初三物理之热机第四节热机效率和环境保护.

1、第十一章内能和热机第十一章内能和热机第四节热机效率和环境保护1.热机是将热机是将 燃烧时放出的燃烧时放出的 转化为转化为 的的机器。热机的种类很多，例如机器。热机的种类很多，例如 、 、 、 等。等。2.四冲程热机的一个工作循环由四冲程热机的一个工作循环由 、 、 、 四个冲程组成，其中只有四个冲程组成，其中只有 冲程冲程是高温高压燃气膨胀对外做功。是高温高压燃气膨胀对外做功。3.内燃机包括内燃机包括 机和机和 机，机， 是利用燃烧是利用燃烧汽油来工作的，汽油来工作的， 是利用燃烧柴油来工作的。是利用燃烧柴油来工作的。4.汽油机在构造上，是由进气门、排气门、汽油机在构造上，是由进气门、排气门、

2、 、 、 、 、飞轮以及、飞轮以及 组成。组成。燃料燃料 机械能机械能 内能内能 喷气式发动机喷气式发动机 汽轮机汽轮机 内燃机内燃机 蒸汽机蒸汽机 汽油汽油排气排气 做功做功 压缩压缩吸气吸气 做功做功 柴油机柴油机 汽油机汽油机 柴油柴油火花塞火花塞 连杆连杆 汽缸汽缸 曲轴曲轴 活塞活塞 汽油机的工作原理：汽油机的工作原理：7.吸气冲程：吸气冲程： 打开，打开， 关闭。活塞由汽缸关闭。活塞由汽缸 端端向向 端运动，端运动， 组成的燃料混合物从进气门组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。吸入气缸。8.压缩冲程：进气门和排气门都压缩冲程：进气门和排气门都 ，活塞由汽缸，活塞由汽缸 端端向向 端运

3、动，燃料混合物被压缩，压强端运动，燃料混合物被压缩，压强 ，温度，温度 。9.做功冲程：在压缩冲程末尾，做功冲程：在压缩冲程末尾， 产生电火花，使燃产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞由汽缸料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞由汽缸 端向端向 端加速运动，并通过连杆带动曲轴和飞轮快端加速运动，并通过连杆带动曲轴和飞轮快速转动。速转动。10.排气冲程：排气冲程： 关闭，关闭， 打开，活塞由汽缸打开，活塞由汽缸 端端向向 端运动，把废气排出气缸。为下一个端运动，把废气排出气缸。为下一个 做好做好准备。准备。 火花塞火花塞汽油和空气汽油和空气上上 排气门排气门 进气门进气门

4、上上 增大增大 下下 下下 下下 关闭关闭 升高升高 上上 进气门进气门 排气门排气门 下下 上上 工作循环工作循环 柴油机的工作原理：柴油机的工作原理：7.吸气冲程：吸气冲程： 打开，打开， 关闭。活塞由汽缸关闭。活塞由汽缸 端端向向 端运动，外界端运动，外界 从进气门吸入气缸。从进气门吸入气缸。8.压缩冲程：进气门和排气门都压缩冲程：进气门和排气门都 ，活塞由汽缸，活塞由汽缸 端端向向 端运动，空气被压缩成高温的气体，其温度超过柴端运动，空气被压缩成高温的气体，其温度超过柴油的油的 。9.做功冲程：在压缩冲程末尾，由做功冲程：在压缩冲程末尾，由 向汽缸内喷射雾向汽缸内喷射雾状的柴油，这些雾

5、状柴油在汽缸内高温空气中剧烈燃烧状的柴油，这些雾状柴油在汽缸内高温空气中剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞由汽缸，产生高温高压的燃气，推动活塞由汽缸 端向端向 端端加速运动，并通过连杆带动曲轴和飞轮快速转动。加速运动，并通过连杆带动曲轴和飞轮快速转动。10.排气冲程：排气冲程： 关闭，关闭， 打开，活塞由汽缸打开，活塞由汽缸 端端向向 端运动，把废气排出气缸。为下一个端运动，把废气排出气缸。为下一个 做好做好准备。准备。 空气空气上上 排气门排气门 进气门进气门 上上 下下 下下 下下 关闭关闭 上上 进气门进气门 排气门排气门 下下 上上 工作循环工作循环 喷油嘴喷油嘴 燃点燃点 7.7

