第3节 热机的效率（大单元教学课件）物理人教版2024九年级全一册

第十四章 内能的利用 物理九年级全一册 •人教版2024 第3节 热机的效率 学习目标 01 02 03 04 物理观念 .理解热机效率的概念，能阐述热机工作时能量的转化和损失情况。 知道提高热机效率的途径和意义，了解热机效率在实际生活中的应用。 科学思维 通过对热机能量损失的分析，培养学生的逻辑推理和分析归纳能力。 运用类比、对比的方法，理解热机效率与机械效率的联系与区别，提升科学思维水平。 科学探究 经历探究热机效率影响因素的过程，学习科学探究的方法，包括提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、分析论证等。 能够通过收集证据，对热机效率问题进行探究和分析。 科学态度与责任 认识到提高热机效率对节约能源、保护环境的重要性，培养学生的节能意识和环保责任感。 激发学生对科学技术的兴趣，培养学生勇于探索、敢于创新的科学态度。 学习目标 教学重点 教学重点 1.热机效率的定义、物理意义及相关计算，熟练运用公式有用放 。 2.掌握提高热机效率的常见方法，如使燃料充分燃烧、减少热量损失、减小摩擦等及其原理。 1.从能量转化和守恒角度，深入理解热机效率概念，明确热机效率小于100%的原因。 2.综合运用热机效率知识，分析实际热机效率低的原因，并提出全面可行的改进措施。 重点难点 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油或柴油不好吗？ 课堂导入 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储存的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗? 课堂导入 人类在原始社会时就知道燃烧柴薪来取暖、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燃烧中获得的。 人类燃烧柴薪取暖 燃烧天然气获取内能 内燃机燃烧汽油，获取内能，通过做功 转化为机械能 蒸汽机靠燃烧煤炭获取内能，通过做功转化为机械能 1.人类从燃料的燃烧获取内能。 2.燃料的种类：①固体燃料：煤炭、木材等； ②液体燃料：酒精、汽油等； ③气体燃料：天然气、煤气等。 课堂导入 3.燃料的燃烧是一种化学反应（化学变化）. 燃料燃烧过程中，将燃料储存的化学能转化为燃气（火焰）的内能。 燃料燃烧放出热量（Q）。 固体燃料燃烧 液体燃料燃烧 气体燃料燃烧 课堂导入 【实验设计】选取相同质量的不同燃料，点燃后，对相同质量的水进行加热，比较两杯水温度的升高多少，来确定燃料的放热本领。 实验方法 控制变量法和转换法 大量的实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。 我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 探究新知 　 4.燃料的热值：某种燃料完全燃烧放出的热量（Q)与其质量(m)之比，叫作这种燃料的热值（q）。 　　物理意义 热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 热值的单位 焦每千克（J/kg） 燃料的热值反映燃料的燃烧放热能力（本领） 　 燃料的热值：某种燃料完全燃烧放出的热量（Q)与其体积(V)之比，叫作这种燃料的热值（q）。 热值的单位 焦每立方米（J/m3） 探究新知 观察热值表，你有什么收获？（信息、物理含义） 焦炉煤气 约1.7×107 木炭 3.4×107 煤油 4.6×107 无烟煤 约3.4×107 氢气 1.4×108 沼气 约1.9×107 焦炭 3.0×107 柴油 4.3×107 烟煤 约2.9×107 酒精 3.0×107 干木柴 约1.2×107 气体（ J/m3 ） 液体（ J/kg ） 固体（ J/kg ） 常用燃料的热值 汽油 4.6×107 5.燃料完全燃烧放出的热量 Q=qm (热值单位为焦每千克） 或 Q=qV（热值单位为焦每立方米） 探究新知 【例题】 关于燃料的热值正确的是（ ） A．燃料的热值与燃料的燃烧程度有关 B．燃料的热值与燃料的种类有关 C．燃料的热值与燃料的多少有关 D．燃料的热值与上面三个因素都有关 B 探究新知 【例题】2025年5月21日，我国“力箭一号”遥七运载火箭将6颗卫星顺利送入预定轨道，此次任务是该型号运载火箭第7次飞行。如图是火箭发射时的情景，下列说法正确的是【 】 A. 火箭加速升空过程中，力改变了火箭的运动状态 B. 火箭加速升空过程中，卫星相对于火箭是运动的 C. 火箭以氢为燃料，是因为氢的热值小 D. 火箭加速升空过程中，卫星的动能不变，重力势能增大 【解析】A．火箭点火升空，向后喷出尾气，推动火箭高速运动，是力改变了火箭的运动状态； B．火箭加速升空过程中，卫星相对于火箭位置没有发生变化，卫星是静止的； C．火箭以氢为燃料，是因为氢的热值大，完全燃烧相同质量的燃料，热值大的燃料可以放出更多的热量； D．火箭加速升空过程中，卫星的质量不变，速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大。 