14.4 跨学科：热机效率和环境保护 课件-2025-2026学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理课件围绕燃料的热值、热机效率及环境保护展开，通过“能量来源”“不同燃料放热差异”“环境影响”等问题导入，搭建从化学能转化到内能、热值计算、效率分析再到环保治理的学习支架。 其亮点在于通过“想一想议议”小游戏强化科学推理，结合“永动机”讨论渗透能量守恒与转化的科学论证，融入PM2.5治理等实例落实社会责任。采用问题驱动与实例分析结合的教学方法，知识小结系统梳理要点，助力学生构建物理观念，也为教师提供清晰教学路径与丰富素材。

跨学科：热机效率和环境保护 第4节 第十四章 内能与热机 物理沪科版九年级全一册 1.知道热机工作中获得的能量来源于燃料燃烧释放的化学能，了解燃料的分类，并能区分固体燃料、液体燃料和气体燃料； 2.理解燃料热值的概念，明确其定义为某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，掌握其单位及物理意义，并知晓热值是燃料本身的一种特性，只与燃料种类有关； 3.能够运用燃料燃烧释放热量的计算公式，即固体和液体燃料用Q=mq ，气体燃料用Q=Vq，进行简单的热量计算； 4.理解热机效率的概念，知道其热机效率总小于 1的原因，了解不同热机的效率范围，知道提高热机效率的方法； 5.了解热机工作时对环境造成的污染，如废气排放导致的空气污染、酸雨，以及噪声污染等，知道治理这些污染的常见方法。 学习目标 难点 重点 重点 烧水做饭 火力发电 火箭发射 新课引入 人们使用的能量绝大部分还是通过燃料的燃烧获得的。 燃料燃烧是化学能转化为内能的过程。 思考：烧水做饭、火力发电、火箭等都是从哪里获得能量来持续工作的呢？ 相同质量的不同燃料燃烧，释放的热量是否相同？ 新课引入 干木柴 煤 汽油 酒精 新课引入 使用燃料给人类带来便利的同时，还会给环境带来怎样的问题？ 热机工作时产生的废气，是许多城市环境污染的主要来源。排放大量的氮氧化物、碳氧化物和铅，废气和冷却水带走总热量的60%，成为城市热岛效应的元凶之一。此外热机工作时，噪声也是危害身心健康的公害之一。 汽车尾气排放 工厂废气排放 热机废气排放 生活中常用的燃料分三种 固体燃料 液体燃料 气体燃料 燃料在燃烧时，化学能转化为内能 木柴 煤 燃油 天然气 一、燃料的热值 知识构建 一、燃料的热值 思考：相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同的？怎么比较它们谁的放热本领强呢？ 在生活中，我们会发现，同样是将一壶水烧开，需要干木柴的质量比需要煤的质量多得多。 相同质量的煤和干木柴燃烧， 煤放出的热量比干木柴多。 与干木柴相比，煤燃烧放出热量的能力更强 用煤炉烧水 用木柴烧水 一、燃料的热值 热值 1.热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。符号：q。 2.单位：焦每千克；符号：J/kg。 4.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。 m：燃料的质量 q：燃料的热值 Q：燃料完全燃烧释放的热量 用热值来衡量物质的燃烧放热的本领，热值大的，物质的燃烧放热本领强。 一、燃料的热值 热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。 “某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性。 “完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小。 “热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的。 注意注意 5.各种物质的热值 干木柴的热值约为1.2×107J/kg 一、燃料的热值 为了研究问题方便，我们把各种常见的物质的热值归纳在绘制好的表格中。 酒精 干木柴 物理意义：1kg的干木柴完全燃烧放出的热量大约是1.2×107J。 酒精的热值为3.0×107J/kg 物理意义：1kg的酒精完全燃烧放出的热量大约是3.0×107J。 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约1.2×107J/kg 酒精 3.0×107J/kg 焦炭 3.0×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg 木炭 3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg 氢 1.4×108J/kg 煤油 4.6×107J/kg 一些燃料的热值 热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、形态、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少无关。 一、燃料的热值 对气体燃料而言，其热值也可以采用在标准状态下某种气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该种气体燃料的体积之比，单位是J/m3。 找找看，后面表格中哪种物质热值最小？ （1）质量为m的固、液燃料完全燃烧释放的能量： 一、燃料的热值 Q=mq Q=Vq 燃料燃烧释放热量的计算 （2）质量为V的气体燃料完全燃烧释放的能量： Q:燃料完全燃烧放出的热量，单位是J。 q:燃料的热值，单位是焦每千克，符号是J/kg。 m:是燃料的质量，单位是kg。 Q:燃料完全燃烧放出的热量，单位是J。 q:燃料的热值，单位是焦每千克，符号是J/m3。 V:是燃料的体积，单位是m3。 二、热机效率 热机中的燃料能完全燃烧吗？ 不能 燃料燃烧释放的能量，被有效利用的是哪部分？ 用来做有用功的那部分 没有被有效利用的能量去了哪里？ 汽车发动机中燃料燃烧释放的能量走向 部分燃料未完全燃烧 废气排出带走能量 克服摩擦消耗能量 机械传热损失能量 转化为对外做有用功的能量 最多 二、热机效率 原来各类热机中有效被利用的能量只占燃料燃烧总能量的少部分。 