1 《热机效率和环境保护》课件沪科版九年级物理全一册

用相同质量的木 柴和煤炭分别加 热质量相同的水， 水的温度变化量 不同
感悟新知
2. 分析以上情境，可以得出： （1）固体（或液体）燃料放出热量的多少与该燃料的
_____质__量_____ 有关，质量越大，放出的热量越多。 （2）气体燃料放出热量的多少与该燃料的
_____体__积_____有关，体积越大，放出的热量越多。
D. 完全燃烧放出热量3.4×107 J
和燃料种类有关，与质 量m和体积V的大小都
无关。
感悟新知
（2）下面关于热值的说法，正确的是（ D ） A. 热值大的燃料燃烧时放出的热量多 B. 1 kg 的汽油燃烧时放出的热量是4.6×107 J C. 木炭燃烧不充分时其热值会变小 D. 2 m3 的沼气完全燃烧时放出的热量是3.8×107 J
（2）焦炭释放的热量
Q 放=qm′=3.0×107 J/kg×0.5 kg=1.5×107 J。 （3）该炉具烧水的热效率
η =× 100%=
×100% =22.4%。
感悟新知
知识点 4 环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许 多环境污染问题。
感悟新知
以热机为动力的各种交通工具为人类的发展做出 了重大贡献，但同时热机排出的废气含有大量有害物 质，影响人们的身体健康和动植物的生存。废气中的 二氧化硫、二氧化碳和氮氧化合物还会形成酸雨，危 害植物，污染环境等。
密度、比热容和热值都是
A. 质量、密度、比热容和热值不变 物质的特性，都与物质种
类和状态有关。
B. 质量变为本来的一半，密度、比热容和热值不变 C. 质量和密度变为本来的一半，比热容和热值不变 D. 质量和热值变为本来的一半，密度和比热容不变
感悟新知
知识点 3 热机效率
在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？ 燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
感悟新知
1. 概念： 热机运转中， 对外做的 __有__用__功___与燃料完
全燃烧所释放的___热__量____的比值称为热机效率，
用η 表示。 2. 公式：η =
深度理解 热机的效率只跟燃料
×100%。 完 全 燃 烧 程 度 、 机 器 之 间摩擦大小、机械散热 多少、废气带走能量的 多少等因素有关。
感悟新知
（3） 现有柴油2 kg，其中一半完全燃烧放出的热量是 __4_._3_×__1_0_7_J，剩余柴油的热值是 __4_.3_×__1_0_7__J/kg。
感悟新知
思路导引：根据q= 可得：Q=mq=1kg×4.3×107 J/kg=4.3×107 J。热值是燃料的一种特性，所以剩余柴 油的热值不变。 易错提醒
热值反应的是所有能燃烧的物质的一种性质，反应了 不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小， 即热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类和状态有 关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等均没有关系。
感悟新知
[ 中考·淄博] 一杯酒精倒出一半，剩余酒精的质量、密 度、比热容和热值的变化情况是（ B ）
感悟新知
由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃 料燃烧时所释放能量的一部分。
感悟新知
热机在工作时将燃料释放的内能转化为机械能。但 是热机运转时，燃料释放的热量有很大一部分损耗了， 真正转变为对外做有用功的能量只占总能量的一部分。 物理学中用热机效率表示热机把内能转化成有用功的能 力大小。
