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1、第十四章第十四章 内能的利用内能的利用1什么是热机？什么是热机？2汽油机一般有几个冲程，分别是汽油机一般有几个冲程，分别是什么？什么？3一循环分别有几个冲程一循环分别有几个冲程,对应做对应做几次功，飞轮转几圈？几次功，飞轮转几圈？4在热传递过程中，传递能量的多在热传递过程中，传递能量的多少叫做什么？少叫做什么？5什么是机械效率？什么是机械效率？科学科学.技术技术.社会社会 从火车到火箭从火车到火箭热机热机蒸汽机蒸汽机内燃机内燃机汽轮机汽轮机喷气发动机喷气发动机火箭火箭它们都离不开燃料。它们都离不开燃料。固体燃料液体燃料气体燃料燃料可分为三种燃料可分为三种请你说说请你说说日常生活中常用到的日常生
2、活中常用到的燃料燃料有哪些？有哪些？ 常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，还用草煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，还用草木等植物的秸杆作燃料。木等植物的秸杆作燃料。 质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。热量是不同的。一、燃料的热值一、燃料的热值1 1、定义：、定义：某种燃料某种燃料完全燃烧完全燃烧放出的热量与放出的热量与其质量之比叫做其质量之比叫做这种燃料的这种燃料的热值热值。2 2、符号、符号: :qJ/kg J/m34 4、意义：、意义：表示燃料燃烧时放热本领的物
3、理量。表示燃料燃烧时放热本领的物理量。3 3、单位：、单位：5 5、热值在数值上等于、热值在数值上等于1kg1kg某种燃料完全燃烧放出的热量某种燃料完全燃烧放出的热量燃料的热值只燃料的热值只与燃料的种类与燃料的种类有关，与燃料有关，与燃料的质量、是否的质量、是否完全燃烧无关完全燃烧无关 质量相等的不同燃料在完全燃烧质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。时所放出的热量是不同的。 在物理学中，某种燃料在物理学中，某种燃料完全燃烧完全燃烧放出的热量与其质量或体积放出的热量与其质量或体积之比之比。热值的符号：热值的符号：q 单位：单位： J/kg J/m3读作读作 焦每千克或焦每立方米，
4、焦每千克或焦每立方米，固体和固体和液体燃液体燃料料气体气体燃料燃料 热值是反映燃料燃烧时化学能转化为内热值是反映燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小的物理量，同种燃料的热能的本领的大小的物理量，同种燃料的热值与燃料的质量或体积无关。值与燃料的质量或体积无关。7 7、几种燃料的热值（焦、几种燃料的热值（焦/ /千克）千克） 氢氢1.4 108 汽油4.6 107 酒精3.0107 柴油3.3 107 煤气（约）3.9 107 煤油4.6 107 天然气7.18.8 107 烟煤（约）2.9 107 无烟煤（约）3.4 107 焦炭3.0 107 木炭3.4 107 干木柴（约）1.2 107
5、（J/m.3 ） （J/m.3 ） 热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否完全燃烧无关。与燃料的质量（体积）、是否完全燃烧无关。1.1.不同物质的热值一般相同吗？不同物质的热值一般相同吗？2 2有没有不同物质热值相同的？有没有不同物质热值相同的？3哪种物质的热值最大哪种物质的热值最大 ？它是多少？它是多少？表示的物理意义是什么表示的物理意义是什么？热值的物理意义热值的物理意义木炭木炭: 3.4107J/kg物理意义物理意义:煤气煤气: 3.9107J/m3物理意义物理意义:1立方米煤气完全燃烧时放出的热量是立方
6、米煤气完全燃烧时放出的热量是3.9107J火箭为什么用液态氢做原料？火箭为什么用液态氢做原料？因为氢气的热值很大因为氢气的热值很大1千克木炭完全燃烧时放出的热量是千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4107JQ：燃料完全燃烧释放的热量：燃料完全燃烧释放的热量：燃料的热值：燃料的热值：燃料的质量、：燃料的质量、V：燃料的体积：燃料的体积 计算热量公式：计算热量公式： Q放放=mq （液体和固体）（液体和固体） Q放放=Vq (气体气体)12例题：某个家庭预计每月使用天然气例题：某个家庭预计每月使用天然气4m4m3 3，这些天，这些天然气完全燃烧放出多少热量，相当于多少然气完全燃烧放出多少热量，相当
