火，能驅(qū)散寒冷和黑暗，帶來溫暖和光明。鉆木取火，人類第一次學(xué)會使用自然的力量；而古老的熱機(jī)——蒸汽機(jī)的發(fā)明則給人類帶來了巨大的動力?，F(xiàn)代的熱機(jī)廣泛使用在汽車、火車、輪船、飛機(jī)、火箭上。熱機(jī)到底是怎樣將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成我們需要的能量的呢？通過這一章的學(xué)習(xí)，你就會清楚了。
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。
發(fā)射人造衛(wèi)星、宇宙飛船所用的火箭要用液態(tài)氫、氧做燃料。你知道這是為什么？用汽油、柴油做火箭燃料可以嗎？學(xué)習(xí)了這一節(jié)，你就明白了。
1. 燃料 想一想，你見過的燃料有哪些？（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）燃料燃燒時能量的轉(zhuǎn)化：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？【提出問題】根據(jù)你的經(jīng)驗，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)，并進(jìn)行分析。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？【分析論證】①不同的燃料燃燒釋放熱量的能力是不一樣的。根據(jù)實(shí)驗發(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。
（3）常見燃料的熱值表
【想一想】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？【解答】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)氫作燃料是因為氫的熱值大. ③熱值是燃料的一種屬性，不同的燃料有不同的熱值.
【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)
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。
1. 日常生活中的熱效率【提出問題】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。
2. 熱機(jī)的效率（1）熱機(jī)能量流向示意圖熱機(jī)也有類似的情況，汽油在汽缸內(nèi)不能完全燃燒，損失了一部分能量，機(jī)械裝置吸收了一部分能量，廢氣帶走了一部分能量，由于機(jī)械傳動等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵尫拍芰康囊徊糠帧Ｖ挥袑ν庾鲇杏霉Φ哪芰渴潜挥行Ю玫摹?br/>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)常常用蒸汽輪機(jī)推動，為了提高燃料的利用率，人們利用蒸汽輪機(jī)排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。
熱電站既供電又供熱，比起一般的火電站，燃料的利用率大大提高。
（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.
動畫講解——《熱機(jī)的效率 》
從火車到火箭生產(chǎn)的發(fā)展需要強(qiáng)大的動力。17世紀(jì)，人類發(fā)明了熱機(jī)。最早的熱機(jī)是蒸汽機(jī)。在鍋爐里把水燒成水蒸氣，水蒸氣在汽缸里推動活塞做功。原始的蒸汽機(jī)不便于使用，后來許多人對它不斷改進(jìn)，其中貢獻(xiàn)最大的是英國人瓦特，他在1782年發(fā)明了往復(fù)式蒸汽機(jī)，使蒸汽機(jī)成為可以廣泛使用的動力機(jī)。
這種蒸汽機(jī)在之后的一百多年里對工業(yè)的發(fā)展起了極其重要的作用。但是由于蒸汽機(jī)過于笨重，效率很低，現(xiàn)在世界各國都不再生產(chǎn)蒸汽機(jī)了。
交通運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展迫切需要比較輕便的熱機(jī)。于是，內(nèi)燃機(jī)應(yīng)運(yùn)而生。內(nèi)燃機(jī)有汽油機(jī)、柴油機(jī)兩大類。汽油機(jī)是1876年發(fā)明的，柴油機(jī)是1892年發(fā)明的。內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時不需要攜帶很多水和煤，不但輕便，效率也提高了很多。內(nèi)燃機(jī)的出現(xiàn)和不斷改進(jìn)，對交通運(yùn)輸事業(yè)的現(xiàn)代化起到了決定性的作用。
電力工業(yè)的發(fā)展需要功率巨大的熱機(jī)來帶動大型發(fā)電機(jī)。1884年出現(xiàn)的蒸汽輪機(jī)滿足了這個需要。大型鍋爐產(chǎn)生的高溫高壓水蒸氣直接噴射到汽輪機(jī)的葉片上，使蒸汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動。大型火電站的巨大鍋爐有五六層樓房那樣高，蒸汽輪機(jī)功率可達(dá)幾十萬千瓦。
早期的飛機(jī)是由內(nèi)燃機(jī)提供動力的。從上世紀(jì)40年代開始，飛機(jī)上越來越多地使用噴氣式發(fā)動機(jī)，它向后高速噴出氣體，從而獲得前進(jìn)的動力。在功率相同時，噴氣式發(fā)動機(jī)比內(nèi)燃機(jī)更輕便，這就使生產(chǎn)高速的大型飛機(jī)成為可能。
噴氣式發(fā)動機(jī)有兩種：一種需要用大氣中的氧氣來助燃，叫空氣噴氣發(fā)動機(jī)，在飛機(jī)上使用；另一種自帶燃料和氧化劑，叫火箭噴氣發(fā)動機(jī)，它工作時不需要空氣，可以在大氣層外工作，能夠用來發(fā)射人造衛(wèi)星和宇宙飛船。 熱機(jī)使人類擺脫了繁重的體力勞動，促進(jìn)了生產(chǎn)的發(fā)展，帶來了工業(yè)革命?，F(xiàn)代社會在交通、航天、電力工業(yè)等很多方面都離不開熱機(jī)。對熱機(jī)的研制和改進(jìn)將會進(jìn)一步推動社會生產(chǎn)力的發(fā)展。
【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為氫的熱值大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
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)作氫燃料是因為氫的熱值大，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。
課堂總結(jié)——《熱機(jī)效率 》
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(rèn)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(zhì)量是多少？這大約相當(dāng)于生活中什么物體的質(zhì)量？
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(zhì)量應(yīng)該等于煤油質(zhì)量的幾倍？請列出相關(guān)計算式來說明理由。
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(nèi)燃機(jī)的效率平均值取30%。如果能把內(nèi)燃機(jī)效率提高1%，全球每年可以節(jié)約多少燃油？
4. 提高熱機(jī)的效率具有哪些積極意義？請你列出一個回答問題的提綱，不必展開陳述。
減少有害氣體的排放量，降低對空氣的污染。減少燃料的消耗，節(jié)約能源。
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
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（　?。〢．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
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)，故D錯誤。
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”）。
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。
4.6×105????
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______________.[q煤氣＝4.2×107J/kg]
1kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的熱量為4.2×103J
[1]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。[2]1kg煤氣完全燃燒放出的熱量Q=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J1kg“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（ ?。〢．33%B．30%C．37%D．40%
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。
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%
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”）。
[1]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。[2]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。[3]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。[4]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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