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

第3节 《热机的效率》导学案 一、学习目标 1.理解燃料热值的概念，能说出热值的单位； 2.掌握热机效率的定义和计算公式，能进行简单的计算；了解提高热机效率的常见方法； 3.通过机械效率与热机效率的类比迁移，培养能量转化的定量分析能力。 二、重点难点 1.重点：燃料热值的概念及相关计算；热机效率的定义和计算公式应用。 2.难点：理解热机效率总小于1的原因；区分功率与效率的不同含义；结合实际案例分析提高热机效率的具体措施。 三、自主预习 1.燃料燃烧过程是______能转化为______能的过程，这是一种______变化（填 "物理" 或 "化学"）。 2.某种燃料______燃烧放出的热量与其______（或体积）之比，叫做这种燃料的热值。 3.热值的单位：固体和液体燃料通常用______，气体燃料通常用______。 4.燃料完全燃烧放出热量的计算公式：质量燃料用______，体积燃料用______（用符号表示）。 5.热机效率是指用来做______的那部分能量与燃料______燃烧放出的能量之比，用符号______表示。 6.热机效率的计算公式为______，其数值总是______1（填 "大于"、"小于" 或 "等于"）。 7.热机工作时的能量损失主要包括：燃料未完全燃烧损失、______带走的热量、______消耗的能量等。 四、探究新知 （一）燃料的热值 探究过程：比较不同燃料的放热能力 1.提出问题：家庭生活中常用煤、天然气、汽油等燃料，不同燃料燃烧释放热量的本领相同吗？ 2.设计实验：某小组组装了两套规格完全相同的实验装置，分别燃烧煤油和菜籽油加热相同质量的水，记录实验数据如下（请完成填空）： （1）实验中需要控制的变量：燃料的______相同、水的______和初温相同、加热装置相同。 （2）实验现象：在相同时间内，______（煤油/菜籽油）加热的水温升高更快。 （3）实验结论：不同燃料燃烧放出热量的本领不同，______的放热本领更强。 3.概念建构：为了表示燃料的这种特性，物理学中引入______概念，它的定义是______。 4.单位换算：已知汽油的热值是 4.6×10⁷ J/kg，表示的物理意义是____________________。 例题1：2023 年 5 月 28 日，C919 大型客机进行首次商业载客飞行，飞机发动机选用航空煤油作为燃料。若航空煤油的热值为 4.6×10⁷ J/kg，完全燃烧 50 kg 航空煤油放出的热量为多少？ （二）热机的效率 探究过程：分析热机的能量转化 1.情景分析：汽车行驶时，汽油在发动机内燃烧释放能量，但并不是所有能量都能用来驱动汽车前进。请分析下列能量流向： （1）汽油完全燃烧放出的能量 Q 放是总能量。 （2）气缸散热损失一部分能量，废气带走大部分______。 （3）发动机运转时，机械部件之间的______消耗一部分能量。 （4）剩下的能量用来推动汽车前进，即______（用符号表示）。 2.定义推导：热机效率 η 是______与______的比值，公式写作_______________________。 3.数据分析：结合能流图可知，由于存在多种能量损失，热机效率总是______，通常汽油机效率约为 20%~30%，柴油机效率约为 30%~45%。 例题2：关于热机效率，下列说法正确的是（ ） A. 热机的功率越大，它的效率越高 B. 使用的燃料热值越大，它的效率越高 C. 汽油机的效率一定比柴油机高 D. 热机效率越高，表示燃料燃烧放出能量的利用率越高 （三）提高热机效率的途径 探究过程：分析能量损失的优化方案 1.资料分析：阅读下列材料并填空： 材料 1：内燃机通过控制燃油喷射量、喷射间隔时间，以及改变气门开度等方法，使燃料更加充分燃烧。 材料 2：大型发电机常用蒸汽轮机推动，利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 材料 3：发动机保养时，保证良好的润滑可以减少因_____________而额外消耗的能量。 2.措施归纳：提高热机效率的主要途径有： 使燃料____________；尽量减少各种_______________；在设计制造上采用___________；定期保养，减少___________损耗。 3.拓展讨论：提高热机效率有什么实际意义？（从能源节约和环境保护两方面分析） _________________________________________________________________________________ 例题3：某型号农用拖拉机，为提高发动机效率需要在______冲程让燃料充分燃烧。若发动机效率从30%提高到35%，则同样消耗 1 kg 柴油，能多做多少有用功？（柴油热值取 4.3×10⁷ J/kg） 五、课堂练习 1.燃料燃烧时，将__________能转化为__________能。质量为 5 kg 的某种燃料完全燃烧放出的热量是 1.5×10⁸ J，则这种燃料的热值是__________J/kg。 2.热机效率是热机性能的重要指标，它表示热机用来做__________的能量与燃料________所释放能量的比值。某汽油机工作时效率为 25%，表示的物理意义是_________________________。 3.下列措施中，不能提高热机效率的是（ ） A. 改善燃烧条件，使燃料充分燃烧 B. 采用新技术，减少热机的各种热量损失 C. 增加热机的工作时间 D. 注意保养，保证热机部件间有良好的润滑 4.一辆汽车以 20 m/s 的速度在平直公路上匀速行驶了 3 km，受到的阻力为 1200 N，燃烧了 0.3 kg 汽油。已知汽油的热值为 4.6×10⁷ J/kg，求： （1）汽车行驶的时间； （2）汽车发动机所做的有用功； （3）发动机的效率。 5.某款国产无人驾驶汽车，在平直高速路上匀速行驶 4.6 km，发动机牵引力始终为 1000 N，消耗汽油 0.25 kg。已知汽油热值为 4.6×10⁷ J/kg，求： （1）汽车发动机所做的有用功； （2）汽油完全燃烧放出的热量； （3）汽车发动机的效率。 第 1 页 学科网（北京）股份有限公司 $$