第十四章第2節(jié)熱機(jī)的效率

輔導(dǎo)科目物理年級九年級教材版本人教版

講義類型拔高版（適用于考試得分率高于80%的學(xué)員）

1.知道熱值的概念，能簡單計算燃料燃燒放出的熱量。

教學(xué)目的2.能說出熱機(jī)工作時燃料釋放能量的主要流向。

3.知道熱機(jī)效率，能說出提高機(jī)械效率采取的措施。

重點：燃料熱值的概念和計算燃料燃燒放出的熱量。

重、難點

難點：熱機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化及損失，提高熱機(jī)效率的具體措施。

授課時長建議授課時長2小時

教學(xué)內(nèi)容

【課程導(dǎo)入】

他們的能量利用率一樣嗎?

【新知講解】

※知識點一：熱機(jī)效率

1.相同質(zhì)量的不同燃料，在燃燒情況相同時時放出的熱量是不同的。(選填"相同"或"不同")

2.相同質(zhì)量的同種燃料，燃燒時放出的熱量一定相同嗎？

探究活動一：閱讀燃料的熱值，并回答下列問題：

①燃料的種類很多，有固態(tài)的也有液態(tài)的還有——態(tài)的，例如天然氣等。燃料的燃燒是一種化學(xué)反

應(yīng)，燃燒過程中燃料的，乜學(xué)能得到釋放，轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

②1kg的某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。

③熱值是燃料的一種屬性，其物理量符號是q。他的單位(字母)是J/燃。

④干木材的熱值是IZxlO,j/kg,其物理意義是1kg的干木柴完全燃燒放出的熱量是lZxlO’J。要是有

4kg的干木材完全燃燒能放出8.4X1C)7J的熱量。

⑤對于氣體燃料，它的熱值是指體積是1m3的某種燃料完全燃燒放出的熱量,單位是J/m3。

⑥如果用Q放表示燃料完全燃燒放出的熱量，用q表示燃料的熱值，m表示物體的質(zhì)量，則熱值的表達(dá)式

可寫為q=Q/m,對可燃?xì)怏w，體積用V表示則q=Q/V。

煙煤的熱值約為2.9xlO7J/Kg,那么完全燃燒20Kg煙煤所放出的熱量是多少焦耳？

Q放=01q=20kgx2.9xl07J/kg=5.8xl08J

探究活動二：閱讀P23-24內(nèi)容，理解熱機(jī)的效率并完成下列題目。

(1)在通常情況下，我們對燃料的利用率比較低，造成能量損失的主要原因有：

①燃料未完全燃燒;②熱機(jī)以熱傳遞方式散失的能量。

③廢氣帶走的能量；④熱機(jī)的各部件之間摩擦損失的能量。

(2)用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒釋放的能量之比叫熱機(jī)的效率,表達(dá)式可寫作n=

片JLxlOO%，在我們常用的熱機(jī)中柴迪機(jī)的效率最高。

Q放

（3）在各種能量的損失中，廢氣帶走的內(nèi)能最多。

【精講點撥】

1.熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料是否充分燃燒，燃料的質(zhì)量、體積均無關(guān)系。

2.在計算熱機(jī)效率的時候，一般先利用公式Qit=qm或Qs^qV計算出燃料完全燃燒放出的熱量Q放。再

利用〃=""xl00%計算出熱機(jī)的效率。

Q放

3.功率和效率是兩個完全不同的概念，功率反映機(jī)械做功的快慢，熱機(jī)效率是熱機(jī)性能的一個重要指標(biāo)。

效率高的機(jī)械功率不一定大。

◎例題

【例1】一輛廂式小貨車某次運貨，滿載后總質(zhì)量是5.0x103kg,在平直的公路上勻速行駛iookm,耗油10kg,

貨車受到的阻力是總重力的0.05倍，發(fā)動機(jī)的牽引功率是50kW（油的熱值是S.Oxlol/kg,g=i0N/kg）,求:

⑴貨年受到的牽引力；（2）貨車勻速行駛的速度；（3）貨車發(fā)動機(jī)的效率。

【答案】(1)2500N；(2)20m/s；50%

【解析】（1）因為貨車勻速行駛，二力平衡，所以;

號=4且=0.05G=0.05x5x103kgx10N/kg=2500N

p5xl04W

（2）貨車勻速行駛的速度：?=￡內(nèi)=20m/s；

F2500N

5

WFs—__-2--5-0--0-N_x_l_0__m__________

⑶貨車發(fā)動機(jī)的效率：Q210^x5xl07J/kg

口練習(xí)

3、圖所示為小艷家新買的一輛小汽車。周末，爸爸開車帶著小艷出去游玩，途中，這輛汽車在lh的時間

內(nèi)，在水平路面上勻速行駛了72km,消耗汽油6kg。若已知該汽車發(fā)動機(jī)的功率（即牽引力的功率）為23

kW,汽車（包括車上的人和物品）質(zhì)量為1.5t,汽油的熱值為4.6X107J/kg,g=10N/kg。求小汽車的

熱機(jī)效率?

2、汽車已進(jìn)入百姓家庭，汽.車發(fā).動機(jī)性能的好壞倍受人們關(guān)注.在汽車發(fā)動機(jī)的設(shè)計過程中，既要考慮

能量的有效利用，又要考慮發(fā)動機(jī)的冷卻問題.[汽油熱值為4.6xl07J/kg,汽油密度為0.7xl03k.g/m3]o

10L汽油在汽車發(fā)動機(jī)汽缸內(nèi)燃，燒30min,可以釋放出多少能量（假，設(shè)汽油完全燃燒）？若發(fā)動機(jī)輸出的

功率為6xl04W,則此汽車發(fā),動機(jī)的效率是多少？（汽車發(fā)動機(jī)效率的計算結(jié)果精確到1%）

§知識小結(jié)

【課堂檢測】

1、煤炭是一種重要的能源，區(qū)別優(yōu)劣煤質(zhì)量科學(xué)的辦法是檢測下列哪個物理量（）

A比熱容B密度C熱值D溫度

2、如圖所示為內(nèi)燃機(jī)的能量流向圖，熱機(jī)效率（〃）等于（）

A.100%

,W

ISM9

W

B.100%

-、酬

?虢M酬就嫡

i懶n-

C.immI,_酬3X100%

一、燃料

，固體燃料：木柴、煤

1.分類：液體燃料：汽油、柴油

i氣體燃料：煤氣、天然氣

D.2.燃燒時能量的轉(zhuǎn)化：將__________能轉(zhuǎn)化為______能X100%

3、天于熱學(xué)知識.下列說法錯誤的是（）

A寒冷的冬天，雙手互搓會使手的溫度升高，這是用做功的方式改變內(nèi)能

B.剛煮熟的雞蛋放在冷水中,雞蛋的溫度降低

C,汽油機(jī)的壓縮沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

D.用水作為汽車發(fā)動機(jī)的冷卻劑，是因為水的比熱容較大

4、汽油機(jī)的一個工作循環(huán)是由個沖程組成,對外做功次.在壓縮沖程中，氣體的溫度升

高，這是通過的方式增加內(nèi)能.為了不讓汽油機(jī)在工作時溫度升得太高，在設(shè)計制造時，汽缸外有

一個水套，讓汽缸被水包圍著，這是通過_____z的方式減少汽缸內(nèi)能.用水來冷卻汽缸是因為水的一

較大.

5、天然氣在我市廣泛使用，已知天然氣的熱值為《XIO'j/m。，完全燃燒0.05m3天然氣可以放出J的

熱量，這些熱量若只有42%被水吸收，則可以使常溫下5kg的水溫度上°C。[水的比熱容為4.2

X103J/(kg?℃)]

6、一臺單缸四沖程柴油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為3600轉(zhuǎn)/分，該柴油機(jī)活塞1s對外做功次。若其效率為

40%,消耗5kg的柴油轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能是Jo(q柴油=4.3X107J/kg)

7、據(jù)估計，全國一年可產(chǎn)生城市生活垃圾約5.6X10為，焚燒生活垃圾釋放的熱量為我所用，是綜合利用

垃圾的一種方法。若燃燒It生活垃圾可以放出1.176X10打的熱量，(P*=1.0X1.03kg/m3,c*=4.2X103J

/(kg?℃),q焦碳=3.0X107J/kg)問：

(1)1.176X10打的熱量相當(dāng)于完全燃燒多少焦碳產(chǎn)生的熱量？

(2)1.176X10^的熱量可以在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將多少體積的水由20℃加熱到沸騰？

8、有一家大型的特種專用汽車生產(chǎn)基地，該廠某型號專用車在車型測試中，在一段平直的公路上勻速行

駛5.6km,受到的阻力是3.0X10%,消耗燃油1.5><10一針(假設(shè)燃油完全燃燒)。若燃油的密度。=0.8

X103kg/m\熱值g=4Xl()7j/kg,

求：(1)專用車牽引力所做的功？(2)該專用車的熱機(jī)效率是多少？

9、小星家的太陽能熱水器，水箱容積是200L.小星進(jìn)行了一次觀察活動：某天早上，他用溫度計測得自

來水的溫度為20℃,然后給熱水器水箱送滿水，中午時“溫度傳感器”顯示水箱中的水溫為45℃.請你

求解下列問題：

(1)水箱中水的質(zhì)量；水吸收的熱量【。水=4.2義10號/(kg?℃)]

