第14章 第3节 热机的效率（讲解课件）-【优翼·学练优】2025-2026学年新教材九年级物理上册同步备课（人教版2024）

第十四章 内能的利用 第3节 热机的效率 单击此处编辑 第二级 第三级 第四级 第五级 0 1 素养目标 物理观念：了解燃料热值的定义，知道它是燃料的一种特性，仅与燃料种类有关，反映燃料燃烧的放热本领。掌握热机效率的定义，能提出提高热机效率的方法与措施。 科学思维：利用热值的概念，推理归纳出燃料完全燃烧时放出热量的计算公式，并能进行简单计算。 科学探究：通过查找资料，探究影响热机效率的因素，使学生学会寻找证据从而验证猜想。 科学态度与责任：了解热机的使用对社会的贡献与带来的问题，感受到自然科学的发展和先进技术的应用在推进社会发展的同时，也造成了环境污染等问题，激发学生的社会责任感。 潍柴动力发布全球首款本体热效率53.09%柴油机和全球首款本体热效率54.16%商业化天然气发动机。 情境导入 引导提问：你知道柴油和天然气这两种燃料有什么不同吗？热机效率是指什么？ 什么是热机？ 汽油机和柴油机的内能从哪来？ 利用内能做功的机械叫作热机 燃烧汽油和柴油 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：回答问题。 你知道火箭是如何获得巨大的机械能的吗？它用的是什么燃料呢？为什么发射火箭不用汽油或柴油呢？ 新知探究 任务一 燃料的热值 视频 火箭发射 衔接：这几年我国在航天领域可以说是硕果累累，各类火箭发射的成功率高达百分之百。让我们一起来欣赏一下我们国家的火箭发射成就。 火箭常用的燃料有偏二甲肼、无水肼、液氢等，这些燃料都不是很好得到，因此价格昂贵，那为什么不使用比较便宜的柴油或汽油作为燃料呢？学完这节课大家就知道了。 要烧开一壶水，我们可以使用哪些燃料呢？ 木柴、煤炭…… 酒精、汽油、煤油…… 煤气、天然气…… 固体燃料 液体燃料 气体燃料 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：人类在原始社会就知道燃烧木材来取暖，在现代社会，人们所用的能量很大一部分是来源于燃料的，在现代人类能够利用的燃料种类也越来越多了。现在请大家思考这样一个问题。 某工厂要给所有员工每天提供10t开水，现在分别使用木柴、煤烧开水。你更倾向于使用哪一种燃料？ 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：来，我们继续来烧开水。（幽默过渡）用锅炉烧开水 这也太多了吧！ 一小车就足够了。 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：现在我们已经把工厂要用的燃料准备好了，大家看一看，有什么感受？ 我们发现如果烧同样多的水，消耗的木柴的质量要大于消耗的煤的质量。我们发现，烧开同样质量的水，消耗的木柴质量要大于消耗的煤的质量。 相同条件下，1kg木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？ 如何描述物质的这种能力呢？ 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 热值：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。 符号：q 单位：焦每千克，符号J/kg 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：好，现在我们再来继续思考这样一个问题。 这说明煤燃烧释放热量的能力要比木柴要强。如何描述物质的这种能力呢？我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 强调完全燃烧以及热值是物质本身的属性。 请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。 新知探究 任务一 燃料的热值 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg 烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg 无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg 焦炭 3.0×107J/kg 氢气 1.4×108J/kg 木炭 3.4×107J/kg 焦炉煤气 约1.7×107J/m3 酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3 衔接：现在请同学们看一下书本上的燃料的热值表。 质量 完全燃烧放出的热量 1kg干木柴 2kg干木柴 m kg干木柴 1.2×107J 1.2×107J×2 1.2×107J ×m m kg某燃料 q × m 完全燃烧放出的热量=热值×质量 Q = qm Q = qV 对于气体： m = q Q q = m Q 新知探究 任务一 燃料的热值 对于固体、液体： 衔接：既然1kg的干木柴完全燃烧释放的能量是1.2×107J，那么……，（分别提问2kg、mkg的干木柴、mkg的某燃料完全燃烧的热量） 例题 某一艘运载火箭发射时，使用了300t 的液氢，这些燃料完全燃烧时能释放多少热量？ 解：放出热量 Q = qm =1.4×108 J/kg× 300×103 kg =4.2×1013 J 若用汽油完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨汽油？ 需要汽油 m = = ≈9.13105kg=913t 4.2×1013 J 4.6×107J/kg 新知探究 任务一 燃料的热值 衔接：现在，有谁还记得火箭使用的什么燃料呢？为什么使用这种燃料呢？我们来计算一下。我们可以发现，如果使用汽油的话，火箭的重量会变得非常大，这样的话火箭是无法起飞的。 