10.4 热机的效率 同步课件-2025-2026学年沪科版（五四学制）九年级物理上册

该初中物理课件围绕“热机的效率”展开，涵盖燃料分类、热值定义与计算、热机效率概念及应用等核心知识点。课堂导入通过“火箭为何用氢做燃料”等问题驱动，结合复习热机旧知，搭建新旧知识衔接的学习支架。 其亮点在于融合科学探究（设计燃料放热本领实验，用控制变量法和转换法）、科学思维（热值与效率的推理计算）和物理观念（能量转化与利用），实例丰富（火箭燃料选择、烧水效率计算）。学生能深化理解并联系实际，教师可借助资料高效开展教学，提升学生学科核心素养。

10.4 热机的效率 复习： (1)什么样的机械叫热机? (2)汽油机和柴油机的共同特点有哪些? (3)用于做功的内能从何而来? 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油或酒精不好吗？ 现代社会，人类使用的能量，大部分是怎样获得的呢？ 柴薪 石油 煤炭 天然气 燃料的热值 一 讲授新课 生活中我们可以使用哪些燃料？ 该如何分类？ 固体燃料 液体燃料 气体燃料 木炭、煤等 汽油、酒精等 煤气、天然气等 2. 能量转化： 化学能转化为内能 1. 燃料的分类 分析与思考 （1）1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？ （2）相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？ （3）1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？ 讲授新课 归纳与小结 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。（符号：q） 物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 国际单位：焦每千克，符号是J/kg。 固体或液体燃料完全燃烧放出的热量的计算公式为Q=qm，气体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为Q=qV。 讲授新课 观察与思考 讲授新课 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。 固体燃料 液体燃料 气体燃料 木炭、煤等 汽油、酒精等 煤气、天然气等 燃料的分类 想想议议 相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？ 要找出事实来支持你的观点，并进行分析。 烧水时，烧开同样一壶水需要木柴质量多，而需要煤气质量却较少。 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。 相同质量的木柴和煤气燃烧时，放出的热量是不同的。 探究不同燃料的放热本领 提出问题： 不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领强呢？ 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　 干木柴 实验过程： 选择相同质量的干木柴和酒精，分别对相同质量，初温相同的水进行加热，观察实验现象，收集实验数据，并分析。 温度 燃料 加热前温度/℃ 燃料燃尽后的温度/℃ 水温的变化/℃ 5g酒精 28 83 55 5g干木柴 28 62 37 实验数据： 实验结论： 相同质量的酒精和木柴加热完全相同的水，水升高的温度不同，酒精加热的水升高的温度更多。 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。 燃料的热值 定义： 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值。 单位： 固体液体燃料：J/kg 气体燃料：J/m3 理解： 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。 表示符号： q 表达式： 同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 物理意义： q汽油=4.6×107J/kg表示： 1kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6x107J。 为什么火箭大多用液氢作为原料？ 因为氢的热值大 2.下列关于热值的说法正确的是（ ） A. 2 kg 煤的热值大于 1 kg 煤的热值 B. 燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C. 0.5 kg 酒精完全燃烧时放出的热量为1.5×107 J， 则此酒精的热值是 0.75×107 J/ kg D. 燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关 1.下列关于热值的说法正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，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．燃料燃烧时温度越高，放出的热量不一定越多 练习 D D 热量与热值的相关计算 固、液体燃料 Q= qm Q：热量，单位：J q：热值，单位：J/kg m：质量，单位：kg 气体燃料 Q= qV Q：热量，单位：J q：热值，单位：J/m3 V：体积，单位：m3 解： 1 m3甲烷完全燃烧能产生多少J热量？