1. 從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱量的本領(lǐng)不同，建立熱值的概念。
2. 能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。
3. 能說出熱機(jī)工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機(jī)的效率。
【學(xué)習(xí)重點(diǎn)】
燃料的熱值和熱機(jī)的效率都是本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)重點(diǎn)。
【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】
難點(diǎn)是對熱機(jī)效率的理解。
【自主預(yù)習(xí)】
閱讀教材，完成以下問題：
1．燃料燃燒過程中，燃料儲存的 化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2. 我們把某種燃料完全燃燒 放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。計算公式：q= EQ \F( Q放, m) ，單位是焦/千克 ，符號是J/kg。它是燃料的一種熱性，與燃料的種類有關(guān)。
3．對于氣體燃料，計算公式為q= EQ \F( Q放, V) ，單位是 焦/米3 。
4．對于熱機(jī)而言，燃料釋放的能量只有一部分用來做有用功，還有相當(dāng)一部分能量散失了，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(jī)的效率，計算公式為η= EQ \F( Q有用, Q總) 或 η= EQ \F( W有用, Q總) 。
5. 熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的重要指標(biāo)，熱機(jī)的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少（選填“多”或“少”）的燃料，從而節(jié)約能源，減少污染。
【合作探究】
探究一、燃料的熱值
1. 燃料
【想一想】你能說出常用的一些燃料嗎？燃料燃燒時能量發(fā)生怎樣的轉(zhuǎn)化？
【分析總結(jié)】（1）燃料的種類：固體燃料有木柴、煤炭等；液體燃料有汽油、柴油、酒精燈；氣體燃料有煤氣、天然氣等。
（2）燃料的燃燒是一種化學(xué)變化，在燃燒過程中，燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
2. 燃料的熱值
（1）研究相同質(zhì)量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是否相同？
【交流討論】根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)，相同質(zhì)量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是不是相同？有哪些事實(shí)來支持你的觀點(diǎn)，進(jìn)行交流列舉。
【分析】日常生活中，常見的燃料有煤、木柴、天然氣、液化氣、酒精、汽油、柴油，在農(nóng)村還有農(nóng)作物的秸稈，有些地區(qū)還用牛糞作為燃料。若一個四口之家使用不同的燃料供家庭使用，如燒水、做飯等，請同學(xué)們估計，一個月如果使用木柴需要多少千克？如果使用煤（蜂窩煤）需要多少千克？如果使用液化氣需要多少千克？如果使用秸稈需要多少千克？
分析討論得出：約需要木柴200 kg，煤90kg，液化氣30kg，秸稈400kg。使用不同的燃料，消耗量是不同的，這是什么道理呢？
【分析論證】
①不同的燃料燃燒釋放熱量的能力是不一樣（選填“一樣”或“不一樣”）的。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)1kg的煤燃燒釋放出的熱量是1kg木柴燃燒釋放出的熱量的兩倍多。
②怎么比較燃料燃燒放出熱量的能力呢？可以采取比較物體密度大小的方法：所有物體都取1m3，比較它們質(zhì)量的多少。把所有燃料都取1kg，讓它們完全燃燒，比較它們放出熱量的多少。
由于燃料的成分不同，相同質(zhì)量的不同燃料在完全燃燒時放出的熱量不同，在物理學(xué)中用熱值來表示燃料完全燃燒時放熱本領(lǐng)的大小。
（2）燃料的熱值
①熱值的定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值，用字母q表示。
②熱值的計算公式：q= EQ \F( Q放, m)
Q表示放出的熱量，單位是焦（J）；
m表示固、液體燃料的質(zhì)量，單位是千克（kg）；
q表示熱值，單位是焦/千克（J/kg）。
③熱值的物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。如木炭的熱值為3.4×107J/kg，它表示：1kg木炭完全燃燒時放出的熱量是3.4×107J。同種燃料的熱值相同，不同種燃料的熱值一般不同。
④燃料燃燒放出熱量的計算： Q放=qm
⑤氣體燃料的熱值：q= EQ \F( Q放, V)
V表示氣體燃料的體積，單位是米3（m3）；
Q表示放出的熱量，單位是焦（J）；
q表示氣體燃料的熱值，單位使用焦/米3 （J/m3 ）。
（3）觀察常見燃料的熱值表
【思考】①熱值表中，熱值最大的是哪種燃料？熱值最小的是哪種燃料？
②火箭上為什么用液態(tài)氫作燃料？
③熱值反映了燃料的什么性質(zhì)？不同燃料的熱值一定不同嗎？
【回答】①表中熱值最大的是氫，熱值1.4×108J/kg，熱值最小的是干木柴，熱值1.2×107J/kg.
