第十三章第四节热机效率与环境保护-热值同步讲义-沪科版物理九年级全一册

1、 物理学科教师辅导教案 学员编号： 年 级：九年级 课 时 数：学员姓名：教师版 辅导科目： 学科教师：许老师课程主题： 热值授课时间：学习目标1.了解热值的意义及计算；教学内容知识点一（热值）一、热值的概念定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。用符号q表示。单位：固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg）、气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）。热值的理解：热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。例：酒精的热值是3.010

2、7J/kg，它表示：1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0107J。煤气的热值是3.9107J/m3，它表示：1m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9107J。燃料完全燃烧时放出的热量公式： ； Q表示热量（焦耳J），q表示热值（焦耳每千克J/kg），m表示燃料质量（千克kg），V表示燃料体积（立方米m3）。【课堂练习】关于温度、内能和热量，下列说法正确的是（A）A物体吸收热量，温度不一定升高B热值大的燃料燃烧时放出的热量多C对物体做功，物体的内能一定增大D热量从内能多的物体传给内能少的物体关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（C）A没有燃烧的燃料，热值等于零B燃料完全燃烧时，它的热值最大C燃料的热

3、值与质量和燃烧状态无关D燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多我国科学家和工程师们在南海成功试采新型能源“可燃冰”。其燃烧产生的热量比相同体积的煤、石油和天然气要多出数十倍。已知“可燃冰”的热值为6.15109J/m3，其中“6.15109J/m3”所表示的物理含义是1m3可燃冰完全燃烧时所放出的热量是6.15109J。二、热值的相关计算公式：或热值计算时，需要根据燃料的具体形态选择合适的计算公式。在气体和液体燃料的计算中，要特别注意体积、密度的相关换算。热值与比热容结合类计算：这类计算是本章的计算重点。题目的主要结构由燃料燃烧放热和液体（或固体、气体）升温吸热两部分构成。首先需要利用相应公式计算

4、出相应的热量值 和（或）再根据具体题目要求进行计算： ：当题目中出现“释放出的热量被完全吸收”、“不计热量损失”等说法时，吸收的热量与放出的热量相等，两式直接相等，移项计算即可；：当题目中考虑热量损失时，Q吸Q放，此时需要引入加热效率来进行计算： ； ；不同题目最终需要求解的量不同，只需要梳理好相应关系，再根据要求进行移项、计算。如果题目中对中间量的数值没有要求，可将计算公式直接带入最终式，再进行约分、化简。简化计算步骤，尽量减少计算错误。【例题精讲】小华在某次体育训练时，身体消耗了8.4103J的热量，这些热量相当于完全燃烧710-4kg干木柴所释放的热量，当干木柴燃烧了一半，则剩余干木柴的

5、热值不变（选填“不变”或“变为原来的一半”）；若将这些热量给水加热，可以使质量为100g，初温是30的水温度升高20。q干木柴=1.2107J/kg。c水=4.2103J/（kg）生活垃圾的热值为3106J/kg,某垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧800t生活垃圾，放出热量2.41012J，放出热量的42%用来加热水供给附近小区，1标准大气压下，每天可将3106kg的水由20恰好加热至沸腾。c水=4.2103J/（kg）小李使用燃气热水器洗澡，将30kg的水从20加热到45，消耗了0.15m3的天然气。已知水的比热容4.2103J/（kg），天然气的热值4107J/m3。（1）水吸收热量Q吸=c水m

6、t（物理公式）=3.15106J；若天然气能完全燃烧，放出热量Q放=6106J，这种情况下的热效率=52.5%。（2）某天气温较高，只需要用40热水洗浴，小李忘记调节水温，他灵机一动，便通过调节混水阀将20的冷水和45的热水进行混合，试计算：热水和冷水混合时的质量比4：1。热值与机械功的计算：这类问题中，燃料燃烧释放热量（或），机械运行消耗能量做功 ，整个过程存在能量损耗，效率为： 解题时容易遗忘机械部分的相关计算公式，还可能与内燃机部分知识结合考察。【例题精讲】如图为某型号柴油四驱微耕机，在我国农业生产中应用广泛。用于犁地时柴油机的工作效率为35%，耗油量为每小时4kg。工作过程中，为防止柴

7、油机温度过高，采用循环水冷却，其散热器中装有初温为25、质量为5kg的水。柴油的热值q=4.3107J/kg,c水=4.2103J/（kg）求：（1）工作1小时消耗的柴油完全燃烧产生的热量Q放；（2）工作1小时柴油机对外输出的有用机械功W；（3）一个标准大气压下，散热器中的水从开机到沸腾吸收的热量Q吸。【答案】（1）工作1小时消耗的柴油完全燃烧产生的热量为1.72108J；（2）工作1小时柴油机对外输出的有用机械功W为6.02107J；（3）一个标准大气压下，散热器中的水从开机到沸腾吸收的热量为1.575106J。如图所示，是一款远程无人驾驶清扫车，在城郊一段平直的公路上以5m/s的速度匀速行

