13.4 热机效率和环境保护(要点讲解+当堂检测+答案)

沪科版物理九年级上册同步学案
第十三章　内能与热机
第四节　热机效率和环境保护
要 点 讲 解
要点一　燃料的热值
1. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q表示。对于气体燃料而言，热值则是某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的体积之比。
2. 单位：焦每千克，符号是“J/kg”，气体燃料的对应单位是“J/m3”。
3. 燃料完全燃烧放热公式：Q＝mq。公式中Q是燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；m是燃料的质量，单位是kg；q是燃料的热值，单位是J/kg。
体积为V的某种气体燃料完全燃烧放出的热量为Q＝Vq。Q是燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；V是燃料的体积，单位是m3；Q是燃料的热值，单位是J/m3。
热值是燃料本身的一种特性。同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同。燃料的热值是反映燃料燃烧释放能量本领大小的物理量。燃料的热值只取决于燃料的种类，而与燃料的质量、是否完全燃烧、放热的多少均无关，对某种燃料来说，它是一个确定的值。
要点二　热机效率
1. 定义：热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。
2. 公式：热机效率＝×100%，即η＝×100%。
3. 热机的效率总小于1
热机中真正能转变成有用功的那部分能量只是燃料燃烧释放能量的一部分，所以，热机的效率总小于1。柴油机的效率比汽油机的效率高，这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有所不同，柴油机在压缩冲程中的压缩比汽油机更大。
经典例题1　莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样。其中“T”就是“涡轮增压”，是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转，来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转，从而增加进气量并增大进气气压，使汽油燃烧更充分，燃气压强更大。同时也减少了废气中的有害物质，达到提高发动机效率和减少废气污染的目的。这辆汽车的最低油耗可达0.2kg/(kW·h)。已知汽油的热值为4.6×107J/kg[温馨提示：最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量；0.2kg/(kW·h)表示获得1kW·h能量消耗0.2kg汽油，1kW·h＝3.6×106J]。求：
(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少？
(2)该汽车发动机的效率最高可达多少？(结果保留整数)
解析：(1)已知汽油的质量和热值，汽油完全燃烧时放出的热量可以根据热值公式Q＝mq求出。
(2)题中已知的有用功能量单位用的是kW·h，所以需要首先将其化成国际单位制中的单位J，然后根据热机效率公式η＝×100%计算汽车发动机的最大效率。
解：(1)0.2kg的汽油完全燃烧时放出的热量为Q＝mq＝0.2kg×4.6×107J/kg＝9.2×106J。
(2)完全燃烧0.2kg的汽油发动机获得的最大有用功的能量为W有用＝1kW·h＝3.6×106J，
所以汽车发动机的最大效率为η＝×100%＝×100%≈39%。
要点三　环境保护
1. 热机造成的环境污染包括两方面：
(1)大气污染。
(2)噪声污染。
2. 保护环境，控制和减少大气污染的措施：
(1)改进燃烧设备，减少烟尘。
(2)提高燃料的综合利用，采取集中供热，例如北方冬季取暖用散热片，减少大气污染；城市用管道煤气，提高了燃料利用率。
(3)充分开发利用无污染能源，如：利用太阳能、风能、水能、地热能等。
(4)在内燃机排气管上安装消音器，减小噪声污染。
(5)大力植树种草。
易错易混警示　对热值概念的理解
有的同学认为燃料的质量和体积、燃烧是否充分都对燃料的热值产生影响，其实这种观点是错误的。燃料的热值是燃料本身的一种特性，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。只有1kg(或1m3)的某种燃料完全燃烧时放出的热量才等于热值，如果这1kg燃料不完全燃烧，放出的热量会小于热值。燃料的热值与燃料的质量、体积、燃烧是否充分等无关。
经典例题2　关于燃料的热值，下列说法中正确的是(　　　)
A. 任何物质都有热值
B. 燃料燃烧时才有热值
C. 热值是某种燃料完全燃烧时放出的热量
D. 热值等于1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量
解析：燃料具有热值，并不是所有物质都有，如石头、铁块等不能燃烧，就没有热值，故A选项错误；热值是燃料的一种特性，与燃料的质量、体积、是否燃烧等无关，故B选项错误；燃料的热值等于1kg(或1m3)某种燃料完全燃烧时放出的热量，故C选项错误，D选项正确。
答案：D
当 堂 检 测
1. 下列关于热机和环境保护的说法中正确的是(　　)
A. 热机的大量使用会造成环境污染
B. 所有的热机都是用汽油作燃料
C. 汽车排出的尾气全部都是有毒气体
D. 热机所产生的噪声可以被热机上的消声器完全消除
2. 向酒精灯内添加适量酒精后，燃料的热值与灯内原来的部分相比较(　　)
A. 变大 B. 不变 C. 变小 D. 无法确定
3. 有一家庭分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量约为：干木柴200kg，烟煤80kg，液化石油气30kg，煤气60kg。这四种燃料中热值最高的是(　　)
A. 液化石油气 B. 煤气 C. 烟煤 D. 干木柴
4. 一台四冲程汽油机完全燃烧100g汽油放出的热量中，损失了3.22×106J的热量(q汽油＝4.6×107J/kg)，则该汽油机的效率为(　　)
A. 28.8% B. 30% C. 35.5% D. 38%
5. 已知可燃冰的热值比煤气的热值大得多，则若完全燃烧相同质量的可燃冰和煤气，燃烧 放出的热多，1kg的可燃冰，燃烧一半后，剩余可燃冰的热值 (选填“变大”“变小”或“不变”)。
6. 1kg铀全部裂变，释放的能量不低于2000t煤完全燃烧时释放的能量。已知煤的热值为3.0×107J/kg，那么1.2kg铀全部裂变，释放的能量至少为 J。
7. 某同学用图示装置测量酒精热值。他在烧杯中加入300g水，调好装置后，加热使水温升高50℃，水需要吸收热量 J，他测得此过程中消耗了6g酒精，利用酒精燃烧放出的热量与水吸收的热量相等，算得酒精热值q＝　 　J/kg，他查表得到q酒精＝3.0×107J/kg，发现两者偏差较大，你认为其中的原因可能是　 　(写出一条原因即可)。
当堂检测参考答案
1. A 2. B 3. A 4. B
5. 可燃冰 不变
6. 7.2×1013