初三物理之熱機(jī)第四節(jié)熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù).

1、第十一章內(nèi)能和熱機(jī)第十一章內(nèi)能和熱機(jī)第四節(jié)熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)1.熱機(jī)是將熱機(jī)是將 燃燒時放出的燃燒時放出的 轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為 的的機(jī)器。熱機(jī)的種類很多，例如機(jī)器。熱機(jī)的種類很多，例如 、 、 、 等。等。2.四沖程熱機(jī)的一個工作循環(huán)由四沖程熱機(jī)的一個工作循環(huán)由 、 、 、 四個沖程組成，其中只有四個沖程組成，其中只有 沖程沖程是高溫高壓燃?xì)馀蛎泴ν庾龉?。是高溫高壓燃?xì)馀蛎泴ν庾龉Α?.內(nèi)燃機(jī)包括內(nèi)燃機(jī)包括 機(jī)和機(jī)和 機(jī)，機(jī)， 是利用燃燒是利用燃燒汽油來工作的，汽油來工作的， 是利用燃燒柴油來工作的。是利用燃燒柴油來工作的。4.汽油機(jī)在構(gòu)造上，是由進(jìn)氣門、排氣門、汽油機(jī)在構(gòu)造上，是由進(jìn)氣門、排氣門、

2、 、 、 、 、飛輪以及、飛輪以及 組成。組成。燃料燃料 機(jī)械能機(jī)械能 內(nèi)能內(nèi)能 噴氣式發(fā)動機(jī)噴氣式發(fā)動機(jī) 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 蒸汽機(jī)蒸汽機(jī) 汽油汽油排氣排氣 做功做功 壓縮壓縮吸氣吸氣 做功做功 柴油機(jī)柴油機(jī) 汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油柴油火花塞火花塞 連桿連桿 汽缸汽缸 曲軸曲軸 活塞活塞 汽油機(jī)的工作原理：汽油機(jī)的工作原理：7.吸氣沖程：吸氣沖程： 打開，打開， 關(guān)閉?；钊善钻P(guān)閉?；钊善?端端向向 端運動，端運動， 組成的燃料混合物從進(jìn)氣門組成的燃料混合物從進(jìn)氣門吸入氣缸。吸入氣缸。8.壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都 ，活塞由汽缸，活塞由汽缸 端端向向 端運

3、動，燃料混合物被壓縮，壓強(qiáng)端運動，燃料混合物被壓縮，壓強(qiáng) ，溫度，溫度 。9.做功沖程：在壓縮沖程末尾，做功沖程：在壓縮沖程末尾， 產(chǎn)生電火花，使燃產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿踊钊善琢厦土胰紵?，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿踊钊善?端向端向 端加速運動，并通過連桿帶動曲軸和飛輪快端加速運動，并通過連桿帶動曲軸和飛輪快速轉(zhuǎn)動。速轉(zhuǎn)動。10.排氣沖程：排氣沖程： 關(guān)閉，關(guān)閉， 打開，活塞由汽缸打開，活塞由汽缸 端端向向 端運動，把廢氣排出氣缸。為下一個端運動，把廢氣排出氣缸。為下一個 做好做好準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。 火花塞火花塞汽油和空氣汽油和空氣上上 排氣門排氣門 進(jìn)氣門進(jìn)氣門

4、上上 增大增大 下下 下下 下下 關(guān)閉關(guān)閉 升高升高 上上 進(jìn)氣門進(jìn)氣門 排氣門排氣門 下下 上上 工作循環(huán)工作循環(huán) 柴油機(jī)的工作原理：柴油機(jī)的工作原理：7.吸氣沖程：吸氣沖程： 打開，打開， 關(guān)閉。活塞由汽缸關(guān)閉。活塞由汽缸 端端向向 端運動，外界端運動，外界 從進(jìn)氣門吸入氣缸。從進(jìn)氣門吸入氣缸。8.壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都 ，活塞由汽缸，活塞由汽缸 端端向向 端運動，空氣被壓縮成高溫的氣體，其溫度超過柴端運動，空氣被壓縮成高溫的氣體，其溫度超過柴油的油的 。9.做功沖程：在壓縮沖程末尾，由做功沖程：在壓縮沖程末尾，由 向汽缸內(nèi)噴射霧向汽缸內(nèi)噴射霧狀的柴油，這些霧

