第第頁人教版物理九年級14.2熱機效率教案第十四章內能的利用

14.2熱機的效率

教學目標

1、理解熱值的概念，會用熱值計算燃料完全燃燒產生的熱量

2、掌握熱機效率的求法

重點：熱機效率的求法

難點：對熱值的理解

引言：熱機能量的轉化過程：化學能-->內能-->機械能

熱機的效率：機械能在內能中所占的比例，涉及到內能的求法—>化學能-內能—》求燃料燃燒放出的熱量。

一、燃料的熱值

1、定義：某種物質完全燃燒放出的熱量與其質量的比值，叫做這種物質的熱值。

符號：q公式：q=單位：J/kg

例如：10kg的木炭完全燃燒放出的熱量為3.4×108J，燃料的熱值為多少？

q===3.4×107J/kg

2、物理意義：表示單位質量的某種物質完全燃燒放出的熱量的多少

例如：q木炭=3.4×107J/kg表示1kg的木炭完全燃燒放出的熱量是3.4×107J

熱值與單位質量的某種物質完全燃燒放出的熱量在數值上是相等的。

3、注意：1）條件“完全燃燒”

2）熱值是燃料本身的一種性質

3）不同燃料的熱值一般不同，同種燃料的熱值是一定的。

4）對于氣體燃料，熱值在數值上等于在標準狀態下1m3燃料完全燃燒放出的熱量，單位是J/m3

二、熱機的效率

熱機中燃料燃燒產生的熱量都到哪里去了？（未完全燃燒）

有用的機械能只占一部分,還有相當的一部分散失了。

1、定義：用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機的機械效率。

2、公式：η=×100%==×100%

3、幾種熱機的效率：蒸汽機：6%-15%

汽油機：20%-30%

柴油機：30%-45%（熱機的效率是熱機性能的重要指標）

3、熱機能量的散失及提高熱機效率的方法：（節約能源，減少污染）

1）未完全燃燒—>使燃料充分燃燒，如燃料磨成粒或粉，燃燒時充入氧氣

2）機械損失>減小部件間摩擦，保證良好的潤滑

3）利用廢氣的熱量

4)改進熱機，減小散熱損失

【例題1】熱機工作時，下列說法正確的是（）

A.熱機效率高，在做功同樣多的情況下，消耗更多的燃料

B.消耗的是燃料的化學能，最終獲得是機械能

C.壓縮沖程是將內能轉化為機械能

D.燃料在氣缸燃燒越充分，燃料的熱值越大

【例題2】關于熱機的效率，下列說法正確的是（）

A．一般情況下柴油機的效率比汽油機的高

B．熱機的效率越高，在做功同樣多的情況下消耗的的能量越多

C．熱機的效率越高說明做功越快

D．熱機損失的能力中，廢氣帶走的能量較少

4、熱機效率的幾種題型

1）熱機：η===(勻速直線運動中，F=f)

2）加熱：η==

3）太陽能：

注意：上面m的是水的質量，下面的m是燃料的質量

【例題3】“十一”假期，小欣一家驅車外出張家界旅游。當汽車以108km/h的速度在水平高速公路上勻速直線行駛時，汽車受到的阻力是整車重的0.08倍，已知汽車整車質量為1250kg，油箱容積為50L。（汽油熱值q=3×107J/L，g=10N/kg)

（1）汽車發動機工作時會產生大量的熱量，為了保持發動機溫度不至太高一般都采用多種方式進行冷卻散熱．其中采用水冷卻是因為水的大．

（2）這時汽車牽引力做功的功率是多少？

（3）該車加一滿箱汽油，按照以上速度最多勻速直線行駛450km，求汽車發動機的效率。

（4）如果汽車牽引力所做的功保持不變，將汽車內燃機的效率提高百分之十，則每輛汽車每天消耗汽油是多少？

【例題4】汽車已走進百姓家庭，汽車發動機性能的好壞倍受人們關注。在汽車發動機的設計過程中，既要考慮能量的有效利用，又要考慮發動機的冷卻問題。[汽油的熱值為4.6×107J/kg，汽油的密度0.7×103kg/m3，水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)]