②火箭上用液態(tài)氫作燃料是因?yàn)闅涞臒嶂荡?
③熱值是燃料的一種屬性，不同的燃料有不同的熱值（相同/不同）.
【例題1】關(guān)于燃料的熱值，下列說法正確的是（ ）
A. 熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料燃燒放出的熱量
B. 10kg木炭比1kg木炭的熱值大
C. 熱值大的燃料比熱值小的燃料燃燒時放出的熱量多
D. 燃料燃燒時放出熱量的多少與是否完全燃燒有關(guān)
【答案】D.
【解析】燃料燃燒時放出的熱量與是否完全燃燒、燃料的熱值和質(zhì)量都有關(guān)系，因此熱值大的燃料燃燒時放出的熱量不一定多。
故D正確。
探究二、熱機(jī)的效率
1. 日常生活中的熱效率
【想一想】用煤氣灶燒水時，煤氣能完全燃燒嗎？煤氣燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎?
【分析討論】煤氣不能完全燃燒，損失了一部分能量；裝水的容器吸收了一部分能量；煤氣灶本身也會吸收一部分能量；高溫的煙氣帶走了一部分能量；還有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的熱量只占煤氣完全燃燒放出熱量的一部分，只有水吸收的熱量才是被有效利用的。
熱效率的概念：吸收的能量占燃料完全燃燒放出能量的比值。
①熱效率（爐子、燃?xì)庠畹臒嵝实龋?br>η = EQ \F(有效利用的熱量, 燃料完全燃燒放出的熱量) = EQ \F(Q利用, Q總)
②提高鍋爐中燃料熱效率的方法：
把煤磨成煤粉，增大與氧氣的接觸面積；把空氣吹進(jìn)爐膛增大送氧量。
2. 熱機(jī)的效率
（1）熱機(jī)能量流向示意圖
燃料的
內(nèi)能
分析能量的流向：汽油在汽缸內(nèi)不能（能/不能）完全燃燒，損失了一部分能量；廢氣帶走了一部分能量；熱機(jī)自身對外散熱，帶走了一部分能量；由于機(jī)械傳動等克服摩擦要消耗一部分能量；熱機(jī)自身吸收一部分能量，等等。
所以真正轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵尫拍芰康囊徊糠?。只有對外做有用功的能量是被有效利用的?br>（2）熱機(jī)的效率
①定義：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒釋放的能量之比，叫做熱機(jī)的效率。
②公式： η= EQ \F( Q有用, Q總) 或 η= EQ \F( W有用, Q總)
③物理意義：熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的重要指標(biāo)。熱機(jī)的效率表示使用熱機(jī)時對燃料的利用率的高低，熱機(jī)的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，節(jié)約能源。
3. 提高熱機(jī)效率的主要途徑
（1）盡量減少各種熱量損失，設(shè)法利用廢氣的能量.
大型發(fā)電機(jī)常用蒸汽輪機(jī)推動，為了提高燃料的利用率，熱電站常利用蒸汽輪機(jī)排出的廢氣來供熱。
（2）在熱機(jī)的設(shè)計和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù).
（3）使用時，注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，合理調(diào)整各零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的能量.
4. 閱讀教材《科學(xué)技術(shù)社會》）——從火車到火箭
了解熱機(jī)的發(fā)展歷程。
【例題2】2022年11月，神舟十五號載人火箭將了名航天員送入中國空間站。下列關(guān)于神舟十升空過程中分析正確的是（ ）
A．神舟十五號火箭的發(fā)動機(jī)不是熱機(jī)
B．神舟十五號火箭利用氫做燃料是因?yàn)闅涞臒嶂荡?br>C．神舟十五號火箭對氫能的利用效率可以達(dá)到100%
D．神舟十五號火箭加速升空過程中機(jī)械能守恒
【答案】B.