5、狀柴油在汽缸內(nèi)高溫空氣中劇烈燃燒狀的柴油，這些霧狀柴油在汽缸內(nèi)高溫空氣中劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿踊钊善祝a(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推動活塞由汽?端向端向 端端加速運動，并通過連桿帶動曲軸和飛輪快速轉(zhuǎn)動。加速運動，并通過連桿帶動曲軸和飛輪快速轉(zhuǎn)動。10.排氣沖程：排氣沖程： 關(guān)閉，關(guān)閉， 打開，活塞由汽缸打開，活塞由汽缸 端端向向 端運動，把廢氣排出氣缸。為下一個端運動，把廢氣排出氣缸。為下一個 做好做好準(zhǔn)備。準(zhǔn)備。 空氣空氣上上 排氣門排氣門 進(jìn)氣門進(jìn)氣門 上上 下下 下下 下下 關(guān)閉關(guān)閉 上上 進(jìn)氣門進(jìn)氣門 排氣門排氣門 下下 上上 工作循環(huán)工作循環(huán) 噴油嘴噴油嘴 燃點燃點 7.7

6、.汽油機(jī)和柴油機(jī)在構(gòu)造和工作原理上汽油機(jī)和柴油機(jī)在構(gòu)造和工作原理上有哪些相同點和不同點？有哪些相同點和不同點？相同點1基本構(gòu)造和主要部件的作用相似?；緲?gòu)造和主要部件的作用相似。2 每個工件循環(huán)都經(jīng)歷四個沖程：吸氣沖每個工件循環(huán)都經(jīng)歷四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。3 四個沖程中，只有做功沖程對外做功，四個沖程中，只有做功沖程對外做功，其余三個沖程靠飛輪慣性完成。其余三個沖程靠飛輪慣性完成。4 一個工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，飛輪一個工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，飛輪轉(zhuǎn)動兩周，做功一次。轉(zhuǎn)動兩周，做功一次。7.7.汽油機(jī)和柴油機(jī)在構(gòu)造和工作原理上汽

7、油機(jī)和柴油機(jī)在構(gòu)造和工作原理上有哪些相同點和不同點？有哪些相同點和不同點？不同點不同點1構(gòu)造不同：汽油機(jī)氣缸頂有火花塞，而柴構(gòu)造不同：汽油機(jī)氣缸頂有火花塞，而柴油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴。油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴。2 燃料不同：汽油機(jī)的燃料是汽油，而柴燃料不同：汽油機(jī)的燃料是汽油，而柴油機(jī)的燃料是柴油。油機(jī)的燃料是柴油。3 吸氣不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣的混吸氣不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣的混合氣體，柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。合氣體，柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。4 點火不同：汽油機(jī)屬點燃式點火，柴油點火不同：汽油機(jī)屬點燃式點火，柴油機(jī)屬壓燃式點火。機(jī)屬壓燃式點火。學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 1、會用比值定義法理解熱值的概念、會用

8、比值定義法理解熱值的概念 2 2、能進(jìn)行燃料放熱的計算、能進(jìn)行燃料放熱的計算 3 3、能說出熱機(jī)能量的主要流程、能說出熱機(jī)能量的主要流程 4 4、知道提高熱機(jī)效率的途徑、知道提高熱機(jī)效率的途徑 5 5、認(rèn)識熱機(jī)對環(huán)境的影響、認(rèn)識熱機(jī)對環(huán)境的影響它們都離不開燃料。燃料燃燒的過程是化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能的過程。固體燃料液體燃料氣體燃料燃料可分為三種請你說說請你說說日常生活中常用到的燃料有哪些？日常生活中常用到的燃料有哪些？ 常見的燃料有煤、石油（加工煉制成汽油、常見的燃料有煤、石油（加工煉制成汽油、煤油、柴油和液化氣等）、天燃?xì)獾龋r(nóng)村還煤油、柴油和液化氣等）、天燃?xì)獾?，農(nóng)村還用草木等植物的秸桿作燃料。

9、用草木等植物的秸桿作燃料。 你能列舉一些常見的燃料嗎？它們你能列舉一些常見的燃料嗎？它們分別屬于哪一類？分別屬于哪一類？ 質(zhì)量相等的不同燃料在完全燃燒時所放質(zhì)量相等的不同燃料在完全燃燒時所放出的熱量是不同的。出的熱量是不同的。 在物理學(xué)中，把在物理學(xué)中，把1kg1kg某種燃料在某種燃料在完全燃燒完全燃燒時所放出的熱量叫做時所放出的熱量叫做燃料的熱值燃料的熱值。熱值的符號：熱值的符號：q 單位：單位：J/kg（J/m3）固體和液體燃料氣體燃料 熱值是反映燃料燃燒時化學(xué)能車化為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小的物理量，同種燃料的熱值與燃料的質(zhì)量無關(guān)。 Q=mq 質(zhì)量m為的燃料完全燃燒釋放的能量是：Q：燃料完全燃燒

