14.3 热机的效率 导学案 -2025--2026学年人教版（2024）九年级物理全一册

本文围绕热机的效率展开，核心知识点包括热机效率概念、计算及提高方法。承接热机工作原理，为能源利用相关知识奠基。通过知识点讲解、例题分析等环节，培养学生物理观念、科学思维等素养，引导学生从能量角度分析热机工作。 该设计创新点在于紧密结合生活实例，采用讲练结合教法。从学生层面看，提升分析和计算能力；从教师层面看，提供清晰授课思路；从课堂效果看，有效突破热机效率计算等教学难点。

14.3 热机的效率 导学案 一、学习目标（简写版） 1. 理解热机效率的概念，掌握热机效率的计算公式。 1. 知道影响热机效率的因素，了解提高热机效率的方法。 1. 能结合实例进行热机效率的相关计算，认识节约能源和保护环境的重要性。 二、学习重难点 重点 1. 热机效率的定义：热机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。 1. 热机效率的计算公式：为热机效率，为燃料完全燃烧放出的热量）。 1. 影响热机效率的因素及提高效率的具体措施。 难点 1. 理解热机工作过程中能量的损失途径，区分有用功和总能量（燃料完全燃烧放出的能量）。 1. 运用热机效率公式进行复杂情境下的计算，如结合燃料热值计算燃料质量、有用功等。 三、知识点自主预习填空 1. 热机效率的概念 0. 热机工作时，用来做______的那部分能量，与燃料______放出的能量之比，叫做热机的效率，用符号______表示。 0. 热机效率的计算公式为______，热机效率总是______1（选填 “大于”“小于” 或 “等于”）。 9. 燃料的热值与热量计算 0. 1kg 某种燃料______燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号______表示，单位是______。 0. 燃料完全燃烧放出的热量计算公式为______（m为燃料质量）或______（V为气体燃料体积）。 四、知识点讲解与要点剖析 （一）热机效率的概念 1. 核心知识 0. 定义：热机效率是指热机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，用符号表示。其物理意义是反映热机对燃料能量的有效利用程度，效率越高，说明能量利用率越高 。 0. 计算公式：。由于热机工作过程中必然存在能量损失（如废气带走热量、摩擦耗能等），有用功一定小于燃料完全燃烧放出的总能量，因此热机效率总是小于 1（即小于 100%） 。 0. 示例：某汽油机工作时，完全燃烧 5kg 汽油放出的热量为，其中用来做有用功的能量为。 11. 常考易错点 0. 混淆 “燃料完全燃烧放出的能量” 与 “输入热机的能量”，忽略燃料可能未完全燃烧的情况（公式中必须是完全燃烧的热量）。 0. 计算时单位不统一，如燃料质量单位未换算为 “kg”，导致热量计算错误。 0. 误认为 “热机效率可以达到 100%”，忽略能量损失的必然性。 经典例题 某柴油机工作时，完全燃烧 2kg 柴油放出的热量为8，其中用来做有用功的能量为，则该柴油机的效率是（ ） A. 20% B. 30% C. 40% D. 50% 解析：根据热机效率公式。答案选 C。 变式题 一台汽油机的效率为 25%，表示的物理意义是（ ） A. 汽油完全燃烧放出的能量中有 25% 用来做有用功 B. 汽油完全燃烧放出的能量中有 25% 损失了 C. 汽油机工作时消耗的能量中有 25% 是有用的 D. 汽油机工作时，每消耗 1kg 汽油，就有 25kg 汽油的能量用来做有用功 解析：热机效率表示有用功与燃料完全燃烧放出能量的比值，汽油机效率 25% 即汽油完全燃烧放出的能量中有 25% 用来做有用功。答案选 A。 （二）能量损失与效率提高 1. 核心知识 0. 能量损失途径： 11. 燃料未完全燃烧，导致部分化学能未转化为内能。 11. 废气带走大量热量（约占总能量的 30% - 40%），这是能量损失的主要途径。 11. 热机运转过程中，机件间的摩擦消耗能量（转化为内能）。 11. 热机散热损失（如气缸壁向外界散热）。 0. 提高效率的方法： 12. 优化燃烧装置，使燃料充分燃烧（减少不完全燃烧损失）。 12. 改进热机结构，减少废气带走的热量（如安装废气涡轮增压装置）。 12. 机件间保持良好润滑，减小摩擦阻力（降低摩擦耗能）。 12. 利用废气的余热（如供暖、加热水等），提高能量利用率。 13. 常考易错点 0. 误认为 “提高热机效率的唯一方法是减少摩擦”，忽略燃料燃烧效率、废气余热利用等其他因素。 0. 对能量损失的具体途径理解模糊，无法针对性地提出提高效率的措施。 经典例题 下列措施中，不能提高热机效率的是（ ） A. 使燃料燃烧得更充分 B. 减少热机的散热损失 C. 增加热机的工作时间 D. 减小热机部件间的摩擦 解析：使燃料充分燃烧、减少散热、减小摩擦都能提高效率；增加工作时间不改变有用功与总能量的比值，无法提高效率。答案选 C。 变式题 汽车发动机工作时，会产生大量的热量，为了防止发动机过热，需要用水来冷却，这是利用了水的______较大的特性。