ok14-2[热机的效率]导学案

第二节、热机的效率

【学习目标】1、建立热值概念。知道热值是燃料燃烧放热的特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃烧放热的简单计算。

2、了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率。

【学习重点】热机的效率及影响热机效率大小的主要因素，提高热机效率的方法和意义。

【学习难点】对于热机效率的计算

学法指导：联系实际理解热值和热机效率两个概念。

情景导入：无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？

（一） 燃料的热值

【合作探究】

①、你知道的燃料有哪些,它们分别属于哪一类？

②、我们要烧开同一壶水，现有三种燃料：干草、木柴、煤炭，用哪种燃料用量最少？

③、为什么放出相同的热量，不同燃料所需的量不同？

④、如何来反映不同燃料在完全燃烧时所放出热量的本领不同呢？

【预习检测】

① 燃料的热值：____________________________________。符号：______

② 单位：________________。气体燃料的热值单位：______________。

7③ 热值的物理意义： _______________________________ 。 汽油的热值是4.6×l0 焦/千克，其物理

意义是___________________________________________________________。

④ 公式：________________________ 阅读常见燃料的热值表，读出常用燃料的热值，表中热值最大的燃料是_______________ 例题：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。

5、 叫做热机的效率。 ○

6、热机工作时有哪些能量损失？ ○

7、提高热机效率有哪些措施？ ○

【共同探究】学生活动：阅读燃料的热值，并回答下列问题：

①燃料的种类很多有固态的也有液态的还有_____态的，例如_______等。燃料的燃烧是一种______反应，燃烧过程中燃料的______能得到释放，转化为周围物体的_____能。

②热值是燃料的一种______，其物理量符号是______。他的单位（字母）是_________。

③热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料 有关，与燃料的 、 、 无关。

计算题、某个家庭预计每月使用天然气4m，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气为7.5×10J/m，q柴为1×10J/kg）

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讨论问题二：内能的利用效率：

①思考：我们利用内能可以______和_____。

②由于燃料很难完全燃烧，所以实际放出的热量比计算出的热量值要__的多。而且有效利用的热量又比

实际放出的热量__。（填大、小）所以利用内能时就存在效率问题。

③取暖的煤炉子、做饭的煤气炉子等各种炉子是通过燃料的燃烧获得_____能，传递给水、食物一部分为

人类服务。其中被人类有效利用的能量是____________________,其计算方法是__________________；提供这些能量的总能量是______提供的。这些总能量的计算方法是_______________________。所以炉子的效率就是_____________________。

④想一想提高炉子效率的有效方法：_________________________________________。

⑤推动汽车的汽油机、柴油机等各种热机是利用内能______。其中对人类有用的部分是热机所做的有用

功，其计算方法是________，供这部分有用功的能量来自于_________，其计算方法是____________。所以热机的效率的计算方法是_____________________

⑥在热机的各种能量损失当中_______的能量最多。

（二）、热机效率

人类历史上，发现内能可以做功并制造出了热机，人们开始大量使用热机，包括蒸汽机，蒸汽轮机，汽油

机，柴油机，喷气发动机等，但是它们的性能是不一样的。也就是说使用相同的内能所获得的机械能是不一样的。那么在物理当中是用什么来衡量热机的性能的呢？ 在汽油机中，燃料释放的能量全部都用来做有用功了吗？现在看到课本139页图16-4-6，我们把燃料所释放出的热量看做是100﹪， 其中气缸在排气冲程排除的废气的温度很高，带走了33﹪到35﹪的热量，为了保证气缸的使用寿命，在连续工作时需要不断用水来冷却缸体，冷却水带走了30﹪到32﹪的热量，另外克服气缸活塞与缸壁的摩擦做功也需要消耗热量， 缸体对外热辐射时也要散失热量，二者之和占总热量的7﹪到9﹪，这样算下来只剩下25﹪到30﹪的热量以有用功的方式输出，转化为我们需要的机械能。 从上面来看，热机中燃料燃烧放出的热量只有其中一部分是用来做有用功的. 1、热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题。 热机效率是热机性能的一个重要指标。

(1)概念：热机的效率：________________________________________。

(2) 公式：___________________________________________.

练习： 例1：在观察水的沸腾实验中，用酒精灯将杯中230g，60°C的热水加热到沸腾，共用去2.5g

的酒精，问：酒精完全燃烧所释放的热量中有百分之几被水吸收？

解：

酒精完全燃烧产生的热量 Q1=qm酒=3.0×10J/kg×2.5×10Kg=7.5×10 J

水吸收的热量 Q2=cm(t0-t)=4.2×10J/(kg.°C) ×230×10kg×40°C=3.864×10 J

η=Q2/Q1×100﹪=51.5﹪

例2：一载重车在一段平直的高速公路上行驶10.08km，所用的时间是8min，消耗的燃油是3L（假设燃油

完 全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为63kw,燃油的密度是0.8×10kg/m，热值为3.15×10 J/kg.问：

（1） 汽车行驶的速度

（2） 汽车行驶过程中的牵引力

（3） 汽车发动机的效率

解： （1） v=s/t=10080m/480s=21m/s

（2） 方法一：p=w/t=Fs/t=fv F=p/v=63000w/（21m/s）=3000N

方法二：w=pt=63000kw×480s=3.024×10J F=w/s=3.024×10J/10080m=3000N

(3)燃油完全燃烧所释放的热量Q=mq=800kg/m×0.003m×3.15×10 J/kg=7.56×10 J

热机效率：η=W有用/ Q总×100﹪ =3.024×10J/7.56×10 J×100﹪ =40﹪

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例3. “五一”假期，小明一家驱车外出旅游。当汽车以108km/h的速度在高速公路上匀速直