6、.汽油机和柴油机在构造和工作原理上汽油机和柴油机在构造和工作原理上有哪些相同点和不同点？有哪些相同点和不同点？相同点1基本构造和主要部件的作用相似。基本构造和主要部件的作用相似。2 每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。3 四个冲程中，只有做功冲程对外做功，四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。其余三个冲程靠飞轮惯性完成。4 一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。转动两周，做功一次。7.7.汽油机和柴油机在构造和工作原理上汽

7、油机和柴油机在构造和工作原理上有哪些相同点和不同点？有哪些相同点和不同点？不同点不同点1构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。油机气缸顶部有喷油嘴。2 燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。油机的燃料是柴油。3 吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。合气体，柴油机只吸进空气。4 点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。机属压燃式点火。学习目标学习目标 1 1、会用比值定义法理解热值的概念、会用

8、比值定义法理解热值的概念 2 2、能进行燃料放热的计算、能进行燃料放热的计算 3 3、能说出热机能量的主要流程、能说出热机能量的主要流程 4 4、知道提高热机效率的途径、知道提高热机效率的途径 5 5、认识热机对环境的影响、认识热机对环境的影响它们都离不开燃料。燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。固体燃料液体燃料气体燃料燃料可分为三种请你说说请你说说日常生活中常用到的燃料有哪些？日常生活中常用到的燃料有哪些？ 常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。

9、用草木等植物的秸杆作燃料。 你能列举一些常见的燃料吗？它们你能列举一些常见的燃料吗？它们分别属于哪一类？分别属于哪一类？ 质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。出的热量是不同的。 在物理学中，把在物理学中，把1kg1kg某种燃料在某种燃料在完全燃烧完全燃烧时所放出的热量叫做时所放出的热量叫做燃料的热值燃料的热值。热值的符号：热值的符号：q 单位：单位：J/kg（J/m3）固体和液体燃料气体燃料 热值是反映燃料燃烧时化学能车化为内能的本领的大小的物理量，同种燃料的热值与燃料的质量无关。 Q=mq 质量m为的燃料完全燃烧释放的能量是：Q：燃料完全燃烧

10、释放的热量：燃料的热值：燃料的质量无烟煤的热值为无烟煤的热值为3.4107J/kg，表示，表示1kg的煤在完的煤在完全燃烧时所放出的热量为全燃烧时所放出的热量为3.4107J。液化气的热值为液化气的热值为4.9107J/m3，表示表示1m3的液化气的液化气在完全燃烧时所放出的热量为在完全燃烧时所放出的热量为4.9107J。请计算：干木柴烟煤汽油 为了反映燃料燃烧是释放能量的本为了反映燃料燃烧是释放能量的本领的大小，物理上引入领的大小，物理上引入热值热值这个物这个物理量理量 燃料的热值：在物理学中，把燃料的热值：在物理学中，把1Kg某种燃料在某种燃料在完全燃烧完全燃烧时所放出的热时所放出的热量量

11、 热值是反映燃料燃烧时化学能转化热值是反映燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小的物理量，同为内能的本领的大小的物理量，同种燃料的热值与燃料的质量种燃料的热值与燃料的质量无关无关 提出问题： 燃料在燃烧是所放出的热量的多少与哪些因素哪些因素有关？ 猜想：质量、燃料充分程度、燃料质量、燃料充分程度、燃料种类种类 质量相等质量相等的不同燃料不同燃料在完全燃烧完全燃烧是所放出的热量是不同的火箭为什么用液态氢做燃料？火箭为什么用液态氢做燃料？ 例题：计算4Kg柴油完全燃烧释放的热量。（q=3.3X107J/Kg） 已知：m=4Kg,q=3.3x107J/Kg 求：Q 解：Q=mq =4Kg X 3.3