7、于多少kgkg柴薪柴薪完全燃烧放出的热量（完全燃烧放出的热量（q q气气为为7.57.510107 7J/mJ/m3 3， q q柴柴为为10107 7J/kgJ/kg）解：解：Q Q放放=Vq=Vq气气=4m=4m3 3 7.57.510107 7J/mJ/m3 3 =3=310108 8J J； m=Qm=Q放放/q/q柴柴=3=310108 8J/10J/107 7J/kg=30kgJ/kg=30kg。答：答：天然气完全燃烧放出热量是天然气完全燃烧放出热量是3 310108 8J,J, 相当于相当于30 30 kg柴柴薪完全燃烧放出的热量。薪完全燃烧放出的热量。 这些能量是否都转化成人们
8、需要的了这些能量是否都转化成人们需要的了 例题、完全燃烧例题、完全燃烧140克焦炭（焦炭的热值为克焦炭（焦炭的热值为3.0107J/kg)能放出多少热量？若这些热能放出多少热量？若这些热量的量的30%被水吸收，则能使被水吸收，则能使30kg 、20的的水温度升高到多少摄氏度？水温度升高到多少摄氏度？解：解：m1= 140g=0.14kg q= 3.0107J/kg = 30% m2=30kg t0=20 Q放放=m1q= o.14kg 3.0107J/kg =0.42107J Q放放Q吸吸=cm (t-t0) 30%0.42107J=4200J/(kg0C)30kg(t-20) t=30 答：
9、答：水温度升高到水温度升高到30 。讨论交流：讨论交流：现实生活中现实生活中热机工作时，能不能热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？功呢？ 不能：不能：1 1、燃料很难完全燃烧：、燃料很难完全燃烧：实际放出热量实际放出热量 计算热量计算热量2 2、有效利用热量、有效利用热量 放出热量放出热量想一想燃料完全燃烧放燃料完全燃烧放出的能量出的能量机械能机械能废气带走的能量废气带走的能量散热、克服摩擦损失散热、克服摩擦损失燃料完全燃烧放出的能燃料完全燃烧放出的能量都到哪里去了量都到哪里去了由于机械传动由于机械传动等，克服摩擦等，克服摩擦所消
10、耗的能量所消耗的能量燃料很难全部燃烧，燃料很难全部燃烧，燃料的化学能不能燃料的化学能不能全部释放全部释放机械传热机械传热损失一部损失一部分能量分能量热机真热机真正转变为正转变为对外做功对外做功的部分的部分废气排出带走的能废气排出带走的能量量例：热机中燃料释放能量的主要走向示意图例：热机中燃料释放能量的主要走向示意图注：在热机的各种损失中，废气带走的能量最多注：在热机的各种损失中，废气带走的能量最多废气内能废气内能散热损失散热损失机械损失机械损失有用机械能有用机械能高温高压高温高压 燃气燃气燃料完全燃烧放出的能量燃料完全燃烧放出的能量二、现实中：二、现实中：1 1、燃料很难完全燃烧、燃料很难完全
11、燃烧实际放出热量实际放出热量 计算热量计算热量2 2、有效利用热量、有效利用热量 放出热量放出热量二、二、热机的效率热机的效率 （ ）1.1.定义定义：用来做用来做有用功有用功的那部分能量和燃料的那部分能量和燃料完全完全燃烧燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。放出的能量之比，叫做热机效率。 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率是热机性能的重要指标。2 2、公式、公式: : 放有用QW蒸汽机蒸汽机- 615%- 615%汽油机汽油机 - 2030% - 2030%柴油机柴油机 - 30-45% - 30-45%能量损失、热机效率不高的原因能量损失、热机效率不高的原因: : 1）燃料的不完全燃
12、烧 2)燃烧产生的热量被机器散发（热量直接散失） 3)克服摩擦做功而消耗的能量 4)废气带走的热量三三.热机对环境的影响热机对环境的影响 1.热机对大气的影响（热机对大气的影响（大气污染大气污染）。）。 （1）产生有毒气体。）产生有毒气体。 （2）产生大量二氧化碳，造成温室效应。）产生大量二氧化碳，造成温室效应。 （3) 产生粉尘。产生粉尘。 2.热机产生噪声（热机产生噪声（噪声污染噪声污染）。）。四、内能的利用和环境保护四、内能的利用和环境保护 煤、石油、天然气等燃料的利用，使人煤、石油、天然气等燃料的利用，使人们获得大量内能，给人类文明带来进步。同们获得大量内能，给人类文明带来进步。同时也