⑴為了防止發動機過熱，汽車的冷卻系統常用水的循環來降低發動機的溫度。5kg水在冷卻系統中溫度升高50℃，所吸收的熱量是多少？

⑵10L汽油在汽車發動機的氣缸內燃燒30min，可以釋放多少能量（假設汽油完全燃燒）？若動機輸出功率為6×104W，則此汽車發動機的效率是多少？（汽車發動機效率的計算結果精確到1%）

【例題5】冬天即將來臨，學校積極創造條件為學生供應開水。在這個過程中，若用鍋爐將300kg的水從20℃加熱到100℃，燃燒了11.2kg的煤，則：煤的熱值：3×107J/kg

（1）鍋爐內300kg的水吸收的熱量是多少？

（2）此鍋爐的效率是多少？

（3）某同學從開水房打了3kg的100℃的開水，為了便于使用，他將這100℃的開水和質量為5kg的20℃的冷水混合，若不計混合過程的熱損失，則混合后溫水的溫度為多少？

【例題6】某家庭用燃氣熱水器將質量為100kg、溫度為20℃的自來水加熱到52℃，消耗的天然氣體積為1m3(假設天然氣完全燃燒)。已知水的比熱容為4.2×103J/(kg·℃)，天然氣的熱值為3.2×107J/m3。求

(1)1m3天然氣完全燃燒放出的熱量。

(2)該熱水器工作的效率。

(3)如果該熱水器以最大火力工作時，天然氣消耗量為150L/h，一瓶天然氣最多能持續燃燒2h，這樣能夠把質量為多少千克的水溫度升高10℃？

【例題7】如圖所示是某太陽能熱水器，水容量為100L，該熱水器在冬季有效日照時段里，平均每平方米的面積上每小時接收的太陽能約為2.8×106J，若該熱水器接收太陽能的有效面積為1.5m2，每天日照時間按8h計算，若這些太陽能能使裝滿水的熱水器中的水溫從20℃升高到60℃[水的比熱容為4.2×103J/（kg℃），水的密度為1.0×103kg/m3]，求：

（1）熱水器中水的質量；100kg

（2）一天內熱水器中的水吸收的熱量；1.68×107J；

（3）熱水器在冬季的效率．50%

【例題8】太陽能熱水器是把太陽能轉化為內能的設備，某太陽能熱水器每小時平均接收4.2×106J的太陽能，在6小時的有效照射時間內，將熱水器中質量為100kg、初溫為10℃的水溫升高到30℃。求：

⑴太陽能熱水器中的水吸收的熱量Q；[水的比熱容c＝4.2×103J/(kg·℃)]

⑵太陽能熱水器的效率η；

⑶若改用煤氣來繼續加熱太陽能熱水器的水，需要把水溫上升到40℃完全燃燒多少千克煤氣？（煤氣的熱值q＝4.2×107J/kg，假設煤氣燃燒放出的熱量全部被水吸收）

【例題9】如圖甲是小明家用的燃氣熱水器，乙圖是連接在熱水器上的一個混水閥。若將混水閥開關調到O位置左邊并抬起把手，熱水器自動點火，天然氣燃燒，水龍頭出熱水；往O點右邊調出冷水，按下把手則停止出水。小明在某次使用熱水器時，把熱水器的出水溫度設定為44℃，此時測得從B管流進的自來水和流量為2L/min，從C管流出的溫度為40℃。小明檢查燃氣表，發現熱水器工作1分鐘消耗天然氣0.04m3，（自來水的溫度為20℃，天然氣的熱值是3.6×107J/m3）。請解決下列問題：

天然氣完全燃燒時，能轉化為能，用熱水器加熱水是用方法改變水的內能。

（2）從A管流進混水閥的熱水的流量為多少L/min（計算過程中不計熱損失）

（3）該熱水器的加熱效率是多少？

【課后作業】

1.下列關于燃料熱值的說法中正確的是（）

A.熱值大的燃料燃燒時放出的熱量一定多

B.熱值大的燃料完全燃燒時放出的熱量一定多

C.燃料完全燃燒放出熱量的多少,不僅和熱值的大小有關,而且和燃料的質量有關

D.以上說法都是錯誤的

2．下列有關熱機的說法中不正確的是（）

A．可以采用增大熱機功率的方法來增大熱機的效率

B．為了防止熱機過熱，通常用水來降溫，是利用水的比熱大的特性

C．熱機工作的過程是將燃料燃燒獲得的內能轉化成機械能的過程

D．熱機的大量使用會造成環境污染

3.某單缸四沖程汽油機的飛輪轉速是1800r/min,此汽油機在每秒鐘內（）

A.完成120個沖程,做功30次B.完成60個沖程,做功15次

C.完成30個沖程,做功15次D.完成60個沖程,做功30次

4.某品牌無人駕駛汽車在一段平直公路上勻速行駛6.9km，用時5min45s，消耗燃油1.5kg，已知汽車的質量為2t,勻速行駛時所受阻力為車重的0.1倍，燃油的熱值為4.6×107J/kg，g=10N/Kg，假設燃油完全燃燒。通過計算可知，下列計算結果錯誤的是（）