(2)如果水吸收的這些熱量，由燃燒煤氣來提供，而煤氣灶的效率為40%,求至少需要燃燒多少kg的煤

氣(煤氣的熱值為q=4.2Xl(fj/kg)

10、一輛汽車，總重為1.2X104N,四個輪胎與地面接觸的總面積為0.12m)該車在平直公路上勻速行駛

lh,消耗汽油10L,汽油完全燃燒放出的熱量有30%轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。(汽油的熱值為4.6X107J/kg,密

度為0.7X103kg/m3,g=10N/kg)求：

(1)該車靜止在水平路面上時，對路面的壓強(qiáng)是多少？

(2)10L汽油完全燃燒放出的熱量是多少？

(3)這段時間內(nèi)該汽車發(fā)動機(jī)的功率是多少kW?(功率的計算結(jié)果保留小數(shù)點后一位)

11、天然氣灶燒水，燃燒0.5m3的天然氣，使100kg的水從20℃升高到70℃o已知水的比熱容為c=4.2

X103J/(kg-℃),天然氣的熱值為N7.OXOj/iA求：

(1)0.5m，天然氣完全燃燒放出的熱量0放；(2)水吸收的熱量。吸；(3)燃?xì)庠畹男?/p>

12、煤、石油、天然氣的過量開采使人類面臨能源危機(jī)。某縣在冬季利用地?zé)崮転橛脩羧∨？h內(nèi)有一

口自噴狀態(tài)地?zé)峋?，出水溫度?0°C,出水流量為150m3/ho

⑴求每小時流出的地?zé)崴疁囟冉档偷?0℃,所放出的熱量。

(2)這些熱量如果用天然氣蒸汽鍋爐供熱，且天然氣蒸汽鍋爐的熱效率為90%,則利用上述地?zé)崮芄┡恍?/p>

時可以節(jié)約多少天然氣？(「水=1.0義1()31^/1113,(;水=4.2乂103/(1^?。6,天然氣的熱值為4X10'J/n?)

13、在“探究水沸騰時溫度變化的特點”實驗中，用酒精燈給燒杯中的水加熱，燒杯中盛有20℃、質(zhì)量

為100g的水，在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下加熱至沸騰，假如完全燃燒酒精3g。

［水的比熱容為4.2X103J/(kg?℃),酒精的熱值為3.0Xl()7j/kg］求：

(1)水吸收的熱量是多少？

(2)此過程中酒精燈燒水的熱效率。

(3)科學(xué)研究表明：lgl00℃的水汽化成同溫度的水蒸汽需要吸收2.26X10號的熱量。水開始沸騰后持

續(xù)觀察沸騰現(xiàn)象，同時發(fā)現(xiàn)水的質(zhì)量減少了5g,求此過程水汽化成水蒸氣所吸收的熱量。

14、在一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，用爐子將10kg的水從20℃加熱至沸騰，燃燒了0.5kg的焦炭，已知水的比熱

容為4.2X1（）3j/（kg?℃）,焦炭的熱值為3.OXlO,J/kg。

求：（1）水吸收的熱量；（2）0.5kg焦炭完全燃燒釋放的熱量；（3）爐子燒水的效率。

【課堂總結(jié)】

【家庭作業(yè)】

1.汽車發(fā)動機(jī)一是汽油機(jī)，汽油的熱值為4.6義IO’j笈g,閱讀了某汽車發(fā)動機(jī)的說明書后，將內(nèi)燃機(jī)的能

量流向制成如圖，下列回答不正確的是（）

榆

出

仃

用

功

A.該內(nèi)燃機(jī)的效率為30%

B.1kg的汽油完全燃燒能夠釋放4.6義l（fj的能量

C.為確保發(fā)動機(jī)正常工作，需用水對其冷卻

D.發(fā)動機(jī)壓壓縮沖程把燃料燃燒產(chǎn)生的內(nèi)能轉(zhuǎn)用化為機(jī)械能

2.關(guān)于“熱機(jī)”，下列說法中錯誤的是（）

A.通過技術(shù)改進(jìn)，可以使熱機(jī)的效率達(dá)到100%

B.減少城市熱島效應(yīng)的措施之一就是倡導(dǎo)“綠色出行”

C.內(nèi)燃機(jī)中的壓縮沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化內(nèi)能

D.嚴(yán)寒的冬天，晚上把熱機(jī)水箱中的水放出，是防止氣溫降低時，水凝固而脹壞水箱

3.關(guān)于熱機(jī)，下列說法中正確的是（）

A.效率越高的熱機(jī)功率也越大

B.汽油機(jī)和柴油機(jī)均屬于內(nèi)燃機(jī)