12、 X 107J/Kg 答：完全燃烧释放的热量为1.32x108J反馈练习反馈练习 1 1、燃料的燃烧是一种、燃料的燃烧是一种化学变化化学变化，在燃，在燃烧过程中，燃料的烧过程中，燃料的化学能化学能转化为转化为内能内能。 2 2、1Kg1Kg某种燃料完全燃烧放出的热量，某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。无烟煤的热值叫做这种燃料的热值。无烟煤的热值是是3.4x103.4x107 7J/KgJ/Kg，它的物理意义是：，它的物理意义是：1Kg1Kg的无烟煤完全燃烧放出的热量为的无烟煤完全燃烧放出的热量为3.4x103.4x107 7J J近期煤价节节攀升，不少不法近期煤价节节攀升，不少不

13、法商贩将煤矸石破碎之后在优质商贩将煤矸石破碎之后在优质煤中销售，假如你是检察人员，煤中销售，假如你是检察人员，最巧当的方法是检测下列物理最巧当的方法是检测下列物理量中的（量中的（ ）A A、比热容、比热容 B B 、温度、温度 C C、热值、热值D D、质量、质量C 航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（ ） A、较小的质量 B、较小的密度 C、较大的比热容 D、较大的热值D 由热值的定义可知，热值由热值的定义可知，热值q=q=，式中，式中m m是燃料的质量，是燃料的质量，Q Q是燃料完全燃烧是燃料完全燃烧放出的热量，那么（放出的热量，那么（ ） A A、热值的大小的与、热

14、值的大小的与Q Q成正比成正比 B B、热值的大小与、热值的大小与m m成反比成反比 C C、热值的大小与、热值的大小与Q Q、m m都有关，由都有关，由Q Q与与m m共同决定共同决定 D D、热值的大小与、热值的大小与Q Q、m m都无关，由都无关，由燃料的种类决定燃料的种类决定D讨论交流：热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？由于机械传动等，克服摩擦所消耗的能量燃料很难全部燃烧，燃料的化学能不能全部释放机械传热损失一部分能量热机真正转变为对外做功的部分废气排出带走的能量热机中燃料释放能量的主要走向示意图 由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只燃料燃烧时所释放能

15、量的一部分。 热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量的比值称为热机效率，即：=W有Q放100% 由图可见，真正能转变为对外做有用功的能由图可见，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。热机效率：热机效率：热机转变为热机转变为有用功有用功的能量与燃料的能量与燃料完全完全燃烧所燃烧所释放的能量的释放的能量的比值比值称为热机效率。称为热机效率。提高热机效率的主要途径提高热机效率的主要途径:减少热机工作中的各种能量损失减少热机工作中的各种能量损失.具体方法具体方法: 首先要减少燃烧过程中的热量损失首先要减少燃烧过程中的热量损失; 其次

16、是要尽量简化机械传动部分其次是要尽量简化机械传动部分,并选用优良的润滑材料减小摩擦并选用优良的润滑材料减小摩擦,以减少以减少机械损失机械损失.如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间;蒸汽类热机蒸汽类热机,常将煤常将煤研磨成粉状研磨成粉状,用风吹入锅炉内燃烧用风吹入锅炉内燃烧.这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些.各种热机的效率各种热机的效率:蒸汽机蒸汽机:615汽油机：汽油机：2030柴油机：柴油机：3040飞机上的喷气式发动机：飞机上的喷气式发动机：5060议一议怎样提高热机的效率？使燃料充分燃烧;

17、尽量减少各种热量损失；在热机的设计和制造上采用先进的技术；注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。想一想热机的效率能达到100%吗？为什么？不能达到100%，因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以燃料条件的限制，这部分能量远远小于总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。环境保护 热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题：1.对人体健康的直接危害,硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部组织,引起肺水肿等疾病而使人致死.2.引起河流、湖泊的水体酸化,

