弦长的公式初中九年级物理热机的效率教学案

第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
学习目标
1
.
理解并掌握热值的概念、单位、计算公式。
2
.
会运用热值的计算公式进行计算。
3
.
理解并掌握热机效率的概念、热散失的途径、提高热机效率的方法。
4
.
了解燃料燃烧对环境的影响。
自主探究
1
.
某种燃料完全燃烧放出的热量与其

之比,叫做这种燃料的热值。
2
.
在国际制单位之中,热量的单位是

,质量的单位是

,则热量的单位
是

,符号是

。
3
.
用来做

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。
合作探究
一、热值
生活体验:生活中我们可以使用哪些燃料?这些燃料如何分类?
思路点拨 :生活中经常使用的燃料有很多,可以按状态分类。固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有
汽油、柴油等, 气体燃料有煤气、天然气等。
思考讨论:
(1)1 kg的干木柴和10 kg的干木柴在同样燃烧时,放出的热量是否相同?
(2)相同条件下,1 kg干木柴和1 kg煤,哪一种燃料能烧开更多的水?
(3)烧开同一壶水,用干木柴和用天然气所需要燃烧的质量一样吗?
(4)1 kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同?
(5)影响燃料燃烧放出热量的因素是什么?
答案点拨:
(1)干木柴在同样燃烧时,木柴的质量越大,燃烧放出的热量越大。
(2)1 kg煤燃烧后能烧开更多的水。
第1页 共7页

(3)烧开同一壶水,用干 木柴和用天然气所需要燃烧的质量不同,用干木柴的质量大,用天然气的
质量小。
(4)干木柴燃烧得越充分,放出的热量就越大,完全燃烧比未完全燃烧放出的热量大。
(5)燃料的质量、燃料的种类、燃料燃烧的状况。
自主学习:阅读课本P
22~P
23
“燃料的热值”的内容,学习有关的知识。
1
.
燃料的热值的物理意义:热值在数值上等于

某种燃料完全燃烧放出的热量。
2
.
固体或液体燃料完全燃烧放出热量的 计算公式为
Q=
计算公式为
Q=
。
二、热机的效率
思考讨论:
(1)用煤烧水时,煤能完全燃烧吗?
(2)煤燃烧放出的热量能全部被水吸收吗?
答案点拨:
(1)煤不能完全燃烧,损失了一部分热量。
(2)炉灶本身吸收一部分热量;高温的烟气带 走了一部分热量;一部分热量直接散失掉了。水吸收
的热量只占煤燃烧放出热量的一部分。
类比分析:在内燃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?



思路点拨:热机是将内能转化为机械能的装置,燃料燃烧释放的能量只有一部分用 来做有用功,
还有相当一部分能量散失掉了。
自主学习:阅读课本P
23
~ P
24
“热机的效率”的内容,学习有关的知识。
1
.
提高燃料的

可以有效地做到节约能源。
2
.
提高热机的效率的途径
(1)

,节约能源、减少污染;
第2页 共7页
,气体燃料完全燃烧放出热量的

(2)

,减少各种能量损失,提高效率;
(3)

,提高燃料的利用率。
课堂检测
1
.
关于燃料的热值,以下说法中正确的是(

)
A.燃料的热值与燃料的种类有关系,与燃料的质量和燃烧状况无关
B.1千克某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
C.燃料燃烧时,质量越大,热值越大
D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
2
.
学习了物理知识后,可以帮助我们解决许多生活中的实际问题。例如家中买煤时, 我们最应该
关心煤的(

)
A.热值

B.密度
C.比热容 D.热量
3
.
1 kg汽油用去了一半,剩下的汽油(

)
A.热值变为原来的一半
B.比热容变为原来的一半
C.热值和比热容都不变
D.热值和比热容都变为原来的一半
4
.
现代火箭用液态氢作燃料,是因为它具有(

)
A.较大的比热容 B.较低的沸点
C.较高的凝固点 D.较大的热值
5
.
如图为内燃机的能量流向图,则内燃机的效率可表示为(

)
A.
η=×
100%
B.
η=×
100%
C.
η=×
100%
D.
η=×
100%
第3页 共7页

6
.
甲、乙两种燃料完全燃烧时的
Q
-
m
图象如图所示,则甲、乙两种燃料的热值关系是(

)
A.
q
甲
>q
乙

C.
q
甲
=q
乙

B.
q
甲
乙

D.条件不足,无法判断
7
.
关于热机的效率,下列说法中正确的是(

)
A.热机做的有用功多,效率一定高
B.热机的功率大,效率一定高
C.热机单位时间内耗费的燃料少,效率一定高
D.以上说法都不对
8
.
10 kg的水,温度由10 ℃升高到20 ℃所吸收的热量是

J;如果这些热量由燃烧焦炭
来提供,那么需要完全燃烧

g的焦炭。 〔
c
水
=
4
.
2
×
10 J(kg·℃),
q
焦炭
=
3
.
0
×
10 Jkg〕
9
.
用煤气灶把2 kg,初温为30 ℃的水烧到80 ℃,消耗了20 g煤气,已知水的比热容是4
.
2
×
10
J(kg·℃),煤气的热值为4
.
2
×
10 Jkg,则水吸收的热量为

J,煤气完全燃烧放出的热量为
J,煤气灶烧水的效率为 %。
10
.
“可燃冰”作为新型能源, 有着巨大的开发使用潜力,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,1 kg“可燃冰”
完全燃烧放出的热量为

