13.4 热机效率和环境保护（课件）-2023-2024学年度九年级物理上学期同步精品课堂（沪科版）

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第十三章 内能与热机 13.4 热机效率和环境保护★课堂引入思考：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？天然气煤炭木柴情景引入：思考液态氢气储罐情景引入：思考燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。常见的燃料有煤、石油(加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等)、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。燃料可分为三种：固体燃料、气体燃料、液体燃料。一、燃料固体燃料草木、煤炭等液体燃料石油、酒精、汽油等气体燃料煤气、天然气等①质量为1千克和2千克干木柴，燃烧情况一样，谁放出热量多？同种燃料完全燃烧时，燃料的质量越大，放出热量越多二、燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关 ②有2份同样的1千克干木柴，一份完全燃烧，另一份燃烧不充分。哪种情况放出热量多？完全燃烧燃烧不充分质量相等的同种燃料，放出的热量与是否完全燃烧有关 完全燃烧1千克煤和1千克木柴，燃烧情况一样，煤放出的热量是木柴的2倍多。 ③完全燃烧1千克煤和1千克木柴，燃烧情况一样，谁放出的热量多？实验证明： 下面图中所示是质量相等的不同燃料完全燃烧时烧水的情景，请你认真观察，看看可得出什么结论？ 质量相等的不同燃料，完全燃烧时放出的热量不等，跟燃料的种类有关小结燃料燃烧时放出的热量与哪些因素有关？【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(教材上是能力)。三、实验探究燃料的放热本领某种燃料完全燃烧放出的热量与该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。国际单位：焦每千克；符号：J/kg1．燃料的热值（q）热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。（1）定义（2）物理意义 （3）单位定义式：比值定义法四、燃料的热值的定义q: 燃料的热值Q：燃料完全燃烧放出的热量m: 燃料的质量对某些气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，叫做这种气体燃料的热值。物理意义：热值在数值上等于在标准状态下1 m3的燃料完全燃烧放出的热量。定义式：气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。（4）气体燃料的热值★课堂活动燃料的热值三点说明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. 2.完全燃烧10千克的焦碳所放出的热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴放出的热量？思考：1. 1kg的干木柴热值和0.5kg干木柴热值是否一样？ 1. 热值表中所列固体、液体、气体燃料的热值中，各找出一种热值最大的燃料，并说明它表示什么意思？2. 燃料没有完全燃烧，燃料的热值会不会发生改变？25kg一样不改变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（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关。五、认识几种燃料的热值表为什么发射火箭上天要用氢做燃料？因为氢的热值大，相同质量的不同燃烧中，氢释放的热量最多，故利用氢做燃料。3．有关燃料燃烧放热的计算定义式Q=qmQ=qV热量计算公式 例题 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？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？解：（1）氢完全燃烧放出热量Q = q1m1=1.4×108 J/kg× 10×103 kg =1.4×1012 J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。燃料的热值有关计算 1、部分燃料未完全燃烧 2、克服摩擦消耗能量 转化为对外做有用功的能量4、机械传热损失能量3、废气排出带走能量热机中燃料释放能量的主要走向示意图六、热机效率　　在热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？教材引入1．定义 对外做的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。（1）热机的效率是热机性能的重要指标（看下页图片）2．提高热机效率，节约能源，减少污染（2）提高效率的途径　①提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；②改进热机，减少各种能量损失；③充分利用废气的能量；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。定义式 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~30%喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%~60%常见的一些热机效率值柴油机的效率为30%~45% 热机效率是热机性能好坏的物理量。热机效率与功率无关。★典例分析D典型例题 1关于热机，下列说法正确的是（ ）。A.改进技术，能使热机的效率达到100% ；B.柴油机的压缩冲程使得气缸内的气体内能减小；C.利用循环水可为热机降温，主要是利用水蒸发时吸热的特性；D.汽油机除了做功冲程外，其他三个冲程都依靠飞轮的惯性完成★典例分析典型例题 2为体现低碳经济的理念，上海世博会充分利用太阳能发电技术，其主题馆屋面太阳能板的面积达3×104m2，年发电量1.08×1013J。若这些电能由火力发电站提供（煤的热值为3×107J/kg，煤完全燃烧释放的内能转化为电能的效率是30%），则仅此一项每年可节约煤炭的质量为（　）。A．2.0×104kg B．1.2×105kg C．3.6×105kg D．1.2×106kgD★典例分析目前石油、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，0.7kgD典型例题 3★典例分析典型例题 4如图，为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（　　）。A. B. C. D. B 热机的发展和应用推动了社会的快速发展。热机在能的转化过程中会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中可能造成哪些环境污染。七、环境保护热机的利用带来的环境污染⑴废气污染控制热机对环境的污染⑵噪声污染⑴ 控制废气排放总量；⑵ 提高汽油、柴油的品质；⑶ 开发污染少和无污染的新能源等；⑷ 在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 热机排出的废气：①废气温度高于环境温度;②废气含有铅、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物质。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C课堂练习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，并不能环保减排 C3．一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%4．已知干木柴的热值是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·℃)。　　Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J　　 = 40 kg31 5.某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量，相当于多少kg柴薪完全燃烧放出的热量？（q气=4.4×107J/m3，q柴=1.2×107J/kg） 解：天然气完全燃烧放出的热量： Q放=q气V=4.4×107J/m3 ×4m3 =1.76×108J；放出这些热量所需柴薪质量： 6. 小明家天然气热水器的热效率是84%，他某次洗澡，耗水40kg，自来水进热水器的温度是24℃，出热水器的温度是40℃，小明这次洗澡消耗天然气多少米3？（已知水的比热容是4.2×10³ J/(kg℃)，天然气的热值是3.2×107J/m3。 ）解：① Q吸=Cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(40℃-24℃) =2.688×106J Q吸=Q放η= Q放×84% 2.688×106J=Q放×84% Q放=3.2×106J ②消耗天然气 燃烧热值机械能燃料内能(化学能)热机效率有效利用热量 散失环境污染课堂小结谢 谢！