14.3 热机的效率 课件- 2025-2026学年物理人教版九年级上学期

第十四章　内能的利用 第3节　热机的效率 目录 CONTENTS A 课内精讲精练 B 课后分层作业 知识点1　热值 1. 概念：某种燃料 ⁠燃烧放出的热量与其质量之比。 2. 公式：q＝ ；变形公式：Q＝ ⁠（固体、液体燃 料）或Q＝ ⁠（气体燃料）。 3. 单位： （固体、液体燃料）或 ⁠（气体燃料）。 4. 热值表：见教材P31表14.3－1。发射卫星的火箭使用的燃料主要是 液态氢，这是利用了氢燃料 ⁠大的特点。 完全　 （或）　 qm　 qV　 J/kg　 J/m3　 热值　 变式 　热值是燃料本身的特性，只由燃料的 ⁠、状 态决定，与燃料的质量、是否完全燃烧等无关，可用q＝计算，但不由 Q、m决定。燃料燃烧是 能转化为 ⁠能。 种类　 化学　 内　 5. 物理意义：酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示 ⁠酒精完全燃 烧放出的热量是 J。天然气的热值是4.0×107J/m3，它表 示 天然气完全燃烧放出的热量是 J。 1kg　 3.0×107　 1m3　 4.0×107　 一瓶酒精用去一半，则剩下的酒精（　D　） A. 比热容减半 B. 热值减半 C. 密度减半 D. 质量减半 D 知识点2　热机的效率 1. 概念：用来做 的这部分能量，与燃料 ⁠燃烧放出 的热量之比。 2. 公式：η＝＝。 　①由于热机在工作过程中总有能量损失（能量损失 的主要途径：废气损失、散热损失、机械损失），所以热机效率总 ⁠ 1。②热机效率与功率无关。 有用功　 完全　 小 于　 变式 3. 提高热机效率的途径 （1）使燃料尽可能 燃烧，如把煤磨成 ⁠状后用空气吹 进炉膛。 （2）机件间保持良好的润滑，减小因克服 ⁠而额外消耗的能 量。 （3）在热机的各种能量损失中， ⁠带走的能量最多，设法利用 废气的热量，如热电站。 完全　 粉末　 摩擦　 废气　 4. 计算 （1）燃料燃烧加热：η＝＝。 （2）燃料燃烧做功：η＝； 驱车：η＝＝。 将质量为3kg、初温为23℃的水加热到98℃，土灶燃烧了 0.315kg的干木材。已知q木＝1.2×107J/kg，q气＝4.0×107J/m3，c水＝ 4.2×103J/（kg·℃）。求： （1）土灶的热效率； （2）若用热效率为60％的燃气灶给这些水加热，则需要消耗的天 然气体积（计算结果保留两位小数）。 变式 解：（1）Q吸＝c水m水（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×3kg×（98℃－ 23℃）＝9.45×105J， Q放＝m木q木＝0.315kg×1.2×107J/kg＝3.78×106J， η土灶＝＝×100％＝25％。 （2）天然气完全燃烧放出的热量Q'放＝＝＝1.575×106J，V 气＝＝≈0.04m3。 解：（1）Q吸＝c水m水（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃）×3kg×（98℃－ 23℃）＝9.45×105J， Q放＝m木q木＝0.315kg×1.2×107J/kg＝3.78×106J， η土灶＝＝×100％＝25％。 （2）天然气完全燃烧放出的热量Q'放＝＝＝1.575×106J，V 气＝＝≈0.04m3。 [教材习题改编]我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两 栖飞机有四台相同的发动机，每台发动机的输出功率为3 120kW。若飞 机飞行1h需消耗约1.8t燃油，求发动机的效率（q燃油＝4.3×107J/kg，计 算结果精确到1％）。 解：Q放＝m燃油q燃油＝1 800kg×4.3×107J/kg＝7.74×1010J， W有用＝Pt＝4×3 120×103W×1×3 600s≈4.49×1010J， η＝＝×100％≈58％。 解：Q放＝m燃油q燃油＝1 800kg×4.3×107J/kg＝7.74×1010J， W有用＝Pt＝4×3 120×103W×1×3 600s≈4.49×1010J， η＝＝×100％≈58％。 1. 下列措施中不能提高热机效率的是（　D　） A. 尽量使燃料充分燃烧 B. 尽量减少热机部件间的摩擦 C. 尽量减少废气带走的热量 D. 尽量增大热机功率 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 2. [教材习题改编]从能量转化的角度解释效率的意义，下列说法不正 确的是（　D　） A. 