14.3 热机的效率 课件-2025-2026学年 人教版物理九年级全一册

14.3 热机的效率 人教版九年级物理全一册 1.物理观念： （1）了解热值、热机的效率概念。 （2）了解不同热机的效率值。 （3）了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。 2.科学思维： 经历“想想议议”了解质量相等的燃料燃烧，放出的热量不同。概括出燃料的热值概念。 经历“分析燃料释放的热量分配”的过程，学习简单的定量分析方法。 教学目标 3.科学探究： 通过想想议议，燃料释放的能量都到哪里去了？体会效率概念。 4.科学态度与责任： （1）在“分析燃料释放的能量去哪里了？”过程中，感受转化成机械能的内能只是一部分，形成正确的科学观。 （2）感受自然科学的发展和先进技术的应用在推进人类社会发展的同时造成了环境污染，以利于理解可持续发展的内涵。 教学目标 教学重点 建立热值、热机的效率的概念。 教学难点 理解环境污染与热机使用的关系。 教学目标 人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。现代社会，人类所用的能量很大一部分依然从燃料的燃烧中获得的。 一、燃料的热值 新知讲解 柴薪、煤、天然气都是燃料，但烧开同一壶水需要的这些燃料的质量相等不相同。 一、燃料的热值 新知讲解 想想议议 燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？要找出事实来支持你的观点，并进行分析。 一、燃料的热值 新知讲解 燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。例如，燃烧1kg煤放出的热量，是燃烧1kg木柴放出的热量的两倍多。 一、燃料的热值 新知讲解 新知讲解 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。常用字母q 表示。 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位是由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。 一、燃料的热值 新知讲解 把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。常用字母q 表示。 热值是燃料自身的特性。在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。 在通常情况下，燃料的热值越大，质量相等的燃料完全燃烧时放出的热量越大。 一、燃料的热值 新知讲解 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约1.2╳107J/kg 柴油 4.3╳107J/kg 烟煤 约2.9╳107J/kg 煤油 4.6╳107J/kg 无烟煤 约3.4╳107J/kg 汽油 4.6╳107J/kg 焦炭 3.0╳107J/kg 氢 1.4╳108J/kg 木炭 3.4╳107J/kg 煤气 约3.9╳107J/m3 酒精 3.0╳107J/kg 沼气 约1.9╳107J/m3 小资料 一些燃料的热值 新知讲解 热值是燃料本身的性质。对于某些气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦每立方米，符号是J/m3。 根据燃料的热值，我们可以计算出完全燃烧时放出的热量。 Q放=mq或Q放=Vq（q表示燃料的热值） 一、燃料的热值 新知讲解 2m3的煤气完全燃烧放出的热量是多少？ 已知，煤气的热值q=3.9╳107J/m3， 体积V=2m3， 求Q放=？ 解：Q放=Vq =2m3╳ 3.9╳107J/m3 =7.8 ╳107J。 一、燃料的热值 二、热机的效率 燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小。例如用煤烧水，有效利用的热量只是被水吸收的热量。高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉了。 用炉烧水 新知讲解 二、热机的效率 通常的锅炉，利用效率比较低，因此在节约能源上改造的潜力很大。例如，取暖用的小型锅炉，如果把煤磨成煤粉或煤粒，从而加大氧气的接触面积，把空气吹进炉膛，就会比煤块燃烧得更充分，从而提高燃料的利用率。 用炉烧水 新知讲解 想想议议 在内燃机中燃料是否完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？ 在内燃机中燃料释放的能量都到哪里去了？ 新知讲解 新知讲解 燃料释放的热量（100%） 输出有用功（25%~30%） 废气（33%~35%） 冷却水（30%~32%） 摩擦与辐射（7%） 发电机风扇（10%） 变速齿轮（10%） 轴（4%） 克服车轮阻力（17%） 克服空气阻力（42%） 克服爬坡阻力（17%） 100% 汽车内燃机的能量流向 二、热机的效率 对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了。 新知讲解 二、热机的效率 定义：用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。 公式： ╳100% 热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。 新知讲解 新知讲解 蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。 汽油机的效率为20%~30%。 柴油机的效率为30%~45%。 二、热机的效率 二、热机的效率 热机的效率是热机性能的重要指标。热机效率高，在做同样多的有用功的情况下，就消耗更少的燃料，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，以减少各种能量损失，提高效率。 新知讲解 二、热机的效率 在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料的利用率的重要措施。 新知讲解 二、热机的效率 大型发电机常常利用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既能供电又能供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率大大提高。 新知讲解 二、热机的效率 大型发电机常常利用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既能供电又能供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率大大提高。 