【解析】A．神舟十五號火箭的發(fā)動機(jī)工作時把燃燒燃料時產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，因此屬于熱機(jī)，故A錯誤；
B．火箭選用液態(tài)作氫燃料是因?yàn)闅涞臒嶂荡?，與質(zhì)量相同的其它熱值小的燃料相比，氫燃燒能放出更多的熱量，故B正確；
C．氫燃燒產(chǎn)生的熱量并不能被火箭完全利用，一部分轉(zhuǎn)化成火箭的內(nèi)能，使火箭溫度升高，還有一部分散失在周圍環(huán)境，因此火箭對氫能的利用效率小干100%，故C錯誤；
D．神舟十五號火箭加速升空的過程中，質(zhì)量不變（忽略燃料質(zhì)量的變化），速度增大，動能增大，高度增大，重力勢能增大，機(jī)械能等于動能與勢能之和，因此機(jī)械能增大，故D錯誤。故選B。
【例題3】用煙煤燒水時，將10kg的水從20℃加熱到100℃，燃燒了1.4kg的煙煤。水的比熱容是4.2×103J/（kg·℃），煙煤的熱值約為3×107J/kg。試求：
（1）水吸收的熱量是多少？
（2）1.4 kg的煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？
（3）熱效率是多少?
（4）分析熱效率不高的兩種原因。
【答案】（1）3.36×106J；（2）4.2×107J；（3）8%；（4）見解析。
【解析】（1）Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg?℃）×10kg×（100-20）℃=3.36×106J
（2）Q放＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J
（3）η= EQ \F( Q吸, Q放) = EQ \F(3.36×106J, 4.2×107J) = 8%
（4）熱效率不高的原因有：煙煤沒有完全燃燒，熱傳遞的過程中有熱量損失等。
【精講點(diǎn)撥】
1. 熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料是否充分燃燒，燃料的質(zhì)量、體積均無關(guān)系。
2．固體燃料的計算公式： q= EQ \F(Q,m) ，單位為焦/千克（J/kg）；氣體燃料的計算公式：q= EQ \F(Q,V) ，單位為
焦/米3（J/m3 ）.
3. 計算熱機(jī)效率的兩個公式η= EQ \F( Q有用, Q總) 或 η= EQ \F( W有用, Q總) ，其本質(zhì)是相同的，有用熱量就是有用能量。一般先利用公式Q放=qm或Q放=qV計算出燃料完全燃燒放出的熱量Q放，再根據(jù)有用能量計算熱機(jī)的效率。
4．功率和效率是兩個完全不同的概念，也沒有聯(lián)系，功率反映機(jī)械做功的快慢，熱機(jī)效率是熱機(jī)性能的一個重要指標(biāo)，熱機(jī)效率高的機(jī)械功率不一定大。
【歸納整理】
第2節(jié) 熱機(jī)的效率
熱機(jī)的效率
熱機(jī)的
效率
①分類：固體燃料、液體燃料、氣體燃料.
②燃料燃燒過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.
①定義：燃料完全燃燒時放出的熱量與燃料質(zhì)量之比。是燃料的一種特性.
②公式：固體燃料：q= EQ \F(Q,m) 氣體燃料：q= EQ \F(Q,V)
③單位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/m3 ）
①熱機(jī)的效率：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.
②公式：η= EQ \F( W有用, Q總)
③提高熱機(jī)效率的方法：利用廢氣的能量、減少機(jī)械摩擦、盡量使燃料充分燃燒.
燃料
熱值

【課堂練習(xí)】
1. 長征五號火箭為我國載人航天工程作出卓著貢獻(xiàn)。長征五號火箭發(fā)動機(jī)使用液氫作燃料，是利用液氫的（ ）
A．密度大 B．比熱容大 C．熱值高 D．熱效率高
【答案】C.
【解析】火箭發(fā)動機(jī)使用液態(tài)氫作燃料，燃燒相同質(zhì)量的燃料，液氫完全燃燒釋放出的熱量多，即液態(tài)氫的熱值高，綜上分析知，故ABD不符合題意；C符合題意。
2. 關(guān)于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（ ）
A．沒有燃燒的燃料，其熱值等于零
B．燃料的熱值與其質(zhì)量和燃燒狀態(tài)無關(guān)
C．燃料完全燃燒時，它的熱值最大
D．燃料燃燒時溫度越高，放出的熱量越多
【答案】B。
【解析】ABC. 1kg某種燃料完全燃燒放出的能量，叫做這種燃料的熱值，熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒程度等均無關(guān)，故AC錯誤，B正確；
D.由Q=mq可知，燃料燃燒放出的熱量與熱值和質(zhì)量有關(guān)，與溫度無關(guān)，D錯誤。
所以選B.
