14.3 热机的效率 2025-2026学年物理人教版（2024）九年级全一册

第十四章　内能的利用 第3节　热机的效率 第1课时　热值 2022版课标 学习目标 1.从能量转化的角度认识燃料的热值. 2.从能量的转化和转移的角度认识效率 1.知道热值的定义. 2.知道热值的物理意义. 3.通过计算热效率认识能量转移过程中的利用率. 4.了解提高燃料利用率的措施 第十四章　内能的利用 真实任务 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 小明经常陪家人去茶楼喝早茶，发现有些茶楼用酒精灯煮水，有些用小型煤气炉煮水.于是，小明对使用哪种燃料可以更快将水烧开产生了好奇.你能帮小明想到区分的办法吗？生活中我们是如何判断一种燃料的优劣的？ 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 学习过程 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 思考 小明通过查阅资料得到如下信息. 热值初探 燃料种类 所需燃料质量/g 水的初温/℃ 水的末温/℃ 水的质量/kg 木柴 14 20 24 10 酒精 14 20 30 10 煤油 3.65 20 24 10 注：以上表格中所需燃料质量是指在燃料完全燃烧且不计热量损失的情况下. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 ［讨论］①10kg水从20℃升高到24℃，吸收的热量为　1.68×105　J.  ②10kg水从20℃升高到30℃，吸收的热量为　4.2×105　J.  ③木柴和酒精对比，哪种燃料能更快将水烧开？ 你的判断是：　酒精　；理由是：燃料　质量　相同，完全燃烧后其能放出更　多　的热.  ④木柴和煤油相比，哪种燃料能更快将水烧开？ 你的判断是：　煤油　；理由是：释放相同的　热量　，其所需的燃料质量更　少　.  ⑤酒精和煤油相比，哪种燃料能更快将水烧开？请说说你的判断依据. 1.68×105 4.2×105 酒精　 质量 多 　煤油 热量 少 【答案】略 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 归纳总结：(1)物理上，把某种燃料完全燃烧　放出的热量　与其　质量　之比，叫作这种燃料的热值，用符号　q　表示.  (2)定义式：　q=　单位是　J/kg　.  (3)对于某些气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量，计算公式为：　q=　，单位是　J/m3　.  (4)热值大的含义：表示等质量的燃料，充分燃烧后，　放出的热量　更多.  (5)热值的大小与　燃料的种类　有关，与燃料的质量、放出的热量等无关.  放出的热量 质量 q q= J/kg q=　 J/m3 放出的热量 燃料的种类 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 1.在煤炭市场中，少数不法商贩将矸石粉碎后掺在优质煤中销售，为了避免客户上当，最恰当的方法是检测下列物理量中的( B) A.热量 B.热值 C.内能 D.密度 B 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 2.(1)燃料的种类多种多样，火箭发射探测器使用液态氢做燃料，原因是氢的　热值　大.  (2)干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧400g干木柴放出的热量为　4.8×106　J；干木柴用掉一半后热值　不变　(选填“变化”或“不变”).将木柴做成木炭，用来烧烤时，烤肉的内能增加是通过　热传递　(选填“做功”或“热传递”)的方式实现的.  (3)天然气热值为4.2×107J/m3，完全燃烧0.04m3天然气释放的热量为　1.68×106　J，要释放这么多的热量，需要燃烧　0.14　kg干木柴.  热值 4.8×106 不变 热传递 　1.68×106 0.14 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 小明坐在用酒精灯煮水的炉子旁，感到周围暖暖的.爷爷告诉他，酒精燃烧释放的热量只有一部分被水吸收，这部分热量是有效利用的，另有一部分散失在周围的空气中.于是，小明找来了铁架台、酒精 灯、烧杯、陶土网、温度计、火柴、天平，想利用如图所示的器材测量用酒精灯煮水过程的能量利用率.实验前他 测出了酒精灯的质量为m1，实验后酒精灯 的质量变为m2，实验中装入烧杯中水的质 量为m，用酒精灯加热前后水的初温为t1、末温为t2. 热效率 探究 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 ［讨论］①水吸收的热量为：　Q )　.  ②酒精完全燃烧放出的热量为：　Q 　.  ③用酒精灯煮水的能量利用率的表达式为：　 (用题目所给符号表示).  Q吸=cm(t2-t1) Q放=(m1-m2)q η=  第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 归纳总结：(1)酒精燃烧过程中，将　化学　能转化为　内　能，煮水过程是通过　热传递　的方式改变水的内能.  (2)物理上，将加热过程中，被吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作　热效率　.  (3)定义式：η=  ×100%　.  (4)　热效率　是衡量锅炉质量的重要指标，　不能　达到100%，故η　<　1.  化学 内 热传递 热效率  ×100% 热效率 不能 < 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (5)提高锅炉热效率的过程，燃料的利用率　一定　提高，结合生活经验可知，提高锅炉燃料利用率的措施有：①　减少热量的损失　， ②　让燃料充分燃烧　.  一定 减少热量的损失 让燃料充分燃烧　 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 3.