①汽車行駛速度是20m/s②消耗的燃油完全燃燒放出的熱量是6.9×107J

汽車牽引力做功的功率是30kW④汽車發動機的效率是20%

A①B.③C.①和④D.②和④

5.(1)如圖所示的四沖程汽油機工作示意圖中，汽油機正在進行的是_______沖程．若該汽油機的效率是20％，已知汽油的熱值為4.6×107J／kg，則完全燃燒100g汽油放出的熱量可以轉化為_____J的有用功。在設計制造時，汽缸外有一個“水套”，利用水吸熱降低汽缸溫度，這是利用了水的_____大的性質。

(2)武漢是汽車城，內燃機是汽車發動機的一種．如圖所示是一個內燃機的能流圖，請根據圖中的數據計算這個內燃機的效率是__．圖中“”的內容是_______________

6.某家庭需要將50kg、20℃的水加熱到60℃作為生活用水，他們理由煤氣灶燒水，需燃燒0.8kg煤氣。已知煤氣的熱值q=4.2×107J/kg，水的比熱容C=4.2×103J/（kg·℃），則50kg、20℃的水加熱到60℃需要吸收

J熱量；完全燃燒0.8kg煤氣放出J熱量；則該煤氣燒水的效率是。

7.如圖所示，A、B、C、D為四沖程汽油機工作過程中四個沖程的原理圖，E和F是演示實驗裝置圖。

（1）B圖是沖程，與它原理相同的是（選填字母）圖所示的演示實驗；

（2）某單缸四沖程汽油機飛輪的轉速為2400r/min，該汽油機每分鐘對外做功80次；

（3）上述汽油機在一個工作循環中消耗了20g汽油（汽油熱值為4.6×107J/kg），這些汽油完全燃燒產生的熱量是J，若這臺汽油機的效率為30%，則一個工作循環中輸出的機械能為J，該汽油機的輸出功率為W；

（4）2023年武漢市汽車保有量為300萬輛，每輛汽車每年平均耗汽油1.86t，若將汽車內燃機的效率由30%提高到31%，則武漢市每年可以節約汽油t。

8、小華家使用的是天然氣熱水器，該熱水器的銘牌標明了它的熱效率，表示該熱水器工作時，天然氣完全燃燒所消耗的化學能，有多大比例轉化為水的內能。小華嘗試估測該熱水器的效率，以核對銘牌上的數值是否準確。他把家里自動洗衣機的“水量”設置為40L，用熱水器輸出的熱水注入洗衣機，當注入水的體積達到40L時洗衣機會自動停止注水。已知當時的自來水的溫度是15℃，熱水器輸出熱水的溫度為40℃，注水前天然氣表的示數是

2365.89m，注水后變為2366.05m，天然氣的熱值為3.2×107J/m。請你計算：

（g=10N/Kg，水的密度為1.0×103Kg/m，比熱容為4.2×103J/（Kg.℃））

（2分）水吸收的熱量；

（2分）天然氣完全燃燒所消耗的化學能；

（2分）該熱水器的熱效率（結果保留到1%）；

（3分）若這些天然氣完全燃燒所消耗的化學能的30%用來對5Kg初溫為30℃的水加熱，能使一標準大氣壓下的水溫升高多少？（結果保留整數）

9.某款油電混合動力小汽車，具有省油、能量利用率高等特點，其相關信息如表．在某次水平道路測試中，該車以中速勻速行駛170km，共消耗汽油10L．測試過程中，內燃機既向車輪提供能量，又向蓄電池充電，同時蓄電池又將部分能量通過電動機向車輪輸送，此時，內燃機和電動機共同驅動車輛前進。

向蓄電池充電時，將電能轉化為能。

在水平道路