18、严重影响水生动植物的生长.3.破坏土壤、植被、森林.4.腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料.5.渗入地下,使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍.酸雨的危害结束提高热机效率（燃料利用率）的意提高热机效率（燃料利用率）的意义义1、节约能源2、保护环境讨论交流 如何保护我们的环境？1.改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;2.集中供热；3.改用气体燃料，普及煤气和天然气；4.充分开发利用污染少和无污染的新能源。洛杉机光化学烟雾事件首先，什么是光化学烟雾呢?氮氧化物、烃类等一次污染物在阳光紫外线的作用下发生一系列光化学反应，生成臭氧(占产物85%以上)、过氧乙酰硝酸酯、高活性自由基、醛类、酮

19、类和有机酸等二次污染物，这些一次污染物和二次污染物形成的混合物称为光化学烟雾，它呈浅兰色、有刺激性和很强的氧化性，可造成人类及动植物疾病、建筑物毁坏等危害。洛杉机光化学烟雾事件是指40年代初期至50年代，发生于美国洛杉机市的一系列光化学烟雾事件的总称。该市临海依山，处于50公里长的盆地中，一年有300天出现逆温(即大气层某一高度上的温度不随高度递减，出现反常增加或不变。这会阻碍大气向上的对流扩散和污染物的扩散)，510月阳光强烈。由于大量汽车排放含氮氧化物、碳氢化合物、一氧化碳等废气，加之洛杉机市特殊的地理及气候条件，自1943年开始，形成了多次光化学烟雾事件。当地居民纷纷反应有眼睛或喉咙刺激

20、，其中以1952年的一次最为严重，大批居民发生眼睛红肿、喉痛、咳嗽、皮肤潮红等症状，严重者心肺功能衰竭，导致近400位65岁以上老人死亡。此外，植物大面积死亡，车祸增多。当堂检测反馈1、四口这家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗分别为：木柴约200千克，烟煤约80千克，液化石油气约30千克，煤气约60千克。这四种燃料中的热值最高的是( ）A、液化石油气B、煤气C、烟煤D、木柴A2、航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（）A、较小的质量B、较小的密度C、较大的比热容D、较大的热值D3、柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2千

21、克柴油能放热 J，这些热通过柴油机的转化能对外做有用功 J。（柴油的热值为3.3107J/kg4、完全燃烧140克焦炭（焦炭的热值为3.0107J/kg)能放出多少热量？若这些热量的30%被水吸收，则能使30kg 、20的水温度升高到多少度？6.61071.98107质量为质量为10Kg10Kg，初温为，初温为2020摄氏度的水，摄氏度的水，在一标准大气压下将这些水加热至在一标准大气压下将这些水加热至沸腾，需要吸收多少热量？如果这沸腾，需要吸收多少热量？如果这些热量是由干木柴完全燃烧提供的，些热量是由干木柴完全燃烧提供的，干木柴完全燃烧放出的热量有百分干木柴完全燃烧放出的热量有百分之八十被吸收

22、，需要燃烧多少千克之八十被吸收，需要燃烧多少千克的干木柴？（的干木柴？（q=1.2x10q=1.2x107 7J/KgJ/Kg）解：解：Q Q吸吸=cm=cm水水(t-(t-t t0 0)=4.2)=4.210103 31010(100-20) (100-20) J=3.36J=3.3610106 6J J Q Q吸吸=Q=Q放放.， QQ放放= = = = =4.2=4.210 10 6 6J J， 由由m m柴柴= = =0.35 kg=0.35 kg Q吸吸%80J0136.36 qQ放放kg102 . 1102 . 476 4 、关于燃料的热值，下列说法正确的是、关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）A、与燃料的燃烧情况无关。、与燃料的燃烧情况无关。B、容易燃烧的燃料，热值一定大。、容易燃烧的燃料，热值一定大。C、1kg煤燃烧时放出的热量一定大于煤燃烧时放出的热量一定大于1kg木柴燃烧时放木柴燃烧时放 出的热量。出的热量。D、一杯酒精与半杯酒精相比，一杯酒精、一杯酒精与半杯酒精相比，一杯酒精的热值大。的热值大。A5、酒精的热值为、酒精的热值为3.01