某家庭需要将40kg、20℃的水加热到70℃作为生活用的热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.4kg煤气.已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃).求： (1)将40kg、20℃的水加热到70℃需吸收的热量； 解：(1)水吸收的热量Q吸=cm水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×40kg×(70℃-20℃)=8.4×106J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (2)完全燃烧0.4kg煤气放出的热量； (2)完全燃烧0.4kg煤气放出的热量Q放=m煤气q=0.4kg×4.2×107J/kg=1.68×107J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (3)煤气灶烧水的效率. (3)煤气灶烧水的效率η=×100%=50%. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 4.小明同学早上用燃气灶烧水煮面时，把质量为2.5kg、初温为20℃的水加热刚好到100℃.假设天然气完全燃烧，已知燃气灶烧水的效率为40%，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为8.4×107J/m3.求： (1)水吸收的热量； 解：(1)水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×2.5kg×(100℃-20℃)=8.4×105J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (2)天然气完全燃烧放出的热量； (2)根据η==2.1×106J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (3)此烧水过程共燃烧了多少立方米的天然气. (3)由Q放=Vq可得，需要燃烧的天然气体积为V==0.025m3. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 作业检测 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 1.煤炭相比于木柴，煤炭具有更高的(B ) A.质量 B.热值 C.比热容 D.热量 2.下列关于热值的说法，正确的是(C ) A.5kg煤的热值大于3kg煤的热值 B.燃料的热值越大，燃烧放出的热量越多 C.燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关 D.燃料燃烧不完全时热值变小 B C 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 3.用铝壶在天然气灶上烧水的过程中(B ) A.水的温度越高，含有的热量越多 B.通过热传递的方式改变水的内能 C.水蒸气顶起壶盖使其内能增加 D.天然气燃烧越充分，热值越大 B 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 4.为了提高锅炉的效率，某工厂的工人想了以下一些方法，其中正确的是( C) A.把大的煤块送进炉膛，并加大送风量 B.把大的煤块送进炉膛，并减小送风量 C.把煤粉送进炉膛，并加大送风量 D.把煤粉送进炉膛，并减小送风量 C 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 5.如图是甲、乙两种燃料完全燃烧时的Q-m图像，哪种燃料燃烧时释放热量的本领强( A) A.甲燃料燃烧时释放热量的本领强 B.乙燃料燃烧时释放热量的本领强 C.甲、乙燃料燃烧时释放热量的本领一样强 D.条件不足，无法判断 A 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 6.在标准大气压下，小明家利用天然气灶把质量为1kg、初温为20℃的水烧开. (1)在此过程中水需要吸收多少热量？［c水=4.2×103J/(kg·℃)］ 解：(1)水吸收的热量Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1kg×(100℃-20℃)=3.36×105J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (2)通过观察天然气表得知消耗了0.02m3的天然气，如果天然气的热值为3.6×107J/m3，则天然气灶的热效率是多少？(结果精确到0.1%) (2)天然气完全燃烧放出的热量Q放=V气q气=0.02m3×3.6×107J/m3=7.2×105J， 天然气灶的热效率η=×100%≈46.7%. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (3)如用效率是70%的节能煤油炉来烧开1kg初温为20℃的水，需要煤油多少千克？(q煤油=4.0×107J/kg) (3)如用效率是70%的节能煤油炉来烧开1kg的初温为20℃的水，由η==4.8×105J， 由Q放=mq可知，需要煤油的质量m煤油==0.012kg. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 学后反思 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 结合结构图反思一下学了哪些知识点？是如何获得的？可解决生活中哪些问题？ 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 序号 学习目标 优秀★★★ 良好★★ 一般★ 1 知道热值的定义       2 知道热值的物理意义       3 通过计算热效率认识能量转移过程中的利用率       4 了解提高燃料利用率的措施       第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 第十四章　内能的利用 第3节　热机的效率 第2课时　热机效率及计算 2022版课标 学习目标 1.