第2节 热机的效率.doc

第二节、热机的效率 【学习目标】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。【学习重点】热机的效率及影响热机效率大小的主要因素，提高热机效率的方法和意义。【学习难点】对于热机效率的计算【预习检测】（一）热值 （1）燃料的热值：_。符号：_ （2） 单位：_。气体燃料的热值单位：_。 （3）热值的物理意义 _ 。 干木柴的燃烧值是1.2l07 焦/千克物理意义是_。 （4）公式：_ 阅读常见燃料的热值表，读出常用燃料的热值，表中热值最大的燃料是_ 例题：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。 【共同探究】学生活动：阅读燃料的热值，并回答下列问题：燃料的种类很多有固态的也有液态的还有_态的，例如_等。燃料的燃烧是一种_反应，燃烧过程中燃料的_能得到释放，转化为周围物体的_能。_叫燃料的热值。热值是燃料的一种_，其物理量符号是_。他的单位（字母）是_。干木材的热值是_，其物理意义是_。要是有4kg的干木材完全燃烧能放出_J的热量？讨论问题一讨论137页“想想议议”，并通过阅读教材，完成下列的问题在新型运载火箭设计成功后，需要设计一种合适的燃料，请你观察课本上的“几种燃料的热值”表格在表中选择合适燃料并说明原因，以及进一步设想由所选燃料带来的需要解决的技术问题。所选的燃料是 ，原因是 讨论问题二：内能的利用效率：思考：我们利用内能可以_和_。由于燃料很难完全燃烧，所以实际放出的热量比计算出的热量值要_的多。而且有效利用的热量又比实际放出的热量_。（填大、小）所以利用内能时就存在效率问题。取暖的煤炉子、做饭的煤气炉子等各种炉子是通过燃料的燃烧获得_能，传递给水、食物一部分为人类服务。其中被人类有效利用的能量是_,其计算方法是_；提供这些能量的总能量是_提供的。这些总能量的计算方法是_。所以炉子的效率就是_。想一想提高炉子效率的有效方法：_。推动汽车的汽油机、柴油机等各种热机是利用内能_。其中对人类有用的部分是热机所做的有用功，其计算方法是_，供这部分有用功的能量来自于_，其计算方法是_。所以热机的效率的计算方法是_在热机的各种能量损失当中_的能量最多。 （二）、热机效率。 人类历史上，发现内能可以做功并制造出了热机，人们开始大量使用热机，包括蒸汽机，蒸汽轮机，汽油机，柴油机，喷气发动机等，但是它们的性能是不一样的。也就是说使用相同的内能所获得的机械能是不一样的。那么在物理当中是用什么来衡量热机的性能的呢？ 在汽油机中，燃料释放的能量全部都用来做有用功了吗？现在看到课本139页图16-4-6，我们把燃料所释放出的热量看做是100，其中气缸在排气冲程排除的废气的温度很高，带走了33到35的热量，为了保证气缸的使用寿命，在连续工作时需要不断用水来冷却缸体，冷却水带走了30到32的热量，另外克服气缸活塞与缸壁的摩擦做功也需要消耗热量，缸体对外热辐射时也要散失热量，二者之和占总热量的7到9，这样算下来只剩下25到30的热量以有用功的方式输出，转化为我们需要的机械能。 从上面来看，热机中燃料燃烧放出的热量只有其中一部分是用来做有用功的. 1、热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题。 热机效率是热机性能的一个重要指标。 (1) 概念：热机的效率：_。 (2) 公式：_. 练习： 例1：在观察水的沸腾实验中，用酒精灯将杯中230g，60C的热水加热到沸腾，共用去2.5g的酒精，问：酒精完全燃烧所释放的热量中有百分之几被水吸收？ 解：酒精完全燃烧产生的热量 Q1=qm酒=3.0107J/kg2.510-3Kg=7.5104 J 水吸收的热量 Q2=cm(t0-t)=4.2103J/(kg.C) 23010-3kg40C=3.864104 J n=Q2/Q1100=51.5 例2：一载重车在一段平直的高速公路上行驶10.08km，所用的时间是8min，消耗的燃油是3L（假设燃油完 全燃烧），汽车发动机在这段时间内的功率为63kw,燃油的密度是0.8103kg/m3，热值为3.15107 J/kg.问： （1） 汽车行驶的速度 2 （2） 汽车行驶过程中的牵引力 （3） 汽车发动机的效率 解： （1） v=s/t=10080m/480s=21m/s （2） 方法一：p=w/t=Fs/t=fv F=p/v=63000w/（21m/s）=3000N 方法二：w=pt=63000kw480s=30240000J F=w/s=30240000J/10080m=3000N (3)燃油完全燃烧所释放的热量Q=mq=800kg/m30.003m33.15107 J/kg =7.56107 J 热机效率：n=W有用/ Q总100 =30240000J/7.56107 J100 =40 2、分析课本139页图16.46的热机燃料燃烧能量走向示意图讨论如何提高热机效率的效率？ 方法：_、_、_。 