初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第十四章 内能的利用第3节 热机的效率完美版课件ppt

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1. 热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗?
发射人造卫星、宇宙飞船所用的火箭要用液态氢、氧做燃料。你知道这是为什么？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？
教学重点燃料的热值和热机的效率。教学难点对热机效率的理解。
1. 燃料的热值2. 热机的效率 3. 课堂总结4. 练习与应用5. 提升训练
第3节 热机的效率
1. 燃料 想一想，你见过的燃料有哪些？（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）燃料燃烧时能量的转化 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。
2. 燃料的热值（1）探究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？【提出问题】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，并进行分析。日常生活中，常见的燃料有煤、木柴、天然气、液化气、酒精、汽油、柴油，在农村还有农作物的秸秆，有些地区还用牛粪作为燃料。若一个四口之家使用不同的燃料供家庭使用，如烧水、做饭等，请你估计，一个月如果使用木柴需要多少千克？如果使用蜂窝煤需要多少千克？如果使用液化气需要多少千克？如果使用秸秆需要多少千克？
经实验得出：约需要木柴200kg，煤90kg，液化气30kg，秸秆400kg。使用不同的燃料，消耗量是不同的，这是什么道理？【分析论证】①不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。根据实验发现1kg的煤燃烧释放出的热量是1kg木柴燃烧释放出的热量的两倍多。怎么比较燃料燃烧放出热量的能力呢？②比较燃料燃烧放热能力的方法（类比密度概念的建立方法）比较密度大小的方法：不同物体体积都取1m³，比较它们的质量。同理，把所有燃料都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出的热量。
（3）常见燃料的热值表
【想一想】①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？②火箭上为什么用液态氢作燃料？③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？【解答】①表中热值最大的是氢，热值1.4×108J/kg，热值最小的是干木柴，热值1.2×107J/kg。②火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大。 ③热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值。
【例题1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【解析】热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同。燃料燃烧时放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量不一定多。故选D。
【例题2】在标准大气压下，使用煤气灶将2kg的水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 kg的煤气，这是通过 的方式增加了水的内能。未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。［水的比热容c水=4.2×103J/（kg℃），煤气的热值q煤气=4.8×107J/kg］

【解析】将2kg水从20℃加热到100℃，水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×(100℃-20℃)=6.72×105J由题意可知，若不计热量损失，则Q放=Q吸=6.72×105J由Q放=mq可得，需要完全燃烧的煤气质量为水变热，水吸收热量、内能增大，是通过热传递改变物体的内能。燃料的热值是燃料自身的一种性质，与它是否完全燃烧没有关系，若煤气燃烧不充分，其热值不变。
第2节 热机的效率
1. 日常生活中的热效率【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗?
【分析讨论】煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量，煤气灶本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的。
2. 热机的效率（1）热机能量流向示意图热机也有类似的情况，汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量，机械装置吸收了一部分能量，废气带走了一部分能量，由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。
3. 提高热机效率的主要途径（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量 大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。热电站既供电又供热，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高。
（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。（3）减小摩擦。 使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
【例题3】如图是某内燃机的能量流向图。下列有关说法正确的是（　　）A．①是废气带走的热量B．该内燃机是在压缩冲程获得动力C．该内燃机的效率为28%D．改进构造减小摩擦可提高③所占百分比
【解析】A．内燃机的能量流向中，废气带走的能量占比最大，所以③是废气带走的热量，故A错误；B．内燃机是在做功冲程获得动力，内能转化为机械能，故B错误；C．该内燃机的效率为100%-6%-30%-36%=28%，故C正确；D．改进构造减小摩擦可提高机械效率，即提高有用机械能的占比，故D错误。
【例题4】用烟煤烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求：（1）水吸收的热量是多少？（2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？（3）热效率是多少?（4）分析热效率不高的两种原因。