家里使用煤气灶烧热水，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧的热量能够被水完全吸收吗？ 1.燃料很难完全燃烧 2.高温的烟气带走一部分热量 3.装水的容器会吸收一部分热量 4.煤气灶会吸收一部分热量 …… 新知探究 任务二 热机的效率 衔接：现在我们又得烧热水啦。想想一下自己的生活体验，如果家里用煤气灶烧水，煤气能完全燃烧吗？…… 1.燃料很难完全燃烧（我们会闻到煤气味，这说明有一部分煤气没有被燃烧，还可以举例，烧木炭的时候，把烧完的木炭敲开，发现里面还有一部分是黑色的，说明没烧完，也就是没有完全燃烧。）2.3.4. 我们会发现有很多热量都浪费掉了。 η＝　　　　　　　　　 W有用 W总 Q吸 Q放 η＝　　　　　　　　　　 热效率：吸收的能量与燃料完全燃烧放出能量的比值。 新知探究 任务二 热机的效率 衔接：大家还记得机械效率吗？（之前举的例子，端起水杯喝水，见八下课件机械效率） 1.有用功是什么？ 为达到目的必须做的对人们有用的功。 我们的目的是把水加热，也就是说水吸收的热量才是有效的。（类比之前说的拿起水） 2.额外功是什么？ 人们不需要但又不得不做的功。 但是在加热的过程中，燃料无法完全燃烧，这里有能量损失，壶吸收的热量，燃气灶吸收的热量等等，这是都是额外消耗的能量。 3.总功是什么？ 额外功和有用功的总和。 燃料在完全燃烧释放的热量就是刚才所有无法利用的能量加上水吸收的能量的总和。 那么类比机械效率，我们这里也可以得到一个效率。我们把它叫做热效率。 内燃机中燃料能够完全燃烧吗？燃料燃烧放出的热量都分别流向哪了？ 燃料的 化学能 燃料无法完全燃烧 废气带走的能量 克服摩擦做功 机器传热消耗的能量 做有用功的能量 W有用 Q放 η＝ 机器的效率能达到100%吗？ 热机的效率：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。 新知探究 任务二 热机的效率 衔接：对于热机来说，也存在这样的情况。机器表面发烫、机器摩擦做功、机器传动装置的机械能、尾气带走一部分能量……。只有使汽车运动的能量才是有用功。 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。 新知探究 任务二 热机的效率 (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% 新知探究 任务二 热机的效率 汽油机的效率为 20%~40% 蒸汽机的效率只有6%~15% 柴油机的效率为30%~45% 新知探究 任务二 热机的效率 衔接：我们生活中也有很多热机，它们的效率是多少呢？（展示图片) 你们觉得它们的效率高吗？ 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，减少各种能量损失，提高效率； 3.利用废气的能量，提高燃料的利用率。 新知探究 任务二 热机的效率 衔接：热机的效率是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做同样功的情况下，就能够消耗较少的能源，从而节约能源，减少污染。 我们发现现在的热机的效率是普遍偏低的，还有很大的提升空间。那么我们可以用什么办法提高热机效率呢？ 从火车到火箭 新知探究 任务二 热机的效率 “中国航天之父”钱学森 视频 从火车到火箭 热机的效率 燃料的热值 热机的效率 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 提高热机效率的方法 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（或体积）之比 单位：J/kg J/m3 公式：Q = qm Q = qV Q吸 Q放 η＝ W有 Q放 η＝ 课堂小结 1. 下列关于热值的说法正确的是（ 　　） A．容易燃烧的燃料热值大 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．燃料不完全燃烧时热值变小 D．燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关 D 课堂练习 2. 关于热机效率，下列说法正确的是（ 　　） A.热机效率越高，即热机做的有用功越多 B.热机效率越高，即热机的功率越大 C.要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑 D.提高热机效率，有利于环保减排 CD 课堂练习 3.如图所示为内燃机的能量流向图，则热机效率为（ 　　） B 课堂练习 4.有朋自远方来，烧一壶热水，拈几许茶叶，置于瓷制器皿中，沸水冲泡，这是山东人独有的待客之道。如果用酒精炉烧水，将质量为2kg、温度为10℃的水加热（1个标准大气压下），需完全燃烧42g酒精，酒精炉效率为70%。（已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3.0×107J/kg） 求：（1）42g酒精完全燃烧放出的热量。 （2）水升高的温度。 课堂练习 解：（1）42g酒精完全燃烧放出的热量： Q放＝q酒精m酒精＝3.0×107J/kg×42×10-3kg＝1.26×106J。 （2）由η＝ 可得，水吸收的热量： Q吸＝Q放η＝1.26×106J×70%＝8.82×105J， 由Q吸＝cm△t可得，理论上水升高的温度： △t＝ ＝ ＝105℃， 因1个标准大气压下水的沸点为100℃，且沸腾以后温度不变， 所以，水实际升高的温度为100℃-10℃＝90℃。 课堂练习 声 明 本文件著作权为创作公司所有，仅限于教师教学及其他非商业性和非盈利性用途。如发现盗用、转卖、网络传播等侵权行为，本公司将依法追究其相应法律责任。 部分素材选自网络，如有争议，请联系删改。 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $