14.4跨学科：热机效率和环境保护（课件）2025-2026学年沪科版九年级物理全一册

第四节 跨学科：热机效率和环境保护 第十四章 内能与热机 逐点 导讲练 课堂小结 作业提升 学习目标 课时讲解 1 课时流程 2 燃料的热值 热机效率 能量守恒定律 环境保护 知识点 燃料的热值 知1－讲 感悟新知 1 1. 热值 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的能力。 2. 定义 某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q 表示。 知1－讲 感悟新知 3. 热值公式和单位 固、液体燃料 气体燃料 知1－讲 感悟新知 4. 对热值的理解 热值是燃料的固有特性 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、体积以及燃烧情况均无关, 不能错误地认为q 与Q 成正比, 与m 成反比 对完全燃烧的理解 1 kg 的某种燃料, 只有完全燃烧时放出的热量才在数值上等于这种燃料的热值。如果没有完全燃烧, 放出的热量比按热值计算出的热量要小, 但这时不能说燃料的热值变小。在实际生产、生活中, 完全燃烧是很难达到的一种状态 热值的作用 燃料热值的高低是衡量燃料优劣的重要标准 知1－讲 感悟新知 5. 常见燃料的热值 燃料 热值q/(J/kg) 燃料 热值q/(J/kg) 干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 焦炭 3.0×107 柴油 4.3×107 木炭 3.4×1 07 汽油 4.6×107 氢 1.4×108 煤油 4.6×107 知1－讲 感悟新知 深度思考 热值和比热容有哪些不同？ 深度理解 热值与比热容的对比： 热值q 比热容c 定义式 q=() c= 本质 燃料的一种特性，与放热、质量、是否完全燃烧没有关系 物质的一种特性，与吸放热、质量、温度变化量无关 决定因素 燃料的种类 物质的种类、状态 知1－讲 感悟新知 知识归纳 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。 感悟新知 知1－练 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.1 kg 汽油完全燃烧放出的热量在数值上等于汽油的热值 例 1 9 感悟新知 知1－练 解析：燃料的热值与燃料的种类有关，与燃料的燃烧程度无关，故A 错误；根据Q=mq 可知，燃料完全燃烧放出的热量与热值、质量有关，燃料的热值越小，质量未知，则完全燃烧放出的热量无法比较，故B 错误；一瓶酒精用去三分之一后，剩余酒精的质量减小，但是酒精的热值不变，故C 错误；由q=可知，1 kg 汽油完全燃烧放出的热量在数值上等于汽油的热值，故D 正确。 答案：D 10 感悟新知 知1－练 1 . 油箱内的汽油燃烧掉一半后， 剩余的汽油( ) A. 比热容和热值都变为原来的一半 B. 比热容变为原来的一半，热值不变 C. 比热容没有变化，热值变为原来的一半 D. 比热容和热值都没有变化 D 11 感悟新知 知1－练 小华在某次体育训练时，身体消耗了8.4×103J的热量，这些热量相当于完全燃烧_______kg 干木柴所释放的热量。当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的热值 _______(填“不变”或“变为原来的一半”)。(q 干木柴=1.2×1 07 J/kg) 例 2 7×10 -4 不变 12 感悟新知 知1－练 解题秘方：根据题意可知，干木柴完全燃烧放出的热量与身体消耗的热量相等。根据Q放=mq 计算出需要完全燃烧干木柴的质量。热值是燃料的一种特性，与燃料的质量以及是否完全燃烧等没有关系。 13 感悟新知 知1－练 解析：由Q放=mq可知，干木柴的质量m====7×10 -4 kg； 由于燃料的热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量以及燃烧情况无关，所以当干木柴燃烧了一半，剩余干木柴的热值不变，还是1.2×107 J/ kg。 14 感悟新知 知1－练 技巧点拨 热学简单计算题的求解过程： 15 知识点 热机效率 知2－讲 感悟新知 2 1. 热机燃料能量的主要走向示意图(图1) 燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多。 知2－讲 感悟新知 2. 定义 热机运转中，做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值。 3. 公式 知2－讲 感悟新知 4. 提高热机效率的途径 (1)改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧； (2)在设计和制造热机时，要不断改进和创新，减少各种能量损失； (3)简化机械传动部分，选用优良的润滑材料减小机械摩擦，以减少能量损失。 知2－讲 感悟新知 深度思考 热机效率能等于100%吗？ 深度理解 不能，因为热机工作中会存在各种能量损失，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，故热机效率一定小于100%。 知2－讲 感悟新知 易错提醒 1.热机效率是个比值，与功率大小、消耗燃料多少、转速快慢等因素无关。 2. 热机的效率越高意味着消耗相同质量的燃料输出的有用功越多。 知2－讲 感悟新知 释疑解难 利用公式理解减少能量损失可以提高热机效率：η===1-。 感悟新知 知2－练 关于热机效率，下列说法正确的是( ) A. 热机效率越高，热机消耗燃料越少 B. 热机效率越高，热机做的有用功越大 C. 热机效率越高，消耗相同的燃料，获得的有用功就越多 D. 热机效率越高，获得相同的有用功，消耗燃料就越多 例 3 感悟新知 知2－练 解析：热机效率越高，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值越大，由于做有用功的多少不能确定，则燃料完全燃烧产生的能量大小不能确定，所以不能判断消耗燃料多少，故A 错误；热机效率越高，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值越大，由于燃料完全燃烧放出的热量不确定，所以不能直接判断所做有用功的多少，故B 错误； 感悟新知 知2－练 热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，效率高的热机做相同的有用功消 耗的燃料少，或消耗相同的燃料，获得的有用功就越多，故C 正确，D 错误。