14.3 热机的效率 自习案 ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

第14章 14.3 热机的效率 自习案 _____月____日 学习寄语:学习就像热机运行,难免会有“能量损耗”.别为偶尔的分心、失误懊恼,重要的是聚焦核心目标,减少内耗,把更多精力转化为成长的动能,提升属于你的“学习效率”！ 学习链接: 1.在手工制作中,用10张彩纸制作纸飞机,实际只成功做出6架,材料的有效利用率是______%. 2.用电饭煲煮饭,消耗了1度电,但只有部分电能转化为米饭吸收的______能,还有部分电能转化为热能散失到空气中. 3.骑自行车从学校到家,消耗了体能,但因为要克服地面______、空气阻力等因素,并非所有体能都转化为自行车前进的______能. 学习情境: 热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料,对外做功的目的是将燃料中的_______能转化为_______能.热机中燃料_______释放的_______能被完全利用吗? 学习目标: 1.从能量转化的角度认识热值,并能进行相关的计算. 2.通过能量的转化与转移,认识效率,能计算热机的效率. 3.通过探究活动,培养学生严谨求实的科学态度和团结协作的科学精神. 学习过程 任务一:ID燃料的热值 1. 人类在原始社会时就知道燃烧______来取暖、烧饭.在现代社会,人类所用能量的很大一部分依然是从燃料的________中获得的.燃料的种类很多,固体燃料有_______、_____等,液体燃料有_______、______等,气体燃料有________、________等(图14.3-1).根据你的经验,相同质量的不同燃料,燃烧时放出的热量是________(相同|不相同)的. 2. 燃烧________质量的不同燃料,放出的热量通常是_______的.例如,燃烧1kg煤放出的热量,是燃烧1kg干木柴放出热量的____________.我们把某种燃料完全燃烧放出的_____与其________之比,叫作这种燃料的__________. 3. 热值在数值上等于_____kg某种燃料_____燃烧放出的热量.热值的单位由_____的单位和_____的单位组合而成.在国际单位制中,热量的单位是_____,质量的单位是_____,则热值的单位是_______,符号是_____. 4. 根据燃料的热值,我们就能计算出燃料______燃烧放出的热量.例如,从表14.3-1中可以查到汽油的热值为____________,所以如果给汽车加30kg汽油,完全燃烧放出的热量为______________________×___kg=_________________J,如果完全燃烧同样质量的柴油,能放出多少热量?请在下面写出计算过程. 任务二:ID热机的效率 5. 燃料很难________燃烧,放出的热量往往比按热值计算出的要_____,而且____利用的热量又比放出的热量要______.例如用煤烧水,______利用的热量只是被____吸收的热量,高温的烟气______了相当一部分热量,还有一部分热量直接_______掉了.通常锅炉的燃料利用率比较低,因此在节约能源上有很大的改造潜力.例如,对于取暖用的小型锅炉,如果把煤磨成______或______,以加大煤与氧气的接触面积,再把空气吹进炉膛,就会比________燃烧得更充分,从而提高燃料的利用率. 6. 对于热机而言,燃料燃烧释放的热量只有一部分用来做______功,还有相当一部分能量_____了(图14.3-2).用来做______功的这部分能量,与燃料______燃烧放出的热量之比,叫作_____________.要想知道热机的效率,就要先知道燃料________燃烧放出的热量.蒸汽机的效率很_____,只有____%—____%.内燃机中,燃料是在气缸____部燃烧的,而且燃料与空气混合充分,燃烧得比较充分,所以内燃机的效率比蒸汽机_____.汽油机的效率为____%—_____%,柴油机的效率为____%—_____%. 7. 热机的效率是热机_____的重要指标.在做功________的情况下,效率高的热机消耗的燃料_____,从而节约能源、减少污染.在设计和制造热机时,要不断改进和创新,以减少各种能量______,______效率.在热机的能量_____中,_____气带走的能量最多.设法利用____气的能量,是提高燃料利用率的重要措施.大型发电机常常由______轮机推动,为了提高燃料的利用率,人们利用_____轮机排出的废气来_____,这就是____电站.这种既供____又供____的热电站,比起一般的___电站,燃料的利用率大大提高. 8. 从火车到火箭:生产的发展需要强大的动力.17世纪,人类发明了____机.最早的热机是________机.在锅炉里把水烧成_________,水蒸气在汽缸里推动活塞_______.原始的蒸汽机不便于使用,后来许多人对它不断改进,其中贡献最大的是英国人______,他在1782年发明了往复式蒸汽机,使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机.这种蒸汽机在之后的一百多年里对工业的发展起了极其重要的作用._______以此为基础最先研制了“火箭号”蒸汽机车(图14.3-3).电力工业的发展需要功率巨大的热机来带动大型发电机.1884年出现的________机满足了这个需要.大型锅炉产生的___________水蒸气直接喷射到蒸汽轮机的叶片上,使蒸汽轮机转动.交通运输的发展迫切需要比较_______的热机,于是_______机应运而生.内燃机有_____机和_______机两大类.汽油机是_______年发明的,柴油机是______年发明的.内燃机运行时不需要携带很多水和煤,不但轻便,________也提高了很多.内燃机的出现和不断改进,对交通运输事业的现代化起到了决定性的作用.早期的飞机是由______机提供动力的.从20世纪40年代开始,飞机上越来越多地使用___________发动机,它需要用大气中的氧气来助燃,向后喷出高速气体,从而获得前进的动力.