热机的效率 能量的转化和守恒

热机的效率能量的转化和守恒2019.10.12通过对本节课的学习，你能够:掌握热值的概念了解热机的效率会简单计算小汽车的效率4.了解能量的转化及守恒概述适用区域-JL1!沪科版区域：课时时长（分钟）11!1201.温度燃料的热值及相关计算1知识点:2.热机的能量转化与守恒I13.热机的效率I-卜!适用学科!初中物理!适用年级;初中三年级1.掌握热值的概念学习目标|2.了解热机的效率!3.会简单计算小汽车的效率I!4.了解能量的转化及守恒!学习重点!从能量转化的角度认识燃料的热值。卜41学习难点I从能量转化的角度认识热机的效率。【知识导图】热机的效率热值的概念理解关于热机效率的计算能量的转化能量的转,Y化及守恒J能量守恒定律的理解学习过程1.生活中我们同样烧开一壶水，用煤气灶和炉子烧是同时沸腾吗？哪个烧开的更快一些呢？为什么呢？都与哪些因素有关？我们本节课来探究一下。二知识讲解知识点1热值（1）问题探究：提出问题：完全燃烧相同质量的不同燃料，它们放出的热量相等吗？猜想与假设：因为燃料不同，所以它们放出的热量不相等设计与实验：用天平分别测量出质量均为10g的酒精和碎纸片，将其分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量和温度均相同的水（约200g）的两个相同烧杯加热，使酒精和碎纸片充分燃烧。记下量个温度计示数变化情况。燃料温度加热前的水温/C燃料燃尽后的水温/°c水温的变化/C10g酒精20553510g碎纸片203414实验分析：由实验数据可知，用10g酒精加热，水温升的高，二用10g碎纸片加热，水温升的低。探究归纳：完全燃烧相同质量的不同燃料，它们放出的热量不相等，为此引入了热值这一个概念。（2）热值定义燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比，叫做这种燃料的热值单位焦耳/千克，即”J/kg“，读作”焦耳每千克“公式q=g,期中Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量，q表示该燃料的热值111物理意义表示一定质量的某种燃料在完全燃烧时所放出热量的多少。如木炭的热值为3.4x10j/kg,它表示1kg木炭完全燃烧所放出的热量是3.4X10Jo同种燃料的热值不同，不同燃料的热值一般不同热值反应了所有能燃烧的物质的一种行之，反应了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小，也就是说，他是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系。气体燃料的热值定义为燃料完全燃烧放出的热量与燃料体积之比（3）燃料燃烧放出热量的计算：如果用m表示燃料的质量，用q表示该种燃料的热值，用Q放表示完全燃烧时所放出的热量，则Q’Ninq。期中m的单位是kg,q的单位是J/kg,Q放的单位是J。注意：（1）只有燃料完全燃烧时，放出的热量的计算公式Q=mq进行计算，不要与物体温度降低时放热公式Q=cm混淆。（2）计算时要看清燃料的种类、是否完全燃烧等关键词。由燃料完全燃烧放出的热量的计算公式Q=mq变形可得到q=2，注意公式中每个物理量都有其特殊m物理意义，而不是纯粹的数学关系，不能错误地认为q与Q成正比、与m成反比。知识点2热机的效率（1）热机能量是损失燃料未能完全燃烧由于燃料的优劣，内燃机气缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量损失。不过，这里损失的能量很小。废气带走很大一部分能量四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲工程将气缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大。一部分能量消耗在散热上热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体，传递了部分燃料燃烧所释放的热量，所以散热也是能量损失的一个方面。克服摩擦做功活塞和曲轴在运动时克服摩擦做做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供（2）热机的效率定义：用来做有用功的那部分能量个燃料完全燃烧所释放的能量之比=用来做有用功的能量：（0洲）心质％。式"一燃料完全燃烧释放的能量（。总）③由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1.（3）提高热机的效率的主要途径①使燃料充分燃烧尽量减少各种热损失在热机的设计和制造上，采用先进的技术使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。知识点3能量转化实验探究：在透明塑料盒的地步钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。我们将会看到，透明塑料盒内的酒精剧烈燃烧，塑料盒盖被高温高压气体推出，在盒II不远处有水雾产生，在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的内能减少，转化为塑料盒盖的机械能。根据这一原理，可以制造出一种讲内呢过转化为机械能的机器。热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温高压燃气的内能转化为机械能的装置。最常见的内燃机是四冲程的汽油机和四冲程的柴油机。汽油机是以汽油味燃料的内燃机。汽油机的工作过程如卜.