初中物理热机的效率
14.2 热机的效率
教学目标
【知识与能力】
1.知道什么是燃料的热值及其单位的意义,会查燃料热值表。
2.会计算某种燃料完全燃烧放出的热量。
3.知道热机的效率。
4.了解提高效率的途径。
【过程与方法】
通过与机械效率的对比了解热机的效率,知道机械效率是评价投入、产出比的基本方法,并了解不同热机的效率值。
【情感态度价值观】
了解热机的使用对社会的贡献和带来的环境污染,感受到自然科学的发展和先进技术的应用在推进社会发展的同时,也造成了环境污染。
教学重难点
【教学重点】
掌握热值的概念和单位、根据热值的定义计算燃料燃烧时放出的热量。
【教学难点】
理解热机效率。
教学过程
情境导入
多媒体播放视频:神舟系列火箭发射。
问题:为什么发射火箭上天要用氢做燃料?用汽油、柴油做火箭燃料可以吗?这节课我们就来研究这个问题。
一、燃料的热值
◆探究活动1:日常生活中常用到的燃料有哪些?
分析燃料燃烧过程
中的能量转化:
燃料燃烧的过程是
化学能转变为内能
的过程。
◆探究活动2:燃烧相同质量的不同燃料,放出的热量是不同的。
1.燃料的热
值
(1)定义:
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做这种燃料的热值。
定义式:
Q
q
m =。
(2)物理意义:干木柴的热值是1.2×107J/kg,其物理意义为1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J。
(3)热值的单位:焦每千克(J/kg)。
(4)说明——气体燃料的热值
对某些气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比,叫做这种气体燃料的热值,其定义式为Q
q
V
=,热值在数值上等于在标准状态下1 m3的燃料完全燃烧放出的热量,单位为焦每立方米;符号:J/m3。
2.了解燃料的热值表
-1
干木柴(约)1.2×107柴油 4.3×107
烟煤(约)2.9×107煤油 4.6×107
无烟煤(约)3.4×107汽油 4.6×107
焦炭 3.0×107氢 1.4×108
木炭 3.4×107煤气/(J·m-3) 约3.9×107
酒精 3.0×107沼气/(J·m-3) 约1.9×107
问题1
回答1:氢的热值是1.4×108 J/kg;其物理意义是:1 kg的氢完全燃烧放出的热量是1.4×108 J。
问题2:汽油的热值是多少?其物理意义是什么?
回答2:汽油的热值是4.6×107 J/kg;其物理意义是:1 kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107 J。
热值是物质本身的一种性质,它与物体的质量、形状、体积、位置、温度、吸收或放出热量的多少等因素都无关,是反映燃料优劣的重要指标。
不同物质的热值一般不同,所以热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与形态、质量、体积无关。
3.有关燃料燃烧放热的计算
燃料放出热量的公式:Q =mq 或Q =Vq 。 二、热机的效率 ◆探究活动3: 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?
1.定义:用来做有用功的那部分能量,与燃料完全燃烧放出的能量之比。() 2.公式:
η=放有
Q W ×100%
3.说明:
(1)热机的效率是热机性能的重要指标; (2)各种热机的效率:
蒸汽机:6%~15% 汽油机:20﹪~30% 柴油机:30%~45%
飞机上的喷气式发动机:50%~60% ◆探究活动4:怎样提高热机的效率? 使燃料充分燃烧;
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。 4.提高热机效率的途径
(1)提高燃料利用率,使燃料充分燃烧; (2)改进热机,减少各种能量损失; (3)充分利用废气的能量;
(4)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。 板书设计
热机的效率 一、燃料的热值
定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
单位:J/kg 或J/m 3
公式:Q 放=mq 或Q 放=Vq 二、热机的效率
定义:用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。 公式:η=Q 有用
Q 总
。
J
J
Q Q 661052.2%501026.1?=?==η吸放提高燃料利用率的重要措施 随堂练习
1.煤油的热值是4.6×107J/kg ,将质量4 kg 的煤油完全燃烧放出的热量是 1.84×108
J,
如果将煤油倒掉一半,它的热值为4.6×107
J/kg 。
2.关于燃料和燃料的热值,以下说法正确的是( A ) A .燃料的热值与燃料的燃烧情况无关 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干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
3.关于热机的效率,下列说法中正确的是( C ) A .热机做的有用功越多,效率一定越高 B .热机消耗的燃料越少,效率一定越高
C .热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率一定越高
D .热机做功越快,效率一定越高
4.小洋家煮饭、烧水使用的是管道天然气,已知天然气的热值为4.2×107J /m 3
,放出的热量有50%被有效利用,现要将质量为4kg ,初温为25℃的水加热到100℃,需要完全燃烧多少立方米的天然气?
解:在一个标准大气压下,水吸收的热量 Q 吸=cm (t ﹣t 0)
=4.2×103
J/(kg?℃)×4 kg×(100 ℃﹣25 ℃)
=1.26×106
J 。
天然气完全燃烧放出的热量:
3
3
7606.0/102.41052.2q m m J J Q V =??==放
烧开这壶水需要天然气的体积: