第十三章第四節(jié)熱機(jī)效率與環(huán)境保護(hù)-熱值同步講義-滬科版物理九年級(jí)全一冊(cè)

1、 物理學(xué)科教師輔導(dǎo)教案 學(xué)員編號(hào)： 年 級(jí)：九年級(jí) 課 時(shí) 數(shù)：學(xué)員姓名：教師版 輔導(dǎo)科目： 學(xué)科教師：許老師課程主題： 熱值授課時(shí)間：學(xué)習(xí)目標(biāo)1.了解熱值的意義及計(jì)算；教學(xué)內(nèi)容知識(shí)點(diǎn)一（熱值）一、熱值的概念定義：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值。用符號(hào)q表示。單位：固體燃料的熱值的單位是焦耳每千克（J/kg）、氣體燃料的熱值的單位是焦耳每立方米（J/m3）。熱值的理解：熱值反映的是某種物質(zhì)的一種燃燒特性，同時(shí)反映出不同燃料燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)變成內(nèi)能的本領(lǐng)大小，也就是說，它是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積等均無關(guān)。例：酒精的熱值是3.010

2、7J/kg，它表示：1kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0107J。煤氣的熱值是3.9107J/m3，它表示：1m3煤氣完全燃燒放出的熱量是3.9107J。燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量公式： ； Q表示熱量（焦耳J），q表示熱值（焦耳每千克J/kg），m表示燃料質(zhì)量（千克kg），V表示燃料體積（立方米m3）?！菊n堂練習(xí)】關(guān)于溫度、內(nèi)能和熱量，下列說法正確的是（A）A物體吸收熱量，溫度不一定升高B熱值大的燃料燃燒時(shí)放出的熱量多C對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能一定增大D熱量從內(nèi)能多的物體傳給內(nèi)能少的物體關(guān)于燃料及其熱值，下列說法中正確的是（C）A沒有燃燒的燃料，熱值等于零B燃料完全燃燒時(shí)，它的熱值最大C燃料的熱

3、值與質(zhì)量和燃燒狀態(tài)無關(guān)D燃料燃燒時(shí)溫度越高，放出的熱量越多我國(guó)科學(xué)家和工程師們?cè)谀虾３晒υ嚥尚滦湍茉础翱扇急?。其燃燒產(chǎn)生的熱量比相同體積的煤、石油和天然氣要多出數(shù)十倍。已知“可燃冰”的熱值為6.15109J/m3，其中“6.15109J/m3”所表示的物理含義是1m3可燃冰完全燃燒時(shí)所放出的熱量是6.15109J。二、熱值的相關(guān)計(jì)算公式：或熱值計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)燃料的具體形態(tài)選擇合適的計(jì)算公式。在氣體和液體燃料的計(jì)算中，要特別注意體積、密度的相關(guān)換算。熱值與比熱容結(jié)合類計(jì)算：這類計(jì)算是本章的計(jì)算重點(diǎn)。題目的主要結(jié)構(gòu)由燃料燃燒放熱和液體（或固體、氣體）升溫吸熱兩部分構(gòu)成。首先需要利用相應(yīng)公式計(jì)算

4、出相應(yīng)的熱量值 和（或）再根據(jù)具體題目要求進(jìn)行計(jì)算： ：當(dāng)題目中出現(xiàn)“釋放出的熱量被完全吸收”、“不計(jì)熱量損失”等說法時(shí)，吸收的熱量與放出的熱量相等，兩式直接相等，移項(xiàng)計(jì)算即可；：當(dāng)題目中考慮熱量損失時(shí)，Q吸Q放，此時(shí)需要引入加熱效率來進(jìn)行計(jì)算： ； ；不同題目最終需要求解的量不同，只需要梳理好相應(yīng)關(guān)系，再根據(jù)要求進(jìn)行移項(xiàng)、計(jì)算。如果題目中對(duì)中間量的數(shù)值沒有要求，可將計(jì)算公式直接帶入最終式，再進(jìn)行約分、化簡(jiǎn)。簡(jiǎn)化計(jì)算步驟，盡量減少計(jì)算錯(cuò)誤?！纠}精講】小華在某次體育訓(xùn)練時(shí)，身體消耗了8.4103J的熱量，這些熱量相當(dāng)于完全燃燒710-4kg干木柴所釋放的熱量，當(dāng)干木柴燃燒了一半，則剩余干木柴的

5、熱值不變（選填“不變”或“變?yōu)樵瓉淼囊话搿保?；若將這些熱量給水加熱，可以使質(zhì)量為100g，初溫是30的水溫度升高20。q干木柴=1.2107J/kg。c水=4.2103J/（kg）生活垃圾的熱值為3106J/kg,某垃圾焚燒發(fā)電廠每天完全燃燒800t生活垃圾，放出熱量2.41012J，放出熱量的42%用來加熱水供給附近小區(qū)，1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，每天可將3106kg的水由20恰好加熱至沸騰。c水=4.2103J/（kg）小李使用燃?xì)鉄崴飨丛?，?0kg的水從20加熱到45，消耗了0.15m3的天然氣。已知水的比熱容4.2103J/（kg），天然氣的熱值4107J/m3。（1）水吸收熱量Q吸=c水m