感悟新知
3. 分析以上数据可以看出：质量相同的不同燃料，放 出热量不同。即：燃料完全燃烧放出热量的多少与 __燃__料__种__类___ 有关。为了描述不同燃料的放热能力， 物理学中引入了热值。
感悟新知
知识点 2 热值
1. 概念：某种燃料 _完__全__燃__烧___ 放出的 ____热__量____ 与
感悟新知
3. 提高热机效率的途径： （1）改良燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧； （2） 减少热机工作过程中与外界的热传递损失； （3） 简化机械传动部分，选用良好的润滑材料减小机
械摩擦，以减少能量损失。 （4）想方设法对废气进行再利用。
感悟新知
4. 常见热机的效率
热机种类 蒸汽机 汽油机
柴油机
喷气式飞机 的发动机
实验 目的
实验 方法
探究燃料完全燃烧放出热量多少跟燃料种类是 否有关
用质量相同的不同燃料加热相同质量的同种液 体，通过液体温度的变化量反应燃料放出热量 的多少。这里用到了控制变量的思想
感悟新知
质量均为5 g 的酒精和煤油， 一只酒精灯，一只煤油灯， 实验 两只相同的烧杯各装500 g 器材 的水，两支温度计，天平和 砝码，两只搅拌器，两个铁 架台，石棉网，钟表，火柴
第十三章 内能与热机
13.4 热机效率和环境保护
学习目标
课时讲授 燃料
热值 热机效率 环境保护
课时导入
柴
石
薪
油
天
煤
然
炭
气
课时导入
从身边的问题出发： 人类要生存，离不开能量。在现代社会中，人类
使用的能量绝大部分都是从燃料燃烧中获得的内能。 生活中你见过哪些燃料？燃料燃烧时放出热量的多少 与什么有关？燃料燃烧放出的热量给人们的生活带来 方便的同时，有没有危害？
2. 公式及单位
公式
适用情况
单位
固体燃料、 液体燃料
J/kg，读作：焦耳每千克
气体燃料 J/m3，读作：焦耳每立方米
3. 物理意义：热值的大小反应燃料燃烧释放热量的能力。
感悟新知
4. 常见燃料的热值
燃料 热值q/（J·kg-1）
干木柴 烟煤 无烟煤
1.2×107 2.9×107 3.4×107
焦炭 木炭
感悟新知
知识点 1 燃料
1. 燃料的分类： 生活中常见的燃料有：煤炭、木柴、汽油、柴油、
天然气、沼气等。根据燃料的形态不同，可以把燃料 分为固体燃料、液体燃料和蔼体燃料。
感悟新知
燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料
里的化学能转化为内能而释放热量。燃料放出热量的多少与
什么因素有关？ 思想方法
感悟新知
（1） [中考·株洲] 木炭的热值为3.4×107 J/kg， 它表
示1 kg 木炭（ D ）
比值定义法定义的物理 量与该计算式中其他物
A. 具有3.4×107 J 的热量
理量无关 和
B. 具有3.4×107 J 的内能
热值q的大小是燃料的
一种特性，反应燃料燃
C. 完全燃烧对外做功3.4×107 J 烧释放热量的能力，只
感悟新知
思想方法 燃料完全燃烧放出热量的多少与多个因素有关，
所以在探究燃料完全燃烧放出热量多少与燃料种类的 关系时，需要控制燃料质量相同；实验中通过Q吸反 应Q放，所以实验中也需要控制被加热的物质种类和 质量相同。这里用到了控制变量法。
感悟新知
实验探究：质量相同的不同燃料完全燃烧放出热量的 多少与燃料种类是否有关？
提出问题：如何反应燃料放出热量的多少？ 答：在不考虑热量损失的情况下，Q吸=Q放，物体吸取 的热量可以反应燃料放出的热量；当加热物质时，又可以通 过物质温度的变化量反应吸取热量的多少。这里用到了转换 的思想。
感悟新知
生活 实例
用一捆木柴和 一根木柴分别 加热质量相同 的水，水的温 度变化量不同
