第3节 热机的效率&第4节 跨学科实践：制作简易热机模型-【重难点手册】2024-2025学年九年级下册物理（人教版）

第十四章 内能的利用么组 第3节热机的效率 重点和难点 课标要求 1.从能量转化的角度认识燃料的热值 2.从能量转化和转移的角度认识效率. 重点：燃料燃烧产生的热量的计算， 3.能发现日常生活中与物理学有关的问题，提 难点：热机效率的计算 出解决方案。 4.能运用所学知识分析日常生活中的安全问 题，提出解决方案，践行安全与健康生活 口01必备知识梳理一 重难点1燃料的热值 4.燃料燃烧放出热量的计算 1.燃料燃烧的能量转化 (1)Q=gm,适用于热值用J/kg为单位的 燃料燃烧是一种化学变化.燃料燃烧将燃 情况。 料中储存的化学能转化为内能。 (2)Q=qV,适用于热值用J/m3为单位的 2.热值的物理意义 情况 相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热 深度理解 量不同.为了表示不同燃料完全燃烧时的放热 1.“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.1kg 能力，引入燃料的热值这一物理量. 的某种燃料，只有在完全燃烧时放出热量的 3.热值 大小，在数值上才等于这种燃料的热值.如 (1)定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与 果没有完全燃烧，放出的热量比按热值计算 其质量之比，叫作这种燃料的热值.热值在数值 出的热量要小 上等于1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量. 2.热值是燃料本身的一种性质，它只与 (2)定义式 燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、 q8 是否完全燃烧、放出热量的多少均没有关系 式中Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m 例①(2023·长沙中考)砖的制作工艺流 表示燃料的质量，q表示燃料的热值. 传数千年，从晒制到烧制，从青砖到红砖，小小 (3)单位 的砖块见证了人类迈向文明的历程，下列说法 国际单位制中，热量的单位为焦耳，质量的 正确的是( 单位为千克，则热值的单位为焦每千克，符号是 A.晒制泥坯时，泥坯温度越高含有的热量 J/kg.气体的热值也有用J/m作为单位的， 越多 19 重随食手细九年级物理则 B.高温烧制时，通过热传递的方式改变砖 热机的效率总小于1；②在热机的各种能量的 块的内能 损失中，废气带走的能量最多 C.烧制红砖时，燃料燃烧越充分，其热值 例2(2025·荆州实验中学月考)某单缸 越大 四冲程汽油机的活塞横截面积为30cm2,一个 D.在质地均匀的砖上雕刻花纹，砖的密度 冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm,满负 变小 荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0× 解析热量是一个过程量，只能说吸收（或 105Pa,飞轮转速为1800r/min.当汽油机满负 者放出)了多少热量，不能说某物体含有多少 荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油8g, 热量，故A错误；高温烧制时，通过热传递的方 汽油的热值为4.6×10？J/kg.则： 式增加砖块的内能，故B正确；燃料的热值仅 (1)这种汽油机燃气对活塞的平均压力是 与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度、质 多少？ 量都无关，故C错误；若在质地均匀的砖上雕 (2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功是 刻花纹，砖的质量变小，砖的密度不会变化，故 多少？ D错误 (3)该汽油机满负荷工作时的效率是多 [答案B 少？（结果保留到1%） 重难点2热机的效率 图细()由p号可得，燃气对活塞的平 1.热机工作时的能流图 均压力F=pS=9.0×105Pa×30×10-4m= 未完全燃烧 被废气带走 热量 克服摩擦 2700N. 燃料的 有用机械能 (2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功 化学能 燃气内能 W=Fs=2700N×50×10-3m=135J. 2.定义：用来做有用功的那部分能量与燃 (3)因飞轮每转两图对外做功一次，所以 料完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率 飞轮1min转动1800圈，对外做功900次，则 W有 1min燃气对活塞做的总功W总=W×900= 3.公式：初一 135J×900=1.215×103J,8g汽油完全燃烧 4.