沪科版九年级物理 （热机效率与环境保护）内能与热机教育教学课件

13.4热机效率和环境保护

情境导入

蒸汽机虽然在18世纪就已发明，但它从初创到广泛应用，经历了漫长的年月，1765年和1782年，瓦特两次改进蒸汽机的设计，使蒸汽机的应用得到了很大发展，但是效率仍不高。如何进一步提高机器的效率就成了当时工程师和科学家共同关心的问题。今天，我们就来研究一下什么是热机的效率。（1）、建立热值概念。知道热值是燃料燃烧放热的特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃烧放热的简单计算。（2）、了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率，及提高热机效率的意义所在。（3）、了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能简述热机的使用产生的排放物对环境不良影响，培养自觉的环保意识。本节目标预习反馈2.热值的单位__________________.1._______________________________________叫做燃料的热值3.热量的计算公式__________________.1kg某种燃料完全燃烧放出的热量J/kgQ=mq课堂探究一.燃料的热值讨论：例举一下生活中我们可以使用哪些可燃烧的材料烧开一壶水？草木、煤炭等石油、酒精、汽油等煤气、天然气等固体燃料液体燃料气体燃料课堂探究讨论：将一壶水放在燃烧的木柴上加热，不久就升温了。现在，我们已经知道这是因为水吸收了热量的缘故。问：那么这些热量从何而来？是从木柴燃烧时放出的热量来的思考1：5kg的木材和10kg的木材燃烧时放出的热量是否相同？这说明什么？燃料燃烧时放出的热量跟燃料的质量有关同种燃料的质量越大，燃烧时放出的热量越多典例分析例题1：关于燃料和热值，以下说法正确的是（）A．燃料热值与燃料的质量无关B．容易燃烧的燃料，热值一定大C．煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧木柴放出的热量一定多D．为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料解：A、热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关．故A正确；B、热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故B错误；C、燃料燃烧放出热量的多少不仅与燃料的热值大小有关，还与燃料的质量以及燃烧程度有关，故C错误；D、锅炉的效率与燃料的热值高没有关系，故D错误；故选：A．A课堂探究二.热机的效率用来做有有功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率燃料完全燃烧放出的能量机械损失有用机械能散热损失废气内能典例分析例题2：两台柴油机，若甲柴油机的效率低于乙柴油机，则（）A．在输出功相同的情况下，甲柴油机消耗的柴油多于乙柴油机消耗的柴油B．甲柴油机的功率小于乙柴油机的功率C．甲柴油机消耗的柴油多于乙柴油机消耗的柴油D．在功率相同的情况下，甲柴油机消耗的柴油少于乙柴油机消耗的解：ACD、甲柴油机的效率比乙柴油机的效率高，说明甲柴油机用来做有用功的能量占总能量的百分比大，也就是功率相同的甲乙两台柴油机，完成相同的有用功，甲柴油机消耗的柴油少于乙柴油机消耗的柴油．选项AC错误，选项D正确；B、机器的效率是做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量之比；功率是机器做功快慢．两者没有联系．此选项错误．故选D．D课堂探究三．有关燃料燃烧放热的计算想一想为什么发射火箭上天要用氢做燃料？课堂探究根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？氢的热值是1.4×108J/kg放出热量Q=热值×质量=1.4×108J/kg×

10×103kg

=1.4×1012J再算算，若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？干木柴的热值1.2×107J/kg需要干木柴约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量典例分析例题3：一台汽油机的飞轮转速为600r/min，则1s内（）A．完成10个冲程，做功10次B．完成10个冲程，做功5次C．完成20个冲程，做功10次D．完成20个冲程，做功5次解：汽油机完成1个工作循环，飞轮转2转，完成4个冲程，对外做功1次，若飞轮的转速为600r/min=10r/s，即每秒完成5个工作循环，完成20个冲程，对外做功5次，故D正确．故选DD课堂探究四、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：课堂探究课堂探究酸雨的危害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,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.典例分析例题4：讨论交流如何保护我们的环境？改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;集中供热；改用气体燃料，普及煤气和天然气；充分开发利用污染少和无污染的新能源.本课小结一、热机的能量损失①燃料未完全燃烧②废气带走能量③克服磨擦消耗能量二、热机效率：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值三、环境保护1、环境污染2、防治措施拓展练习1.2013年12月，我国长征三号乙运载火箭成功地将“嫦娥三号”送向太空，并实现了“玉兔”探月．火箭燃料中有液态氢，液态氢常作为燃料，是因为液态氢具有（）A．含有较多的热量B．较小的密度C．较大的比热容D．较大的热值2.甲乙两台柴油机，甲的效率低于乙的效率，意义是（）A．甲的功率大于乙的功率B．甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料C．乙将燃料燃烧放出的能变成有用功的那部分能的比例比甲大D．工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少DC完成同步练习册作业布置第十三章内能与热机热机效率和环境保护