某太阳能电池工作的效率是16％，意义是该太阳能电池把16％的太 阳能转化为电能 B. 某电动机工作的效率是83％，意义是该电动机可以把83％的电能转 化为机械能 C. 某锂电池充电时的效率是99％，意义是该锂电池充电时可以把99％ 的电能转化为化学能 D. 某柴油机工作的效率是35％，意义是该柴油机把柴油燃烧释放热量 的35％转化为机械能 D 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 3. [教材习题改编]汽油的热值为4.6×107J/kg，这个数值究竟有多大？ 有人通过一个具体例子来认识：一个人提着一袋质量为4.6kg的大米， 从1层步行至5层，每层楼的层高为3m，他对这袋大米做了 J的 功，此功与 g汽油完全燃烧放出的热量相当（g取10N/kg）。 552　 0.012　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4. 食物也是一种“燃料”，葡萄糖等营养成分在人体细胞里与氧结 合，提供细胞生命活动所需的能量。这种过程没有火焰，但 ⁠能 同样可以转化为内能，因此人的体温保持在37℃左右。一盒标有“能 量：360kJ/100mL”的牛奶，其中“能量”的含义跟 ⁠（选填 “内能”“热量”或“热值”）相似，100mL牛奶的能量相当于完全燃 烧 g干木柴放出的热量（干木柴的热值为1.2×107J/kg）。 化学　 热值　 30　 变式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 5. 汽油机是汽车的“心脏”，图甲表示的是 ⁠冲程。如果汽油机的转速为3 000r/min，那么该汽油机每秒做 ⁠次功。小明同学阅 读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图乙所示的 图表，请你根据给出的信息，计算该内燃机的效率为 ⁠。 做功　 25　 30％　 变式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 6. 如图所示，甲、乙、丙的装置完全相同，燃料的质量都是10g，烧杯内液体的质量和初温也相同。 （1）比较不同燃料的热值，应选择 ⁠两图进行实验，燃料完 全燃烧放出的热量，是通过 （选填“温度计上升示 数”或“加热时间”）来反映的。 甲、乙　 温度计上升示数　 变式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 （2）比较不同物质吸热升温的特点： ①应选择 ⁠两图进行实验，需要的测量器材有天平、温度 计、 ⁠； ②不同物质吸热的多少是通过 （选填“温度计上升示数” 或“加热时间”）来反映的； ③如果质量和初始温度均相同的a、b两种液体，吸热后它们的温度随时 间变化的图像如图丁所示，若液体b的比热容是4.0×103J/（kg·℃）， 则液体a的比热容是 J/（kg·℃）。 甲、丙　 秒表　 加热时间　 2.0×103　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 7. [教材习题改编]某同学家自来水的温度为15℃，他洗澡时把燃气热 水器的温度设定为40℃，通过查看水表得知自己洗澡用了0.02m3的水。 如果燃气热水器的效率是70％，他这次洗澡消耗了多少天然气？[q天然气 ＝4.0×107J/m3，ρ水＝1.0×103kg/m3，c水＝4.2×103J/（kg·℃）] 解：水吸收的热量 Q＝c水m水（t－t0）＝c水ρ水V（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃） ×1.0×103kg/m3×0.02m3×（40℃－15℃）＝2.1×106J， 消耗天然气的体积 V'＝＝＝0.075m3。 解：水吸收的热量 Q＝c水m水（t－t0）＝c水ρ水V（t－t0）＝4.2×103J/（kg·℃） ×1.0×103kg/m3×0.02m3×（40℃－15℃）＝2.1×106J， 消耗天然气的体积 V'＝＝＝0.075m3。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 8. [教材习题改编]焚烧垃圾可以实现综合热利用。我国最大的垃圾焚 烧发电站，日处理生活垃圾可达6 000t。