同时，发动机的废气带走了大量的热量，这是能量损失的主要途径之一，为了提高热机效率，可以采取的措施是______。 解析：水的比热容大，吸热能力强，适合做冷却剂；利用废气的余热（如加热车内空气）可提高热机效率。答案依次为：比热容；利用废气的余热（合理即可）。 （三）燃料的热值与热量计算 1. 核心知识 0. 热值定义：1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号q表示，单位是焦耳每千克（J/kg）；对于气体燃料，单位也常用焦耳每立方米 。热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与燃料质量、燃烧是否完全无关 。 0. 热量计算公式： 16. 固体或液体燃料：（m为燃料质量，单位为 kg）。 16. 气体燃料：（V为燃料体积，单位为m^3）。 0. 与热机效率的结合：在热机效率计算中，通常通过燃料热值和质量（或体积）计算得出，即。 15. 常考易错点 0. 混淆 “热值” 与 “比热容”，错误认为 “热值大的燃料比热容也大”，二者是不同的特性（热值反映燃料放热能力，比热容反映物质吸热能力）。 0. 计算时忽略 “完全燃烧” 条件，将实际燃烧放出的热量当作必须是完全燃烧的热量。 0. 单位换算错误，如将气体燃料体积单位 “L” 直接代入公式（需。 经典例题 已知汽油的热值，完全燃烧 2kg 汽油放出的热量是多少？若某汽油机的效率为 25%，这些热量能对外做多少有用功？ 解析： 0. 完全燃烧 2kg 汽油放出的热量：。 0. 有用功。 变式题 某天然气灶的效率为 30%，天然气的热值，若要使质量为 2kg、初温为 20℃的水加热至沸腾（标准大气压下），需要消耗多少立方米的天然气？ 解析： 0. 水吸收的热量（有用功）：。 0. 。 0. 需。 四、效果检测（判断正误） 1. 热机效率越高，表示热机做的有用功越多。（ ） 1. 热值大的燃料，完全燃烧时放出的热量一定多。（ ） 1. 热机效率可以达到 100%。（ ） 1. 减少废气带走的热量是提高热机效率的有效措施之一。（ ） 1. 燃料的热值与燃料的质量无关，只与燃料的种类有关。（ ） 五、归纳总结 1. 热机效率是衡量热机能量利用程度的物理量，其核心公式为，效率总小于 1，反映了能量损失的必然性。 1. 燃料的热值是燃料的固有属性，决定了单位质量（或体积）燃料完全燃烧放出的热量，计算公式为，是计算热机总能量的基础。 1. 提高热机效率的关键是减少能量损失，具体措施包括优化燃烧、减少摩擦、利用余热等，这不仅能节约能源，还能减少污染物排放，具有重要的环保意义。 1. 学习中需注意区分有用功与总能量，熟练运用公式进行相关计算，并结合实际理解效率提升的现实价值。 7、 课后作业 一、单选题 1．推进水系治理，修复湖泊生态，形成美丽景象。当炎炎烈日下，行走到湖水边时，会感觉凉快，这是因为水的（　　） A．内能大 B．热值大 C．温度低 D．比热容大 2．如图所示，这是一款斯特林发动机模型，点燃酒精灯后就会发现发动机的连杆带动飞轮转动起来。下列关于该发动机的说法正确的是（  ） A．该发动机工作时将内能转化为机械能 B．酒精灯中的酒精燃烧不充分时，其热值减小 C．该发动机的效率可以达到100％ D．整个过程中能量的总量在不断减小 3．我国使用运载火箭将“天宫”空间站组件依次运送至太空中，使我国载人航天进入了“空间站时代”。下列关于火箭发射中的说法正确的是（    ） A．火箭发射时用水对发射器降温，是因为水的比热容较大 B．升空后，火箭外壳温度越高，内能增大，所含的热量变多 C．火箭升空时，向下喷气获得推力与内燃机的压缩冲程相似 D．火箭发动机工作过程中的热机效率是100% 4．内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg) A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 二、填空题 5．质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值是 （填“相同”或“不同”）的；若完全燃烧420g的酒精放出的热量全部被水吸收，可使 kg的水温度从30℃升高到90℃。[酒精的热值为3.0×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）] 6．完全燃烧 g的酒精能使12kg温度为20℃的水升高到57℃。[酒精灯烧水的效率为37%，酒精的热值为3.0×107J/kg；水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)] 7．烧烤的主要燃料是木炭，已知它的热值是，那么的木炭完全燃烧放出的热量为 J。如果这些热量的50%被水吸收，则可使初温为、质量为的水，温度升高到 。[水的比热容为] 8．某地在城镇化建设中大力推广使用天然气。如果某家庭一个月使用12m3天然气，天然气的热值取，天然气完全燃烧放出的热量有40%被利用，那么在1个标准大气压下可以把 kg的水从20℃加热至沸腾。【 】 三、实验题 9．