第2节 热机的效率

课堂教学展示 教学板书
课堂教学展示 课堂小结 概念
热机
能量转化情况 汽油机 内燃机 柴油机
构造
一个工作循环 能量转化
课后反馈总结 布置作业
1.从课后习题中选取；
2.完成练习册本课时的习题。
课后反馈总结 教学反思 1.在帮助学生理解热值概念时，可以课前让学生做社会实践调查： 家庭（农村）炉灶的变化及燃料使用的变化，体会相同质量的不同燃 料在燃烧时释放的热量有明显差异.认识不同燃料的热值不同，并由此 引导学生分析、讨论如何有效提高燃料的利用率.
课后反馈总结 习题解答 （见教材P26 动手动脑学物理）
1.汽油的热值为4.6×107J/kg.这个数值究竟有多大？有人通过一个具 体例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的人，从大厦的1楼步行 至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m，他克服重力做了多 少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等， 需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？ 解：克服重力做功W=Gh=m人gh=60kg×10N/kg×30m=1.8×104J； 汽油完全燃烧放热Q放 = W = m汽油q，需要汽油的质量 Q放 1.8 104 J 4 m汽油 3.9 10 kg 390mg， 7 q 4.6 10 J/ kg 相当于6根火柴的质量.（一根火柴质量约65mg，其他物体合理即可）
在一次物理实验中，共燃烧酒精42g,如果酒精完全燃烧，则能 释放多少热量？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 = mq = 42×10-3kg×3.0×107J/kg=1.26×106J， 由Q放 = Q吸 = cmΔt，得： Q吸 1.26 106 J t 30C， 3 cm 4.2 10 J/ kg C 10kg
4.提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答 问题的提纲，不必展开陈述.
解：节约能源、减少环境污染等.（解答本题可从节约能 源及减少环境污染等方面来考虑，答案合理即可）
以节约耗油量 驾车在上坡时低速行驶以增大牵引力， 而当在平路上行驶时还要以适当的速度行驶， 这样可以节约耗油量
阅读教材P25STS《从火车到火箭》短文.
图14.2-3 斯蒂芬森的“火箭号” 蒸汽机车，它诞生于1829年
图14.2-4 摩托车使用汽油机，挖土机 使用柴油机，货船使用大型柴油机
图14.2-5 高温高压水蒸气直接推 动蒸汽轮机的叶片
第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
R· 九年级上册
课前自学准备 课标要求
知识与技能 1.从能量转化的角度认识燃料的热值.知道燃料热值的物理意义及 其单位. 2.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义. 学 3.通过能量的转化和转移，认识热机效率. 习 过程与方法 1.通过对燃料燃烧过程的分析，归纳出燃料燃烧过程中的能量转化. 目 2.通过对热机中的能量转化及损失的分析，了解提高热机效率的具 标 体措施. 情感、态度 1.通过学习提高热机效率的具体措施，帮助学生提高节能意识；初 与价值观 步认识科学技术的发展对自然环境造成的影响，增强环保意识. 2.通过燃料燃烧放出有害物质的学习，使学生初步认识到事物都是 一分为二的，培养学生初步的辩证的观点，养成辩证看问题的良 好习惯. 学习重点 燃料的热值，热机效率的计算 学习难点 热机中的能量转化及损失，提高热机效率的具体措施 学具准备 多媒体课件
从哪里获得内能？
石油
柴薪
煤炭
天然气
课堂教学展示 推进新课
一、燃料的热值
想想议议 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？ 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。
1．热值的概念
（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。
③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料 而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大 小不同.
2．热值是燃料的属性
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。
3．有关燃料燃烧放热的计算 想一想 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
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根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳 的热量？ 氢的热值是1.4×108 J/kg 放出热量Q = 热值q×质量m = 1.4×108 J/kg× 10×103 kg = 1.4×1012 J 再算算，若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要 多少吨干木柴？ 干木柴的热值1.2×107 J/kg 热量 1.4 1012 J 5 1.2 10 kg 需要干木柴 m 7 热值 1.2 10 J/kg 约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃 烧放出的热量。
3.全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用 状态的汽车数量已突破10亿辆.每辆汽车每年耗油1.8t，汽车 内燃机的效率平均值取30%.如果能把内燃机效率提高1%， 全球每年可以节约多少燃油？ 解：效率提高前后每辆汽车需要消耗的有用能量相等，所以 30%Q总前=（30%+1%）Q总后，则30%· m前q=31％· m后q， m前 30% m后 1.742t， 31% 10亿辆汽车节省的汽油质量为109×（1.8-1.742）t=5.8×107t.
（2）物理意义 热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （3）单位 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。
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、化学能转化成的内能的本领大小. 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.