用不同体积的 天然气分别加 热质量相同的 水，水的温度 变化量不同
感悟新知
炉具热效率类问题模型建立 炉具的能流图 炉具热效率 η = ×100% 可得：Q吸=η×Q放，Q放= 。
感悟新知
思路导引： 水的比热容c 水的质量m 水温升高Δ t 燃料质量m′ 燃料热值q
Q吸 炉具热效率η=
Q放
×100%
感悟新知
解：（1）水吸取的热量
Q 吸=cmΔt=4.2×103 J/（kg·℃）×10 kg×（100 ℃ -20 ℃）=3.36×106 J。
但对应燃烧掉的燃料 也少了，故热值不变
感悟新知
例 1 根据下表提供的信息，回答下面的问题。
燃料的热值（J/kg） 燃料的热值（J/m3）
柴油4.3×107 酒精3.0×107
天然气（3.3~4.5）×107 氢气1.4×108
汽油4.6×107 木炭3.4×107
煤气1.8×107 沼气1.9×107
感悟新知
视察对照以上表格中常见燃料的热值，可以得出
以下结论：
燃料的热值与燃料种类有关，不同燃料的热值一
般不同，热值是燃料的一种特性，其大小与燃料的形
态、质量、体积、是否完全燃烧均无关系。
特别提醒
一般情况下，固体、液体燃料的热 值单位用J/kg，气体燃料的热值单 位有时也可以用J/kg。
当没有完全燃烧时， 放出的热量虽然少了，Βιβλιοθήκη 热机效率6%~15 %
20%~30 30%~40
%
%
50%~60%
热机效率是热机性能的重要指标。不断提高热机
的效率，减少能源消耗，是人类在制造热机技术方面
孜孜不倦的追求。
感悟新知
延伸拓展 能研发热机效率到达100% 的理想热机吗？ 答：热机效率反应的是热机对能量的利用率。实
际生活中，永远不可避免能量的耗散，不可能利用全 部热量，所以热机效率一定小于100%。
课堂小结
热机效率和 环境保护
q Q
热
m
值
qQ
V
燃料 燃烧 (化学能)
有效利用
内能 热量
散失 机械能
环境污染
热机效率
课堂小结
热机效率和 环境保护
1. 热值与热量的综合计算： 在这一题型中，都要利用等量关系式： Q吸＝Q放或Q吸＝η Q放。
课堂小结
热机效率和 环境保护
2. 解决能量转化类计算题的一般规律： 第一找到能量转化关系式，再利用相应公式展开来 列方程，最后代入已知量求解；或在这个等量关系 的基础上，利用相应的公式分步解答。
感悟新知
例2 用炉具烧水时，将10 kg 的水从20 ℃加热到100 ℃， 燃烧了0.5 kg 的焦炭。水的比热容是4.2×103 J/ （kg·℃），焦炭的热值是3.0×107 J/kg。试求： （1）水吸取的热量是多少？ （2）0.5 kg 焦炭完全燃烧释放的热量是多少？ （3）该炉具烧水的热效率是多少？
所用该燃料的质量（或体积）之比，叫做这种燃料
的热值，符号是 “q”。
深度理解 “完全燃烧”指的是一定量的物质在一定条件下燃烧时化学能 全部转化为内能的现象。但是这种燃烧状态只是一种理想状态， 生活中很难满足燃料完全燃烧。燃料的燃烧属于化学变化，消 耗了燃料的化学能，获得了内能，是化学能转化为内能。
感悟新知
实验 操作
（1）按照由下往上的顺序组装实验器材；
（2）视察并记录加热前水的初温t1，燃料完全 燃烧后水的末温t2
感悟新知
实验 数据
燃料 5 g 酒精 5 g 煤油
燃烧情况 完全燃烧 完全燃烧
水的初温 20 ℃ 20 ℃
水的末温 30 ℃ 50 ℃
结论
相同质量的酒精和煤油加热相同质量的水，水升 高的温度不同
3.0×107 3.4×107
燃料 热值q/（J·kg-1）
酒精 柴油 汽油 煤油
3.0×107 4.3×107 4.6×107 4.6×107
原油
4.4×107
感悟新知
燃料 氢气 天然气 液化石油气 煤气
热值q/（J·kg-3） 1.4×108
3.3×107~4.5×107 4.9×107 1.8×107