14.3热机的效率（导学案）-2025-2026学年九年级全一册同步备课一体化资源（人教版2024）

本文围绕“热机的效率”展开，核心知识点为热值概念、计算及热机效率相关内容。承接热机工作原理背景，为能源利用相关知识奠基。通过思考导入、例题分析等环节，培养学生物理观念、科学思维等核心素养，渗透能量观念及科学推理方法。 该教学设计创新点在于紧密联系生活实例，采用问题引导法。能提升学生对物理知识的应用能力，为教师提供清晰授课路径，有效突破热机效率这一教学难点。

班级：九年级（ ）班 姓名： 14.3热机的效率（导学案）解析版 一、学习目标 1.知道热值的概念和单位,会查热值表。 2.能简单计算燃料完全燃烧所释放的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,知道什么是热机的效率,了解提高热机效率的方法。 二、教学过程 导入新课 思考 1：汽车、军舰、火车为何能 “动” 起来？​ 它们都依靠热机：燃料燃烧释放能量，转化为机械能驱动运行。 思考 2：煤气灶烧水时，哪些能量没被有效利用？ 煤气未完全燃烧、水壶 / 灶体吸热、高温烟气散热…… 只有水吸收的热量，才是我们需要的 “有用能量”。 思考 3：热机工作时，是否存在类似的能量损失？​ 今天，我们就来探究 ——热机的效率，揭开能量利用的秘密！​ 一、燃料的热值 P30想想议议 答：相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量通常是不同的。在家中烧水时，烧开同样一壶水需要的木柴质量很多，而需要的煤气质量却较少，这个现象说明木柴和煤气燃烧放出相同的热量时，所用木柴的质量比所用煤气的质量大，从另一方面也说明相同质量的木柴和煤气燃烧时放出的热量是不同的。 （一）燃料燃烧时的能量转化：在燃烧过程中，燃料的 化学 能转化为 内 能。 （二）燃料燃烧的热值 1.定义：某种燃料 完全燃烧 放出的 热量 与其 质量 之比，叫作这种燃料的热值。用字母 q 表示。 2.公式：q= 变形公式：Q= mq ，m= . 3.气体燃料的热值：在标准状态下，气体燃料完全燃烧放出的热量与其 体积（V） 之比，叫作这种气体燃料的热值，即q= 。q 的单位是 J/ 。 4.物理意义：热值是反映燃料燃烧时 放热本领大小 的物理量。热值越大，燃料的放热本领越 大 。 热值在数值上等于 1kg某种燃料完全燃烧放出的热量 。 5.影响热值大小的因素：热值是燃料本身的一种特性，它仅与 燃料的种类 有关，与燃料的质量、体积，以及燃料是否完全燃烧、燃烧放出热量的多少等 无关 。 根据燃料的热值，我们就能计算出燃料完全燃烧放出的热量。 例如，从表中可以查到汽油的热值为4.6 × J/kg，所以如果给汽车加30 kg汽油，完全燃烧放出的热量为 Q=mq=4.6× J/kg×30 kg=1.38 × J 如果完全燃烧同样质量的柴油，能放出多少热量？ 柴油的热值为4.3 × J/kg。如果完全燃烧同样质量的柴油，能放出的热量为 Q=mq=4.3× J/kg×30 kg=1.29 × J 例题1：下列关于热值的说法正确的是（　D　） A．5kg煤的热值大于1kg煤的热值 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．燃料燃烧不完全时热值变小 D．燃料的热值是燃料本身的特性 例题2：某路灯的灯杆顶端有太阳能电池板和风车。若太阳光辐射到该电池板的能量为2.7×J，这与完全燃烧__0.9__kg焦炭放出的热量相当。（焦炭的热值为3 ×J /kg） 二、热机的效率 （一）生活中的热效率问题 1.生活中用煤气灶烧水时，煤气的能量不能被完全利用。具体原因是多方面的，例如： 煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量；水壶吸收了一部分能量；煤气灶本身也会吸收一部分能量；高温的烟气带走了一部分能量；还有一部分能量直接散失掉了。 水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有 水吸收的热量 才是有效利用的部分。 2.热效率： 有效利用 的热量与 燃料完全燃烧放出 的热量之比叫作热效率。即η= 。 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。 3.提高锅炉中燃料利用率的方法 ①尽可能使燃料充分燃烧，如把煤磨成煤粉或煤粒，把空气吹进炉膛等。 ②减少热量散失，如加大受热面积，炉具使用保温材料等。 例题3：用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为V的燃气（燃气的热值为q），水吸收的热量为Q，则此燃烧过程中燃气放出的热量为__qV__，该燃气灶的热效率为_____×100%。（本小题用题中字母表示） （二）热机的效率 对于热机而言，燃料燃烧释放的热量只有一部分用来做 有用功 ，还有相当一部分能量散失了。 1.热机中能量流向示意图。 2.热机的效率 （1）定义： 用来做有用功 的这部分能量，与 燃料完全燃烧放出 的热量之比，叫作热机的效率。 （2）公式：即η= 。 要想知道热机的效率，就要先知道燃料完全燃烧放出的热量。 （3）常见的热机效率 蒸汽机的效率很低，只有 6%~15% 。内燃机中，燃料是在气缸内部燃烧的，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 高 。汽油机的效率为 20%~40% ，柴油机的效率为 30%~45% 。 （4）物理意义：热机的效率是 热机性能 的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗更 少 的燃料，节约能源。 （5）提高热机效率的途径 ①使燃料尽可能充分燃烧。 ②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。 ③热机使用时注意保养，使机器保持良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 ④设法利用废气带走的能量。 例题4：汽油机是燃油汽车的重要组成部分，如图是四冲程汽油机的_做功__冲程示意图。某汽车以35kW的功率在平直公路上匀速行驶了9.2km，消耗汽油1kg，已知汽车的牵引力恒为2000N，则汽车的行驶速度为__17.5__m/s，汽车的热机效率为_40%。（汽油的热值为4.6×J/kg） P33科学·技术·社会·环境 P34练习与应用 1.答：这种说法不正确。虽然无烟煤的热值比干木柴大，但燃料完全燃烧放出热量的多少不仅与热值有关，还与燃料的质量有关。根据公式Q=mq可知，只有在质量相同的情况下，无烟煤完全燃烧放出的热量才比干木柴多。如果无烟煤的质量比干木柴少很多，那么即使无烟煤的热值大，也可能出现干木柴完全燃烧放出的热量比无烟煤多的情况。 2.解：g取10N/kg，汽油的热值q=4.6×J/kg 人对大米做的功W=Fs=mgh= 5kg × 10N/kg ×(5-1) ×3m=600J 汽油完全燃烧放出的热量=W=600J 由=mq得需要汽油的质量m===1.3 ×kg 3.解：若燃烧干木柴与燃烧煤油产生的热量相等，则= ， 由=mq得 = ， 即===3.8（倍） 4.解：设燃油的热值为q，则每辆汽车每年所做的有用功=ηQ= ηmq= 30％× 1.8 t ×q=0.54t ×q， 内燃机效率提高后，做同样多的有用功，消耗的燃油完全燃烧放出的热量===1.742 ×q， 所需燃油的质量===1.742t， 每辆汽车每年节约燃油1.8t-1.742t=0.058t， 3亿辆汽车每年节约燃油3 × ×0.058t=1.74 ×t 5.答：减少有害气体的排放量，降低对空气的污染，减少燃料的消耗，节约能源。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$ 班级：九年级（ ）班 姓名： 14.3热机的效率（导学案）原卷版 一、学习目标 1.知道热值的概念和单位,会查热值表。 2.能简单计算燃料完全燃烧所释放的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,知道什么是热机的效率,了解提高热机效率的方法。 二、教学过程 导入新课 思考 1：汽车、军舰、火车为何能 “动” 起来？​ 思考 2：煤气灶烧水时，哪些能量没被有效利用？ 思考 3：热机工作时，是否存在类似的能量损失？​ 一、燃料的热值 P30想想议议 （一）燃料燃烧时的能量转化：在燃烧过程中，燃料的 能转化为 能。 （二）燃料燃烧的热值 1.定义：某种燃料 放出的 与其 之比，叫作这种燃料的热值。用字母 表示。 2.公式： 变形公式：Q= ，m= . 3.气体燃料的热值：在标准状态下，气体燃料完全燃烧放出的热量与其 之比，叫作这种气体燃料的热值，即q= 。q 的单位是 。 4.物理意义：热值是反映燃料燃烧时 的物理量。热值越大，燃料的放热本领越 。 热值在数值上等于 。 5.影响热值大小的因素：热值是燃料本身的一种特性，它仅与 有关，与燃料的质量、体积，以及燃料是否完全燃烧、燃烧放出热量的多少等 。 根据燃料的热值，我们就能计算出燃料完全燃烧放出的热量。 例如，从表中可以查到汽油的热值为4.6 × J/kg，所以如果给汽车加30 kg汽油，完全燃烧放出的热量为 如果完全燃烧同样质量的柴油，能放出多少热量？ 例题1：下列关于热值的说法正确的是（　　） A．5kg煤的热值大于1kg煤的热值 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．燃料燃烧不完全时热值变小 D．燃料的热值是燃料本身的特性 例题2：某路灯的灯杆顶端有太阳能电池板和风车。若太阳光辐射到该电池板的能量为2.7×J，这与完全燃烧______kg焦炭放出的热量相当。（焦炭的热值为3 ×J /kg） 二、热机的效率 （一）生活中的热效率问题 1.生活中用煤气灶烧水时，煤气的能量不能被完全利用。具体原因是多方面的，例如： 水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有 才是有效利用的部分。 2.热效率： 的热量与 的热量之比叫作热效率。即η= 。 通常锅炉的燃料利用率比较低，因此在节约能源上有很大的改造潜力。 3.提高锅炉中燃料利用率的方法 例题3：用燃气灶给一定质量的水加热，完全燃烧体积为V的燃气（燃气的热值为q），水吸收的热量为Q，则此燃烧过程中燃气放出的热量为_______，该燃气灶的热效率为___________×100%。（本小题用题中字母表示） （二）热机的效率 对于热机而言，燃料燃烧释放的热量只有一部分用来做 ，还有相当一部分能量散失了。 1.热机中能量流向示意图。 2.热机的效率 （1）定义： 的这部分能量，与 的热量之比，叫作热机的效率。 （2）公式：即η= 。 要想知道热机的效率，就要先知道燃料完全燃烧放出的热量。 （3）常见的热机效率 蒸汽机的效率很低，只有 。内燃机中，燃料是在气缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃烧得比较充分，所以内燃机的效率比蒸汽机 。汽油机的效率为 ，柴油机的效率为 。 （4）物理意义：热机的效率是 的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗更 的燃料，节约能源。 （5）提高热机效率的途径 例题4：汽油机是燃油汽车的重要组成部分，如图是四冲程汽油机的_____冲程示意图。某汽车以35kW的功率在平直公路上匀速行驶了9.2km，消耗汽油1kg，已知汽车的牵引力恒为2000N，则汽车的行驶速度为_____m/s，汽车的热机效率为_____。（汽油的热值为4.6×J/kg） P33科学·技术·社会·环境 P34练习与应用 1 学科网（北京）股份有限公司 $$