2020年秋人教版九年级物理第14章 第2节 热机的效率 同步教学课件

(共29张PPT)
热机的效率
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念；
2.知道热值的单位和定义式，能简单计算燃料燃烧放出的热量；
3.了解热机中能量走向及热散失的途径，知道什么是热机效率，能提出提高热机效率的方法。
【重点】燃料的热值，热机效率；
【难点】热值的相关计算，热机效率。
学习目标
日常生活中常用到的燃料有哪些？
天然气
煤炭
石油
木柴
酒精
氢气
新课引入
问题: 火箭大多用液氢作为燃料，你知道这样做的好处吗？
新课引入
知识点 燃料的热值
1. 燃料
（1）燃料的种类
燃料是指可燃烧的物质，根据不同的标准，燃料可分为不同的种类，最常见的是按其物理状态分类：
燃料分类
固体燃料
液体燃料
气体燃料
1
新知探究
（2）燃料燃烧时的能量变化
燃料在燃烧时将化学能转化为内能。
经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比柴多得多。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领强呢？
新知探究
2. 燃料的热值
国际单位：焦每千克；符号：J/kg。
气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。
（1）定义：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。
（2）物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（3）单位：
新知探究
q
（4）符号：
（5）公式：
q=
Q放
m
燃料燃烧放出热量的计算
Q放= qm
固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位，因此，计算公式略有差异：Q=mq适用于固体、液体燃料放热计算，Q=Vq适用于气体燃料的放热计算，其中V为气体燃料的体积。
新知探究
对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料”、“完全燃烧”、“热量与其质量之比”。
①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成内能的本领大小；
②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。某种燃料只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小；
③“热量与其质量之比”是指同一燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比就是其热值，是不变的，所以燃料完全燃烧时放出的热量与其质量成正比。
新知探究
你有哪些发现？
1. 热值的大小只与燃料种类有关；
2. 不同燃料的热值一般不同；
3. 氢的热值最大。
新知探究
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量或体积、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
火箭为什么用氢气做原料？
氢的热值最大
新知探究
一次实验中，燃烧酒精42g，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热量？若这些热量被10kg的水完全吸收，水的温度能上升多少摄氏度？［酒精的热值q=3.0×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/（kg·℃）］
解：Q放 = m酒精q = 42×10-3kg×3.0×107J/kg=1.26×106J
由Q放 = Q吸 = cm水Δt，得：
即酒精完全燃烧释放的热量是1.26×106J，水的温度能上升30℃。
典型例题1
Δt =
Q放
cm水
=
1.26×106J
4.2×103J/(kg·℃）×10kg
= 30℃
知识点 热机的效率
1. 燃料的有效利用
燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。
有效利用
60%
未燃烧
15%
散失
25%
高温的空气带走很大一部分热量，该部分热量直接散失掉
燃料很难完全燃烧
被水吸收的热量
2
新知探究
（1）燃料的效率：有效利用的热量与理想情况下放出的热量的比值。
η=
Q利用
Q释放
×100%
（2）提高燃料利用率的途径
①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
②减少各种热量损失。

将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧；
I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；
II. 使用较好的保温材料，减少热损失。
新知探究
2. 内燃机燃料燃烧时能量走向示意图
序号 能量去向 说明
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
燃料未能完全燃烧
一部分能量消耗在
散热上
废气带走很大一部分能量
克服摩擦力消耗
一部分能量
由于燃料的品质、内燃机汽缸与活塞的密封程度等因素，热机不可能使燃料完全燃烧，燃料的化学能没有被全部释放。
热机大部分部件是由金属制成的，金属是热的良导体，将燃料燃烧所释放的部分热量传递给机体及空气，所以散热也是能量损失的一个方面。
四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲程排出汽缸中的废气，但此时废气的温度仍很高，内能较大。
活塞和曲轴在运动时要克服摩擦力做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供。
对外做的有用功
新知探究
3. 热机的效率
（1）定义：热机所做的有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的热量之比。叫热机的效率。
η=
W有用
Q放
×100%
（2）公式：
（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。
（4） 常见热机效率：
汽油机的效率：20~30%
柴油机的效率：30~45%
蒸汽机的效率：6~15%
新知探究
4. 热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%。因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
新知探究
5. 怎样提高热机的效率？
使燃料充分燃烧；
尽量减少各种热量损失；
在热机的设计和制造上采用先进的技术；
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。
新知探究
燃料的热值
热量公式：Q放=mq（固、液），Q放=Vq（气）
燃料的利用率
影响燃料有效利用的因素
提高燃料利用率的方法
热机的效率
公式： ×100%
提高热机效率的途径
课堂总结
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种类有关，与燃料的质量和燃烧状况无关
B．1kg某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
C．燃料燃烧时，质量越大，热值越大
D．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
A
课堂训练
2. 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．燃料的热值与燃料是否正在燃烧没有关系
　　C．燃料燃烧的时间越长，热值往往越大
　　D．容易燃烧的燃料热值一定大
B
课堂训练
3. （益阳中考改编）下列关于热值的说法正确的是（　　）
A．2kg煤的热值大于1kg煤的热值
B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C．燃料燃烧不完全时热值变小
D．燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
D
课堂训练
4. 关于热值和热机效率，下列说法正确的是（　　）
A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
B．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D．热机使用的燃料的热值越大，热机的效率就越高
A
课堂训练
5. 2019年4月20日22时41分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发射第四十四颗北斗导航卫星（如图所示）。火箭三子级以液态氢为主要燃料是利用它的 ，液态氢燃烧产生的燃气推动火箭加速上升的过程中，燃气的 能转化为火箭的机械能。
热值大
内
课堂训练
6. 下面说法不正确的是（ ）
A．燃料燃烧时，将化学能转化为内能
B．人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的
C．1kg的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值
D．提高燃料的利用率是节约能源的重要措施
C
课堂训练
7. 下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ）
A．减少各种热损失
B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦
C．充分利用废气的能量，如建热电站
D．采取少消耗总能量的办法
D
课堂训练
8. 如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内的液体初温相同。
（1）比较不同燃料的热值，应选择_______两图进行实验；比较不同物质的比热容，应选择_______两图进行实验，实验时应该控制液体的______相同。
甲、乙
甲、丙
质量
课堂训练
（2）若在研究不同燃料热值实验时，记录数据如下表：
根据表中数据计算，燃料2的热值为_______J/kg。
1.2×106
（3）通过实验得到的燃料热值与实际值相比偏小，你认为出现这种情况的主要原因______________________________________；
请你提出改进方法:_________________。
燃料燃烧释放的热量不能全部被液体吸收
给烧杯加个盖子
课堂训练
燃料 加热前液体温度/℃ 燃料燃尽时液体温度/℃ 燃料的热值/（J/kg）
1 15 35 2.4×106
2 15 25 ？
9. 某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量？相当于多少千克木柴完全燃烧放出的热量？（q气为7.5×107J/m3，
q柴为1.0×107J/kg）
解：Q放=Vq气=4m3 ×7.5×107J/m3 =3×108J；
m=Q放/q柴=3×108J/1.0×107J/kg=30kg。
课堂训练