6、t（物理公式）=3.15106J；若天然氣能完全燃燒，放出熱量Q放=6106J，這種情況下的熱效率=52.5%。（2）某天氣溫較高，只需要用40熱水洗浴，小李忘記調(diào)節(jié)水溫，他靈機(jī)一動(dòng)，便通過調(diào)節(jié)混水閥將20的冷水和45的熱水進(jìn)行混合，試計(jì)算：熱水和冷水混合時(shí)的質(zhì)量比4：1。熱值與機(jī)械功的計(jì)算：這類問題中，燃料燃燒釋放熱量（或），機(jī)械運(yùn)行消耗能量做功 ，整個(gè)過程存在能量損耗，效率為： 解題時(shí)容易遺忘機(jī)械部分的相關(guān)計(jì)算公式，還可能與內(nèi)燃機(jī)部分知識(shí)結(jié)合考察?！纠}精講】如圖為某型號(hào)柴油四驅(qū)微耕機(jī)，在我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。用于犁地時(shí)柴油機(jī)的工作效率為35%，耗油量為每小時(shí)4kg。工作過程中，為防止柴

7、油機(jī)溫度過高，采用循環(huán)水冷卻，其散熱器中裝有初溫為25、質(zhì)量為5kg的水。柴油的熱值q=4.3107J/kg,c水=4.2103J/（kg）求：（1）工作1小時(shí)消耗的柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量Q放；（2）工作1小時(shí)柴油機(jī)對(duì)外輸出的有用機(jī)械功W；（3）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，散熱器中的水從開機(jī)到沸騰吸收的熱量Q吸。【答案】（1）工作1小時(shí)消耗的柴油完全燃燒產(chǎn)生的熱量為1.72108J；（2）工作1小時(shí)柴油機(jī)對(duì)外輸出的有用機(jī)械功W為6.02107J；（3）一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，散熱器中的水從開機(jī)到沸騰吸收的熱量為1.575106J。如圖所示，是一款遠(yuǎn)程無人駕駛清掃車，在城郊一段平直的公路上以5m/s的速度勻速行

8、駛清掃路面的場(chǎng)景，在該路段勻速行駛10min消耗汽油0.2kg。若清掃車此時(shí)的質(zhì)量保持12t不變，行駛中受到的阻力為車重的0.01倍。q汽油=4.5107J/kg,c水=4.2103J/（kg）（1）求0.2kg汽油完全燃燒放出的熱量；（2）在此過程中汽車牽引力做的功。（3）假設(shè)在此過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)所做額外功能量的28%用來加熱水，這些能量全部被初溫為20，質(zhì)量10kg的水吸收，水升高的溫度是多少？答：（1）0.2kg汽油完全燃燒放出的熱量為9106J；（2）在此過程中汽車牽引力做的功為3.6106J；（3）水升高的溫度是36。氫燃料具有清潔無污染、效率高等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最理想的能源，如

9、圖所示為沂南縣某企業(yè)生產(chǎn)的氫燃料新能源公交車，該車滿載時(shí)總質(zhì)量為3.2t,其輪胎與地面的總接觸面積是0.08m2（q氫=1.4108J/kg；g=10N/kg）求：（1）質(zhì)量為0.3kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量；（2）滿載的公交車在水平路面上勻速行駛時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)；（3）如果0.3kg的氫燃料完全燃燒獲得熱量全部用來推動(dòng)公交車做功。則這些熱量能讓該公交車以140kW的恒定功率勻速行駛多長(zhǎng)時(shí)間答：（1）質(zhì)量為0.3kg的氫燃料完全燃燒放出的熱量為4.2107J；（2）滿載的公交車在水平路面上勻速行駛時(shí)對(duì)地面的壓強(qiáng)為4105Pa；（3）公交車以140kW的恒定功率勻速行駛的時(shí)間為300s。三、熱

10、值的相關(guān)實(shí)驗(yàn)【經(jīng)典實(shí)驗(yàn)】比較不同燃料熱值的大小、實(shí)驗(yàn)測(cè)量燃料熱值的多少實(shí)驗(yàn)原理： 實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法、轉(zhuǎn)換法比較兩種不同燃料的熱值，需要在質(zhì)量相同的情況下，將燃料完全燃燒，比較放出熱量的多少，應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法。但實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，放出熱量的多少無法用肉眼直接觀測(cè)，所以我們可以利用液體吸熱情況，間接得出Q放的多少，應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法。在該實(shí)驗(yàn)中，我們將來進(jìn)行考慮。為了比較出Q吸的大小，需要選取相同質(zhì)量、相同初溫的同種液體進(jìn)行加熱。待燃料完全燃燒后，比較液體溫度高低，升溫高的吸收熱量多，該種燃料的熱值較大。注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)中需要將燃料完全燃燒，但實(shí)際操作中難以做到。這樣會(huì)使燃料無法釋放出理論上完全燃燒的Q放。