如图所示，甲乙丙三图中装置完全相同，燃料的质量相等烧杯内的液体质量和初温也相同。 (1)比较不同燃料的热值，可以选择 。两图进行对比： (2)为了研究不同物质的吸热能力，利用甲丙两幅图进行实验，根据记录的数据做出了两种液体的温度随时间变化的图像，如图所示： ①实验中，用 （填序号）间接反映液体吸收热量的多少；吸收相同热量时，通过比较 （填序号）来判断吸热能力的强弱： A．加热时间    B．温度计示数的变化 ②由图可以看出， 液体沸点较高， 液体的比热容较大； ③如果已知b液体的比热容是1.8×103J/(kg·℃)，则a液体的比热容是 J/(kg·℃)。 八、答案与解析 （一）自主预习填空答案 1. 有用功；完全燃烧；；小于 1. 完全燃烧；热量；充分燃烧；废气带走的热量；摩擦；余热 1. 完全； （二）效果检测答案及解析 1. ×。热机效率高表示有用功占总能量的比例高，而非有用功的绝对值大，还与总能量有关。 1. ×。燃料完全燃烧放出的热量，不仅与热值q有关，还与燃料质量m有关。 1. ×。由于存在能量损失（如废气散热、摩擦耗能等），热机效率不可能达到 100%。 1. √。废气带走大量热量是能量损失的主要途径，减少这部分损失可有效提高效率。 1. √。热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与质量、燃烧情况无关。 （3） 课后作业答案及解析 1．D 【详解】因为水的比热容比较大，质量相同时，在吸收或放出相同的热量时，水的温度变化小，所以行走在湖水边时，会感觉凉快。故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 2．A 【详解】A．斯特林发动机工作时，燃料燃烧将化学能转化为内能，内能再转化为机械能，故A正确； B．热值是燃料的特性，只与燃料种类有关，与燃烧是否充分无关，酒精燃烧不充分时热值不变，故B错误； C．任何热机在工作时都有能量损失（如散热、克服摩擦等），效率不可能达到100%，故C错误； D．根据能量守恒定律，整个过程中能量的总量保持不变，故D错误。 故选A。 3．A 【详解】A．由于水的比热容大，吸热能力强，因此火箭发射时用水对发射器降温，故A正确； B．热量是过程量，不能用含有或具有描述，故B错误； C．火箭升空时，向下喷气，由于力的作用是相互的，会受到气体对其向上的力，而使其上升，故C错误； D．火箭发动机工作过程中存在能量损失，因此热机效率不能达到100%，故D错误。 故选A。 4．A 【详解】A．由图可知，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确； B．汽油机做的有用功为 故B错误； C．该汽油机飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D．根据可知，汽油机消耗的燃料越少，燃料完全燃烧释放的热量越少，做的有用功未知，故效率不一定越高，故D错误。 故选A。 5． 相同 50 【详解】[1]热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的质量以及燃烧条件无关，所以质量为1kg的酒精和1g的酒精的热值相同。 [2]酒精完全燃烧放出的热量 由题意， 由，则水的质量 6．168 【详解】水吸收的热量为Q吸=c水m(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×12kg×(57℃-20℃)=1.8648×106J 酒精完全燃烧放出的热量为 燃烧酒精的质量为 7． 50 【详解】[1]木炭的质量 木炭完全燃烧放出的热量： [2]由题意可知，水吸收的热量： 由可得，水升高的温度： 因此水的末温： 故的木炭完全燃烧放出的热量为；温度升高到。 8．600 【详解】某家庭一个月使用12m3天然气，天然气的热值取，天然气完全燃烧放出的热量 这些热量40%被利用，则被利用的热量 在1个标准大气压下，从20℃加热至沸腾的水的质量 9．(1)甲乙 (2) A B b b 0.9×103 【详解】（1）为了比较不同燃料的热值要用不同的燃料，应加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验。 （2）①[1][2]实验中，由转换法，用加热时间间接反映液体吸收热量的多少，加热时间越长，液体吸收的热量越多，故选A；根据比较吸热能力的方法，吸收相同热量时，通过比较温度计示数的变化来判断吸热能力的强弱，故选B。 ②[3][4]由图可以看出，当a液体温度达到80℃，该液体开始沸腾，而此时没有达到b液体的沸点，故b液体的沸点较高，b液体沸腾前，加热相同时间，b升温慢，根据知，b液体的比热容较大。 ③[5]将质量相同的两种液体加热至80℃时，a的加热时间为10min，b的加热时间为20min，两液体的温度变化值Δt=80℃-20℃=60℃ 而升高相同温度时，b所需时间是a的2倍，即b吸收的热量是a的2倍，根据Q吸=cmΔt可知，比热容和吸收的热量成正比，b的比热容是a的2倍，所以a的比热容为 学科网（北京）股份有限公司 $$