J,可以使

kg的水从20 ℃加热至60 ℃。〔
c
水
=
4
.
2
×
10
J (kg·℃),
q
煤气
=
4
.
2
×
10 Jkg〕
11
.
太阳能是一种清洁能源。某太阳能热水器每天能使500 kg的水温度升高30 ℃,那么这些水
吸收的热量为

J,这些热量相当于完全燃烧

m的天然气放出的热量。〔天然气的热
值取7
×
10 Jm,水的比热容
c=
4
.
2
×
10 J(kg·℃)〕
12
.
小明家最近安装了一台太阳能热水器,容积为80 L,装满水。〔
c
水
=
4
.
2
×
10 J (kg·℃),
q
煤
气
3
733
3
7
3< br>7
3
37
=
4
.
2
×
10
7
Jkg〕
(1)热水器中水的质量是多少?
(2)水温升高50 ℃需吸收多少热量?产生这些热量需完全燃烧多少煤气?


13
.
某物理小组的同学在社会实践活动中,通过实际调查和网上查询,绘制了一辆某种型号普通
轿车在额定 功率下行驶时单位时间内的能量流向图,请你参与讨论有关问题。
第4页 共7页







(1)根据图中的能量流向,说出该轿车行驶时有哪几方面的能量损耗。



(2)若将机器转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”。由 图中
提供的数据可得,该轿车的能量转化效率为

。(保留一位小数)
(3)对减少汽车行驶中的能量损耗,据你所知,给出一条建议。(不作解释)



参考答案
自主探究
1
.
质量
2
.
焦耳

千克

焦每千克

Jkg
3
.
有用功
合作探究
一、热值
1
.
1 kg
2
.qm qV

第5页 共7页

二、热机的效率
1
.
利用率
2
.
(1)使燃料充分燃烧

(2)改进热机

(3)利用废气的能量
课堂检测
1
.
A

解析 :热值是燃料的一种属性,与燃料的种类有关,1千克某种燃料完全燃烧放出的热量为
这种燃料的热值。
2
.
A
3.C
4.D

解析:氢的热值大,放出相同热量时使用的氢的质量少,用氢作燃料的火箭质量小,便于升
空。
5
.
B

解析:内燃机的机械效率是指有效利用的能量与燃料完全燃 烧的比值,从能量流向图可得
出其机械效率的表达式就是B项。
6
.
A

解析:当质量
m
一定时,燃料甲完全燃烧 放出的热量多,根据
q=
可知,燃料甲的热值大。
7
.
D

解析:错选A项是忽略了热机的效率大小不仅取决于有用功,还要看燃料完全燃烧放出的
总热量 ;错选B项是把热机的功率与效率混淆,误认为功率大,效率就高,实际上效率与功率无关;错
选C项是 误认为耗费的燃料少,效率就高,实际上是忽略了所做的有用功是否大。
8
.
答案:4
.
2
×
10

14
解析:由
Q=c
水
m
Δ
t=
4
.
2
×
10 J(kg·℃)
×
10 kg
×
(20 ℃-10 ℃)
=
4
.
2
×
10 J,
m===
14 g。
9
.
答案:4
.
2
×
10

8
.
4
×
10

50
解析:水吸收的热 量:
Q
吸
=c
水
m
(
t-t
0
)
=
4
.
2
×
10 J(kg·℃)
×
2 kg
×
(80 ℃-30 ℃)
=
4
.
2
×
10 J,
煤气完全燃烧放出的热 量:
Q
放
=mq=
0
.
02 kg
×
4
.
2
×
10 Jkg
=
8
.
4
×
10 J,煤气灶烧水的效
率:
η==×
100%=50%。
10
.
答案:热值

4
.
2
×
10

2
.
5
×
10
解析:1 kg燃料完全燃烧时放出的热量 ,叫做这种燃料的热值,所以同等条件下,“可燃冰”完全
燃烧放出的热量达到煤气的数十倍,即
q
可燃冰
=
10
q
煤气
=
10
×
4
.
2
×
10 Jkg
=
4
.
2
×
10 Jkg,所以1
kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为4
.
2
×
10 J,可加热水的质量
8
78
83
75
35
55
3 5
5
m===
2
.
5
×
10
3
kg。
11
.
答案:6
.
3
×
10

0
.
9
第6页 共7页
7

解析:根据吸热公式得
Q
吸
=cm
Δ
t=
4.
2
×
10
3
J(kg·℃)
×
500 kg
×
30 ℃
=
6
.
3
×
10
7
J,
根 据气体燃料燃烧放热公式
Q
放
=Vq
,得
V===
0
.
9
m
。
12
.
答案:(1)80 kg

(2)1
.
68
×
10 J

0
.
4 kg
解析:(1)水的质量:
m=ρV=
1
.
0
×
10 kgm
×
80
×
10 m
=
80 kg。
(2) 吸收的热量:
Q=c
水
m
(
t-t
0
)
=
4
.
2
×
10 J(kg·℃)
×
80 kg
×
50 ℃=1.68×10 J。
需要完全燃烧的煤气:
m===
0
.
4 kg。
13
.
答案:(1)摩擦损耗、散热损耗、废气损耗、燃料损耗

(2)12
.
7%

(3)给机器加润滑油,减少
有害摩擦 ;改进油箱的密闭性,减少蒸发损耗;提高汽油质量;对排放的尾气进行收集、再利用等。
解析:(1 )从题图中很容易看到,能量损耗有摩擦、散热、废气和燃料损耗。(2)根据题中给出的
能量转化效率 的定义可知,
η=
。(3)答案不唯一,只要合理即可。

37
33
7
3
-
33

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