11、如果是比較不同燃料熱值大小，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較??；如果是測(cè)量熱值，會(huì)使測(cè)量值小于準(zhǔn)確值。實(shí)驗(yàn)中默認(rèn)，即放出的熱量完全被液體吸收，沒有損耗。實(shí)際操作中，損耗必然存在。如果是比較不同燃料熱值大小，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較??；如果是測(cè)量熱值，會(huì)使測(cè)量值小于準(zhǔn)確值。本實(shí)驗(yàn)與比熱容部分的實(shí)驗(yàn)非常相似，注意辨別二者的異同。比較熱值的實(shí)驗(yàn)中，并未考慮燃料的易燃程度，所以不必記錄時(shí)間。只需記錄燃料完全燃盡時(shí)的溫度即可?！菊n堂練習(xí)】在“比較酒精和碎紙片燃燒時(shí)放出的熱量”實(shí)驗(yàn)中。（1）由于燃料充分燃燒放出熱量的多少不僅與燃料種類這一個(gè)因素有關(guān)，因此實(shí)驗(yàn)時(shí)必須控制酒精和碎紙片的質(zhì)量相等；實(shí)驗(yàn)中還需控制被加熱的水的質(zhì)量和初溫均

12、相同，以便于通過水升高的溫度來反映燃料完全燃燒放出的熱量。（2）如圖是小明安裝好的實(shí)驗(yàn)裝置，其中存在的錯(cuò)誤是溫度計(jì)的玻璃泡沒有充分浸入到燒杯的水中。（3）小華糾正了小明的錯(cuò)誤，又組裝了一套相同的實(shí)驗(yàn)裝置，備好秒表。在兩燃燒皿中分別加入準(zhǔn)備好的酒精和碎紙片，讀出水的初溫后，進(jìn)行如下操作：先點(diǎn)燃酒精，再點(diǎn)燃碎紙片。保證酒精和碎紙片燃燒時(shí)間相同，讀取溫度計(jì)的示數(shù)。待酒精和碎紙片充分燃燒結(jié)束，分別讀取溫度計(jì)的示數(shù)。小紅認(rèn)為上述操作中，操作是錯(cuò)誤的。小明根據(jù)正確操作獲得的數(shù)據(jù)，算出了燃料的熱值，發(fā)現(xiàn)結(jié)果小于該燃料的實(shí)際熱值，原因是燃料不完全燃燒且燃料燃燒放出的熱量有一部分會(huì)散失到空氣中。如圖所示，甲、乙

13、、丙三圖中裝置完全相同，燃料的質(zhì)量相同，燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量和初溫也相同。（1）比較不同燃料的熱值，應(yīng)選擇甲、乙兩圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；要完成本實(shí)驗(yàn)，燃料完全燃燒放出熱量的多少是通過升高的溫度（選填“加熱的時(shí)間”或“升高的溫度”）來反映的；（2）如果質(zhì)量和初始溫度均相同的a、b兩種液體（其中一種液體是水），采用相同的燃料和相同的加熱方式供熱，吸熱后它們的溫度隨時(shí)間變化的圖象如圖丁所示，b（選填“a”或“b”）是水。如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同，燃料的質(zhì)量相同，甲、乙、丙燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量也都相同。（1）液體a沸騰圖如圖丁所示，則a液體的沸點(diǎn)為97，第10秒的內(nèi)能大于（選填“大于”“等于”“小于”）

14、第12秒的內(nèi)能；（2）若要比較不同燃料的熱值，應(yīng)選擇甲、乙兩圖來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；（3）在比較不同液體的吸熱能力實(shí)驗(yàn)中，若已知液體a的吸熱能力更強(qiáng)，則實(shí)驗(yàn)中a、b升高相同溫度，消耗的燃料a更多（選填“a”或“b”）。小明學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，自己設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究煤油和花生油熱值的大小關(guān)系，他組裝了如圖甲、乙所示的兩套完全相同的裝置，加熱兩個(gè)燒杯中質(zhì)量和初溫都相等的水，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：燃料加熱前水溫/燃料燃盡后水溫/煤油2048花生油2038（1）小明組裝如圖甲乙所示的兩套裝置時(shí)，正確的順序是自下而上。（選填“自上而下”或“自下而上”）（2）為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論可靠，小明在實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)控制：煤油和花生油的質(zhì)量相同。（3）分析得出：煤油和花生油兩種燃料中，熱值較大的是煤油。（4）小明同學(xué)還想利用這種實(shí)驗(yàn)方案計(jì)算出兩種燃料的熱值，除了圖中的器材外，還需增加的實(shí)驗(yàn)儀器是：天平，利用此實(shí)驗(yàn)方法計(jì)算出