热机的效率教案

教学过程

一、复习预习

1.热机的概念及理解

（1）热机是把_______能转化为_______能的机器。

（2）热机的种类很多，最常见的是__________，它包括__________和__________；其他还有__________、__________、__________。

（3）常见汽车的动力机械是内燃机。从能量转化的角度来看，内燃机是把内能转化为______ 能的机器。

2.汽油机

汽油机工作时，活塞在汽缸内从_______运动到_______叫做一个冲程。四冲程汽油机 的一个工作循环由_______、_______、_______和_______四个冲程组成。汽油机工作的四个冲程中，只有_______冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是_______冲程，要靠安装在曲轴上飞轮的_______来完成。

3.柴油机

柴油机的工作过程也分为_______、_______、_______和_______四个冲程。在压缩冲程里，活塞把空气的体积压缩的_______，空气的压强更大，温度_______，在压缩冲程末，气缸内空气的温度已超过柴油的燃点，因此，从_______喷出的雾状_______遇到热空气立即燃烧起来。

燃烧是生活中常见的现象，人们利用燃料燃烧来取暖、煮饭，热机也是利用燃料燃烧来获得动力的。燃料在燃烧过程中把化学能转化为内能。

二、知识讲解

1、考点/易错点燃料的热值

提出问题：

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，有些地区还有用牛粪作为燃料的。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几千克？如果使用煤需要几千克？如果使用液化气需要几千克？ 分析讨论：

约要木柴200千克，煤90千克，液化气30千克。使用不同的燃料，消耗量也不同的，这是什么道理呢？ 提出问题：

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——单位体积的某种物质的质量就是这种物质的密度。把所有燃料都取1千克，让它们完全燃烧 ，比较它们放出热量的多少。

定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。热值

在数值上等于1千克某种燃料完全燃烧放出的热量。用字母“q”来表示。

在用煤烧火时，会发现烧完后，还会有残留的煤块。用酒精烧火时，能闻到酒精的气味，说明有一部分酒精还没有燃烧就散发到了空气中了。这些情况都称为不完全燃烧，在实际中燃料都很难做到完全燃烧。但在对热值的定义中是指燃料完全燃烧放出的热量，是实际燃烧中很难达到的一种状态，这一点要引起我们的注意。下面我们看一下一些燃料的热值。

热值的单位和物理意义

我们要注意的是气体燃料的热值单位以及液体、固体燃料的热值单位的区别。气体的热值单位是焦/立方米，液体、固体燃料的热值单位是焦/千克。汽油的热值是4.6×10J/kg，物理意义是：1kg的汽油完全燃烧，放出的热量是4.6×10J。煤气的热值为3.9×10J/m³，物理意义是：1m³的煤气完全燃烧，放出的热量是3.9×10J。

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考点/易错点2燃料完全燃烧放出的热量公式及计算

提出问题：

由热值的定义我们是否可以计算出2kg的汽油完全燃烧放出的热量是多少焦？ 2kg×4.6×10J/kg=9.2×10J

质量为3kg的汽油完全燃烧放出的热量是多少焦？

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3kg×4.6×10J/kg=1.4×10J

质量为m的某种燃料完全燃烧放出的热量是多少焦？ 公式： Q=mq

m表示质量，单位是kg。Q表示热值，单位是J/kg。Q表示燃料燃烧放出的热量，单位是J。

同样的原理，体积为V的某种燃料完全燃烧放出的热量是多少焦？ 公式： Q=Vq

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考点/易错点3热机的效率

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有效利用的。

吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值就是热效率。

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时所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是有效利用的。

分析讨论：

热机的效率：用来做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。

蒸汽机的效率很低只有6％～15％，汽油机的效率为20％～30％，柴油机的效率为

30％～45％。 提高热机的效率

热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样的情况下，就消耗更少的燃料，从而达到节约能源，减少污染的目标。

提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；改进热机，减少各种能量损失；设法利用废气的能量都可以提高热机的效率。

三、例题精析

考点1.燃料的热值

【例题1】1.关于热值，下列说法中正确的是（ ）

A.1千克某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的燃烧值。 B.1千克某种燃料燃烧需要吸收的热量叫做这种燃料的燃烧值。 C.1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的燃烧值。

D.1千克某种燃料完全燃烧需要吸收的热量叫做这种燃料的燃烧值。【答案】C

【解析】 定义：我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值。热值在数值上等于1千克某种燃料完全燃烧放出的热量。