了解热机效率和提高热机效率的方法. 2.能计算热机的效率 1.通过计算热机的效率认识能量转化过程中的利用率. 2.了解提高热机的效率的措施.了解提高燃料利用率的措施 第十四章　内能的利用 真实任务 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 　热机的效率是热机问世以来科学家、发明家和工程师们一直研究的重要问题.最好的空气喷气发动机，在比较理想的情况下其效率也只有60%，应用最广的内燃机，其效率只能达到40%.长征二号F是一种大型两级捆绑助推器运载火箭，是我国主要用于发射神舟载人飞船和大型目标飞行器到近地轨道的运载火箭，使用偏二甲肼的液体燃料，既增大了火箭发动机的动力，也能提高发动机的效率. 　　如何计算热机的效率？如何提高热机的效率？为什么火箭发射使用偏二甲肼的液体燃料？ 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 学习过程 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 思考 某物理小组的同学在社会实践活动中.通过实际调查和网上查询，绘制了一辆某种型号汽车，在正常情况下行驶时单位时间的能量流向图，如图所示. 　热机效率的计算 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 ［讨论］①输入到发动机的能量为　8×104　J.  ②若将机器转化有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，由图中提供的数据可得，该汽车的能量转化效率为　12.5%　.  ③若汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，汽油的热值为q，燃烧m质量的汽油，表示能使汽车前进的距离为s，则该过程中汽车发动机所做的有用功为W有=　Fs　，汽油完全燃烧释放的能量为Q放=　mq　，该汽车发动机的能量转化效率为：  　(用所给的物理量表示).  8×104　 12.5% Fs　 mq 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 归纳总结：(1)汽油机做功过程中，燃料燃烧将　化学　能转化为　内　能，推动活塞做功时，将　内　能转化为　机械　能.  (2)在热机中，将用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热之比，叫作热机的　效率　.  (3)定义式：　η= 　.  化学 内 内 机械 效率 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 1.小明同学阅读了某品牌汽车发动机 的说明书后，将内燃机的能量流向制 成如图所示的图表. (1)请根据给出的信息，计算该内燃机的效率为　30　%.  (2)该内燃机完全燃烧0.5kg汽油能够获得的能量为　2.3×107　J，能输出的有用功为　6.9×106　J.(q汽油=4.6×107J/kg)  (3)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 　比热容　较大的特点.  30 2.3×107 　6.9×106 比热容 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 2.我国05两栖主战坦克是世界上水上速度最快、最先进的两栖突击车.某次执行任务时，该坦克在平直公路上以最大功率匀速行驶3000m，牵引力为7.2×104N，共消耗15kg柴油.(柴油的热值取4.0×107J/kg) (1)行驶过程中发动机牵引力所做的功为多少？ 解：(1)行驶过程中发动机牵引力做的功W=Fs=7.2×104N×3000m=2.16×108J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (2)柴油完全燃烧放出的热量是多少？ (2)柴油完全燃烧放出的热量Q放=m油q=15kg×4.0×107J/kg=6×108J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (3)该发动机的效率是多少？ (3)发动机的效率η=×100%=36%. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 小丽在放学回家的路上看到一辆正在行驶的小汽车冒“黑烟”，同时闻到了一股浓烈的汽油味，她意识到汽车的发动机中有部分汽油没有被利用.为了搞清楚热机的能量利用率问题，她回家查阅到了几种热机的效率数据，如下： ①蒸汽机的效率为6%~15%；②汽油机的效率为20%~40%；③柴油机的效率为30%~45%；④喷气式发动机的效率为50%~60%. 请结合以上材料及学习任务1中的汽车能量流向图，讨论以下问题. 热机效率的应用 思考 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (1)为什么热机的效率总是小于1？因为　有用功　只是能量的一部分，热机工作过程中，　不能　避免能量损耗.  (2)热机工作过程中，　废气　带走的能量最多.  (3)有哪些途径可以提高热机的效率？①　减小摩擦　； ②　减小热量损失　.  有用功 不能 废气 　减小摩擦　 减小热量损失 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 归纳总结：(1)能量的利用过程中，　不能　避免损失，故能量的利用率　不能　达到100%，即η　<　1.  (2)热机的发展一定程度上都是在提高热机的　效率　.热机的不断升级并没有彻底解决能量利用率不高的问题，火箭发射使用偏二甲肼的液态燃料，是利用其　热值　大，能释放　更多　热量，提供更大的动力.  (3)提高热机效率的过程，燃料的利用率　一定　提高；利用废气的能量，可提高　燃料利用率　(选填“热机效率”“燃料利用率”或“热机效率和燃料利用率”).  　不能 不能 < 　效率 热值 更多 一定 燃料利用率 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 3.如图所示是某型号单缸四冲程汽油机使用时的能量流向示意图，则该汽油机工作时的效率为　40%　.若将该型号的汽油机加以改装，改装为六冲程的汽油机，改装后，它的每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程汽油机相同，在第四冲程结束后，立即向气缸内喷水，水在高温气缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，再次推动活塞做功.分析可知，改装后的单缸六冲程汽油机的热机效率将　大于　(选填“大于”“小于”或“等于”)原单缸四冲程汽油机的热机效率.  40%　 大于 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 4.当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将 　降低　(选填“升高”“不变”或“降低”).有经验的司机可通过闻汽油味来判断内燃机的效率高低，汽油味越浓，说明该内燃机的效率　越低　.截至2024年，我国汽车的保有量已突破3.45亿辆，每年共耗油约4.8×1011kg.汽车内燃机的效率平均值取30%，如果能把内燃机的效率提高2%，则我国每年可以节约　3×1010　kg燃油，从而减小碳排放，为环保作出贡献.  降低 降低 　3×1010 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 作业检测 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 1.2025年4月4日17时17分，神舟二十号载人飞船在酒泉卫星发射基地成功发射.运载飞船的火箭一般用液氢来做燃料，主要是因为液氢的( B) A.比热容较大 B.热值较大 C.密度较大 D.污染较大 2.下列关于热机的说法中正确的是( ) A.热机是把机械能转化为内能的机器 B.汽油机经过技术改进，效率可达百分之百 C.效率高的热机对燃料的利用率就高 D.使用热值大的燃料，热机就能提高其效率 B C 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 3.如图所示的汽车采用了2.0T涡轮增压汽油发动机，在相同时间内涡轮增压发动机通过压缩空气来增加进气量，可以燃烧更多的燃料，以增加发动机的输出功率，有动力强的优势，更适合高速行驶，关于这款汽车下列说法正确的是( C) A.燃料热值越大，燃烧后放出的热量越多 B.做功冲程中气缸内气体的内能增大 C.未来得及燃烧就被排放出来的汽油热值不变 D.涡轮增压发动机效率可达到100% C 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 4.汽车是常见的交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图.下列有关说法正确的是( D) A.甲图中活塞对气缸内的气体做功，气体的温度降低 B.乙图中汽油机的效率是30% C.汽车尾气中的“汽油味”越浓，燃料燃烧得越不充分，汽油的热值越小 D.冬天汽车都会利用废气中的余热给车内供暖，该举措提高了燃料的利用率 甲 乙 D 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 5.如图所示是四冲程内燃机工作循环中的　做功　冲程.若此内燃机1min内对外做功1200次，则曲轴的转速是　2400　r/min.在一个工作循环中消耗了20g汽油(q汽油=4.6×107J/kg)，完全燃烧放出的热量为　9.2×105　J；若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为　2.76×105　J.用水冷却汽车发动机是因为水的　比热容　大.  做功 2400 9.2×105 2.76×105 比热容 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 6.一辆氢气动力试验汽车，10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.15kg的氢气，汽车发动机提供的牵引力为1.05×103N，氢气的热值取4×108J/kg，g取10N/kg.求： (1)氢气完全燃烧放出的热量； 解：(1)完全燃烧0.15kg氢气放出的热量Q放=mq=0.15kg×4×108J/kg=6×107J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (2)牵引力做的功； (2)此过程汽车发动机提供的牵引力做的功W=Fs=1.05×103N×1.2×104m=1.26×107J. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 (3)汽车发动机的效率. (3)汽车发动机的效率η=×100%=21%. 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 学后反思 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 结合结构图反思一下学了哪些知识点？是如何获得的？可解决生活中哪些问题？ 第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 序号 学习目标 优秀★★★ 良好★★ 一般★ 1 通过计算热机的效率认识能量转化过程中的利用率       2 了解提高热机的效率的措施       3 了解提高燃料利用率的措施       第十四章　内能的利用 真实任务 学习过程 作业检测 学后反思 $