三、科学•技术•社会•环境
1. 蒸汽机生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧成水蒸气，水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用，后来许多人对它不断改进，其中贡献最大的是英国人瓦特，他在1782年发明了往复式蒸汽机，使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机。这种蒸汽机在之后的一百多年里对工业的发展起了极其重要的作用。斯蒂芬森以此为基础最先研制了的“火箭号”蒸汽机车。
2. 蒸汽轮机电力工业的发展需要功率巨大的热机来带动大型发电机。1884年出现的蒸汽轮机满足了这个需要。大型锅炉产生的高温高压水蒸气直接喷射到汽轮机的叶片上，使蒸汽轮机转动。
3. 内燃机交通运输的发展迫切需要比较轻便的热机。于是，内燃机应运而生。内燃机有汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的，柴油机是1892年发明的。内燃机运行时不需要携带很多水和煤，不但轻便，效率也提高了很多。内燃机的出现和不断改进，对交通运输事业的现代化起到了决定性的作用。
4. 空气喷气发动机早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多地使用空气喷气发动机，它需要用大气中的氧气来助燃，向后喷出高速气体，从而获得前进的动力。火箭上使用的喷气发动机自带燃料和氧化剂，工作时不需要空气，可以在大气层外工作。
在“中国航天之父”钱学森的带领下，一代代中国航天人不断发展火箭技术，将人造卫星、宇宙飞船、空间站等送入太空，使我国成为航天强国。
【例题5】2024年9月19日09时14分，我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭与远征一号上面级，成功发射第五十九颗、六十颗北斗导航卫星（如图）。火箭的发动机______（选填“属于”或“不属于”）热机。火箭采用液态氢做燃料，是因为它的______大，燃料燃烧时将______能转化为内能。
【解析】 热机是指各种利用内能做功的机械，火箭发动机工作时，将燃料燃烧放出的内能转化为机械能，所以火箭发动机属于热机。用液氢作为燃料，是因为液氢的热值较大，与其它燃料相比，燃烧相同质量的液氢放出的热量更多。液态氢燃烧过程中，消耗燃料，放出热量，将燃料的化学能转化为内能。
四、课堂总结
【解析】燃料燃烧放出的热量为Q放=mq，可见与燃料的热值和质量有关。因为不知道无烟煤与干木柴的质量大小，所以无法比较它们完全燃烧时放出的热量多少。
1. 有人认为，无烟煤的热值比干木柴大，完全燃烧时无烟煤放出的热量比干木柴多。你认为呢?说说理由。
2. 某人提着一袋质量为5kg的大米，从1层步行至5层，每层楼的层高为3m，他对这袋大米做了多少功?要使一定量的汽油完全燃烧放出的热量和他所做的功数值相等，则需要多少汽油?（g取10N/kg）
3. 如果干木柴跟煤油完全燃烧放出的热量相等，那么干木柴的质量应该是煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。
4. 全球汽车保有量在迅速增长，截至2022年底，我国燃油汽车保有量约为3亿辆。假设每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%。如果能把内燃机效率提高1%，我国每年可以节约多少燃油？
【解析】（1）减少有害气体的排放量；（2）降低对空气的污染；（3）减少燃料的消耗，节约能源。
5. 提高热机的效率具有哪些积极意义？请列出回答这个问题的提纲。
六、提升训练
【解析】ABC. 1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确；D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。故选B.
1. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　）A．没有燃烧的燃料，其热值等于零B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关C．燃料完全燃烧时，它的热值最大D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
2. 2022年11月，神舟十五号载人火箭将了名航天员送入中国空间站。下列关于神舟十五号升空过程中分析正确的是（　　）A．神舟十五号火箭的发动机不是热机B．神舟十五号火箭利用氢做燃料是因为氢的热值大C．神舟十五号火箭对氢能的利用效率可以达到100%D．神舟十五号火箭加速升空过程中机械能守恒
【解析】A．神舟十五号火箭的发动机工作时把燃烧燃料时产生的内能转化为机械能，因此属于热机，故A错误；B．火箭选用液态作氢燃料是因为氢的热值大，与质量相同的其它热值小的燃料相比，氢燃烧能放出更多的热量，故B正确；C．氢燃烧产生的热量并不能被火箭完全利用，一部分转化成火箭的内能，使火箭温度升高，还有一部分散失在周围环境，因此火箭对氢能的利用效率小干100%，故C错误；D．神舟十五号火箭加速升空的过程中，质量不变（忽略燃料质量的变化），速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，机械能等于动能与势能之和，因此机械能增大，故D错误。故选B。
3. 小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为___________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。
4. 有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（热值为4.6×107J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为__________J。
4.6×105    
5. 如图所示，是汽车能量转化示意图，关于汽车的效率其中正确的是（ 　）A．33% B．30%C．37% D．40%
【解析】用总功减去各种能量的损失即得到汽车的效率为η＝1-33%-30%-7%＝30%故B符合题意，ACD不符合题意。故选B.
6. 如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min，消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率为2.25×107W。（航空燃油的热值为4×107J/kg）求：（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是多少？（2）飞机在航行过程中的阻力是多少？（3）发动机的效率是多少？