人教版九年级全册第十四章 内能的利用第1节 热机一等奖备课ppt课件

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第十四章 内能的利用第2课 热机效率
新课导入
观察与思考
思考：我们知道汽油机用汽油做燃料、柴油机用柴油做燃料。那我们生活中经常用到的燃料还有哪些呢？
日常生活中常用到的燃料有哪些？
天然气
煤炭
木柴
柴薪
煤炭
石油
天然气
观察与思考
而火箭大多用液氢作为燃料，这又是为什么呢？
提出问题
1.不同场合为什么要使用不同燃料？2.我们如何区分不同燃料燃烧放热能力？3.燃料燃烧后产生的热量会有一部分流失掉，燃料的使用效率又如何表示呢？
课堂讲解
01
燃料的热值
02
热机的效率
03
热值的相关计算
燃料的热值
燃料燃烧产生热量的多少和什么因素有关？
1.kg干木柴和2kg干木柴，燃烧情况一样，谁放出热量多？
2.同样1kg干木柴，一个完全燃烧，另一个燃烧不充分。哪种情况放出热量多？
跟燃料的质量有关
跟燃料燃烧的程度有关
3.1kg干木柴和1kg煤，燃烧情况一样，谁放出热量多？
跟燃料的种类有关
提出问题
不同燃料的放热本领不同，怎么比较它们谁的放热本领强呢？
【实验设计】选取相同质量的不同燃料，点燃后，对相同质量的水进行加热，比较两杯水温度的升高多少，来确定燃料的放热本领。
实验方法控制变量法和转换法
大量的实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。 我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
（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）物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（3）符号：q
（4）公式：
其中，Q放-燃料完全燃烧放出的热量（J）；m-燃料质量（kg）；q-燃料的热值（J/kg）。
燃料燃烧放出热量的计算：
Q放= qm
固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位，因此，计算公式略有差异：Q=mq适用于固体、液体燃料放热计算，Q=Vq适用于气体燃料的放热计算，其中V为气体燃料的体积。
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。
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。
常用燃料的热值见下表：
如何理解热值的概念
热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量或体积、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
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。
热值是一个理论值，只有燃料充分燃烧，放出的热量才等于利用公式计算得出的热量。因为燃料不可能完全燃烧，所以放出的热量会比理论值稍小。但燃料的热值不会改变。
随讲随练
1.一次实验中，燃烧酒精42g，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热量？若这些热量被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 = m酒精q = 42×103kg×3.0×107J/kg=1.26×106J 由Q放 = Q吸 = cm水Δt，得：即酒精完全燃烧释放的热量是1.26×106J，水的温度能上升30℃。
随讲随练
2.某校每天将1000kg、20℃的水烧开供师生饮用。（1）每天烧开这些水至少需要多少热量？（2）若烧开水的炉子用干木材作燃料，则每天至少需要多少干木材？ c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q干木材=1.2×107J/kg,水的沸点100℃
随讲随练
【解析】（1）每天烧开水至少需要的热量：(2)由公式得，每天所需要的干木材：【答案】（1）3.36×108J（2）28kg。
热机的效率
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？
提出问题
燃料的有效利用
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。
高温的空气带走很大一部分热量，该部分热量直接散失掉
燃料很难完全燃烧
被水吸收的热量
热机效率
用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
提高燃料利用率的途径
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，使之更充分燃烧）。②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。
物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
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%
热机效率不可能达到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，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
