13.4热机效率和环境保护课件 -2024-2025学年物理沪科版九年级全一册

第四节 热机效率与环境保护 燃料种类很多，煤炭、汽油、天然气等等，为什么火箭会使用氢来作为燃料呢？ 思考 学习目标 1.从生活中体会不同燃料释放热的本领不同，建立热值概念。（重点） 2.知道热值是燃料的重要特性，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。（重难点） 3.了解热机效率，知道热机工作时燃料释放能量的主要流向。 4.知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。（重点） 课程标准： 认识燃料的热值。 能够燃烧并同时放出光和热的物质，叫做燃料。 燃料燃烧时，燃料的化学能转化为内能。 人类使用的能量绝大部分是通过燃料燃烧获得的。 内能的利用：①利用内能来加热物体（能量转移） ②利用内能来做功（能量转化） 燃料及其燃烧 自主探究： 1、热值：某种燃料_________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(符号：q) 2、单位：焦/千克 （符号：_________） 焦/米3 （符号：________） 如：干木柴的热值为1.2×107J/kg 它表示________________________________。 3、物理意义：__________________________。 1.1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？ 2.相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？ 3.1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？ 思考 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。 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 焦每千克，符号是J/kg。 固体或液体燃料完全燃烧放出的热量的计算公式为Q=qm， 气体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为Q=qV。 1.定义： 2.物理意义： 3.国际单位： 4.计算公式： 燃料的热值 　　请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。 一些燃料的热值 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？ 若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？ 氢的热值是1.4×108 J/kg 干木柴的热值1.2×107 J/kg 放出热量 Q = qm =1.4×108 J/kg× 10×103 kg =1.4×1012 J 需要干木柴 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。 4. 燃料放热公式： Q放=mq (固、液) Q放=Vq (气) 燃料放热的多少与燃料的质量、热值和燃烧程度有关。 m= q Q放 V= q Q放 q= m Q放 q= V Q放 热值概念的理解： 热值是燃料的一种性质，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、放热多少无关。 热值由燃料内部蕴藏的化学能多少决定，与燃料是否完全燃烧无关。 1kg的某种燃料，只有在完全燃烧时，放出的热量才等于这种燃料的热值，若该燃料在燃烧时没有完全燃烧，放出的热量就比对应的热值小。 例：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系，与燃料的质量和燃烧状况无关 B、 燃烧1千克某种燃料放出的热量就是这种燃料的热值 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大 热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？ 热机燃料的能量走向示意图 部分燃料未 完全燃烧 克服摩擦 消耗能量 废气排出 带走能量 机械传热 损失能量 转化为对外做 有用功的能量 二、热机效率 热机效率：对外做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量的比值． 注意：① η用百分数，无单位。 ②η<1 ③W有用=Q放η , Q放= W有用 η η＝ ×100% W有用 Q放 例一台大型推土机的推力约为3×104N，匀速推着土总行程达10km，消耗柴油约30kg. 求:推土机上装的柴油机的热机效率。 解析: 1、 W有用＝FS 2、 Q放＝q柴油m柴油 η＝ ×100% W有用 Q放 3、 （23.3%） 燃料的烧水效率： 例②煤炉中燃烧0.6kg无烟煤，能将20℃约9.5kg的水烧开, 那么这个煤炉的热效率是多少？ （无烟煤热值为3.4×107J/kg） η＝ ×100% Q吸 Q放 解析: 1、 Q吸＝cm( t2 – t1) 2、Q放＝m煤q煤 （15.6%） η＝ ×100% Q吸 Q放 3、 小结、计算公式： 燃料的烧水效率： 热机效率： 燃料燃烧放出热量： 物体降温放出热量： 物体升温吸收热量： Q吸= cm( t2 – t1) = cm△t Q放= cm( t1 - t2 ) = cm△t Q放= mq 和 Q放= Vq η＝ ×100% Q吸 Q放 η＝ ×100% W有用 Q放 热机的效率能否达到100％？ 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。 怎样提高热机效率？ 提高热机的效率主要途径是减少热机各种能量损失。 具体措施为：（1）使燃料尽可能完全燃烧(煤粉、鼓风)； （2）减小机械摩擦（选用优良润滑油）； （3）尽量简化机械传动部分（三角旋转式发动机）。 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~30% 柴油机的效率为30%~45% 练习： 1.100g的汽油完全燃烧能放出多少能量？（汽油的热值为4.6×107J/kg） 2.要放出6.3×107J的热量，需完全燃烧多少体积的天然气？（天然气的热值4.2×107J/m3） 3.在标准大气压下，把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少千克的干木柴？(不计热量损失) （干木柴的热值为1.2×107J/kg） 4.燃烧4.2kg的干木柴能放出多少热量？在标准大气压下，这些热量能将多少千克的40℃的水烧开？(已知烧水效率η=60%) ． 说明：按照状态，燃料可分为固体燃料(如煤、炭、木材等)、液体燃料(如汽油、煤油、石油等)和气体燃料(如天然气、煤气、沼气等)。 19 （1）改进燃烧设备时加装消烟除尘装置； （2）集中供热； （3）改用气体燃料，普及煤气和天然气； （4）充分开发利用污染少和无污染的新能源。 保护环境的方法： C 1.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 2. 关于热机效率，下列说法正确的是 (　　 ) 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，并且要保证良好的润滑 D.提高热机效率，有利于环保减排 C D 3．一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％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。 35% $$