14.2 热机的效率 课件-2024-2025学年人教版初中物理九年级全一册

第十四章第二节 热机的效率 人教版九年级全一册 教学目标 1.建立热值概念，知道热值是燃料的重要特性； 2.能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算； 重点 难点 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。 难点 3.知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，了解热机效率，能进行简单的计算； 新知导入 火的利用给人类社会带来了进步。无论是烧菜做饭，还是奔驰的火车，乃至直人苍穹的火箭等都离不开燃料。人们使用的能量绝大部分是通过燃料燃烧获得的。 你知道蒸汽火车和火箭使用的燃料有什么不同吗？不同的热机对燃料的利用效率一样吗？我们这节课就来学习热机的效率。 新知讲解 任务一：热值 你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？ 提出问题 天然气 汽车加“油” 木炭 干木柴 蜂窝煤 酒精 新知讲解 1.燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等；液体燃料有汽油、柴油、酒精灯；气体燃料有煤气、天然气等。 2.燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。 新知讲解 学生活动 根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。 在生活中，我们会发现，同样是将一壶水烧开，需要干木柴的质量比需要煤的质量多得多。 新知讲解 与干木柴相比，煤燃烧放出热量的能力更强 相同质量的煤和干木柴燃烧， 煤放出的热量比干木柴多 新知讲解 燃烧1kg煤放出的热量，是燃烧1kg木柴放出热量的两倍多 实验发现 把不同的燃料质量都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出热量的多少 热值 新知讲解 2.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。 表达式q = Q放是燃料完全燃烧放出的热量，单位是J 1.物理意义：表示不同燃料完全燃烧时放热的能力。 q是热值，单位是焦每千克，符号是J/kg 是燃料的质量，单位是kg 3.燃料燃烧时的能量转化： 。 化学能→内能 热值 新知讲解 一些燃料的热值 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg 烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg 无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg 焦炭 3.0×107J/kg 氢 1.4×108J/kg 木炭 3.4×107J/kg 焦炉 煤气 约1.7×107J/m3 酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3 新知讲解 焦炉煤气的热值约是 1.7×107J/m3，它所表示的物理意义是： 。 标准状态下1m3的焦炉煤气完全燃烧，放出热量约是1.7×107J 。 1kg的干木柴完全燃烧，放出热量是1.2×107J 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 对于某些气体燃料，其热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦每立方米，符号是J/m3。 与此对应的热值的表达式 q = 新知讲解 5.燃料完全燃烧放出的热量： 4.热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、形态、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少无关。 由 q = = q 由 q = = q 表达式中q的单位是J/kg或J/m3，Q放的单位是J，m的单位是kg，V的单位是m3 。 新知讲解 例1：下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，完全燃烧1kg焦炭能放出的热量3.0×107J 【答案】D 【详解】A．燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A错误； B．根据Q=mq可知，放出的热量与热值、质量有关，故B错误； C．一瓶酒精用去三分之一后，质量变化、热值不变，故C错误； D．焦炭的热值是3.0×107J/kg，它表示的意思是1kg的焦炭完全燃烧时放出的热量是3.0×107J，故D正确。 故选D。 新知讲解 例2：我国北方某地最低气温曾达到-52.3℃，当地多使用酒精温度计，这是利用了酒精的（    ） A．热值高 B．比热容大 C．沸点低 D．凝固点低 【答案】D 【详解】而酒精的凝固点较低，是－117℃，在-52.3℃时，酒精仍然是液态，所以当地多使用酒精温度计。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 新知讲解 例3：如图所示，这是四冲程汽油机的 冲程；汽油的热值是4.6×107J/kg，当消耗4kg汽油时，这些汽油完全燃烧放出的热量为 J。 【答案】 做功 1.84×108 【详解】[1]由图可知，该汽油机的进气门和排气门均关闭，活塞向下运动，火花塞有火花，说明是汽油机的做功冲程。 [2]汽油完全燃烧释放的热量为 Q放=qm=4.6×107J/kg×4kg=1.84×108J 新知讲解 任务二：热机的效率 用煤炉烧水 1.煤能完全燃烧吗？ 2.煤燃烧释放的能量，被有效利用的是哪部分？ 思考 3.没有被有效利用的能量去了哪里？ 不能。 被水吸收的热量。 水壶吸收、煤炉自身吸收、高温烟气带走、直接散失。 目的→把水烧开 新知讲解 燃料不能完全燃烧损失能量 废气排出带走能量 机械传动克服摩擦做功 机械传热损失能量 转化为对外做有用功的能量 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？ 新知讲解 热机的效率 1.