10.6 燃料的利用和环境保护(要点讲解+当堂检测+答案)

北师大版物理九年级上册同步学案
第十章　机械能、内能及其转化
第六节　燃料的利用和环境保护
要 点 讲 解
要点一　热值
1. 燃料
(1)燃料的分类：按燃料的状态进行分类，燃料可分为固体燃料、液体燃料、气体燃料三种，常见的固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有氢气、煤气、天然气等。
(2)燃料燃烧时能的转化：燃料的燃烧是一种化学反应，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，也就是常说的释放能量。
2. 热值
(1)定义：某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比叫作这种燃料的热值。用符号q表示。
(2)单位：J/kg，读法：焦每千克。
(3)公式：q＝，变形式1：Q＝mq；变形式2：m＝。
对于气体燃料而言，热值的公式通常用：q＝(其中q、Q、V分别是指燃料的热值、燃料完全燃烧时放出的热量、燃料的体积)，公式中各物理量Q、V、q的单位分别是：焦耳(J)、立方米(m3)、焦耳/立方米(J/m3)。在进行计算时，一定要注意单位的换算。
(1)热值反映了燃料完全燃烧时的放热本领大小，它表示一定质量的某种燃料完全燃烧时所释放的热量的多少。例如：木炭的热值为3.4×107J/kg，表示“1kg的木炭在完全燃烧时所放出的热量是3.4×107J”。
(2)热值是燃料本身的一种特性，热值的大小只决定于燃料的种类，与燃料的形态、质量大小、体积大小、是否完全燃烧、放热的多少均无任何关系。对于q＝而言，千万不要说“燃料的热值q与燃料释放出的热量Q成正比”或者“燃料的热值q与燃料的质量m成反比”，也就是说要注意物理公式的物理含义，不能简单地从数学的角度去分析。
经典例题1　干木柴的热值是1.2×107J/kg，它的意义是________________。完全燃烧4kg的干木柴，能放出________J的热量。干木柴用掉一半，余下的干木柴的热值是________。
解析：干木柴的热值是1.2×107J/kg，意义是“质量为1kg的干木柴完全燃烧时放出的热量是1.2×107J”。根据公式q＝可以计算出4kg的干木柴完全燃烧释放的热量为Q＝mq＝4kg×1.2×107J/kg＝4.8×107J。由于燃料的热值大小只决定于燃料的种类，而与燃料的质量无关，所以将干木柴烧掉一半后，其热值大小仍为1.2×107J/kg。
答案：质量为1kg的干木柴完全燃烧时放出的热量是1.2×107J　4.8×107　1.2×107J/kg
点拨：热值反映了燃料完全燃烧时释放热量的“能力”大小。热值的大小只决定于燃料的种类，与燃料的形态、质量大小、体积大小、是否完全燃烧、放热的多少均无任何关系。
要点二　燃料的有效利用
1. 影响燃料有效利用的因素
一是燃料不可能完全燃烧；二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用。
2. 锅炉的效率：锅炉有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫作锅炉的效率。
现代化大型锅炉的效率可达90%以上，一般小型锅炉的效率只有60%左右。
3. 提高燃料利用率的方法
提高燃料的利用率是节约能源的重要措施，把固体燃料磨成粉末吹进炉膛燃烧，加大送风量，可使燃料燃烧得更充分，增大受热面积，可减小烟气带走的热量，这些都是提高锅炉的效率和燃料利用率的具体措施。
4. 利用现代化工手段，将煤转化为煤气再进行燃烧利用，这样既可以提高燃料的利用率，又可以减少对环境的污染。
经典例题2　为节约能源，提高热机效率，下列措施中不可取的是(　　　)
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. 尽量减小热机部件间的摩擦
解析：根据热机能量损失的主要原因可知，A、C、D三个选项分别从化学能、内能、机械能三个方面减少能量损失，因此这些措施都能提高热机效率；只有B项中的增加热机的工作时间，并不能减少损失的能量在总能量中所占的比例，因此这种措施不可取。
答案：B
易错易混警示　对热值定义的理解有误
有的同学认为燃料的质量、体积、燃烧充分不充分都对燃料的热值大小产生影响，其实这种观点是错误的。燃料的热值是燃料本身的一种性质，决定于燃料的种类，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比叫作这种燃料的热值，因此燃料的热值与燃料的质量、体积、燃烧情况等无关。
经典例题3　关于燃料的热值，下列说法中正确的是(　　　)
A. 燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高
B. 燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
C. 燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大
D. 燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关
解析：燃料的热值指某种燃料完全燃烧时化学能转化为内能的量(放出的热量)与其质量的比，而燃料燃烧时可以达到的温度与所用燃料的多少以及燃烧条件、环境情况等有关，不能说热值越大，可以达到的温度就越高；燃烧放热的多少与燃料的质量、热值、燃烧条件等都有关，故不能说热值越大放热就越多；一定种类、一定质量的燃料，燃烧越充分，只能说放热越多，不能说热值越大，因为热值是燃料本身的一种性质，它与燃料的质量以及燃烧条件无关。综上所述，选项A、B、C均错误，只有选项D正确。
答案：D
当 堂 检 测
1. 关于燃料的热值，下列说法中正确的是(　　)
A. 某种燃料燃烧放出的热量叫作这种燃料的热值
B. 甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大
C. 燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多
D. 烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量
2. 为了节约能源，需要提高热机的效率，下列措施中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
3. 如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同。下列说法正确的是(　　)
甲 乙 丙
A. 比较不同液体的比热容，可以选择甲丙两图
B. 比较不同液体的比热容，可以选择乙丙两图
C. 比较不同燃料的热值，可以选择乙丙两图
D. 比较不同燃料的热值，不可以选择甲乙两图
4. 已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，表示1kg干木柴 时放出的热量为 J。
5. 酒精的热值是3×107J/kg，完全燃烧210g的酒精，最多能获得 J的热量。
6. 新农村建设中正在大力推广使用瓶装液化气。如果每瓶装10kg液化气，液化气的热值取4.2×107J/kg，则每瓶液化气全部完全燃烧放出的热量是 J，若放出的热量有40%被水吸收，在标准大气压下可把 kg的水从20℃加热至沸腾。[c水＝4.2×103J/(kg·℃)]
当堂检测参考答案
1. D 2. D 3. A
4. 完全燃烧 1.2×107