火箭上使用的________发动机自带燃料和氧化剂,工作时不需要空气,可以在大气层外工作.在“中国航天之父”________(图14.3-4)的带领下,一代代中国航天人不断发展_______技术,将人造卫星、宇宙飞船、空间站等送入太空(图14.3-5),使我国成为航天强国. 9. 方法导思——燃烧燃料加热的热效率的计算方法:(1)利用Q吸=_________算出有效利用的热量;(2)利用公式Q放=________ 或Q放=_______算出燃料完全燃烧放出的热量;(3)再根据公式η=________求出热效率. 10. 方法导思——关于热机效率的计算方法:(1)利用公式W有=______或W有=________,结合四冲程内燃机还可表示为W=Fl=PSl求出一个工作循环的有用功,再计算这段时间的做功次数求出W有;(2)利用公式Q放=________ 或Q放=_______算出燃料完全燃烧放出的热量;(3)再根据公式η=_________求出热机的效率. 11. [引申拓展] (1)炉子的效率:炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比,计算公式η=_______.一般锅炉的效率都比较低,影响燃料利用率的因素:一是燃料不可能______燃烧;二是燃料燃烧放出Q放的热量_____很多,只有一小部分被有效______.所以,提高炉子的效率、提高燃料的_____率是节约能源的重要措施.把固体燃料磨成_____吹进炉膛内进行燃烧,加大送风量,可使燃料燃烧更______;加大受热面积,可减少烟气带走的_______,这些都是提高炉子效率和燃料利用率的具体措施. (2)热机在工作过程中存在着能量的损失:①燃料未能______燃烧.②______带走很大一部分能量.③一部分能量消耗在______上.④克服______做功.(3)我们已经学习了机械效率、炉子的效率、热机效率,可以发现效率的共同特点:凡是效率,都是_______利用的与______的比值. 夯实练习 1.2020年6月23日,我国用长征三号乙运载火箭成功发射第55颗北斗导航卫星!收官之星,组网圆梦.长征系列火箭使用液态氢作燃料,主要是由于该燃料( ) A.比热容大 B.热值大 C.密度大 D.内能大 2.下列提高热机效率的方法中,不可行的是( ) A.减少各种热量损失 B.加润滑油减少机器部件间的摩擦 C.使用热值大的燃料 D.使燃料燃烧更充分些 3.如图是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的效率是( ) A.25% B.15% C.60% D.35% 4.若将一瓶煤油倒去一半,则留下的一半( ) A.热值和比热容都不变 B.热值不变,比热容变为原来的 C.比热容不变,热值变为原来的 D.热值、比热容都变为原来的 5.关于热机的效率,下列说法正确的是( ) A.一般情况下柴油机的效率比汽油机的高 B.热机的效率越高,在做功相同的情况下消耗的能量越多 C.热机的效率越高说明做功越快 D.汽油机的效率可以达到100% 6.如图是研究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验装置,下列有关这个实验的说法,不正确的是( ) A.该实验要控制水的质量相等 B.该实验要控制燃料加热时间相等 C.该实验燃料的质量要相等 D.该实验要让燃料完全燃烧 7.已知1 kg无烟煤的热值是3.4×107 J/kg,则2 kg无烟煤不完全燃烧时的热值是( ) A.等于6.8×107 J/kg B.大于3.4×107 J/kg且小于6.8×107 J/kg C.等于3.4×107 J/kg D.小于3.4×107 J/kg 8.双燃料汽车以天然气或汽油作为燃料,以下说法正确的是( ) A.以天然气为燃料,汽车发动机的效率可以达到100% B.汽油与天然气相比,燃烧时汽油对环境的污染较小 C.在压缩冲程中,燃料混合物的温度升高,内能增大 D.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量越多 9.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1200r/min,该汽油机每秒内曲轴转动______转,完成____个冲程,做功___次. 10.2020年5月5日,长征五号B运载火箭在我国文昌航天发射场成功首飞,该火箭发动机采用了液氢做燃料,液氢的热值为1.43×108J/kg,它表示的物理意义是_____________________________________________. 11.0.1kg的某种燃料完全燃烧后放出4.2×106J的热量,则这种燃料的热值为_________J/kg.这些热量可使100kg的水温度升高________℃. 12.有一辆汽车在平直公路上匀速行驶10km,消耗燃油1kg,已知该汽车的牵引力是1800N,则该汽车发动机的效率是_____________.(燃油热值取4.0×107J/kg) 13.汽油的热值为4.6×107J/kg,完全燃烧0.5kg的汽油能放出_____________J的热量;若这些热量的40%被水吸收可使_________kg的水从20℃升高到43℃.[c水=4.2×103J/(kg·℃)] 14.干木材的热值是1.2×107J/kg,要放出3.6×107J的热量,需要完全燃烧多少kg的干木材? 15.人体每天需要吸收一定的热量来维持正常的生命活动.在医学上常用大卡(又称千卡)作为热量的单位,1卡=4.2焦.一杯200mL的牛奶能提供的热量约为100大卡.试求: (1)这杯牛奶提供的热量是多少J; (2)这些热量相当于多少g酒精完全燃烧时放出的热量.(q酒精=3×107J/kg) 参考答案 1. B　2.C　3.D　4.A　5.A　6.B　7.C　8.C　 9.20　40　10 10.1 kg液氢完全燃烧放出的热量是1.43×108 J 11.4.2×107　10 12.45% 13.2.3×107　95.2 14.3 kg 15.(1)4.2×105 J　(2)14 g 学科网（北京）股份有限公司 $$