10、釋放的熱量：燃料的熱值：燃料的質(zhì)量無煙煤的熱值為無煙煤的熱值為3.4107J/kg，表示，表示1kg的煤在完的煤在完全燃燒時所放出的熱量為全燃燒時所放出的熱量為3.4107J。液化氣的熱值為液化氣的熱值為4.9107J/m3，表示表示1m3的液化氣的液化氣在完全燃燒時所放出的熱量為在完全燃燒時所放出的熱量為4.9107J。請計算：干木柴煙煤汽油 為了反映燃料燃燒是釋放能量的本為了反映燃料燃燒是釋放能量的本領(lǐng)的大小，物理上引入領(lǐng)的大小，物理上引入熱值熱值這個物這個物理量理量 燃料的熱值：在物理學(xué)中，把燃料的熱值：在物理學(xué)中，把1Kg某種燃料在某種燃料在完全燃燒完全燃燒時所放出的熱時所放出的熱量量

11、 熱值是反映燃料燃燒時化學(xué)能轉(zhuǎn)化熱值是反映燃料燃燒時化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小的物理量，同為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小的物理量，同種燃料的熱值與燃料的質(zhì)量種燃料的熱值與燃料的質(zhì)量無關(guān)無關(guān) 提出問題： 燃料在燃燒是所放出的熱量的多少與哪些因素哪些因素有關(guān)？ 猜想：質(zhì)量、燃料充分程度、燃料質(zhì)量、燃料充分程度、燃料種類種類 質(zhì)量相等質(zhì)量相等的不同燃料不同燃料在完全燃燒完全燃燒是所放出的熱量是不同的火箭為什么用液態(tài)氫做燃料？火箭為什么用液態(tài)氫做燃料？ 例題：計算4Kg柴油完全燃燒釋放的熱量。（q=3.3X107J/Kg） 已知：m=4Kg,q=3.3x107J/Kg 求：Q 解：Q=mq =4Kg X 3.3

12、 X 107J/Kg 答：完全燃燒釋放的熱量為1.32x108J反饋練習(xí)反饋練習(xí) 1 1、燃料的燃燒是一種、燃料的燃燒是一種化學(xué)變化化學(xué)變化，在燃，在燃燒過程中，燃料的燒過程中，燃料的化學(xué)能化學(xué)能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能。 2 2、1Kg1Kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。無煙煤的熱值叫做這種燃料的熱值。無煙煤的熱值是是3.4x103.4x107 7J/KgJ/Kg，它的物理意義是：，它的物理意義是：1Kg1Kg的無煙煤完全燃燒放出的熱量為的無煙煤完全燃燒放出的熱量為3.4x103.4x107 7J J近期煤價節(jié)節(jié)攀升，不少不法近期煤價節(jié)節(jié)攀升，不少不

13、法商販將煤矸石破碎之后在優(yōu)質(zhì)商販將煤矸石破碎之后在優(yōu)質(zhì)煤中銷售，假如你是檢察人員，煤中銷售，假如你是檢察人員，最巧當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菣z測下列物理最巧當(dāng)?shù)姆椒ㄊ菣z測下列物理量中的（量中的（ ）A A、比熱容、比熱容 B B 、溫度、溫度 C C、熱值、熱值D D、質(zhì)量、質(zhì)量C 航天工業(yè)中的火箭是用液態(tài)氫作為燃料的，這是因為液態(tài)氫具有（ ） A、較小的質(zhì)量 B、較小的密度 C、較大的比熱容 D、較大的熱值D 由熱值的定義可知，熱值由熱值的定義可知，熱值q=q=，式中，式中m m是燃料的質(zhì)量，是燃料的質(zhì)量，Q Q是燃料完全燃燒是燃料完全燃燒放出的熱量，那么（放出的熱量，那么（ ） A A、熱值的大小的與、熱

14、值的大小的與Q Q成正比成正比 B B、熱值的大小與、熱值的大小與m m成反比成反比 C C、熱值的大小與、熱值的大小與Q Q、m m都有關(guān)，由都有關(guān)，由Q Q與與m m共同決定共同決定 D D、熱值的大小與、熱值的大小與Q Q、m m都無關(guān)，由都無關(guān)，由燃料的種類決定燃料的種類決定D討論交流：熱機(jī)工作時，能不能將燃料所蘊(yùn)藏的化學(xué)能全部用來對外做有用功呢？由于機(jī)械傳動等，克服摩擦所消耗的能量燃料很難全部燃燒，燃料的化學(xué)能不能全部釋放機(jī)械傳熱損失一部分能量熱機(jī)真正轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾龉Φ牟糠謴U氣排出帶走的能量熱機(jī)中燃料釋放能量的主要走向示意圖 由圖可知，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐蝗剂先紵龝r所釋放能

