第2节 热机的效率
方式一 【情景导入】
多媒体播放：火箭发射。
图14－2－1
设问：为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油或酒精不好吗？这节课我们就来研究一下这个问题。(板书课题)
方式二 【问题导入】
复习：什么是机械效率？机械效率表示的是什么？
导入语：热机是内能转化成机械能的机器，燃料燃烧获得的内能能不能百分之百地被有效利用呢？当然不能，所以热机跟所有机械一样，也存在一个效率问题，这节课我们就来讨论一下热机的效率。(板书课题)
教学片断：理解热机效率
图14－2－2
过渡：我们使用煤炭烧水，燃料能否完全燃烧？燃烧释放的热量又有多少会被水吸收？普通的家用煤炉燃烧无烟煤，燃烧效率只有15%；普通燃煤锅炉，燃烧效率约为30%；现代化的锅炉，燃烧效率可达90%左右。
多媒体展示：燃料的利用。
讨论：在实际利用燃料时，燃料很难完全燃烧，而且放出的内能不能被完全利用，
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有效利用的只是其中一部分。怎样才能提高燃料的利用率呢？
引导点拨：改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧；尽可能减少各种热量损失。
燃料的利用效率：有效利用的热量与燃料完全燃烧时放出的热量的比值。(η＝)
过渡：热机是将内能转化为机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题。
思考：热机并不能把燃料燃烧放出的能量全部用来做功，其中相当一部分能量散失了，散失的能量去了哪里？
[考点小说] 热机效率是热机性能的重要指标，尤其在人们的环保意识越来越强、环保压力越来越大的今天，更具有重大的社会意义，所以热机效率也是中考经常涉及的高频考点，多以填空题、选择题、计算题的形式出现。
热机效率的理解及提高方法
[源起教材P24] 想想议议
在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
图14.2－2
例1 [扬州中考] 下列关于“热机”的说法中，正确的是( )
A．通过技术改进，热机效率可达100%
B．做功冲程将机械能转化为内能
C．热机常用水做冷却剂，是因为水的沸点高
D．火箭发动机属于热机
[答案] D
例2 [遂宁中考] 下列有关热机的说法中不正确的是( )
A．热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程
B．为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性
C．可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率
D．热机的大量使用会造成环境污染
[答案] C
汽车尾气
近年来，机动车废气排放已成为城市大气污染的重要来源之一。机动车废气排放主要有油箱泄漏、燃料蒸发和排气管排放三种方式，其成分比较复杂，含有上千种化学物质。
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在城市路边，人们常常可以看到小轿车后面排气管喷出的团团白烟，柴油汽车和三轮摩托车还冒着滚滚黑烟，而且夹带着难闻的气味，加上喇叭声和汽缸振动的噪声，更是令人厌恶。汽油通过汽车发动机燃烧产生动力后，要排出大量尾气。汽车尾气的危害程度主要取决于汽油的成分。过去，车用汽油通常都用四乙基铅作为防爆剂，这样的汽油叫做含铅汽油。含铅汽油使汽车排放的尾气中含有较高浓度的铅，对人体健康危害严重。鉴于此，我国已于2000年开始使用无铅汽油，相应的四乙基铅被一系列新型汽油防爆剂所取代。在我国，无铅汽油是指含铅量在0.013 g/L以下的汽油。所以无铅汽油并非铅含量为零的汽油，汽车尾气中仍然含有少量的铅。农村居民一般从空气中吸入体内的铅量每天约为1 μg，而城市居民——尤其是街道两旁的居民每天吸入的铅量会大大超过这个数值。
汽车尾气里有什么
近年来，机动车废气排放已成为城市大气污染的重要来源之一。机动车废气排放主要有油箱泄漏、燃料蒸发和排气管排放三种方式，其成分比较复杂，含有上千种化学物质。
当我们提到汽车污染，首先是指汽车排气的污染。人们常常可以看到小轿车后面排气管喷出的团团白烟，柴油汽车和三轮摩托车还冒着滚滚黑烟，而且夹带着难闻的气味，加上喇叭声和汽缸振动的噪声，更是令人厌恶。汽油通过汽车发动机燃烧产生动力后，要排出大量尾气。另外，还有从燃料和燃烧系统中蒸发、泄漏出来的气体和汽油。汽车发动机空挡运转时排出的一氧化碳最多，约占排气量的5%。汽车缓慢行驶时，排气管喷出的烟是黑的，这说明燃料燃烧不完全，很多碳粒随气体排出。汽车高速行驶时，车尾喷出团团白烟。此时排气量最大，白烟中氮氧化物含量很高，这是汽油在高温燃烧下产生的一种有害气体。
汽车尾气的危害程度主要取决于汽油的成分。过去，车用汽油通常都用四乙基铅作为防爆剂，这样的汽油叫做含铅汽油。含铅汽油使汽车排放的尾气中含有较高浓度的铅，对人体健康危害严重。鉴于此，我国已于2000年开始使用无铅汽油，相应的四乙基铅被一系列新型汽油防爆剂所取代。在我国，无铅汽油是指含铅量在0.013g／L以下的汽油。所以无铅汽油并非铅含量为零的汽油，尾气中仍然含有少量的铅。农村居民一般从空气中吸入体内的铅量每天约为1μg；城市居民——尤其是街道两旁的居民每天吸入的铅量会大大超过这个数值。
目前，无铅汽油中取代四乙基铅的新型防爆剂主要有：芳香烃类、甲基叔丁基醚(MTBE)、三乙基丁醚、三戊基甲醚、羰基锰(MMT)、醇类等，其中以MTBE用量最大。
1. 日常生活中，我们使用了干木柴、煤炭、液化石油气、天然气、酒精等多种燃料。关于燃料的热值，下列说法中属于正确理解的是（ ）
