初中人教版第2节 热机的效率评优课课件ppt

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第十四章 内能的利用
火，能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。钻木取火，人类第一次学会使用自然的力量；而古老的热机——蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。现代的热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机、火箭上。热机到底是怎样将内能转化成我们需要的能量的呢？通过这一章的学习，你就会清楚了。
01. 燃料的热值02. 热机的效率
1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同， 建立热值的概念。2. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向， 知道什么是热机的效率。
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？学习了这一节，你就明白了。
一、燃料的热值二、热机的效率 三、课堂总结四、动手动脑学物理五、课堂练习
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）研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，请同学们估计，一个月如果使用木柴需要多少千克？如果使用煤（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？
分析讨论得出：约需要木柴200 kg，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。②怎么比较燃料燃烧放出热量的能力呢？可以采取比较物体密度大小的方法：所有物体都取1m³，比较它们质量的多少。把所有燃料都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出热量的多少。
（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
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D正确。
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）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.
动画讲解——《热机的效率 》
从火车到火箭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。但是由于蒸汽机过于笨重，效率很低，现在世界各国都不再生产蒸汽机了。
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。
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。大型火电站的巨大锅炉有五六层楼房那样高，蒸汽轮机功率可达几十万千瓦。
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喷气式发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力。在功率相同时，喷气式发动机比内燃机更轻便，这就使生产高速的大型飞机成为可能。
喷气式发动机有两种：一种需要用大气中的氧气来助燃，叫空气喷气发动机，在飞机上使用；另一种自带燃料和氧化剂，叫火箭喷气发动机，它工作时不需要空气，可以在大气层外工作，能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。 热机使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产的发展，带来了工业革命。现代社会在交通、航天、电力工业等很多方面都离不开热机。对热机的研制和改进将会进一步推动社会生产力的发展。
【例题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
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。
【例题3】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。
课堂总结——《热机效率 》
1. 汽油的热值为4.6×107J/kg。这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的人，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？
2. 如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。
3. 全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆。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%，全球每年可以节约多少燃油？
4. 提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，不必展开陈述。
减少有害气体的排放量，降低对空气的污染。减少燃料的消耗，节约能源。
1. 长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（　　）A．密度大 B．比热容大C．热值高 D．热效率高
火箭发动机使用液态氢作燃料，燃烧相同质量的燃料，液氢完全燃烧释放出的热量多，即液态氢的热值高，综上分析知，故ABD不符合题意；C符合题意。
2. 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
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。
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. 中国南海海底探明有大量的“可燃冰”，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的________很大，以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为_________J，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），意义是______________.[q煤气＝4.2×107J/kg]
1kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量为4.2×103J
[1]在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大。[2]1kg煤气完全燃烧放出的热量Q=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量Q放= 10Q=4.2×108J
6. 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%
用总功减去各种能量损失即得汽车的效率为η＝1-33%-30%-7%＝30%故B符合题意，ACD不符合题意。
7. 下列关于热机效率的说法中正确的是（　　）A．热机的功率越大，效率越高B．热机所用燃料的热值越大，效率越高C．减少燃烧过程中的热量损失可以提高热机效率D．通过技术改进，热机效率可达100%
A．热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故A错误；B．用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定高，故B错误；C．使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故C正确；D．热机在工作过程中不可避免地存在能量的损失，所以热机效率永远要小于100%，故D错误。所以选C。
8. 热机是把内能转化为_____能的机器； 有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，尾气的柴油味越_____（填“浓”或“淡”），柴油机的效率越高；尾气温度越_____（填“高”或“低”），柴油机越节能。当柴油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率_____（选填“升高”、“不变”、“降低”）。
[1]热机是把燃料燃烧释放的内能转化为机械能的器。[2]尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低。[3]尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能。[4]冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低。