这些热量可以使多少kg的水从20 ℃加热到100 ℃？[甲烷的热值q甲烷＝4.2×107 J/m3] 例 Q放= q甲烷V=4.2×107 J/m3x1m3=4.2×107 J Q吸= Q放=4.2×107 J 定义： 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫这种燃料的热值。 单位： 固体液体燃料：J/kg。气体燃料：J/m3 物理意义： 表示燃料燃烧的放热本领。 理解： 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等无关。 燃料的热值 一 表达式： 热量（J） 质量（kg） 热值（J/kg） 全记 数值上表示1kg的燃料完全燃烧放出的热量。 2、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 D 1.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 (　　) A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B．燃料没燃烧时就没有热值 C．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关 D．容易燃烧的燃料热值一定大 C 燃料的热值 一 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 1.4×108J/kg 木炭 3.4×107J/kg 煤气 约3.9×107J/m3 酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3 表中热值最大的燃料是什么？ 一些燃料的热值 燃料的热值 一 表示的物理意义是什么？ 1kg的汽油完全燃烧放出的热量为 你知道为什么发射火箭上天要用氢做燃料吗？ 发射火箭中用氢做燃料，原因是液态氢具有较高的热值，完全燃烧相同质量的氢时，可以释放出更多的热量。 讨论交流 燃料的热值 一 热值的定义、单位及公式 燃烧放热计算： 固、液体燃料 Q= qm Q：热量，单位：J q：热值，单位：J/kg m：质量，单位：kg 气体燃料 Q= qV Q：热量，单位：J q：热值，单位：J/m3 V：体积，单位：m3 1 m3甲烷完全燃烧能产生多少J热量？这些热量可以使多少kg的水从20 ℃加热到100 ℃？[甲烷的热值q甲烷＝4.2×107 J/m3] 例 Q= q甲烷V=4.2×107 J/m3x1m3=4.2×107 J 解： 1 m3甲烷完全燃烧放出热量为： 由 Q= cmΔt 得 燃料的热值 一 热机的效率 二 小明烧水用了0.15m3的煤气，这些煤气完全燃烧放出的热量为5.85×106J，实际放出的热量是5.21×106J吗？为什么？水实际吸收的热量呢？ 燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，损失了一部分能量。 煤气灶本身也会吸收一部分能量； 高温的烟气带走相当一部分热量，一部分热量直接散失掉。 水实际吸收的热量只占煤气燃烧放出热量的一部分。有效利用率大约为60%左右。 定义： 公式： 水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做炉子烧水的效率。 内燃机的能流图 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？ 热机的效率 二 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 定义： 公式： 一些热机的效率 热机的效率 二 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~40% 柴油机的效率为30%~45% 喷气发动机的效率 50～60% 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，叫作热机的效率。 归纳与小结 热机的效率是热机性能的重要指标。 讲授新课 （1）定义： 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。 （2）公式： （3）提高热机效率的方法： 使燃料充分燃烧。 尽量减少各种热量损失。 注意保养,保持良好的润滑，减小机械摩擦 采用先进的技术，改变机械结构，减少机械能损失 热机效率 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~30% 柴油机的效率为30%~45% 常见热机的效率 1、燃料燃烧烧水问题： 2、汽车内燃机（发动机）效率问题： 关于热机效率计算的两类问题 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~30% 柴油机的效率为30%~45% 讲授新课 知识与拓展 如何提高热机效率，节约能源，减少污染？ 讲授新课 观察与思考 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。 斯蒂芬森的“火箭号”蒸汽机车，它诞生于1829年 长征五号火箭发射 课堂拓展 爱国科学家 两弹一星元勋 中国航天之父 热机的效率 2、关于热机效率，下列说法正确的是：多选（ ）　　　　 A．热机效率越高，即热机做的有用功多 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 C D 1.