13、造成环境污染，给人们带来危害。时也造成环境污染，给人们带来危害。 造成污染的主要物质有：燃料里含造成污染的主要物质有：燃料里含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫、氮氧化物等，燃烧不完全还会产生一氧硫、氮氧化物等，燃烧不完全还会产生一氧化碳和粉尘。化碳和粉尘。四、内能的利用和环境保护四、内能的利用和环境保护 全世界因使用燃料，每年排入大气中的全世界因使用燃料，每年排入大气中的有害物质，包括粉尘、二氧化硫等，达几亿有害物质，包括粉尘、二氧化硫等，达几亿吨之多！吨之多！ 大气污染不但直接有害人体健康，而且大气污染不但直接有害人体健康，而且还会影响植物的生长
14、，甚至影响全球的气候。还会影响植物的生长，甚至影响全球的气候。大气中的二氧化碳和氮氧化物经化学变化溶大气中的二氧化碳和氮氧化物经化学变化溶于水后，会产生酸雨，危害农作物、森林和于水后，会产生酸雨，危害农作物、森林和湖泊中的生物。湖泊中的生物。四、内能的利用和环境保护四、内能的利用和环境保护 工业企业、交通运输工具，家庭炉灶和工业企业、交通运输工具，家庭炉灶和取暖设备，它们排放的烟尘是大气污染的主取暖设备，它们排放的烟尘是大气污染的主要来源。要来源。四、内能的利用和环境保护四、内能的利用和环境保护 保护环境的有效方法：改进燃烧设备，保护环境的有效方法：改进燃烧设备，加装消烟除尘装置，采取集中供热
15、，普及煤加装消烟除尘装置，采取集中供热，普及煤气和天然气的使用。气和天然气的使用。四、内能的利用和环境保护四、内能的利用和环境保护 我们既要有效地利用能源，又要很好我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和消除污染，创造一个更加美好的地控制和消除污染，创造一个更加美好的环境。环境。五、提高热机的效率五、提高热机的效率内燃机的能流图：内燃机的能流图：燃气内能燃气内能E废气内能废气内能废气内能有用机械能有用机械能散热损失散热损失机械损失机械损失E1E2E3E41、尽可能使燃料充分燃烧；、尽可能使燃料充分燃烧；2.尽量减少各种热量损失；尽量减少各种热量损失；( 利用废气来供热；利用废气来供热；) 3.
16、在热机的设计和制造上采用先进的技术；在热机的设计和制造上采用先进的技术；4、保持良好的润滑以减小摩擦。、保持良好的润滑以减小摩擦。提高热机效率的主要途径：提高热机效率的主要途径：一、燃料的热值一、燃料的热值 定义：定义：1kg(m1kg(m3 3) )某种燃料完全燃烧放出的热量某种燃料完全燃烧放出的热量 单位：焦每千克，符号：单位：焦每千克，符号：J/kgJ/kg二、热量的计算二、热量的计算 Q放放= =mq Q=Vq (气体气体)三、热机效率（三、热机效率（ ）：）： 我们把用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃我们把用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃 烧后放出的能量之比叫做热机效率。烧后放
17、出的能量之比叫做热机效率。四、四、提高热机的效率的方法提高热机的效率的方法1.1.关于燃料的热值正确的是（关于燃料的热值正确的是（ ）A A燃料的热值与燃料的燃烧程度有关燃料的热值与燃料的燃烧程度有关 B B燃料的热值与燃料的种类有关燃料的热值与燃料的种类有关C C燃料的热值与燃料的多少有关燃料的热值与燃料的多少有关 D D燃料的热值与上面三个因素都有关燃料的热值与上面三个因素都有关解析：解析：选选B B。热值是燃料的一种特性，它的大小只与燃料的。热值是燃料的一种特性，它的大小只与燃料的种类有关，与燃料的燃烧程度、质量没有关系。种类有关，与燃料的燃烧程度、质量没有关系。B2.2.下面说法不正确
18、的是（下面说法不正确的是（ ）A A燃料燃烧时，将化学能转化为内能燃料燃烧时，将化学能转化为内能B B人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧人类使用的能量绝大部分是从燃料的燃烧中获得的中获得的C Cl kgl kg的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这的某种燃料燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值种燃料的热值D D提高燃料的利用率是节约能源的重要措施提高燃料的利用率是节约能源的重要措施解析：解析：选选C C。lkglkg的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这的某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值，必须加上种燃料的热值，必须加上“完全完全”两个字，故两个字，故C C错。错。C3.3.下列提高热机效