3. 小越參加一次長跑，身體消耗的能量為6.6×106J，這些能量相當(dāng)于完全燃燒0.55kg的干木柴才能得到，則干木柴的熱值為________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的熱值將_______（選填“變大”“變小”或“不變”）。
【答案】1.2×107；不變。
【解析】干木柴的熱值為q= EQ \F(Q吸, m) = EQ \F(6.6×106J, 0.55kg) = 1.2×107J/kg
熱值是燃料的特性，其大小只與燃料的種類有關(guān)，而與燃料的質(zhì)量無關(guān)，用掉一半后，干木柴的熱值仍為1.2×107J/kg
4. 有一臺汽油機(jī)在一個工作循環(huán)中消耗了10g汽油（熱值為4.6×107J/kg），這些汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量是________J。若這臺汽油機(jī)的效率為30%，則一個工作循環(huán)中輸出的有用機(jī)械能為_______J。
【答案】4.6×105J，1.38×105J.
【解析】由題意知消耗汽油的質(zhì)量m=10g=0.01kg
汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J
根據(jù)熱機(jī)效率η= EQ \F(W有, Q放) ，汽油機(jī)輸出的有用機(jī)械能
W有= Q放η=4.6×105J × 30%=1.38×105J
5. 中國南海海底探明有大量的“可燃冰”，同等條件下，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達(dá)到煤氣的數(shù)十倍，說明“可燃冰”的________很大，以10倍的關(guān)系粗略計算，1kg“可燃冰”完全燃燒放出的熱量為_________J，水的比熱容c＝4.2×103J/（kg?℃），意義是_______。（煤氣的熱值q煤氣＝4.2×107J/kg）
【答案】熱值；4.2×108；1kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的熱量為4.2×103J。
【解析】在同等條件下，包含質(zhì)量相同，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量達(dá)到煤氣的數(shù)十倍，說明“可燃冰”的熱值很大。
1kg煤氣完全燃燒放出的熱量Q=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J
1kg“可燃冰”完全燃燒放出的熱量Q放= 10Q=4.2×108J
6. 如圖所示，是汽車能量轉(zhuǎn)化示意圖，關(guān)于汽車的效率其中正確的是（ ）
A．33% B．30% C．37% D．40%
【答案】B.
【解析】用總功減去各種能量損失即得汽車的效率為
η＝1-33%-30%-7%＝30%
故B符合題意，ACD不符合題意。所以選B.
7. 下列關(guān)于熱機(jī)效率的說法中正確的是（ ）
A．熱機(jī)的功率越大，效率越高
B．熱機(jī)所用燃料的熱值越大，效率越高
C．減少燃燒過程中的熱量損失可以提高熱機(jī)效率
D．通過技術(shù)改進(jìn)，熱機(jī)效率可達(dá)100%
【答案】C.
【解析】A．熱機(jī)效率是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量之比，熱機(jī)做功越快，表示熱機(jī)的功率越大，與效率無關(guān)，故A錯誤；
B．用熱值大的燃料，燃燒相同燃料可以放出更多的熱量，但用來做有用功的能量不一定多，用來做有用功的能量與燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量的比值不一定大，熱機(jī)效率不一定高，故B錯誤；
C．使燃料充分燃燒、減少廢氣帶走的熱量、減少熱機(jī)部件間的摩擦都可以減少熱量的損失，提高效率，故C正確；
D．熱機(jī)在工作過程中不可避免地存在能量的損失，所以熱機(jī)效率永遠(yuǎn)要小于100%，故D錯誤。所以選C。
8. 熱機(jī)是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為_____能的機(jī)器； 有經(jīng)驗(yàn)的柴油機(jī)維修師，不用任何儀器，只是靠近柴油機(jī)排氣管口聞一下，并將手伸到排氣管口附近感覺一下尾氣的溫度，就能初步判斷這臺柴油機(jī)的節(jié)能效果。在同樣負(fù)荷的情況下，尾氣的柴油味越_____（填“濃”或“淡”），柴油機(jī)的效率越高；尾氣溫度越_____（填“高”或“低”），柴油機(jī)越節(jié)能。當(dāng)柴油在發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒不充分時會冒“黑煙”，這時發(fā)動機(jī)的效率_____（選填“升高”、“不變”、“降低”）。
【答案】機(jī)械，淡，低，降低.
【解析】熱機(jī)是把燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的器。
尾氣的柴油味濃、顏色黑都說明柴油沒有充分燃燒，浪費(fèi)了燃料，這樣柴油機(jī)的效率會低。尾氣的溫度高，說明散失的熱量多，柴油機(jī)的效率低，反之，柴油機(jī)的效率高，即節(jié)能。冒“黑煙”說明燃燒不充分，用來做有用功的能量占燃料完全燃燒放出的總能量的比值就小，所以效率降低
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第2節(jié) 熱機(jī)的效率

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