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料的热值跟燃料的质量成正比
C．容易燃烧的燃料热值一定大
D．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
2. 载重大汽车使用的一般是柴油机，而小汽车使用的一般是汽油机，这是因为柴油机的效率比汽油机高。柴油机的效率高是由于（ ）
A．柴油的热值比汽油的热值大
B．柴油的比热容比汽油的比热容大
C．柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的高
D．柴油的密度比汽油的密度大
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3. 上海大众汽车有限公司正推出氢燃料电池轿车，用氢气作燃料是利用氢气的________大的优点．在标准大气压下，若氢气灶的热效率为80%，则3 kg氢气完全燃烧放出的热量可将________kg的水从20℃加热到沸腾．[已知氢气的热值为1.4×108J/kg，水的比热容为4.2×103 J/（kg•℃）]．
4. 一台单缸四冲程汽油机，做功冲程中将________能转化为________能．以汽油为燃料的某品牌小汽车行驶100 km发动机牵引力所做的功为1.15×108 J，消耗汽油10 kg，小汽车发动机的效率为________．（汽油的热值q汽油=4.6×107 J/kg）
5. 小明同学为测量地球表面植物吸收太阳能的本领，他用一个脸盆装6 kg的水，水面的表面积为0.1 m2，经太阳垂直照射15 min，温度升高了5℃，则水吸收的热量为________J，这部分热量是由________能转化来的；若地表植物接收太阳能的能力与水相同，则每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为________J；若绿色植物在光合作用下每吸收1×103 J的太阳能可以放出0.05 L的氧气，那么，100 m2绿地每秒可以放出________L的氧气．
6. 近年来，我国部分省份开始推广使用乙醇汽油，乙醇汽油是由10%体积的乙醇与90%体积的汽油混合而成．已知乙醇的热值为2.4×107 J/L，汽油的热值为3.3×107 J/L．设混合后总体积不变，请计算乙醇汽油的热值为多少？（解答要求：写出依据的主要公式，有数据代入，答案中必须明确写出数值和单位）
【趣味链接】
液化石油气，（Liquefied Petroleum Gas，简称LPG），石油产品之一，为无色气体或黄棕色油状液体，是丙烷和丁烷的混合物，通常伴有少量的丙烯和丁烯。一种强烈的气味剂乙硫醇被加入液化石油气，这样石油气的泄漏会很容易被发觉。液化石油气主要用作石油化工原料，用于烃类裂解制乙烯或蒸气转化制合成气，可作为工业、民用、内燃机燃料。液化石油气在1910年由沃尔特·史内林博士首次生产出来，1912年出现了第一个商业产品。
液化石油气的热值高达4.6×107 J/kg，一些不法商贩为牟取暴利，常将液化石油气与价格低廉、热值仅为2.9×107 J/kg的二甲醚混合装入钢瓶内销售给客户．某市质监局对某液化石油气站销售的瓶装燃气进行检测：将质量为100 kg、初始温度为31℃的水装入容器内，用高效炉灶燃烧瓶内燃气加热容器中的水直至100℃恰好沸腾，瓶内燃气消耗了0.84 kg．通过高效炉灶，水能吸收燃气完全燃烧释放热量的75%．
【拓宽延伸】
（1）瓶内燃气的热值是多少？
（2）该液化石油气站销售的瓶装液化石油气有无掺混二甲醚？
1.D
解析：燃料的热值是燃料的一种特性，只决定于燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关，A、B、C不符合题意，D正确．故选D．
2.C
解析：柴油机的效率比汽油机的效率高说明柴油机损耗的能量比汽油机损耗的能量少，是因为柴油机在压缩冲程压缩的程度比汽油机大，燃烧更充分，燃气产生的压强更大，转化成的有用功更多．故选C．
3. 热值 1000
4. 内 机械 25%
5. 1.26×105 太阳 1.4×102 7
解析：（1）Q吸=cm△t=4.2×103 J/（kg•℃）×6 kg×5℃=1.26×105
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J；
这些能量是由于光照得到的，因此是太阳能转化而来的．
（2）每平方米水面1 s吸收的太阳能，
由题知，地表植物接收太阳能的能力与水相等，所以每平方米绿色植物每秒接收的太阳能为1400 J．
（3）100 m2绿地每秒吸收的热量：Q=100×1400 J=1.4×105 J，
因为绿色植物在光合作用下每吸收1×103 J的太阳能可以放出0.05 L的氧气，则100 m2绿地每秒可以放出氧气的体积：．
6.设乙醇汽油的体积为V，由于混合后总体积不变，根据Q=qv得，
汽油完全燃烧放出的热量：Q汽油=V×90%×q汽油=0.9Vq汽油，
乙醇完全燃烧放出的热量：Q乙醇=V×10%×q乙醇=0.1Vq乙醇，
所以，乙醇汽油的热值为：．
答：乙醇汽油的热值为3.21×107 J/L．
思维点睛：（1）水吸收的热量为：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103 J/（kg•℃）×100 kg×
（100℃-31℃）=2.898×107 J；
燃气燃烧放出的热量为：；
瓶内燃气的热值为：．
（2）通过计算得出的瓶内燃气的热值正好等于液化石油气的热值，即q=q石油气=4.6×
107 J/kg；故该液化石油气站销售的瓶装液化石油气没有掺混二甲醚．
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