19、率的方法中，不可行的下列提高热机效率的方法中，不可行的是（是（ ）A A减少各种热损失减少各种热损失 B B加润滑油减少机器各部件之间的摩擦加润滑油减少机器各部件之间的摩擦C C充分利用废气的能量，如建热电站充分利用废气的能量，如建热电站 D D采取少消耗总能量的办法采取少消耗总能量的办法解析：解析：选选D D。提高热机效率的方法是减少各种能量损失，充分利。提高热机效率的方法是减少各种能量损失，充分利用燃料放出的能量，减小摩擦，尽量少做额外功等。用燃料放出的能量，减小摩擦，尽量少做额外功等。D5、柴油机是工农业生产中常用的热机，已、柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机的效率是知某型
20、号柴油机的效率是30%，在柴油机，在柴油机内完全燃烧内完全燃烧2千克柴油能放热千克柴油能放热 J，这些热通过柴油机的转化能对外这些热通过柴油机的转化能对外 做做 有有 用用 功功 J。（柴油的热值为（柴油的热值为3.3107J/kg）6.61071.981074、航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料、航天工业中的火箭是用液态氢作为燃料的，这是因为液态氢具有（）的，这是因为液态氢具有（）A、较小的质量、较小的质量B、较小的密度、较小的密度C、较大的比热容、较大的比热容D、较大的热值、较大的热值D6、把、把5kg40的水烧开，需要完全燃烧多少的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（的干木柴？（q
21、干木柴干木柴1.2107J/kg，外界，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）量全部被水吸收）解解：Q吸吸=cm（t-t0）4200J/(kg0C)5kg600C =1.26 106J；Q放放Q吸吸m1=Q放放/q= 1.2106J/(1.2107J/kg)=0.1kg当堂检测反馈当堂检测反馈1、四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平、四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗分别为：木柴约均月消耗分别为：木柴约200千克，烟煤约千克，烟煤约80千千克，液化石油气约克，液化石油气约30千克，煤气约千克，煤气约60千克。这千克。这
22、四种燃料中的热值最高的是四种燃料中的热值最高的是( )A、液化石油气、液化石油气B、煤气、煤气 C、烟煤、烟煤 D、木柴、木柴AA343、小明家新安装了一台容积为、小明家新安装了一台容积为0.5m3的太阳能的太阳能热水器，加满水后，经过热水器，加满水后，经过4h阳光的照射，水温阳光的照射，水温由原来的由原来的20升高到了升高到了40。问：。问：在这在这4h内水吸收了多少热量？内水吸收了多少热量？若这些热量由效率为若这些热量由效率为20的火炉燃烧焦炭来的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭？提供，则需要燃烧多少千克焦炭？焦炭的热值焦炭的热值q3.0107J/kg 354、小林特别喜欢吃、小
23、林特别喜欢吃“糖炒栗子糖炒栗子”他看到人们在他看到人们在炒栗子的时候，往锅里加了一些炒栗子的时候，往锅里加了一些“砂子砂子”来炒，来炒，填塞了栗子间的空隙，过一会儿，炒熟的栗子填塞了栗子间的空隙，过一会儿，炒熟的栗子又香又甜，他知道这是通过（又香又甜，他知道这是通过（ ）的方式来改）的方式来改变栗子内能的，同时，燃烧焦炭是把焦炭的变栗子内能的，同时，燃烧焦炭是把焦炭的（ ）能转化（）能转化（ ）能，但是他不知道放）能，但是他不知道放“砂砂子子”的用处，你能猜出用砂子炒栗子的好处吗？的用处，你能猜出用砂子炒栗子的好处吗？写出一个好处即可：（写出一个好处即可：（ ）。）。365、小明家住市中心，奶奶嫌、小明家住市中心，奶奶嫌城市夏天太热而不住他家，这城市夏天太热而不住他家，这激发了他探究城乡温差的原因。激发了他探究城乡温差的原因。某星期天，他请全班同学分别某星期天，他请全班同学分别到选定的地点，于中午同一时到选定的地点，于中午同一时刻测出各测试点的气温，以此刻测出各测试点的气温，以此绘制出图所示的绘制出图所示的“区域区域温温度度”坐标图。坐标图。 （1）图）图6中气温最低的区域中气温最低的区域是（是（ ）；）； 简析该区域气温简析该区域气温低的主要原因：低的主要原因： ( )。（2）请提出一种降低市中心）请提出一种降低市中心环境气温的办法环境气温的办法:( )。热岛效应