2.如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的 质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明 理由. 解：因为Q放=m木柴q木柴=m煤油q煤油，查出q木柴=1.2×107J/kg， q煤油=4.6×107J/kg，所以 m木柴 q煤油 4.6 107 J/kg 3.83， 7 m煤油 q木柴 1.2 10 J/kg 即干木柴的质量应该等于煤油质量的3.83倍.
即酒精完全燃烧释放的热量是1.26×106J；水的温度能上升30℃.
总结：
热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反 映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，也就是说，它是燃料本身的一种特性， 它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体 积、是否完全燃烧均没有关系.
二、热机的效率
3. 完全燃烧15千克热值是 3.4×107焦耳/千克的木炭， 能产生多少热量？想要获得这些热量,需要完全燃烧多少 千克氢气？(q氢=1.4 ×108焦耳/千克)
7
解：Q = mq = 15kg×3.4×107J/kg = 5.1×108J
Q m= = q
5.1×108 J 1.4×108 J/kg
②使用较好的保温材料，减少热损失。
热机的效率
m ′q Q放 想一想 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？
无用的 机械 能
公式：η=
Q吸
=
cm△t
损失的内能
1．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。
汽油机的效率为 20%~30%
蒸汽机的效率只有6%~15%
= 3.64 kg
知识点2 热机的效率 4. 关于热机效率，下列说法正确的是：( C D ) A．热机效率越高，即热机做的有用功多 B．热机效率越高，即热机的功率越大 C．要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并 且要保证良好的涧滑 D．提高热机效率，有利于环保减排
5．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散 热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗 35% 。 占10％，则内燃机的热机效率为__________
课前自学准备 预习检测
1.燃料的热值 质量 完全燃烧 时放出的热量与其______ 物理学中，把某种燃料___________ 之比叫做这种燃料的热值，可用字母q表示，它是燃料的一种特性. 完全燃烧 放出的热量. 1kg 某种燃料____________ 热值在数值上等于_______
2.热机的效率
燃料的利用率
热机的效率视频
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。
高温的空气带走相 当一部分热量， 一部分热量直接 散失掉 散失 25% 未燃烧 15% 燃料很难完全燃烧
有效利用 60% 被水吸收的热量
通常的锅炉，燃料利用率比较低，因此在节约能源 上改造的潜力巨大。 提高锅炉效率的措施: （1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。 将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更完全燃烧； （2）减少各种热量损失。 ①加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；
图14.2-6 自带燃料和氧化 剂的火箭
课堂教学展示 随堂演练
知识点1 燃料的热值 1．对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的 是( C ) A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B．燃料没燃烧时就没有热值 C．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的 值， 跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关 D．容易燃烧的燃料热值一定大
柴油机的效率为30%~45%
2．提高热机效率，节约能源，减少污染 （1）热机的效率是热机性能的重要指标 （2）提高效率的途径 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧； 改进热机，减少各种能量损失； 利用废气的能量。
为了响应国家“节能减排”的号召，同学们讨论家用 汽车的节能方法，你认为下列方法不合理的是（ D ） 合理 A.开车过程中不宜频繁地急加油和急刹车 会造成汽油的浪费 B.定期清理汽车后备箱中的不常用物品，减小汽车负载 合理 C.夏天开车开空调时，空调的温度不宜过低 可以减小汽车的 合理 阻力，行驶时可 D.驾车长期低速行驶 不合理
2.有效利用燃料是节约能源、保护环境的重要措施，讲解这个问题 是为了强调节约能源、注意环保的重要性，对学生进行节能教育，关 于保护环境问题，通过这部分内容的学习，一方面是为了提高学生的 环保意识，另一方面要让学生辩证地看待科学进步对人类社会的影响， 使学生初步认识到事物都是一分为二的，培养学生初步的辩证唯物主 义的观点，养成辩证看问题的良好习惯.
2．已知Fra Baidu bibliotek木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg 干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使 多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为 4.2×103 J/(kg· ℃ )。
解：Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J Q m= c( t - t 0 ) 8.4×106 J = 4.2×103 J/(kg· ℃)×(70 ℃-20 ℃) = 40 kg
对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还 有用功 的那部分能量，与燃料 有相当一部分能量散失了.用来做_________ 比 ，叫做热机的效率. 完全燃烧放出的能量之______
课堂教学展示 复习巩固
1、汽油机有哪四个冲程？ 2、哪些冲程发生了能量的转化？如何转化？
课堂教学展示 新课导入
甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那 么（ D ） A.甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值 × B.甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量 × C.甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大 × D.甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小 √
解析： Q放的大小与质量m和燃料的热值q都有关，即Q放=mq，因 此，甲放出的热量较多，其质量和热值不一定大，但是质量和燃 料热值的乘积一定大，故应选D.