C.汽油機(jī)工作時汽油在氣缸里燃燒越充分，其熱值越大

D.熱機(jī)所用燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能越多，效率越高

4.某校初三年級的學(xué)生參觀了學(xué)校鍋爐房后，提出了以下幾種提高爐子效率的建議，其中不應(yīng)采納的是

)

A.鼓風(fēng)機(jī)向爐膛內(nèi)吹風(fēng)，把煤粒吹起來燃燒

B.向爐內(nèi)多加些煤，加大火力

C.煤磨成粉，用空氣吹進(jìn)爐膛

D.用各種辦法增大受熱面積

5.柴油機(jī)甲的功率是乙的2.5倍，甲的效率為40%,乙的效率為25%,那么甲與乙每小時消耗的油量之

比為（）

A.15：8B.6：5C.25：16D.8：15

6.一臺單缸四沖程柴油機(jī)，飛輪轉(zhuǎn)速為3600r/min,該柴油機(jī)Is對外做功次。若其效率為40%,

消耗5kg的柴油轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能是J.（q柴油=4.3Xl（fj/kg）

7.當(dāng)汽油在發(fā)動機(jī)內(nèi)燃燒不充分時會冒“黑煙”，這時發(fā)動機(jī)的效率（選填“升高”、“不變”或

“降低”）.發(fā)動機(jī)散熱器常用水做冷卻劑，這是因為水的大。運載火箭選用液態(tài)氫做燃料，是

因為氫的大。

8.小丹學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，自己設(shè)計了一個實驗來研究煤油和酒精熱值的大小關(guān)系。他實驗時組裝了

如圖所示的兩套完全相同的裝置，燃燒了質(zhì)量相等的煤油和酒精，加熱兩個燒杯中質(zhì)量相等的水，并記

錄杯中水的初溫和末溫（如下表）。

初溫末溫

甲杯水溫/℃2590

乙杯水溫/七2580

（1）通過表中記錄的數(shù)據(jù)，你認(rèn)為煤油和酒精兩種燃料，熱值較大的是o

（2）小丹用天平測出了燒杯中水的質(zhì)量及兩瓶中燃料減少的質(zhì)量并記錄；利用公式計算出水吸收的熱

量。他認(rèn)為通過這些數(shù)據(jù)能準(zhǔn)確地計算出煤油和酒精的熱值。你認(rèn)為他的實驗結(jié)果（選填”準(zhǔn)

確”或“不大準(zhǔn)確”），理由是：o

9.小嬋想分別用酒精和蠟燭兩種燃料，加熱兩杯質(zhì)量都是0.2kg的水，使它們都升溫5℃(未沸騰)，去

探究兩種燃料消耗的質(zhì)量是否相同。

(1)除了圖中的器材，在探究實驗中，還需要的測量器材有。

(2)要比較所消耗酒精、蠟燭的質(zhì)量是否相同，請設(shè)計一個記錄數(shù)據(jù)的表格。

(3)若實驗消耗的酒精質(zhì)量為2義10-3kg,且酒精完全燃燒，則其放出熱量______J,本實驗的加熱效

率為。已知：酒精熱值為3Xl()7j/kg：c水=42Xl()3j/(kg?℃)。

10.關(guān)于功和能的關(guān)系，下列說法正確的是()

A.物體具有的能越多，它做的功越多

B.物體有了能就一定正在做功

C.做功的物體一定具有能

D.物體做功的多少與它具有的能無關(guān)

11.下列實例與能量轉(zhuǎn)化相對應(yīng)的是()

A.熱機(jī)：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

B.發(fā)電機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

c.電動機(jī)：電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

D.燃料燃燒：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

12.下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的說法中，正確的是（）

A.壓縮沖程時，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

B.燒水過程中壺蓋跳起時，機(jī)械能化為內(nèi)能

C.用熱水袋取暖時，內(nèi)能發(fā)生了轉(zhuǎn)移

D.電動機(jī)工作時，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能

13.根據(jù)能量守恒定律，以下情形可能發(fā)生的是（）

A.出膛的子彈射穿木板，以更快的速度繼續(xù)前進(jìn)

B.兩個斜面相對接，小球從左斜面滾下后，繼續(xù)沖上右斜面

C.電水壺里的水沸騰了，給該電水壺斷電，水的沸騰卻永遠(yuǎn)不會停止

D.孤島上被人們遺忘的一只機(jī)械表，默默地走了幾十年

14.如圖，同一小球在同一高度以相同速度向三個不同方向拋出（不計空氣阻力和摩擦），設(shè)小球剛落地

時的速度分別為VI、V2、V3，則（）

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