煤不能完全燃烧损失能量 煤炉吸收了一部分能量 水壶吸收了一部分能量 高温烟气带走了一部分能量 被水吸收了一部分能量 直接散失了一部分能量 有效利用 蜂窝煤燃烧释放的能量走向 z 假设蜂窝煤完全燃烧 二、热机效率 蜂窝煤完全燃烧释放的能量 1.热机效率：热机运转中，做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比称为热机效率。 z 锅炉、煤炉等用来加热的装置 演亦文化 蒸汽机、内燃机等用来做功的装置 演亦文化 由于热机不可避免会有能量损失，所以η总小于1。 演亦文化 二、热机效率 z 二、热机效率 汽油机的效率：20%-35% 蒸汽机的效率：6%-15% 柴油机的效率：30%-45% 喷气发动机的效率：50%~60% 热机的效率普遍偏低 二、热机效率 2.提高热机效率的方法 提高热机效率有哪些方法？ 方法一：使燃料充分燃烧； 方法二：利用废气的能量； 方法三：注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦而额外消耗的能量； 方法四：在热机的设计和制造上采用先进的技术，（如加装消烟除尘装）,尽量减少各种热量损失。 主要措施 二、热机效率 演亦文化 课堂小游戏——想想议议 回答对问题，可以获得积分奖励。 下列措施中哪些提高热机效率？ 1.在柴油机中，采用高压共轨喷油技术，将柴油以极高的压力喷入气缸，形成更细密的油雾，让柴油与空气充分混合。 2.给气缸、管道等部件加装隔热材料，如陶瓷隔热涂层，降低热量传递。 3.使用性能优良的润滑油，定期对部件进行润滑，能够有效减小摩擦阻力。 4.热机排出的废气会造成环境污染，所以排出的废气做无公害处理。 √ √ √ 三、环境保护 热机带来的环境污染 酸雨的形成 腐蚀植被 空气污染 热机，给人类文明带来了进步，也给环境造成了污染。 保护环境刻不容缓！ 三、环境保护 现代工业大量燃烧煤炭、石油和天然气排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫和氨氧化合物会形成酸雨，危害植物，污染环境等。 如何治理热机带来的环境污染？ 改造热机构造 增加植被覆盖率 开发新能源汽车 我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路，在应对全球气候变化上做出了积极的贡献。 达·芬奇 科学世界 机械工作时，其工作效率能否无限提高？不少人曾经设想制造出一种不需要消耗能量就可以不断对外做功的机器。但是大量的研究表明，自然界的能量是守恒的，科学家们将研究的结果概括为能量守恒定律，即能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能的总量保持不变。从能量守恒定律看，机械并不能创生能量，我们无法制造出既不消耗能量又能对外做功的装置。 右图是有人设想的一种能永远运动 的装置——“永动机”。 下图“永动机”能一直不停地运动下去吗？ 达·芬奇 达芬奇永动机 永动机不可能制成 科学世界 PM2.5 的来源： 自然源方面：火山爆发时的火山灰、森林火灾产生的烟雾、沙尘暴卷起的沙尘，以及海浪蒸发后形成的海盐颗粒等。 人为来源：工业生产中排放的废气，包含大量未完全燃烧的颗粒物；交通工具燃烧化石燃料，排放的尾气；居民燃煤取暖、餐饮油烟排放，甚至建筑施工扬尘等。 PM2.5 的危害： PM2.5 对人体健康有极大危害； PM2.5 是导致雾霾天气的 “罪魁祸首” 之一； PM2.5会削弱植物的光合作用，影响植物生长； PM2.5会导致土壤和水体酸化，破坏生态平衡。 PM2.5 的治理： 工业领域大力推进产业结构调整，推广清洁能源替代传统化石能源； 交通运输方面，提高机动车尾气排放标准，推广新能源汽车； 加强建筑工地扬尘监管，增加城市绿化面积。 PM2.5 PM2.5 知识迁移 1.柴油机的效率比汽油机高，是由于（ ） A.柴油的燃烧值比汽油的燃烧值大 B.柴油的比热比汽油的比热大 C.柴油机气缸里的燃气产生的压强比汽油机里的高 D.柴油的密度比汽油的密度大 柴油机的效率比汽油机的效率高说明柴油机损耗的能量比汽油机损耗的能量少。是因为柴油机在压缩冲程，压缩的程度比汽油机大，燃烧更充分，燃气产生的压强更大，转化成的有用功更多。 故选：C C 知识迁移 2.油机是燃油汽车的动力来源之一。如图所示是某台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应填写的内容是：①_____________②_______。若汽油的热值为4.6×107J/kg，则该工作过程中消耗的汽油质量为_______kg。 1.61×105J （1）汽油机工作时，首先把燃料中的化学能转化为内能，然后部分内能转化为机械能； （2）由图知,损失的能量为：Q损失=1.2×105J, 获得的有用的机械能是W=4.1×104J， 则燃料完全燃烧释放的能量Q放=Q损失+W=1.2×105J+4.1×104J=1.61×105J, 根据Q放=mq可得该工作过程中消耗的汽油质量为： m=Q放/q汽油=1.61×105J/4.6×107J/kg=0.0035kg 机械能 0.0035 知识小结 热机效率：热机运转中，做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比称为热机效率。 热机效率和环境保护 燃料的热值 知识点1相交线 热值：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。符号：q。 知识点1相交线 单位：焦每千克；符号：J/kg。 知识点1相交线 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。 知识点1相交线 知识点1相交线 固体燃料燃烧放热公式：Q=mq；气体燃料燃烧放热公式：Q=Vq 热机效率 提高热机效率的方法：使燃料充分燃烧、利用废气的能量、保证良好的润滑，减少因克服摩擦而额外消耗的能量、在热机的设计和制造上采用先进的技术,尽量减少各种热量损失。 热机，给人类文明带来了进步，也给环境造成了污染 治理热机带来的环境污染的方法 我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路路 环境保护 92788.18 $