如果1t垃圾焚烧时能产生 2.16×109J的电能，发电站一天的发电量相当于完全燃烧多少焦炭所放 出的能量？焦炭的热值取3.0×107J/kg。 解：一天发电产生的电能 Q＝6 000t×2.16×109J/t＝1.296×1013J， 完全燃烧焦炭的质量 m＝＝＝4.32×105kg。 解：一天发电产生的电能 Q＝6 000t×2.16×109J/t＝1.296×1013J， 完全燃烧焦炭的质量 m＝＝＝4.32×105kg。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 9. 我国自行设计研制了AG600全状态新构型灭火飞机，飞机发动机的机械总功率为3×107W，发动机的效率为50％。若该飞机以80m/s的速度匀速直线航行20min。已知航空燃油的热值为4.3×107J/kg，求： （1）飞机在航行过程中受到的阻力； （2）该过程要完全燃烧航空燃油的质量（计算结果保留整数）。 变式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解：（1）匀速直线航行时受力平衡， f＝F＝＝＝3.75×105N。 （2）发动机做的有用功 W有用＝Pt＝3×107W×20×60s＝3.6×1010J， 燃油完全燃烧放出的热量 Q放＝＝＝7.2×1010J， 所以消耗航空燃油的质量 m＝＝≈1 674kg。 解：（1）匀速直线航行时受力平衡， f＝F＝＝＝3.75×105N。 （2）发动机做的有用功 W有用＝Pt＝3×107W×20×60s＝3.6×1010J， 燃油完全燃烧放出的热量 Q放＝＝＝7.2×1010J， 所以消耗航空燃油的质量 m＝＝≈1 674kg。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 10. [教材习题改编]全球汽车保有量在迅速增长，据统计，截至2024年底，全球燃油汽车保有量已突破13亿辆。若汽车的燃料为汽油，每辆汽车每年耗油2.1t，汽车发动机的效率平均值取30％。如果把发动机的效率提高到35％，则全球每年至少可节约汽油的质量（q汽油＝ 4.6×107J/kg）。 变式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解：由于发动机效率提高后有用功是相同的， 即W有用＝ηq汽油m， 故每辆汽车η1q汽油m1＝η2q汽油m2， 即30％×2.1t＝35％m2，解得m2＝1.8t， 所以全球至少可节约燃油的质量 Δm总＝nΔm＝13×108×（2.1t－1.8t）＝3.9×108t。 解：由于发动机效率提高后有用功是相同的， 即W有用＝ηq汽油m， 故每辆汽车η1q汽油m1＝η2q汽油m2， 即30％×2.1t＝35％m2，解得m2＝1.8t， 所以全球至少可节约燃油的质量 Δm总＝nΔm＝13×108×（2.1t－1.8t）＝3.9×108t。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 11. [教材习题改编]一辆质量为2t的汽车在水平路面上匀速行驶时，所 受阻力为车重的。绵阳到成都的路程约为120km，如果汽油完全燃烧 所产生的热量有40％用来克服阻力做功，那么驾驶该汽车从绵阳到成都 至少要消耗多少升汽油？已知汽油的密度为0.71×103kg/m3，汽油的热 值为4.6×107J/kg，g取10N/kg。（结果保留整数） 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 解：汽车受到的阻力 f＝G＝mg＝×2 000kg×10N/kg＝1 200N， 汽车行驶120km克服摩擦力做的功 W＝fs＝1 200N×120×103m＝1.44×108J， 消耗汽油的质量 m'＝＝＝≈7.83kg， 消耗汽油的体积 V＝＝≈11.0×10－3m3＝11L。 解：汽车受到的阻力 f＝G＝mg＝×2 000kg×10N/kg＝1 200N， 汽车行驶120km克服摩擦力做的功 W＝fs＝1 200N×120×103m＝1.44×108J， 消耗汽油的质量 m'＝＝＝≈7.83kg， 消耗汽油的体积 V＝＝≈11.0×10－3m3＝11L。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 谢谢观看 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 $$