1.從能量轉化的角度認識燃料的熱值.知道燃料熱值的物理意義及其單位.2.了解內能的利用在人類發(fā)展史上的重要意義.3.通過能量的轉化和轉移,認識熱機效率.
1.燃料的熱值 物理學中,把某種燃料___________時放出的熱量與其______之比叫做這種燃料的熱值,可用字母q表示,它是燃料的一種特性.熱值在數(shù)值上等于_______某種燃料____________放出的熱量.
2.熱機的效率 對于熱機而言,燃料釋放的能量只有一部分用來做有用功,還有相當一部分能量散失了.用來做_________的那部分能量,與燃料完全燃燒放出的能量之______,叫做熱機的效率.
1、汽油機有哪四個沖程?2、哪些沖程發(fā)生了能量的轉化?如何轉化?
  不同燃料的放熱本領相同嗎?怎么比較它們誰的放熱本領強呢?
  經驗告訴我們,等質量的煤和干木柴,充分燃燒,煤放出的熱量要比柴多得多。我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領。
  某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比,叫做這種燃料的熱值。
  國際單位:焦每千克;符號:J/kg?! 怏w燃料的單位:焦每立方米;符號:J/m3。
  熱值在數(shù)值上等于1 kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。
對于熱值的理解,我們要抓住三個關鍵詞:“某種燃料”、“完全燃燒”、“熱量與其質量之比”.
①“某種燃料”是說明熱值與燃料的種類有關,反映了燃料的燃燒特性、化學能轉化成的內能的本領大小.
②“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡.某種燃料,只有在完全燃燒時放出的熱量與質量之比才是這種燃料的熱值,如果用沒有完全燃燒放出的熱量計算出的熱值就比實際值小.
③“熱量與其質量之比”可以理解為熱值是針對一定質量的燃料而言的,如果同種燃料的質量不同,則完全燃燒時放出的熱量大小不同.
  請說出你熟悉的燃料的熱值,并說明其物理意義。
  為什么發(fā)射火箭上天要用氫做燃料?
3.有關燃料燃燒放熱的計算
  根據(jù)熱值表,計算一下10噸氫完全燃燒放出多少焦耳的熱量?
  再算算,若用干木柴完全燃燒來獲得這些熱量,需要多少噸干木柴?
  氫的熱值是1.4×108 J/kg
  干木柴的熱值1.2×107 J/kg
放出熱量Q = 熱值q×質量m = 1.4×108 J/kg× 10×103 kg = 1.4×1012 J
  約120噸干木柴完全燃燒放出的熱量等于10噸氫完全燃燒放出的熱量。
例1 甲、乙兩種燃料完全燃燒時,甲放出的熱量較多,那么( )A.甲燃料的熱值一定大于乙燃料的熱值B.甲燃料的質量一定大于乙燃料的質量C.甲燃料的質量和熱值都比乙燃料的大D.甲燃料的熱值可能比乙燃料的熱值小
解析: Q放的大小與質量m和燃料的熱值q都有關,即Q放=mq,因此,甲放出的熱量較多,其質量和熱值不一定大,但是質量和燃料熱值的乘積一定大,故應選D.
例2 在一次物理實驗中,共燃燒酒精42g,如果酒精完全燃燒,則能釋放多少熱量?這些熱量被10kg的水完全吸收,水的溫度能上升多少攝氏度?[酒精的熱值q=3.0×107J/kg,水的比熱容c=4.2×103J/(kg·℃)]
解:Q放 = mq = 42×10-3kg×3.0×107J/kg=1.26×106J,由Q放 = Q吸 = cmΔt,得:即酒精完全燃燒釋放的熱量是1.26×106J;水的溫度能上升30℃.
  熱值反映了所有能燃燒的物質的一種性質,反映了不同燃料在燃燒過程中,化學能轉化為內能的本領的大小,也就是說,它是燃料本身的一種特性,它只與燃料的種類有關,與燃料的形態(tài)、質量、體積、是否完全燃燒均沒有關系.
高溫的空氣帶走相當一部分熱量,
燃料很難完全燃燒,放出的熱量往往比按熱值計算出的要小,而且有效利用的熱量又比放出的熱量要小,例如用煤燒水。
(1)改善燃燒的條件,使燃料盡可能充分燃燒。(2)減少各種熱量損失。
將煤磨成煤粉,用空氣吹進爐膛,使之更完全燃燒;
①加大受熱面積,以減少煙塵廢氣帶走的熱量;②使用較好的保溫材料,減少熱損失。
通常的鍋爐,燃料利用率比較低,因此在節(jié)約能源上改造的潛力巨大。
  1.用來做有用功的那部分能量,與燃料完全燃燒放出的能量之比,叫做熱機的效率。
  在內燃機中燃料是否能夠完全燃燒?燃料燃燒釋放的能量都到哪里去了?