故选C。 答案：C 感悟新知 知2－练 2 . 汽车发动机一般是汽油机， 汽油的热值为4 .6×107 J/kg。某内燃机的能量流向如图所示， 下列说法正确的是( ) A. 该汽油机的效率为35 % B.1 kg 的汽油燃烧能够释放4.6×107 J 的能量 C. 换用热值较大的燃料，热机效率会提高 D. 如果改进技术，汽油机的效率就可以达到100 % A 25 感悟新知 知3－讲 知识点 能量守恒定律 3 1. 能量的转化 在一定条件下, 能量可以从一种形式转化为另一种形式，这种现象叫能量的转化。自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。 感悟新知 知3－讲 2. 能量守恒定律 (1)内容 能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。 感悟新知 知3－讲 (2)对能量守恒定律的理解 ①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 ②能量守恒定律包括“能量转化”和“能量转移”两个方面。 ③在能量发生转化时，某种形式的能的总量就不是保持不变的，这时不能认为能量是不守恒的。 感悟新知 知3－讲 3.“永动机”违反了能量守恒定律，所以“永动机”不能实现永动。 称为第一类永动机。 感悟新知 知3－讲 知识拓展 在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转化为机械能的机器违反了热力学第二定律，故称为" 第二类永动机"。第一类永动机和第二类永动机是违反当前客观科学规律，是不能够被制造出来的。 感悟新知 知3－练 文艺复兴时期，意大利的达·芬奇设计了如图2 所示的“永动机”装置。他设计时认为，在轮子转动过程中，右边的小球总比左边的小球离轮心更远些， 在两边不平衡的力作用下会使轮子沿箭头 方向转动不息，而且可以不断地向外输出 能量。 例 4 感悟新知 知3－练 下列对该装置开始转动后的分析正确的是( ) A. 装置所具有的机械能始终不变 B. 装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 C. 如果没有能量补充，装置最终会停下来 D. 根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 感悟新知 知3－练 解析：装置在转动过程中，克服空气阻力及摩擦力做功都要消耗机械能，使原有的机械能越来越少，如果没有能量补充，装置的转动会逐渐变慢，最终停止，故A、D 错误，C正确；小球在下行的过程中，高度降低，速度增大，重力势能转化为动能；在上行的过程中，高度增加，速度减小，动能转化为重力势能，故B 错误。故选C。 答案：C 感悟新知 知3－练 3 . 中国古代玩具饮水鸟被誉为“ 爱因斯坦也吃惊的玩具”。它的神奇之处在于能不停地点头“ 喝” 水，下球中装有乙醚( 极易汽化)， 汽化后气压增大将乙醚压入上球， 重心上移“ 低头喝水”； 上下球通过管连通， 乙醚流回下球， 如此反复。“ 饮水鸟”_____(填“是”或“不是”)永动机，其能量转化_____( 填 “ 遵循” 或“ 不遵循”)能量守恒定律。 不是 遵循 34 感悟新知 知4－讲 知识点 环境保护 4 1. 环境污染 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫、氮氧化合物，燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳等；二氧化硫、氮氧化合物经化学变化溶于水形成酸雨，使水、土壤酸化，对植物、建筑物和金属构件造成严重危害。 35 感悟新知 知4－讲 2. 环境保护措施 (1)改进燃烧设备, 消除烟尘。 (2)提高燃料的利用率, 采取集中供热, 以减少大气污染。 (3)充分开发利用污染少和无污染的能源。 (4)在内燃机排气管上安装尾气处理装置及消声器以减少有害物排放和噪声污染。 (5)推广和普及气体燃料的使用, 比如将煤转化为煤气再使用。 36 感悟新知 知4－讲 延伸拓展 燃料燃烧对环境的影响： 37 感悟新知 知4－练 [跨学科 日常生活]某学校每天需将1000 kg、20℃的水烧开供师生饮用。 (1)试计算每天烧开水所需要的热量是多少？［当地气压为1 标准大气压，c水=4.2×103 J/(kg·℃)］ 例 5 解析：利用公式Q 吸=cmΔt 计算烧开水所需要的热量。 38 感悟新知 知4－练 解：在1 标准大气压下，水的沸点是100℃，把水烧开，水吸收的热量Q吸=c水mΔt=4.2×103 J/(kg·℃)× 1 000 kg×(100 ℃-20 ℃)=3.3 6×108 J，即所需的热量是3.36×108 J。 39 感悟新知 知4－练 (2)若分别用煤炭、煤气、天然气做燃料，根据课本中的知识和你生活中的经验，简述以上三种燃料中使用哪种燃料对大气污染程度最重以及它对大气的污染物主要是什么？ 解析：煤炭燃烧不完全，产生大量的一氧化碳；煤气的主要成分是一氧化碳，燃烧生成二氧化碳；天然气的主要成分是甲烷，燃烧生成二氧化碳和水。 40 感悟新知 知4－练 解：使用煤炭对大气污染最严重；它对大气的主要污染物是粉尘、一氧化碳、二氧化硫等。 41 感悟新知 知4－练 4 . 为实现国家“碳达峰”“ 碳中和” 的目标， 我国某汽车集团研发了一款新型汽车。与另一款汽车相比，在同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气 中“汽油味”明显降低，动力更强劲。如图 所示是汽车发动机某一冲程的示意图， 42 感悟新知 知4－练 下列说法错误的是( ) A. 该冲程为压缩冲程，机械能转化为内能 B. 尾气中“ 汽油味”降低，是因为汽油在气缸中燃烧更完全 C. 新型汽车在行驶时，能量转移或转化过程中，能量的总量不变 D. 该发动机减少了碳排放， 有利于节约能源和环境保护 A 43 跨学科：热机效率和环境保护 燃料的热值 定义式 热机效率 q = 定义式 燃烧放热 η= 课堂小结 $$