如何提高热机效率：（1）使燃料充分燃烧；（2）尽量减少各种热量损失；（3）在热机的设计和制造上采用先进的技术；（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。
随讲随练
1.某汽车的输出功率是60kW，正常行驶的速度为54km/h，汽车内燃机的效率是25%，该汽车要是行驶108km，要消耗多少kg的汽油？（汽油的热值4.6×107J/kg）
随讲随练
2.目前石油、煤炭消耗量的迅速增长，易导致能源危机。因此，开发和利用新能源，成为全世界最为关注的问题之一。小明家的太阳能热水器内装有100kg、25℃的水，经过一天照射后，温度升高了50℃。则水吸收的热量及至少可以节约煤的质量分别是（　　）。[水的比热容是4.2×103J/（kg•℃），煤的热值是3.0×107J/kg]A．1.05×107J，0.35kg B．2.1×107J，0.35kgC．1.5×107J，0.7kg D．2.1×107J，0.7kg
随讲随练
解：水吸收的热量为：Q吸=cm△t=4.2×103 J/（kg·℃）×100kg×50℃=2.1×107J；Q放=Q吸，mq=Q吸，煤的质量故选D。
热值的相关计算
物质的吸放热
比热容的计算公式:
Q吸:吸收的热量
m:物体质量
t0:物体初温度
t1:物体末温度
吸收的热量=比热容×质量×升高的温度
Q吸= cm(t1-t0)
Q放= cm(t0-t1)
通过上面的计算，可以总结出一个由比热容计算物体吸收热量的公式：Q吸=____________________。
c × m ×（t - t0）
若用 Δt 表示温度变化量，则物体吸收或放出的热量为 Q=cmΔt。
热平衡
（1）概念：两个温度不同的物体放在一起时，高温物体放出热量，温度降低；低温物体吸收热量，温度升高，若热量全部被低温物体吸收，最后两物体温度相同，称为“达到热平衡”。（2）热平衡方程：Q吸 = Q放（若放出的热量没有损失）。
1）如果某物体的比热容为c，质量为m，温度变化为Δt，则物体吸收或放出的热量为Q=cmΔt； 2）此公式适用于物体温度改变时，物体吸收或放出热量的计算，对物态变化的过程不适用。
热量和热平衡问题的计算
热平衡
1.应用公式计算热量的步骤：（1）根据题意确定吸热物体和放热物体；（2）分析已知条件，并统一单位；（3）根据物理过程，依据条件选择公式；（4）代入数据求解，并讨论结果的合理性；2.当发生热传递的两个物体达到热平衡时，高温物体放出的热量与低温物体吸收的热量间的关系是
热机效率
用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
提高燃料利用率的途径
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，使之更充分燃烧）。②减少各种热量损失（I. 加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；II. 使用较好的保温材料，减少热损失）。
物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
随讲随练
1．（2021·湖南郴州市）小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃（未沸腾），共燃烧了7g酒精[c水=4.2×103J/（kg℃，酒精的热值为q=3×107J/kg]。则（ ）。A．水吸收的热量是2.94×107J，效率为14%；B．水吸收的热量是2.94×104J，效率为14%；C．水吸收的热量是2.94×107J，效率为1.4%；D．水吸收的热量是2.94×104J，效率为1.4%
随讲随练
【解析】A C．水吸收的热量是故A错误；C错误；B D．燃料完全燃烧释放的热量为效率为故B正确；D错误。故选B。
随讲随练
2．（2021·内蒙古通辽市）用液化气灶烧水，把1.5kg初温为20℃的水加热到100℃，需要吸收的热量为_____J。若上述过程中完全燃烧了0.021kg液化气，且只有60%的热量被水吸收，则液化气的热值为_____J/kg。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
随讲随练
【解析】水吸收的热量：由题知， 则可算得液化气热值为【答案】5.04×105；4×107。
随讲随练
3．（2021·湖北十堰市）如图所示，小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，此过程的能量转化方式与柴油机的______冲程相同。小明参加了一次长跑，身体消耗的能量约为8.4×106J，这些能量相当于完全燃烧______m3的天然气，若天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则在标准大气压下这些热量可将______kg20℃的水烧开。（c水＝4.2×103J/（kg•℃）；q天燃气＝4×107J/m3）
随讲随练
【解析】[1]小明在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小团硝化棉，用力将活塞迅速下压，棉花被点燃，这是因为压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；该实验中，活塞的机械能转化为筒内空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化方式相同。[2]由题意知，天然气完全燃烧放出的热量等于小明长跑时身体消耗的能量，由Q放=qV，可知需要燃烧的天然气体积为[3]由题意知，天然气完全燃烧放出的热量有50%被水吸收，则水吸收的热量为Q吸=ηQ放=50%×8.4×106J=4.2×106J由可得，水的质量为