考点2.燃料完全燃烧放出的热量计算

【例题2】完全燃烧10千克的焦炭（热值为3.0×107J/kg）所放出的热量相当于完全燃

烧多少千克的干木柴（热值为1.2×10J/kg）放出的热量？ 【答案】25kg

【解析】由 Q=mq =10kg×3.0×10J/kg=3.0×10J

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由 Q=mq 可推出 m=Q/q=3.0×10J /1.2×10J/kg=25kg

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考点3.热机的效率

【例题3】一台柴油机完全燃烧0.5千克的柴油（热值为3.3×107J/kg）时，输出了

6.6×10J的有用功时，此柴油机的效率为多少？ 【答案】40％

【解析】Q=mq=0.5kg×3.3×10J/kg=1.65×10J

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η=W/Q=6.6×10J/1.65×10J=40％

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四、课堂运用

【基础】

1.关于燃料的热值，以下说法正确的是 （ ） A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B.容易燃烧的燃料，热值一定大

C.煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多 D.0.5 g汽油和2 kg汽油，它们的热值是一样的 2.甲、乙两台汽油机，甲的效率比乙高，则 A.甲每秒钟做的功比乙每秒钟做的功多 B.甲消耗的汽油比乙消耗的汽油少

C.消耗同样多的汽油，甲做的有用功比乙做的有用功多 D.做同样多的有用功，甲消耗的汽油比乙消耗的汽油多

3.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・℃).

答案：1.D 2.C 3. 8.4×106 J 40 kg

【巩固】

1.计算4kg 柴油完全燃烧释放的热量。 解：Q=mq=4kg×3.3×10J/kg=1.32×10J。

2.生产中常用水来作为机器的冷却剂，这是因为水的________大；火箭的燃料要用液氢，这是因为液氢的________大；沿海地区的气候比沙漠地区的气候更宜人，这是因为水的比热容比沙的比热容________。

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3.现代社会中汽车是一种重要的交通工具，很多汽车使用的发动机是四冲程汽油机，在它工作的过程中，________冲程将内能转化为机械能。焦炭的热值是3´107J／kg，完全燃烧1kg的焦炭放出的热量为________J。

4.氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为14．3×107J／kg，完全燃烧0．5 kg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________ (大于／等于／小于)14．3×107J／kg．

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答案：1.1.32×10J。 2.比热容 热值 大 3.做功 3´107 4.10、7.15×107J 等于

【拔高】

1. 小华通过实验得知：用电热壶将20℃、15kg的水加热到100℃，需要1.05元电费。

用煤气灶做同样的实验，则需要消耗0.42元的煤气。已知水的比热容为4.2×10J/（kg ．℃）。

（1）如果使用煤炉做同样的实验，已知煤炉燃烧所用无烟煤的热值为3.4×107J/kg，假设煤炉的热能利用率为20%，无烟煤的价格是0.34元/kg。则需花费多少钱？

（2）如果某地区可以同时提供电、煤气和煤，从经济和环保等角度综合分析，你会建议使用哪种燃料？请阐明理由。

解析：(1)Q吸= cmΔt=4.2×10 J/ kg.℃×15×10kg×80℃=5.04×10J Q=Q吸/20%=2.52×10J m=Q/q=5.04×10J/3.4×10＝0.741kg n=0.741×0.34=0.252(元)

(2)建议选择煤气，因为煤气价格适中，且污染小。

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2.天然气灶烧水，燃烧0.5m³的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。已知水的比热容为c=4.2×10J/(kg・℃)，天然气的热值为q=7.0×10 J/m³。求：（1）0.5m³的天然气完全燃烧放出的热量Q放。（2）水吸收的热量Q吸。燃气灶的效率η。

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解析：（1）Q放=Vq=0.5m³×7.0×10J/m³=3.5×10J

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（2）Q吸=cmΔt=4.2×10J/(kg・℃)×100kg×(70℃–20℃)

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=2.1×10J

（3）η=Ｑ吸 / Q总=2.1×10J/3.5×10J=60%

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课程小结

本节课我们学习了燃料的热值，并且还学习了热机效率及计算，知道什么是燃料的热值，燃料完全燃烧后所放出热量的计算公式。学习了热机的效率后，根据其计算公式及热量的计算可以算出热机的效率。通过本节课的学习也了解到如何才能提高热机的效率。增加了日常生活当中知识的应用。

课后作业

1.热机是把_______能转化为_______能的机器；在热机里，用来做__________的那部分能量，与燃料__________放出的能量之比，叫做热机效率.