提高热机效率的途径：①提高燃料利用 释放的热量Qt=mq=8×10-3kg×4.6X 率，使燃料充分燃烧；②改进热机，减少各种能 10J/kg=3.68×105J,该汽油机满负荷工作 量损失；③保持良好的润滑，减小摩擦；④利用 废气的能量， 时的效率)= ×1o0%=209× 提醒：①热机在工作时总有能量损失，故100%≈33%. 02一关健能幼提升。 关键点1热值与比热容的探究比较 Q吸=cm△：（即被加热的物质种类相同、质量 m燃 n燃 在不计热量损失的情况下，有g=Q篮 1燃 相同，且燃烧的燃料质量相同时，q与△1毋在数 20 第十四章 内能的利用么线 值上呈正比关系)，△t毋可以反映燃料的热值 两图的实验装置进行实验，燃料完全 大小 燃烧放出的热量的多少是通过 (填 例3如图所示，甲、乙、丙三图中的装置 “温度计示数”或“加热时间”)来反映的.利用 完全相同.燃料的质量相等，烧杯内的液体质 此实验方法计算出的热值将比真实值 量和初温也相同. (填“偏大”或“偏小”). 温度计 温度计 温度计 (2)比较不同物质吸热升温的特点，应选 本d 液体a 液体b 择 两图进行实验， 燃料2 燃料1 甲 丙 答案(1)甲、乙：温度计示数：偏小 (1)为了比较不同燃料的热值，应选择 (2)甲、丙. 03核心素养聚焦。 考向1热效率的计算 “2~4”或“4~6”)分钟内的加热效率最大 例4(2025·武汉南湖中学月考)某物理 解析(1)加热完毕后，拆下气瓶，称得气 兴趣小组进行社会实践活动，对一台如图1所 瓶质量为312g,燃烧丁烷质量m=354g 示的便携式丁烷气炉的加热效率进行探究（内 312g=42g=0.042kg,放出的热量Q微 置一瓶新的燃气罐，参数如表所示).水的比热 mq=0.042kg×4×10J/kg=1.68×10°J. 容为4.2×103J/(kg·℃)，用气炉给3kg的水 (2)4~6分钟消耗的燃料完全燃烧放出的 加热6min,同时绘制出了如图2所示的水温随 热量Q装=号Qa=号×1.68×10J/kg 时间变化的图线，已知c水=4.2×103J/(kg·℃). ↑温度/℃ 5.6×10J,水吸收的热量Q=c*m(1一to) 80 70 4.2×103J/(kg·℃)×3kg×(80℃-70℃)= 50 1.26×101,46分钟内的加热效率号× 200之46时间/min 图1 图2 100%=1.26X10J×100%=22.5%. 5.6×105J 气瓶规格 (3)从图中可知，第2min时水的温度为 品名 总质量 主要成分 热值 50℃，上升到70℃后，温度上升得越来越慢， 蓝焰 354g 丁烷 4×10J/kg 原因是水与环境的温度差越大，热传递越快， 所以水的温度上升的速度越来越慢，可知0 (1)加热完毕后，拆下气瓶，称得气瓶质量 为312g,计算该过程燃料完全燃烧释放的能 2min时加热效率最大， 量是多少 毯心集养 (2)若每分钟燃烧的丁烷气体质量相等， 本题考查燃料燃烧、物体吸放热的热量 请计算4~6分钟内的加热效率是多少 计算和对热效率的理解，体现了物理观念、 (3)通过分析，第 (填“0~2”、 科学思维和科学态度与责任的素养要求， 21 重避点手细九年级物理R) 第4节1 跨学科实践：制作简易热机模型 1.项目原理： 酒精，再将盒盖盖紧，然后按下电火花发生器 酒精化学能→水蒸气内能→风扇机械能 的按钮，盒盖被弹飞.下列说法中正确的是 放电针管 盒盖 按钮 简易汽轮机模型 A.图中情境演示的是“四冲程”汽油机工 2.项目跨学科分析： 作的压缩冲程 (1)热源的选择：酒精灯或电加热器. B.电子式火花发生器的放电针相当于汽 (2)水蒸气或者直接加热空气。 油机中的活塞 (3)化学能如何转化为机械能？通过加热 C.塑料盒盖相当于汽油机的曲轴 水沸腾，产生高温水蒸气。 D.盒盖被弹飞的情境中内能转化为机 3.项目实施关键： 械能 (1)注入的水量不要太多，通常为易拉罐 解析在透明塑料盒的底部钻一个孔，把 容量的三分之一或者一半，留出容纳水蒸气的 电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔 空间. 中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将 (2)出气管可以是中性笔套、细牛奶吸管 盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮，看 或者细竹管，出口要尖细， 到盒盖飞出；在此过程中，酒精燃烧后的燃气 (3)出气管和易拉罐之间结合要紧密，不 的内能转化为盒盖的机械能.汽油机做功冲程 要漏气，易拉罐的洞口开得要比出气管外径小 将内能转化为机械能，与这一实验过程中能量 一点 (4)小风扇和轴之间摩擦力要小， 的转化是一致的，故D正确，A错误；电子式火 关联考题： 花发生器的放电针相当于汽油机中的火花塞， 例①如图所示，在透明塑料盒的底部钻 故B错误；塑料盒盖相当于汽油机的活塞，故 一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧 C错误. 紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴 答案D 22