15、量的一部分。 熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒釋放的能量的比值稱為熱機(jī)效率，即：=W有Q放100% 由圖可見，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪苡蓤D可見，真正能轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν庾鲇杏霉Φ哪芰恐皇侨剂先紵龝r所釋放能量的一部分。量只是燃料燃燒時所釋放能量的一部分。熱機(jī)效率：熱機(jī)效率：熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)闊釞C(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉τ杏霉Φ哪芰颗c燃料的能量與燃料完全完全燃燒所燃燒所釋放的能量的釋放的能量的比值比值稱為熱機(jī)效率。稱為熱機(jī)效率。提高熱機(jī)效率的主要途徑提高熱機(jī)效率的主要途徑:減少熱機(jī)工作中的各種能量損失減少熱機(jī)工作中的各種能量損失.具體方法具體方法: 首先要減少燃燒過程中的熱量損失首先要減少燃燒過程中的熱量損失; 其次

16、是要盡量簡化機(jī)械傳動部分其次是要盡量簡化機(jī)械傳動部分,并選用優(yōu)良的潤滑材料減小摩擦并選用優(yōu)良的潤滑材料減小摩擦,以減少以減少機(jī)械損失機(jī)械損失.如內(nèi)燃機(jī)要掌握好火花塞點火或噴油嘴噴油的最佳時間如內(nèi)燃機(jī)要掌握好火花塞點火或噴油嘴噴油的最佳時間;蒸汽類熱機(jī)蒸汽類熱機(jī),常將煤常將煤研磨成粉狀研磨成粉狀,用風(fēng)吹入鍋爐內(nèi)燃燒用風(fēng)吹入鍋爐內(nèi)燃燒.這些措施都可以使燃料燃燒得更充分一些這些措施都可以使燃料燃燒得更充分一些.各種熱機(jī)的效率各種熱機(jī)的效率:蒸汽機(jī)蒸汽機(jī):615汽油機(jī)：汽油機(jī)：2030柴油機(jī)：柴油機(jī)：3040飛機(jī)上的噴氣式發(fā)動機(jī)：飛機(jī)上的噴氣式發(fā)動機(jī)：5060議一議怎樣提高熱機(jī)的效率？使燃料充分燃燒;

17、盡量減少各種熱量損失；在熱機(jī)的設(shè)計和制造上采用先進(jìn)的技術(shù)；注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。想一想熱機(jī)的效率能達(dá)到100%嗎？為什么？不能達(dá)到100%，因為熱機(jī)中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃燒所放出的能量的一部分，因為各種熱量損失以燃料條件的限制，這部分能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于總能量，所以其與燃料完全燃燒所放出的總能量的比值必然小于1，即熱機(jī)效率小于100%。環(huán)境保護(hù) 熱機(jī)為人類的發(fā)展做出了重大貢獻(xiàn)，但也帶來了許多環(huán)境污染問題：1.對人體健康的直接危害,硫酸霧和硫酸鹽霧的毒性比二氧化硫大得多,可以侵入肺的深部組織,引起肺水腫等疾病而使人致死.2.引起河流、湖泊的水體酸化,

18、嚴(yán)重影響水生動植物的生長.3.破壞土壤、植被、森林.4.腐蝕金屬、油漆、皮革、紡織品及建筑材料.5.滲入地下,使水中鋁、銅、鋅、鎘的含量比中性地下水中高很多倍.酸雨的危害結(jié)束提高熱機(jī)效率（燃料利用率）的意提高熱機(jī)效率（燃料利用率）的意義義1、節(jié)約能源2、保護(hù)環(huán)境討論交流 如何保護(hù)我們的環(huán)境？1.改進(jìn)燃燒設(shè)備，加裝消煙除塵裝置;2.集中供熱；3.改用氣體燃料，普及煤氣和天然氣；4.充分開發(fā)利用污染少和無污染的新能源。洛杉機(jī)光化學(xué)煙霧事件首先，什么是光化學(xué)煙霧呢?氮氧化物、烴類等一次污染物在陽光紫外線的作用下發(fā)生一系列光化學(xué)反應(yīng)，生成臭氧(占產(chǎn)物85%以上)、過氧乙酰硝酸酯、高活性自由基、醛類、酮