8、驶清扫路面的场景，在该路段匀速行驶10min消耗汽油0.2kg。若清扫车此时的质量保持12t不变，行驶中受到的阻力为车重的0.01倍。q汽油=4.5107J/kg,c水=4.2103J/（kg）（1）求0.2kg汽油完全燃烧放出的热量；（2）在此过程中汽车牵引力做的功。（3）假设在此过程中，发动机所做额外功能量的28%用来加热水，这些能量全部被初温为20，质量10kg的水吸收，水升高的温度是多少？答：（1）0.2kg汽油完全燃烧放出的热量为9106J；（2）在此过程中汽车牵引力做的功为3.6106J；（3）水升高的温度是36。氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源，如

9、图所示为沂南县某企业生产的氢燃料新能源公交车，该车满载时总质量为3.2t,其轮胎与地面的总接触面积是0.08m2（q氢=1.4108J/kg；g=10N/kg）求：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量；（2）满载的公交车在水平路面上匀速行驶时对地面的压强；（3）如果0.3kg的氢燃料完全燃烧获得热量全部用来推动公交车做功。则这些热量能让该公交车以140kW的恒定功率匀速行驶多长时间答：（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量为4.2107J；（2）满载的公交车在水平路面上匀速行驶时对地面的压强为4105Pa；（3）公交车以140kW的恒定功率匀速行驶的时间为300s。三、热

10、值的相关实验【经典实验】比较不同燃料热值的大小、实验测量燃料热值的多少实验原理： 实验方法：控制变量法、转换法比较两种不同燃料的热值，需要在质量相同的情况下，将燃料完全燃烧，比较放出热量的多少，应用了转换法。但实际实验过程中，放出热量的多少无法用肉眼直接观测，所以我们可以利用液体吸热情况，间接得出Q放的多少，应用了转换法。在该实验中，我们将来进行考虑。为了比较出Q吸的大小，需要选取相同质量、相同初温的同种液体进行加热。待燃料完全燃烧后，比较液体温度高低，升温高的吸收热量多，该种燃料的热值较大。注意事项：实验中需要将燃料完全燃烧，但实际操作中难以做到。这样会使燃料无法释放出理论上完全燃烧的Q放。

11、如果是比较不同燃料热值大小，对实验结果影响较小；如果是测量热值，会使测量值小于准确值。实验中默认，即放出的热量完全被液体吸收，没有损耗。实际操作中，损耗必然存在。如果是比较不同燃料热值大小，对实验结果影响较小；如果是测量热值，会使测量值小于准确值。本实验与比热容部分的实验非常相似，注意辨别二者的异同。比较热值的实验中，并未考虑燃料的易燃程度，所以不必记录时间。只需记录燃料完全燃尽时的温度即可。【课堂练习】在“比较酒精和碎纸片燃烧时放出的热量”实验中。（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的质量相等；实验中还需控制被加热的水的质量和初温均

12、相同，以便于通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量。（2）如图是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是温度计的玻璃泡没有充分浸入到烧杯的水中。（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：先点燃酒精，再点燃碎纸片。保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。小红认为上述操作中，操作是错误的。小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是燃料不完全燃烧且燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中。如图所示，甲、乙

13、、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同。（1）比较不同燃料的热值，应选择甲、乙两图进行实验；要完成本实验，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过升高的温度（选填“加热的时间”或“升高的温度”）来反映的；（2）如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体（其中一种液体是水），采用相同的燃料和相同的加热方式供热，吸热后它们的温度随时间变化的图象如图丁所示，b（选填“a”或“b”）是水。如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同，燃料的质量相同，甲、乙、丙烧杯内的液体质量也都相同。（1）液体a沸腾图如图丁所示，则a液体的沸点为97，第10秒的内能大于（选填“大于”“等于”“小于”）

14、第12秒的内能；（2）若要比较不同燃料的热值，应选择甲、乙两图来进行实验；（3）在比较不同液体的吸热能力实验中，若已知液体a的吸热能力更强，则实验中a、b升高相同温度，消耗的燃料a更多（选填“a”或“b”）。小明学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来研究煤油和花生油热值的大小关系，他组装了如图甲、乙所示的两套完全相同的装置，加热两个烧杯中质量和初温都相等的水，实验数据如下：燃料加热前水温/燃料燃尽后水温/煤油2048花生油2038（1）小明组装如图甲乙所示的两套装置时，正确的顺序是自下而上。（选填“自上而下”或“自下而上”）（2）为了保证实验结论可靠，小明在实验中还应控制：煤油和花生油的质量相同。（3）分析得出：煤油和花生油两种燃料中，热值较大的是煤油。（4）小明同学还想利用这种实验方案计算出两种燃料的热值，除了图中的器材外，还需增加的实验仪器是：天平，利用此实验方法计算出