蒸汽機的效率只有6%~15%
汽油機的效率為 20%~30%
柴油機的效率為30%~45%
(1)熱機的效率是熱機性能的重要指標
2.提高熱機效率,節(jié)約能源,減少污染
(2)提高效率的途徑   提高燃料利用率,使燃料充分燃燒;   改進熱機,減少各種能量損失;   利用廢氣的能量。
例3 為了響應國家“節(jié)能減排”的號召,同學們討論家用汽車的節(jié)能方法,你認為下列方法不合理的是( )A.開車過程中不宜頻繁地急加油和急剎車B.定期清理汽車后備箱中的不常用物品,減小汽車負載C.夏天開車開空調時,空調的溫度不宜過低D.駕車長期低速行駛
可以減小汽車的阻力,行駛時可以節(jié)約耗油量
駕車在上坡時低速行駛以增大牽引力,而當在平路上行駛時還要以適當?shù)乃俣刃旭?,這樣可以節(jié)約耗油量
閱讀教材P25STS《從火車到火箭》短文.
  1.對于燃料的熱值,下列說法中,屬于正確理解的是 (   )   A.燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比   B.燃料沒燃燒時就沒有熱值  C.就某種確定的燃料而言,它的熱值是一個確定的值, 跟燃料的質量及燃料燃燒放出的熱量無關  D.容易燃燒的燃料熱值一定大
知識點1 燃料的熱值
  2.已知干木柴的熱值是1.2×107 J/kg,完全燃燒0.7 kg干木柴能放出多少熱量?假設這些熱量全部被水吸收,能使多少千克水的溫度由20 ℃升高到70 ℃?已知水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)。
解:Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J
   = 40 kg
3. 完全燃燒15千克熱值是 3.4×107焦耳/千克的木炭,能產生多少熱量?想要獲得這些熱量,需要完全燃燒多少千克氫氣?(q氫=1.4 ×108焦耳/千克)
解:Q = mq = 15kg×3.4×107J/kg = 5.1×108J
  4. 關于熱機效率,下列說法正確的是:(   )   A.熱機效率越高,即熱機做的有用功多   B.熱機效率越高,即熱機的功率越大   C.要提高熱機效率,就要盡量減少各種能量損失,并且要保證良好的潤滑   D.提高熱機效率,有利于環(huán)保減排
知識點2 熱機的效率
  5.一臺內燃機運行時各種能量損耗大致為:汽缸散熱損失占25%,廢氣帶走的能量占30%,摩擦等機械損耗占10%,則內燃機的熱機效率為__________。
提高效率的途徑   提高燃料利用率,使燃料充分燃燒;   改進熱機,減少各種能量損失;   利用廢氣的能量。
1.從課后習題中選?。?.完成練習冊本課時的習題。
1.汽油的熱值為4.6×107J/kg.這個數(shù)值究竟有多大?有人通過一個具體例子來認識汽油熱值的大?。阂粋€60kg的人,從大廈的1樓步行至第11樓(走了10層樓),每層樓的層高為3m,他克服重力做了多少焦耳的功?如果汽油完全燃燒獲得熱量的焦耳數(shù)和這些功相等,需要汽油的質量是多少?這大約相當于生活中什么物體的質量?
解:克服重力做功W=Gh=m人gh=60kg×10N/kg×30m=1.8×104J;汽油完全燃燒放熱Q放 = W = m汽油q,需要汽油的質量相當于6根火柴的質量.(一根火柴質量約65mg,其他物體合理即可)
(見教材P26 動手動腦學物理)
2.如果燃燒干木柴跟燃燒煤油放出的熱量相等,干木柴的質量應該等于煤油質量的幾倍?請列出相關計算式來說明理由.
解:因為Q放=m木柴q木柴=m煤油q煤油,查出q木柴=1.2×107J/kg,q煤油=4.6×107J/kg,所以即干木柴的質量應該等于煤油質量的3.83倍.
3.全球汽車保有量在迅速增長,截至2011年,全球處于使用狀態(tài)的汽車數(shù)量已突破10億輛.每輛汽車每年耗油1.8t,汽車內燃機的效率平均值取30%.如果能把內燃機效率提高1%,全球每年可以節(jié)約多少燃油?
解:效率提高前后每輛汽車需要消耗的有用能量相等,所以30%Q總前=(30%+1%)Q總后,則30%·m前q=31%·m后q, 10億輛汽車節(jié)省的汽油質量為109×(1.8-1.742)t=5.8×107t.

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第2節(jié) 熱機的效率

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