定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。 2.公式：η=或η= 3.物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 新知讲解 思考与讨论 结合热机燃料的能量走向图，说一说我们可以采用哪些方法提高热机效率。 燃料不能完全燃烧损失能量 废气排出带走能量 机械传动克服摩擦做功 机械传热损失能量 转化为对外做有用功的能量 最多 新知讲解 归纳总结 （1）使燃料充分燃烧，节约能源、减少污染； （2）改进热机，减少各种能量损失，提高效率； （3）利用废气的能量，提高燃料的利用率。 新知讲解 例4：内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈 （ ），则下列说法正确的是（　　） A．图中所示冲程是做功冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为 C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 【答案】B 【详解】A．图中所示冲程两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A错误； B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为 故B正确； C．飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D．由 得，汽油机消耗的燃料越少，完全燃烧释放的热量越少，做的有用功不知，无法比较效率高低，故D错误。 故选B。 课堂练习 1、热学知识与人类生活息息相关。下列说法正确的是（    ） A．酒精燃烧过程中，质量减少，热值不变 B．铁块很难被压缩，说明固体分子之间不存在间隙 C．内燃机在做功冲程中，气缸内气体温度升高，内能增大 D．内陆地区比沿海地区昼夜温差大，是由于砂石的比热容比水的比热容大 【答案】A 【详解】A．酒精燃烧过程中越来越少，所以质量减少，燃料的热值只与燃料的种类有关，与质量无关，所以热值不变，故A正确； B．铁块很难被压缩，是因为铁块被压缩时，分子间距变小，由于分子间存在相互的斥力，致使铁块很难被压缩，故B错误； C．内燃机在做功冲程中，气缸内气体对活塞做功，内能减小，故C错误； D．内陆地区和沿海地区相比，内陆地区砂石的比热容小，在相同的吸放热条件下，砂石的温度变化大，故D错误。 故选A。 课堂练习 2、随着科技发展，人们已经开始将氢能作为一种新能源加以利用。已知氢燃料的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃)。如果一辆汽车平均每月消耗氢燃料30kg，这些氢燃料完全燃烧释放的热量为 J，若这些热量完全被水吸收，可使 kg水的温度从20℃升高到100℃。 【答案】 4.2×109 1.25×104 【详解】[1]这些氢燃料完全燃烧释放的热量 这些氢燃料完全燃烧释放的热量为4.2×109 J。 [2]若这些热量完全被水吸收，水的质量 可使1.25×104kg水的温度从20℃升高到100℃。 课堂练习 3、完全燃烧42g焦炭放出的热量是 J，这些热量若有50%被水吸收，则可使质量为2kg、初温为30℃的水，升高 ℃。 （水的比热容为4.2×103J/（kg·℃)，焦炭的热值为3×107J/kg。此时外界气压为1标准大气压） 【答案】 1.26×106 70 【详解】[1]由Q放=mq可得焦炭放出的热量 [2]这些热量若有50%被水吸收，则水吸收的热量为 水升高的温度 此时外界气压为1标准大气压。在1标准大气压下，水的沸点是100℃，由于水的初温为30℃，则水温只能升高70℃。 课堂练习 4、氢能源车的发动机工作时将液态氢转化为氢气在汽缸中燃烧。某次测试中，一辆氢能源车以70kW的功率匀速行驶0.5h，消耗了 2kg燃料，汽车发动机做的功为 J，该发动机的效率为 。（氢的热值为1.4×108J/kg） 【答案】 1.26×108 45% 【详解】[1]发动机做的功 [2]消耗2kg燃料放出的热量 该发动机的效率 课堂练习 5、山西拥有丰富的历史文化遗产。暑假期间小明一家从平遥古城自驾前往五台山，进行古建筑研学旅行。平遥古城到五台山全程约360km，驾车前往大约需要4h。（汽油的热值q取4.5×107J/kg，汽油的密度ρ取0.8×103kg/m3） （1）求汽车的平均速度。 （2）汽车全程消耗汽油25L，求汽油完全燃烧放出的热量Q。 （3）若汽车发动机全程的平均功率为25kW，求汽车发动机的效率。 【答案】（1）90km/h；（2）9×108J；（3）40% 【详解】解：（1）汽车的平均速度 （2）全程消耗汽油的体积为 V=25L=0.025m3 汽油的质量为 m=ρV=0.8×103kg/m3×0.025m3=20kg 汽油完全燃烧放出的热量 Q=mq=20kg×4.5×107J/kg=9×108J （3）汽车全程所做的有用功为 W=Pt=25×103W×4×3600s=3.6×108J 则汽车发动机的效率 课堂练习 6、如图所示为某折叠卡式炉，采用丁烷气体作为燃料。水壶装入2L初温为25℃的水，用卡式炉加热至100℃，消耗了25g丁烷气体（水的比热容为4.2×103J/（kg·℃)，丁烷的热值为4.8×107J/kg）。求： （1）壶中水的质量； （2）水吸收的热量； （3）卡式炉的加热效率。 课堂练习 【答案】（1）2kg；（2）6.3×105J；（3）52.5% 【详解】解：（1）壶中水的质量为 （2）水吸收的热量为 （3）丁烷放出的热量 卡式炉的加热效率为 板书设计 一、燃料的热值 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. 公式：q=（固体燃料）；q=（气体燃料） 3. 单位： J/kg（固体）； J/m3（气体） 二、热机的效率 1. 定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率. 2. 公式：η= 3. 提高热机效率的方法 （1）使燃料充分燃烧; （2）尽量减少各种热量损失； （3）利用废气的能量（主要措施）； （4）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。 谢 谢 观 看！ $$