D 7 C 8 C
三 计算题
1、解析：
（1）小明家每天烧水做饭需要的热量即是水升温吸收的热量Q吸= c水m水(t－t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×30 kg×（100 ℃－20 ℃）=1.008×107 J。
（2）小明家每天烧水做饭需要的能量需要煤燃烧放出，即Q放= Q吸=1.008×107 J则需要的煤的质量为m=Q放/q=1.008×107 J/3×107 J/kg=0.336 kg。
（3）小明家煤炉效率低的原因是：一方面煤不能完全燃烧，另一方面煤燃烧放出的热量不能被水完全吸收，大部分的热量散失掉了。
（4）煤在燃烧过程中产生废渣、废气，造成环境污染。
2、解析：
（1）Q放=Vq=0.5m3×7.0×107 J/m3=3.5×107 J
（2）Q吸=Cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×100kg×(70℃-20℃)J=2.1×107 J
(3) Q有=Q吸 Q总=Q放
η====60%
3、解析：
（1）专用汽车做匀速直线运动，F牵=f=3.0×103 N，
则牵引力做的功W=FS=3.0×103N×5.6×103 m=1.68×107 J
（2）消耗的燃油质量为：m=ρV= 0.8×103kg/m3×1.5×10－3m3=1.2 kg
则Q放=mq=1.2kg×4×107J/kg=4.8×107 J
η===35%

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