2.__________叫做这种燃料的热值.热值的单位是_______，符号是_______. 3.A.B.C.D.4.A.B.C.

D.0.5 g汽油和

2 kg

5.甲、乙两台汽油机，甲的效率比乙高，则 A.B.C.D.

6.甲内燃机比乙内燃机的效率高，表示（ ）． A．甲的功率比较大 B．甲燃烧需要的燃料较少 C．工作时间相同，甲耗油较少

D．甲把燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的比例较大

7.柴油机效率比汽油机效率高，是因为（ ）． A．柴油的燃烧值较大 B．柴油机点火方式为压燃式

C．柴油机内压缩空气的压强和温度比较高 D．柴油机的构造所决定

8.为了提高热机效率，应尽可能做到（ ）． A．采用优质燃料 B．降低热机功率

C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑 D．避免使用热机

9.煤的热值大于干木柴的热值，这里是指( ) A、煤比干木柴含有的热量多一些 B、烧煤比烧干木柴产生的温度高一些 C、烧煤比烧干木烧产生的热量多一些

D、要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少 10.不属于大气污染主要来源的是( ) A、家庭炉灶和取暖设备 B、大型机电排灌站

C、工业企业(包括火电站、钢铁厂、化工厂等) D、汽车、摩托车等交通工具

11.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、燃料的热值跟燃料的质量成正比； C、容易燃烧的燃料热值一定大。

D、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；

12.一瓶酒精倒掉一半，剩下的半瓶酒精的密度、比热容、热值和原来相比，以下的说法正确的是（ ）

A只有密度和热值不变 B只有密度和比热容不变 C 只有比热容和热值不变 D三个都不变

13.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

14.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•℃).

15.汽油的热值是4.6×107 J/ kg, （1）完全燃烧210g汽油能放出多少热量？

（2）若这些热量全部被水吸收，可使多少千克的水从20℃升高到43℃？

16.一辆汽车以72km／h的速度匀速行驶10 min，消耗的汽油为1.2Kg。汽车匀速行驶时受到的牵引力F=1.2x103N，汽油的热值q=4.6 x107J／Kg。问：

(1)汽车在这段时间内消耗的功率(即1秒时间内汽油完全燃烧放出的热量)是多少? (2)这段时间内汽车牵引力做功的功率是多少?

(3)比较(1)和(2)的结果，你有什么发现?简要分析原因(写出两条即可)。

17.王小聪同学的家住于新农村建设示范村里，他父亲年前拉回了一套液化石油气灶具。液化石油气热值为3．5 ×107J／kg，将质量为5kg，初温为20℃的水加热到100℃需燃烧液化石油气80g。 （1）水吸热多少热量？ （2）煤气灶加热水时的效率？

答案：1.内 机械 有用功 完全燃烧

2.1千克某种燃料完全燃烧放出的热量 焦每千克 J/kg

3.C 4.D 5.C 6.D 7.C 8.C 9.D 10.B 11.D 12.D 13.C 14. 8.4×

106 J 40 kg

15.解：：（1）Q ＝ mq ＝ 0.21Kg × 4.6×107 J/ kg ＝9.66×106 J

（2）m ＝ Q吸 / c (t — to ) ＝9.66×106 J / 4.2×103J／(kg・℃) ×(43℃ – 20℃) ＝100 kg

16.解：（1）Q ＝ mq ＝ 1.2Kg × 4.6×107 J/ kg ＝5.52×107 J P ＝Q / t ＝5.52×107 J / 600S ＝ 9.2×104 W （2）S ＝ Vt ＝20m/s × 600S ＝ 1.2×104 m

W ＝ FS ＝1.2x103N ×1.2×104 m ＝ 1.44×107 J

P ＝W / t ＝1.44×107 J / 600S ＝2.4×104 W

（3）汽车用来做有用功德那部分能量比燃料完全燃烧放出的能量少。因为燃料不能完全燃烧；机器转动的部件之间有摩擦；放出的高温废气带走一部分能量。

17.解：（1）Ｑ吸＝cm（t－t0）＝4.2×103J／(kg・℃) ×5kg ×(100℃ – 20℃) ＝1.68×106 J

（2）：Q ＝ mq ＝ 0.08Kg × 3.5×107 J/ kg ＝2.8×106 J

η=Ｑ吸 / Q总= 1.68×106 J / 2.8×106 J = 60%