线行驶时，汽车受到的阻力是整车重的0.08倍，效率为4O％。已知汽车整车质量为

71375kg，油箱容积为50L。（汽油热值q=3.3×10J/L，g=10N/kg)

（1）这时汽车牵引力做功的功率是多少？

（2）该车加一满箱汽油，按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程？

解：（1）v=108km/h=30m/s

F=f=0.08G=0.08mg=0.08×1375kg×10N/kg=1100N P

WFsFv1100N30m/s33000W tt

98W总qV3.3107J/L50L1.65109J (2)W有W总40%1.6510J6.610J

6.6108Js6105m600kmF1100N

提问：

（1）你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看 汽油机的效率：20~30%； 柴油机的效率：30~45%； 喷气发动机 50%－60%； 不同的热机的效率一般不同，那么想一下热机效率会不会达到100﹪？

（2）机械效率和热机效率是不是一回事？（用机械做功时，有用功和总功的比值叫做机械效率，热机的燃料释放出的能量用来开动热机，这些热量不会用来全部做有用功也就是不会用来全部开动热机，那么有用的热量与总的热量之比就是热机效率。可见研究的问题是不一样的，不过研究问题的思想是一样的，都反映的是性能的好坏，机械效率是机械做功的性能的好坏，热机效率是热机性能好坏的标志）

练习1： 1、 燃料的燃烧放出热量的多少跟燃料的________ 、________ 和燃料的__________都又关系。人们把1kg某种燃料_______所放出的热量叫这种燃料的______，并用符号________来表示。在国际单位中，它的单位是_______

2、无烟煤的热值是3.4×10 J/kg,其物理意义___________________________________________________。

3、完全燃烧5kg的汽油，放出的热量为__________________J .

4、在热机的各种能量损失中，_________带走的能量最多，设法利用________的能量，是提高燃料利用率的主要措施。为了取得和应用内能，在燃烧煤和石油等燃料是，它们排放的_____________是大气污染的主要来源。 7W有

【拓展练习】

1.燃烧甲、乙两种燃料，甲放出的热量比乙多，则( )

A、甲的质量一定大 B、甲的热值一定大 C、甲的比热容一定大 D、条件不足无法判断

2.下面现象中，属于内能转化为机械能的现象是( )

A、两决块相互摩擦，冰块熔化 B、水蒸气推动活塞做功 C、压缩气体，温度升高 D、用太阳灶烧水

3.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

4.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)

4. 两种燃料的燃烧值之比为2:1，它们的质量之比为1:4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为( )

A.1:2 B.2:1 C.8:1 D.4:1

5．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 (变大／不变／变小)

6．焦炭的热值为3.0×107 J/kg，它的物理意义是 ，完全燃烧 kg的焦炭放出的热量能把50kg水的温度升高60℃．[不计热量损失，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)]

7．如图16.4－2所示是内燃机的能流图，则内燃机的效率可以表示为（ ）

A.η=［(E1+E2+E3+E4)/E］×100％ B.η=(E2/E)×100％

C.η=［(E1－E3+E4)/E］×100％ D.η=(E1/E)×100％

8．关于热机，下列说法错误的是（ ）

A．热机性能好坏的重要标志之一是热机效率

B．在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率

C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大

D．在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能

9.为了提高热机效率，可采取的措施是（ ）

A．采用热值高的燃料 B．降低热机功率 C．保证良好的润滑减少摩擦 D．以上措施都可以

10.燃料的燃烧是一种__________变化；在燃烧过程中，燃料的__________能转化为__________能。

11. 10千克汽油完全燃烧放出4.6×108 焦的热量，则汽油的燃烧值为_________焦耳/千克。

12. 热机工作时会产生_______，干扰人们的正常工作和生活，同时会排出 ____ 污染大气。

13.无烟煤的热值是3.4×107J/Kg，表示的意义是 ________________ 。如要获得1.7×108 J的热量，需要完全燃烧__________Kg无烟煤。

14.已知汽油的热值是4.6×107 J/kg，完全燃烧500g汽油，求；(1)燃烧汽油产生的热量是多少?(2)若这些热量的50%被水吸收，使水温从20℃开始，升高了40℃，则水的质量是多少?

15.一台柴油机的热机效率为25%，表示的意思是__________________那部分能量在________________能量中

7占________ 。用这台柴油机工作时，完全燃烧2Kg的柴油可做有用功________J。（柴油的热值为4.3×10 J/Kg）

16.用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时。15min可使质量为4Kg、温度为23℃的水沸腾，该城市水的沸点为93℃，求： ⑴水吸收的热量； ⑵若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？

17、柴油的热值是4.3×10J/kg，它的物理意义是_______________ ， 完全燃烧3kg柴油能释放出 ___ 热量。

18.现在火箭中用液态氢作燃料，是因为它具有（ ）

A.较小的密度 B.较小的比热容 C.较低的沸点 D.较大的热值

719.酒精的热值是3.0×10 J/kg，酒精灯里装有20g酒精，若燃烧掉一半，放出的热量是_________，剩余部分

酒精的热值是___________。

20、一台大型推土机的推力约为3×10 N，匀速推着土总行程达10km，消耗柴油约30.3kg,求推土机上装的柴油机的热机效率。47 图16.4－2

质疑与反思：