表:冲程名称吸气冲程压缩冲程做工冲程排气冲程进气门开闭打开关闭关闭关闭闭气门开闭关闭关闭关闭打开活塞运动方向向下向上向下向上冲程作用吸入燃'〔和空气的混合气体压缩燃料和空气混合气体做功，使其压强增大、温度升高在当活塞到达气缸顶端时，火花塞打火，点燃燃料，产生的高温高压燃气推动活塞做功。通过连杆、曲轴带飞轮转动排除废气能的转化无能量转化压缩燃料和空气的混合气体，机械能转化成内能燃料燃烧，化学能转化成燃气的内能，燃气推动活塞做功，内能转化成机械能无能量转化考点突破：机械能与内能间的转化是通过做功来实现的，对物体做功的过程是将机械能转化为内能的过程，而物体对外做功则是内能转化为机械能的过程。如：流星坠入大气层时，机械能减少，内能增加，机械能转化为内能。壶中的水沸腾时，壶盖不断跳动，则是内能转化为机械能。三，例题精析例题1【题干】关于热机的效率，下列说法正确的是（）热机做的有用功越多，效率就一定越高热机的功率越大，效率一定越高热机消耗的燃料越多，效率就一定越低以上说法都不对【答案】D【解析】AC、热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，当热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高；当热机消耗的燃料一定，做的有用功越多，效率就一定越高，故A、C错误；B、热机的功率越大，热机做功越快，效率与功率无关，故错误；D.以上说法都不对，故符合题意。例题2【题干】2017年5月18口，我国在南海海域“可燃冰”试采成功，“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力。完全燃烧相同质量的“可燃冰”和煤气，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的（热量很大B.内能很大C.比热容很大D.热值很大【答案】D【解析】在同等条件下，包含质量相同，“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”的热值很大。故选D.例题3【题干】酒精灯的酒精被使用掉一半后，下列关于酒精判断正确的是（）比热容和热值均保持不变密度不变，比热容减小一半比热容减小一半，热值不变质量减小一半，密度减小一半【答案】A【解析】要解答本题需掌握：①密度和比热容都是物质的特性，热值是燃料的特性，只要物质确定，这些属性是不变的.②质量也是物质的属性，它与物体所含物质的多少有关.酒精灯的酒精被使用掉一半后，所含的酒精这种物质减少，所以质量变为原来的一半，但是密度、比热容、热值是不会改变的，因为物质确定后，物质的这些属性与质量无关。故B.C.D错误。例题4【题干】如图是某太阳能热水器，向其中注入50kg的水，阳光照射一段时间后，水温从20°C升高到60C,水的比热容是4.2X103J/（kg・C）,试求：（1）这段时间该热水器中的水吸收的热量是多少？（2）如果这段时间该太阳能热水器接收到太阳辐射的热量是2.8X10壬贝IJ这段时间该热水器的效率是多

少？（3）若用煤燃烧来提供2.8X10J的热量，需完全燃烧多少质量的煤？（煤的热值约为3.5X10：J/kg）【答案】8.4X106!30%0.8kg【解析】（1）根据题意知道，水的质量m=50kg、水的初温to=2O°C,末温t=60C,水的比热容是c=4.2X103J/（kg・，C）所以热水器中的水吸收的热量：Q^=-cm（f-fo）=4.2X103J/（kg^C）X50kgX（60°C-20°C）=8.4X106J；（2）该热水器的效率：n吸/QX100%=8.4X106J/2.8X10JX100%=30%：（3）若用煤燃烧来提供热量©2.8X10：J,由QEq知道需完全燃烧的煤的质量：0«FQ/K2.8XlO：J/3.5XloJ/kg=O.8kg例题5【题干】下列有关能量转化的说法中错误的是（）核电站发电一核能转化为电能太阳能电池一太阳能转化为电能汽油机做功冲程一机械能转化为内能电饭锅烧饭一电能转化为内能【答案】C【解析】判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量。核电站利用核裂变发电，将核能转化为电能，故A正确；太阳能电池将太阳能转化为电能，故B说法正确；汽油机的做功冲程是由内能转化为机械能，故C说法错误；电饭锅烧饭将电能转化为内能，故D说法正确，故选C。■课堂运用■课堂运用基础1.热机的效率是热机性能的重要指标，下列措施能提高汽油机效率的是（）将燃料改成柴油B.让燃料燃烧更加充分减少汽油机的工作时间D.增加汽油机的工作时间汽油的热值是4.6X10TJ/kg,它的物理意义是（）燃烧1kg汽油能放出4.6X10J的热量完全燃烧lkg汽油能放出4.6X10J的热量完全燃烧lkg汽油能放出4.6X10J/kg的热量lkg汽油含有4.6X10J的热量用铝壶在天然气灶上烧水的过程中（）水的温度越高，水分子运动越剧烈是通过做功的方式改变水的内能铝的比热容比水小，铝的吸热能力比水强天然气燃烧越充分，热值越大［巩固某家庭用的燃气热水器，将水箱内的水从IO°C加热到60°C,完全焕然了0.211湿的煤气.已知水的比热容为4.2x103J/（kg•°C）,煤气的热值为4x10'J/n己试求：（1）煤气完全燃烧放出的热量。故是多少？（2）该热水器烧水的效率为50%，水吸收的热量心是多少？（3）水箱内水的质量〃7是多少？在“比较质量相等的不同燃料充分燃烧时放出的热量”的活动中，同学们发现分别使5g的酒精和5g的碎纸片充分燃烧后，被它们加热的各100g、25°C的水的温度分别上升到80C和45°C,这说明（）酒精的热值比碎纸片的热值大酒精含有的热量比碎纸片大得多燃烧酒精总比燃烧碎纸片放出的热量多酒精的内能比碎纸片内能大得多如图所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉,用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧.根据该实验现象，下列结论正确的是（）棉花燃烧过程是化学能转化为内能活塞下压过程中，气体的内能减小气体容易被压缩,是因为气体分子间距离较小活塞下压过程的能量转化形式与热机做功冲程能量转化相同1.各种形式的能量在一定的条件下可以相互转化，下列实例中属于机械能转化为内能的是（）点燃的火箭飞向太空B.陨石坠入地球大气层称为流星C.水电站里水轮机带动发电机发电D.内燃机气缸里的活塞在燃气的推动下运动小明和小华在学习了燃料的热值后，一起设计实验来探究煤油和菜籽油的热值的大小关系，他们组装了如图所示的实验装置，为了保证实验结论的可靠性，下列措施不合理的是（）两杯水的质量相同两种燃料的质量相同

两种燃料燃烧的时间相同两杯水的初温相同一位同学阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，某段时间内，汽车以72km/h的速度匀速直线行驶了46s,消耗了200g汽油。燃料样放的焦量（100%）腹9(30%—32)冷却水燃料样放的焦量（100%）腹9(30%—32)冷却水（25%—30）摩炉j仙妹（5%—10）（1）计算该内燃机的效率变化范围。（2）200g汽油完全燃烧放出的热量是多少？（汽油的热值是4.6X10J/kg）（3）若行驶的这段时间内内燃机的效率是30%,则汽车的牵引力是多少？课堂小结热值（q）:1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值。单位是：焦耳/千克。燃料燃烧放出热量计算：Q放二qm：（Q放是热量，单位是：焦耳；q是热值，单位是：焦/千克；m是质量，单位是：千克。气体燃料Q放二qV内燃机可分为汽油机和柴油机，它们一个工作循环由吸气、压缩、做功和排气四个冲程。一个工作循环中对外做功1次，活塞往复2次，曲轴转2周。热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。的热机的效率是热机性能的一个重要指标在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。拓展延伸基础火力发电中，进的是煤，出来的是电，在这个过程中的能量转化是程序是（）机械能、内能、化学能、电能化学能、内能、机械能、电能化学能、重力势能、动能、电能内能、化学能、机械能、电能下列事例中，能表示能量转化或转移具有“方向性”的事例是（）电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能热量可以自发从高温物体传递给低温物体，却不能自发从低温物体传递到高温物体动能可以和重力势能相互转化机械能可以转化为内能，内能也可■以转化为机械能某物理兴趣小组为了探究地球表面水吸收太阳能的本领，用一脸盆装6kg的水，经过太阳光照射一段时间后，水温升高了5°C.实验中水级收了J的热量，此过程中水的内能增大了J;若用液化气加热使同质量的水升高相同的温度，至少需要燃烧拓的液化气.[假设液化气燃烧放出的热量全部被水吸收，c水二4.2X103J/（kg・°C），液化气的热值为5X10：J/m3]巩固汽在如图所示的情景中，关于能量的说法正确的是（）A.小孩从滑梯上滑卜，机械能不变

电水壶工作时，将内能转化为电能c.金属汤勺放在热汤中，汤勺温度升高，这说明内能是可以转移的飞船在加速升空过程中，它的动能增加，机械能不变下列关于能量转化的说法，正确的是（）电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能电风扇工作时，扇叶的机械能是由电能转化来的干电池给小灯泡供电时,发生的能量转化主要是电能转化为化学能在被阳光照射时，太阳能电池将电能转化为化学能一台效率为40%的柴油机（柴油的热值是4.3X10j/kg）,当输出3.44X10J有用功时，消耗的柴油质量是（）A.0.8kgB.2kgC.0.32kgD.2.8kg如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同.燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同.下列说法正确的是（）A.比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图B.比较不同液体的比热容，可•以选择乙、丙两图C.比较不同燃料的热值，可以选择甲、丙两图D.比较不同燃料的热值，可.以选择乙、丙两图在单摆实验中，我们发现每次荡起的高度在逐渐变小，下列说法正确的是()A.能量正在消失B.只存在动能和势能的互相转化C.机械能是守恒的D.机械能是不守恒的，但各种能量的总量守恒某太阳能热水器中装有80kg的水，阳光照射一段时间后，水温从20°C升高到70C.己知水的比热容是4.2X103J/(kg*°C).试求：A.小孩从滑梯上滑卜，机械能不变电水壶工作时，将内能转化为电能c.飞船在加速升空过程中，它的动能增加，机械能不变这段时间内，水吸收的热量是多少？水吸收的热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭？(交谈的热值是3.0X107J/kg)［核心素养专栏】之理性思维——焦耳分子运动论樗姆斯・普雷斯科特・焦耳(JamesPrescottJoule,1818年12月24口一1889年10月11□),出生于曼彻斯特近郊的沙弗特，英国物理学家，英国皇家学会会员。由于焦耳在热学、热力学和电方面的贡献