19、類和有機(jī)酸等二次污染物，這些一次污染物和二次污染物形成的混合物稱為光化學(xué)煙霧，它呈淺蘭色、有刺激性和很強(qiáng)的氧化性，可造成人類及動植物疾病、建筑物毀壞等危害。洛杉機(jī)光化學(xué)煙霧事件是指40年代初期至50年代，發(fā)生于美國洛杉機(jī)市的一系列光化學(xué)煙霧事件的總稱。該市臨海依山，處于50公里長的盆地中，一年有300天出現(xiàn)逆溫(即大氣層某一高度上的溫度不隨高度遞減，出現(xiàn)反常增加或不變。這會阻礙大氣向上的對流擴(kuò)散和污染物的擴(kuò)散)，510月陽光強(qiáng)烈。由于大量汽車排放含氮氧化物、碳?xì)浠衔?、一氧化碳等廢氣，加之洛杉機(jī)市特殊的地理及氣候條件，自1943年開始，形成了多次光化學(xué)煙霧事件。當(dāng)?shù)鼐用窦娂姺磻?yīng)有眼睛或喉嚨刺激

20、，其中以1952年的一次最為嚴(yán)重，大批居民發(fā)生眼睛紅腫、喉痛、咳嗽、皮膚潮紅等癥狀，嚴(yán)重者心肺功能衰竭，導(dǎo)致近400位65歲以上老人死亡。此外，植物大面積死亡，車禍增多。當(dāng)堂檢測反饋1、四口這家分別單獨使用不同種類的燃料時的平均月消耗分別為：木柴約200千克，煙煤約80千克，液化石油氣約30千克，煤氣約60千克。這四種燃料中的熱值最高的是( ）A、液化石油氣B、煤氣C、煙煤D、木柴A2、航天工業(yè)中的火箭是用液態(tài)氫作為燃料的，這是因為液態(tài)氫具有（）A、較小的質(zhì)量B、較小的密度C、較大的比熱容D、較大的熱值D3、柴油機(jī)是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中常用的熱機(jī)，已知某型號柴油機(jī)的效率是30%，在柴油機(jī)內(nèi)完全燃燒2千

21、克柴油能放熱 J，這些熱通過柴油機(jī)的轉(zhuǎn)化能對外做有用功 J。（柴油的熱值為3.3107J/kg4、完全燃燒140克焦炭（焦炭的熱值為3.0107J/kg)能放出多少熱量？若這些熱量的30%被水吸收，則能使30kg 、20的水溫度升高到多少度？6.61071.98107質(zhì)量為質(zhì)量為10Kg10Kg，初溫為，初溫為2020攝氏度的水，攝氏度的水，在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將這些水加熱至在一標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下將這些水加熱至沸騰，需要吸收多少熱量？如果這沸騰，需要吸收多少熱量？如果這些熱量是由干木柴完全燃燒提供的，些熱量是由干木柴完全燃燒提供的，干木柴完全燃燒放出的熱量有百分干木柴完全燃燒放出的熱量有百分之八十被吸收

22、，需要燃燒多少千克之八十被吸收，需要燃燒多少千克的干木柴？（的干木柴？（q=1.2x10q=1.2x107 7J/KgJ/Kg）解：解：Q Q吸吸=cm=cm水水(t-(t-t t0 0)=4.2)=4.210103 31010(100-20) (100-20) J=3.36J=3.3610106 6J J Q Q吸吸=Q=Q放放.， QQ放放= = = = =4.2=4.210 10 6 6J J， 由由m m柴柴= = =0.35 kg=0.35 kg Q吸吸%80J0136.36 qQ放放kg102 . 1102 . 476 4 、關(guān)于燃料的熱值，下列說法正確的是、關(guān)于燃料的熱值，下列說法正確的是（ ）A、與燃料的燃燒情況無關(guān)。、與燃料的燃燒情況無關(guān)。B、容易燃燒的燃料，熱值一定大。、容易燃燒的燃料，熱值一定大。C、1kg煤燃燒時放出的熱量一定大于煤燃燒時放出的熱量一定大于1kg木柴燃燒時放木柴燃燒時放 出的熱量。出的熱量。D、一杯酒精與半杯酒精相比，一杯酒精、一杯酒精與半杯酒精相比，一杯酒精的熱值大。的熱值大。A5、酒精的熱值為、酒精的熱值為3.01