提问：（1）你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看 汽油机的效率：2030%； 柴油机的效率：3045%； 喷气发动机 50%60%； 不同的热机的效率一般不同，那么想一下热机效率会不会达到100？ （2）机械效率和热机效率是不是一回事？（用机械做功时，有用功和总功的比值叫做机械效率，热机的燃料释放出的能量用来开动热机，这些热量不会用来全部做有用功也就是不会用来全部开动热机，那么有用的热量与总的热量之比就是热机效率。可见研究的问题是不一样的，不过研究问题的思想是一样的，都反映的是性能的好坏，机械效率是机械做功的性能的好坏，热机效率是热机性能好坏的标志） （二）改变世界的热机 热机使人类摆脱了繁重的体力劳动，促使了生产力的发展，带来了工业革命，现代社会在交通运输，电力工业中都离不开热机，对热机的研制和改革将会进一步推动社会生产力的发展。 练习1： 1、 燃料的燃烧放出热量的多少跟燃料的_ 、_ 和燃料的_都又关系。人们把1kg某种燃料_所放出的热量叫这种燃料的_，并用符号_来表示。在国际单位中，它的单位是_ 2、无烟煤的热值是3.4107 J/kg,其物理意义_。 3、完全燃烧5kg的汽油，放出的热量为_J . 4、 在热机的各种能量损失中，_带走的能量最多，设法利用_的能量，是提高燃料利用率的主要措施。 为了取得和应用内能，在燃烧煤和石油等燃料是，它们排放的_是大气污染的主要来源。 【拓展练习】 1. 燃烧甲、乙两种燃料，甲放出的热量比乙多，则( ) 2. A、甲的质量一定大 B、甲的热值一定大 C、甲的比热容一定大 D、条件不足无法判断 2.下面现象中，属于内能转化为机械能的现象是( ) A、两决块相互摩擦，冰块熔化 B、水蒸气推动活塞做功 C、压缩气体，温度升高 D、用太阳灶烧水3.煤的热值大于干木柴的热值，这里是指( ) A、煤比干木柴含有的热量多一些 B、烧煤比烧干木柴产生的温度高一些 C、烧煤比烧干木烧产生的热量多一些 D、要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少 4. 不属于大气污染主要来源的是( ) A、 家庭炉灶和取暖设备 B、大型机电排灌站 C、工业企业(包括火电站、钢铁厂、化工厂等) 5. 两种燃料的燃烧值之比为2:1，它们的质量之比为1:4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为( ) A.1:2 B.2:1 C.8:1 D.4:1 5关于热机，下列说法错误的是 （ ）A热机性能好坏的重要标志之一是热机效率B在四冲程内燃机中减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率C柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大D在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能6氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点。氢气的热值为143107Jkg，完全燃烧05 kg的氢气可放出 _J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值 (变大不变变小)图16.427焦炭的热值为3.0107 J/kg，它的物理意义是 ，完全燃烧 kg的焦炭放出的热量能把50kg水的温度升高60不计热量损失，水的比热容为4.2103 J/(kg)如图16.42所示是内燃机的能流图，则内燃机的效率可以表示为（ ）A.=(E1+E2+E3+E4)/E100 B.=(E2/E)100C.=(E1E3+E4)/E100 D.=(E1/E)1009.为了提高热机效率，可采取的措施是（ ） A采用热值高的燃料 B降低热机功率 C保证良好的润滑减少摩擦 D以上措施都可以 10.燃料的燃烧是一种_变化；在燃烧过程中，燃料的_能转化为_能。 11. 10千克汽油完全燃烧放出4.6108 焦的热量，则汽油的燃烧值为_焦耳/千克。 12. 热机工作时会产生_，干扰人们的正常工作和生活，同时会排出 _ 污染大气。 13.无烟煤的热值是3.4107J/Kg，表示的意义是 _ 。如要获得1.7108 J的热量，需要完全燃烧 Kg无烟煤。 14.已知汽油的热值是4.6107 J/kg，完全燃烧500g汽油，求；(1)燃烧汽油产生的热量是多少?(2)若这些热量的50%被水吸收，使水温从20开始，升高了40，则水的质量是多少? 探索与实践 15.一台柴油机的热机效率为25%，表示的意思是 那部分能量在 能量中占 。用这台柴油机工作时，完全燃烧2Kg的柴油可做有用功 J。（柴油的热值为4.3107 J/Kg） 生活拓展 16.用煤气灶既方便又环保，一般的煤气灶正常工作时。15min可使质量为4Kg、温度为23的水沸腾，该城市水的沸点为93，求： 水吸收的热量； 若煤气灶放出的热量70%被水吸收，煤气灶实际放出的热量为多少？ 17、柴油的热值是4.3107 J/kg，它的物理意义是 _