无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料．从原始人类学会用火的那天起，人们利用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的．那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？燃料的燃烧对环境又会造成那些影响呢？新课引入学习目标1.建立热值概念．2.知道热值是燃料的重要特性，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算．3.了解热机效率，知道热机工作时燃料释放能量的主要流向．4.知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在．新课目标柴：约200kg；液化石油气：约30kg

家用煤（蜂窝煤）：约90kg．一个四口之家使用某种燃料时的月消耗量．新课讲解燃料的热值一观察与思考1.热值的概念、单位：木柴、煤炭、液化石油气在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢？如果不同，那又如何来表示它们这种能力的大小呢？用热值表示不同燃料燃烧释放能量的能力．某种燃料完全燃烧释放出的热量与所用该燃料的质量之比叫作这种燃料的热值．用q表示．单位是J/kg，气体燃料热值单位是J/m3．观察与思考观察热值表，你有哪些发现？2.热值表观察与思考1.哪种燃料的热值最大？它表示的物理意义是什么？在热值表中，氢气的热值最大，为1.4×108J；该热值表示的物理意义是1m3的氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J．2.干木柴的热值是多大？5kg的干木柴用掉一半，剩余木柴的热值是多少？干木柴的热值是1.2×107J/kg，5kg的干木柴用掉一半，剩余干木柴的热值仍是1.2×107J/kg．观察与思考热值是燃料的一种特性，不同燃料的热值一般不同．热值的大小只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均无关．归纳与小结质量为mkg的干木柴完全燃烧释放出多少J的热量？热量的计算公式：Q＝mq．如果是气体释放热量时，则释放热量的公式是Q＝Vq，其中体积的单位是m3，热值的单位是J/m3．Q：燃料完全燃烧释放的热量m：燃料的质量q：燃料的热值热量的计算二观察与思考例题计算4kg的柴油完全燃烧释放的热量．已知：q=4.3×107J/kg，m=4kg．求：Q．解：

Q=mq

=4kg×4.3×107J/kg

=1.72×108J．答：4kg的柴油完全燃烧释放的热量为1.72×108J．典例与精析热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？热机燃料的能量走向示意图部分燃料未完全燃烧克服摩擦消耗能量废气排出带走能量机械传热损失能量转化为对外做有用功的能量观察与思考热机运转中，对外做的有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率．用

表示，即

热机效率三热机的效率能否达到100％？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．怎样提高热机效率？提高热机的效率主要途径是减少热机各种能量损失．具体措施为：（1）使燃料尽可能完全燃烧(煤粉、鼓风)；（2）减小机械摩擦（选用优良润滑油）；（3）尽量简化机械传动部分（三角旋转式发动机）．观察与思考蒸汽机的效率只有6%~15%汽油机的效率为20%~30%柴油机的效率为30%~45%知识与拓展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：环境保护四（1）改进燃烧设备时加装消烟除尘装置；（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．保护环境的方法：归纳与小结课堂小结C1.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是(

)A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比B.燃料没燃烧时就没有热值C.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关D.容易燃烧的燃料热值一定大课堂训练2．已知干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧0.7kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20℃升高到70℃？已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)．

Q=1.2×107J/kg×0.7kg=8.4×106J

m=Qc(t-t0)8.4×106J4.2×103J/(kg·℃)×(70℃-20℃)