新知讲解 二、热机的效率 大型发电机常常利用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既能供电又能供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率大大提高。 新知讲解 斯蒂芬森的“火箭号”蒸汽机车，它诞生于1829年。 新知讲解 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发明了热机。最早的热机是蒸汽机，在锅炉里把水烧开，水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的蒸汽机不便于使用，后来许多人对它进行了改进，其中贡献最大的是英国人瓦特。 新知讲解 瓦特在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。这是蒸汽机在之后一百多年里对工业的发展起了及其重要的作用。但是由于蒸汽机过于笨重，效率很低，现在世界各国都不再生产蒸汽机了。 交通运输的发展迫切需要比较轻便热机。于是，内燃机应运而生。内燃机有汽油机、柴油机两大类。汽油机是1876年发明的。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 新知讲解 柴油机是1892年发明的。内燃机运行时不需要携带很多水和煤，不但轻便，效率也提高了许多。 摩托车使用汽油机、挖土机使用柴油机，货轮使用大型柴油机。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 新知讲解 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。 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年出现的蒸汽轮机满足了这个需要。大型锅炉产生高温高压水蒸气直接喷射到汽轮机的叶片上，使蒸汽轮机转动。大型火电站的巨大锅炉有五六层楼那样高，蒸汽轮机的功率可达几十万千瓦。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 新知讲解 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年出现的蒸汽轮机满足了这个需要。大型锅炉产生高温高压水蒸气直接喷射到汽轮机的叶片上，使蒸汽轮机转动。大型火电站的巨大锅炉有五六层楼那样高，蒸汽轮机的功率可达几十万千瓦。 高温高压的水蒸气直接推动蒸汽轮机的叶片。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 新知讲解 早期的飞机是由内燃机提供动力的。从上世纪40年代开始，飞机上越来越多地使用喷气发动机，它向后高速喷出气体，从而获得前进的动力。 在功率相同时，喷气式发动机比内燃机更轻便，这就使生产高速的大型飞机成为可能。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 新知讲解 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 喷气式发动机有两种：一种需要用大气中的氧气来助燃，叫做空气喷气式发动机，在飞机上使用；另一种是自带燃料和氧化剂，叫火箭喷气式发动机，它工作时不需要空气。可以在大气层外工作，能够用来发射人造卫星和宇宙飞船。 自带燃料和氧化剂的火箭 新知讲解 热机使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产的发展，带来了工业革命。现代社会在交通、航天、电力工业等很多方面都离不开热机。对热机的研制和改进会进一步推动社会生产力的发展。 我国的长征系列火箭就是自带燃料和氧化剂的。 STS 科学·技术· 社会 从火车到火箭 1.下列说法不正确的是（ ） A. 质量相等的燃料完全燃烧放出的热量不相等 B. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值 C. 热值的单位是焦耳 D. 热值的单位是J/kg C 课堂练习 2.下列说法不正确的是（ ） A. 在热机中，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功 B. 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机效率 C. 热机效率是热机性能的重要指标 D. 不断改进和创新的热机 ，其热机效率可大于1 D 课堂练习 3.长征F火箭以偏二甲肼为液态燃料，这种燃料应具有较大的（ ） A．密度 B．比热容 C．热值 D．质量 C 课堂练习 4.全球的汽车保有量已破10亿辆，每辆汽车年耗油1.8t。汽车内燃机的效率平均取30%。如果把汽车的效率提高1%，全球每年可以节约燃油是（ ） A.180kg B.1.8t C.1.8t D.1.8t B 课堂练习 5.有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口观察和闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，关于柴油机的节能效果，下列判断中正确的是（ ） A．尾气的温度越高，柴油机越节能 B．尾气的温度越低，柴油机越节能 C．尾气的柴油味越浓，柴油机越节能 D．尾气的颜色越发黑，柴油机越节能 B 课堂练习 课堂总结 1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。热值是燃料本身的性质。热值的单位是焦每千克（或焦每立方米），符号是J/kg（或J/m3）。 2. 用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。提高热机效率可以节约能源，减少污染。 3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，提高燃料的利用率。热机的广泛使用会环境污染。 板书设计 1. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。热值是燃料本身的性质。热值的单位是焦每千克（或焦每立方米），符号是J/kg（或J/m3）。 2. 用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。提高热机效率可以节约能源，减少污染。 3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，提高燃料的利用率。热机的广泛使用会环境污染。 谢谢 $$