A 探究新知 液态氢的热值大 火箭采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的热值，发射卫星需要的能量一定，液体氢燃烧放出一定热量，需要完全燃烧的燃料质量小（或完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量）。 q氢气=1.4×108J/kg 探究新知 知识点二 加热效率 【想想议议】在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？ 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。 燃料很难完全燃烧 探究新知 知识点二 加热效率 用炉火加热物体，物体吸收的热量小于消耗的燃料完全燃烧放出的热量的原因： 1.消耗的燃料由于燃烧条件限制而没有完全燃烧，一部分以烟（雾）的形式排放到大气中； 2.燃料燃烧放出的热量没有被物体全部吸收，一部分被炉具、盛装物体的容器吸收，一部分散失到空气中。 用煤烧水 用天然气烧水 用木柴烧水 探究新知 知识点二 加热效率 加热效率（燃料的利用率） 利用内能加热物体时，有效利用的热量（ ）跟消耗的燃料完全燃烧放出的热量（Q）之比，叫做加热效率（燃料的利用率或炉子的效率）η = Q吸 Q —— 提高炉子效率的方法途径： （1）改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧； （2）减少各种热散失。 炉子的效率小于1的原因: （1）燃料没有完全燃烧； （2）燃料燃烧放出的热量没有被被加热物体全部吸收，有一部分散失了。 探究新知 知识点二 加热效率 通过热传递内能从燃气转移（传递）到被加热物体，被加热物体吸收热量（增加的内能） Q 吸= c m ( t - t0 ) 若热传递中无热散失 Q =Q吸 若热传递中有热散失 Q > Q吸 利用内能加热物体 燃料燃烧放出热量 Q = qm 或Q = qV 探究新知 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，叫做热机的效率。 公式 η = Q有用 Q总 热机的效率 知识点三 热机效率 探究新知 【例题】 某家用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m3(假设天然气完全燃烧)。已知水的比热容为4.2×103J/(kg•℃)，天然气的热值为3.2×107J/m3。求：  (1)天然气完全燃烧放出的热量。 (2)水吸收的热量。 (3)该热水器工作的效率。 知识点三 热机效率 探究新知 (1)天然气完全燃烧放出的热量。  (2)水吸收的热量。 (3)该热水器工作的效率。 解：Q放=qV=3.2×107J/m3×1m3=3.2×107J Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（50℃-20℃）= 1.26×107J η= = ≈39.4% 知识点三 热机效率 探究新知 蒸汽机6%~15% 一些热机的效率 汽油机 20%~30% 柴油机约为30% ~45% 喷气式发动机约为50% ~60% 知识点三 热机效率 探究新知 【思考】如何提高热机效率，节约能源，减少污染？ 1 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧； 2 改进热机，减少各种热量散失； 3 注意热机维护，减少因克服摩擦做功而额外消耗的能量 加强技术创新,采用先进的工艺和技术设计制造热机 4 知识点三 热机效率 探究新知 知识点三 热机效率 探究新知 1.下列关于热值的说法中正确的是 (　　) A.燃料燃烧越充分,热值越大 B.2 kg的煤完全燃烧比1 kg的煤完全燃烧时的热值大 C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg D.热值是燃料的一种特性,与燃料的质量无关,不同的燃料热值一般不同 D 课堂练习 2. 为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中能提高热机效率的是 (　　) A.使燃料燃烧不充分 B.增大热机部件间的摩擦 C.尽量减少废气带走的热量 D.尽量增加热机的工作时间 C 课堂练习 ①热值：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比。 是燃料的一种特性。 ④热机的效率：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。 ⑤提高热机 效率的方法 利用废气的能量 ③燃料完全燃烧放热： 减少机械摩擦 尽量使燃料充分燃烧 q q（气体） ②单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/ m3 ） Q Q η 热机的 效率 课堂小结 1.基础性作业：教材P34，练习与应用 ①-⑤题 2.拓展性作业： 调查家里汽车（或附近汽车维修店、工厂里的热机设备）的热机效率相关情况，比如汽车的油耗、发动机技术特点等，分析其效率高低及可以改进的地方，写成一份简单的调查报告（字数不限，能清晰表达观点即可 ）。 布置作业 谢谢聆听 谢谢聆听 学习目标 Lavf58.12.100 Lavf58.46.101 $$