下列关于燃料的热值说法正确的是（　　） A．燃料燃烧越充分，其热值越大 B．燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量越少 C．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D．焦炭的热值是3.0×107J/kg,完全燃烧1kg焦炭能放出3.0×107J的热量 D 用煤气灶烧开水，将20kg的水从10℃加热到66℃，完全燃烧了0.21m3的煤气，求该煤气灶烧水的效率。(q煤气=4×107J/m3) 某推土机匀速推土时推力为3×104N，通过路为20m，消耗60g的柴油，求推土机推土的效率 。(q柴油=3.3×107J/kg) 热机效率的计算 科 学 世 界 从火车到火箭 课堂小结 课堂小结 C 1.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 (　　 ) A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B.燃料没燃烧时就没有热值 C.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料 的质量及燃料燃烧放出的热量无关 D.容易燃烧的燃料热值一定大 随堂训练 2．已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设燃烧的干木柴能使20千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃，则干木柴的燃烧效率是多少？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)。 答：干木柴的燃烧效率为50% 3. 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，就要完全减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑 D.提高热机效率，有利于环保减排 D 4．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。 35% 5.用天然气灶烧水，燃烧1m3的天然气，使100kg的水从20℃升高到70℃。天然气热值3.2×107J/m3。求： （1）天然气完全燃烧放出热量 （2）水吸收的热量 （3）天然气灶的效率 6.某型号汽车在一段平直的公路上匀速行驶50km，受到的阻力是1.0×103N，消耗燃油 3.2kg（假设燃油完全燃烧）, 热值q＝4×107J/kg，求：（1）汽车牵引力所做的是多少？ （2）该汽车的热机效率是多少？ 解： （1）汽车匀速直线运动，F=f=1.0×103N W有=Fs=1.0×103N×50×103m=5×107J (2)燃料燃烧放热 Q放=qm=4×107J/kg×3.2kg=1.28×108J 答： 练习与应用 1. 有人认为，无烟煤的热值比干木柴大，完全燃烧时无烟煤放出的热量比 干木柴多。你认为呢？说说理由。 燃料完全燃烧时放出的热量，除了与燃料种类(热值)有关外，还与燃料的质量有关，题中未给出两种燃料的质量信息，所以此观点不正确. 2. 某人提着一袋质量为 5 kg 的大米，从 1 层步行至 5 层，每层楼的层高为 3 m，他对这袋大米做了多少功？要使一定量的汽油完全燃烧放出的热量和他所做的功数值相等，则需要多少汽油？ 解: g 取 10 N/ kg，汽油的热值 q ＝4.6×107 J/kg. 人对大米做的功 W ＝Gh ＝mgh ＝5 kg×10 N/kg×(5－1)×3 m＝600 J. 汽油完全燃烧放出的热量 Q放＝W ＝ 600 J，由 Q放＝mq 得 需要汽油的质量 4. 全球汽车保有量在迅速增长，截至2024年底，我国燃油汽车保有量约为 3.2 亿辆。假设每辆汽车每年耗油 1.8 t，汽车内燃机的效率平均值取 30%。如果能把内燃机效率提高 1%，我国每年可以节约多少燃油？ 解: 设燃油的热值为 q，则每辆汽车每年所做的有用功 W有用＝ηQ ＝ηmq ＝30％×1.8 t×q ＝ 0.54 t×q，内燃机提高效率后，做同样多的有用功，消耗的燃料完全燃烧放出的热量 所需燃料的质量 每辆车每年节约燃油 1.8 t－1.742 t = 0.058 t， 3.2亿辆车每年节约燃油 3.2×108×0.058 t = 1.86×107 t. 5.天然气在我市广泛使用，已知天然气的热值为7.0×10⁷ J/m³, 完全燃烧 0.05 m³ 天然气可以放出多少焦的热量?这些热量若只有42%被水吸收， 则可以使常温下5 kg的水温度上升多少摄氏度? 解：完全燃烧0.05 m³ 天然气放出的热量为Q=Vq=0.05m³ ×7×10⁷J/m³= 3.5×10⁶J; 水吸收的热量为 Q吸=42%×Q放=42%×3.5×106J=1.47×106J, 再根据 Q吸=cm△t 得， 即可以使常温下5 kg的水温度上升70℃。 3. 如果干木柴跟煤油放出的热量相等，那么干木柴的质量应 该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。 解：因为Q放=m木柴q木柴=m煤油q煤油，查出q木柴=1.2×107J/kg， q煤油=4.6×107J/kg，所以 即干木柴的质量等于煤油质量的 3.83 倍。 Lavf52.78.5 Lavf60.16.100 Lavf60.16.100 Lavf57.77.100 $