课堂总结
思维导图
归类练习
类型1:对热值的理解
1.关于热机效率和热值描述正确的是（　　）。A．燃料燃烧越充分，燃料热值越大；B．使用热值大的燃料，可以提高热机效率；C．额定功率越大的机械，其发动机效率越高；D．燃料燃烧越充分，热机效率越大
【解析】A．热值是燃料的特性，与燃料的燃烧情况无关，故A错误；B．热值取决与燃料种类，与外界条件无关；而燃料的燃烧情况、能量的损失都会影响热机效率，故B错误；C．机械的功率越大，表示机械做功越快，但有用功与总功的比例不一定高，故C错误；D．热机里燃料燃烧越充分，可以增大有效利用的能量，能提高热机的效率，故D正确。故选D。
类型1:对热值的理解
类型2:热值的有关计算
2.氢能源具有热值高、无污染等优点。氢气的热值为1.4×108 J/kg，完全燃烧0.2kg的氢气可放出______J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值是______J/kg。
类型2:热值的有关计算
【解析】[1]放出的热量为Q=mq=0.2kg×1.4×108 J/kg=2.8×107 J[2]热值是燃料的一种特性，只与种类和状态有关，与质量和体积无关，热值依然为1.4×108 J/kg。【答案】2.8×107；1.4×108。
类型3:对热机效率的理解
3.下列关于热机效率的说法中正确的是（　　）。A ．蒸汽机的效率比内燃机高；B ．热机的功率越大，它的效率也一定越高；C ．用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧放出的能量之比叫热机效率；D ．用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫热机效率
类型3:对热机效率的理解
【解析】A．在热机中，蒸汽机的效率最低，故A错误；B．热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故B错误；CD．根据热机效率的定义，热机所做有用功（有效利用的能量）与燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率，故C错误，D正确。故选D。
类型4:热机效率的有关计算
4.某品牌无人驾驶汽车在一段平直公路上匀速行驶6.9km，用时5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽车的牵引力是2000N，燃油的热值为4.6×107J/kg，假设燃油完全燃烧．通过计算可知，下列结果正确的是（　　）。①汽车行驶速度是20km/h         ②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是6.9×107J③汽车牵引力做功的功率是30kW    ④汽车发动机的效率是20%A．只有①和②  B．只有②和③    C．只有①和④  D．只有②和④
类型4:热机效率的有关计算
【解析】①汽车行驶速度是：故①错误；②消耗的燃油完全燃烧放出的热量是：故②正确；③匀速行驶时汽车受到的牵引力与阻力是平衡力，所以汽车牵引力做功的功率是：故③错误；④汽车发动机的做的功为：汽车发动机的效率是：故④正确。故选D。
类型5:效率与功率
5.甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是（　　）。A．甲的功率大于乙的功率；B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料；C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大；D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
类型5:效率与功率
【解析】A、功率是表示物体做功快慢的物理量，与热机的效率是两个完全不同的概念，所以A错误；B、虽然甲的效率比乙低，但不清楚两台柴油机做功多少的情况下，无法确定谁消耗的燃料多，故B错误；C、甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，说明乙柴油机用来做有用功的能量占总能量的百分比大，故C正确；D、相同时间内消耗燃料的多少与功率有关，与效率无关，故D错误。故选C。
类型6:热值、比热容与热效率综合
6.已知天然气的热值为3.8×107J/m3，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。求：（1）完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出多少热量?（2）若某天然气灶的效率为60%，则这些天然气可将质量为3.8kg，初温为25℃的水加热到多少℃?（当地的大气压强为1标准大气压）
类型6:热值、比热容与热效率综合
【解析】(1)完全燃烧1.4×10-2m3天然气放出的热量：Q放=Vq=1.4×10-2m3×3.8×107J/m3=5.32×105J；(2)由题知，水吸收的热量：Q吸=Q放×60%=5.32×105J×60%=3.192×105J，由Q吸=cm△t可得水升高的温度：水的温度升高到：25℃+20℃=45℃。【答案】（1）5.32×105J；（2）45℃。
课程结束