14 第3节 热机的效率-【教材笔记】2026-2027学年九年级全一册物理课前预习笔记（人教版·新教材）

第3节 热机的效率 学习目标 1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念。 2.能简单计算燃料燃烧放出的热量。 3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。 问题 热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对 外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热 机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗？ 知识点1> 燃料的热值 燃料的燃晓是一种化 人类在原始社会时就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。 学变化，在燃烧过程 中，燃料的化学能转 在现代社会，人类所用能量的很大一部分依然是从燃料 化为内能。 的燃烧中获得的。 ®想想议议 燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤 等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有 煤气、天然气等（图14.3-1)。根据你的经验， 质量相等的不同燃料，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。 图14.3-1几种燃料 不同。在家中烧水时， 燃烧质量相等的不同燃料，放出的热量通常是不同 烧开同样一壶水需要 的木柴质量大，而需 的。例如，燃烧1kg煤放出的热量，是燃烧1kg干木柴 要的煤质量却较小 放出热量的两倍多。 我们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。比值定义法下 30 教材笔记物理九年级RJ “某种燃料”说明热值与燃料的种类有关 热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热会义是尧完、烧尽。 量。热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。3如果没有完全燃烧， 实际放出的热量比按 在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是 热值计算出的热量要 千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg① 小，但不能说燃料的 根据燃料的热值，我们就能计算出燃料完全燃烧 热值变小 放出的热量。例如，从表14.3-1中可以查到汽油的热 值为4.6×10J/kg,所以如果给汽车加30kg汽油，完 全燃烧放出的热量为 4.6×10J/kg×30kg=1.38×10J 如果完全燃烧质量相等的柴油，能放出多少热量？ Q*海#=mg=30kg×4.3×107J/kg=1.29×109J.下.- Q小资料 表14.3-1一些燃料的热值 燃料 热值 燃料 热值 干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×10'J/kg 烟煤 约2.9×10J/kg 煤油 4.6×107J/kg 无烟煤 约3.4×10J/kg 汽油 4.6×10'J/kg 焦炭 3.0×10'J/kg 氢气 1.4×108J/kg 木炭 3.4×10J/kg 焦炉煤气 约1.7×10J/m3 酒精 3.0x10'J/kg 沼气 约1.9×10？J/m3 常见的燃料中，氢的热值最大，因此火箭经常用氢作为燃料 知识点2>热机的效率 燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算 出的要少，而且有效利用的热量又比放出的热量要少。 热效率（炉子的效率、燃气灶的效率等）的公式： 有效利用的热量 热效率= 燃科完金搭烧放出的热量，即刀 Q利用 ①对某些气体燃料，其热值在数值上等于在标准状态下13燃料完全燃烧放出的热 量，单位是焦每立方米，符号是J/m。 第十四章内能的利用 31 例如用煤烧水，有效利用的热量只是被水吸收的热量， 高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直 接散失了。 通常锅炉的燃料利用率比较低，因此在节约能源上 有很大的改造潜力。例如，对于取暖用的小型锅炉，如 果把煤磨成煤粉或煤粒，以加大煤与氧气的接触面积， 再把空气吹进炉膛，就会比煤块燃烧得更充分，从而提 高燃料的利用率。 对于热机而言，燃料燃烧释放的热量只有一部分用 来做有用功，还有相当一部分能量散失了（图14.3-2)。 废气带走大量热量F 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，叫作热机的效率。要想知道热机的效率，就要 先知道燃料完全燃烧放出的热量。总于1 燃料的 蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机中，燃 化学能 有用机械能 料是在气缸内部燃烧的，而且燃料与空气混合充分，燃 图14.3-2燃料化学能的转化 烧得比较充分，所以内燃机的效率比蒸汽机高。汽油机 燃料不能完全燃、燃 的效率为20%~40%，柴油机的效率为30%~45%。 料产生的热量被机器散 热机的效率是热机性能的重要指标。在做功同样多 失、克服机椒本身摩擦 做无用功 的情况下，效率高的热机消耗的燃料少，从而节约能 源、减少污染。在设计和制造热机时，要不断改进和创 新，以减少各种能量损失，提高效率。 在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法 利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。大型 发电机常常由汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人 们利用汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种 既供电又供热的热电站，比起一般的火电站，燃料的利 用率大大提高。 知识拓展 系 热机效率的公式：刀Q 32 教材笔记物理九年级RJ 科学·技术·社会·环境 从火车到火箭 生产的发展需要强大的动力。17世纪，人类发 明了热机。最早的热机是蒸汽机。在锅炉里把水烧 成水蒸气，水蒸气在汽缸里推动活塞做功。原始的 蒸汽机不便于使用，后来许多人对它不断改进，其 图14.3-3“火箭号”蒸汽机车 中贡献最大的是英国人瓦特，他在1782年发明了往 复式蒸汽机，使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机。这种蒸汽机在之后的一百多 年里对工业的发展起到了极其重要的作用。斯蒂芬森以此为基础最先研制了“火 箭号”蒸汽机车（图14.3-3）。 电力工业的发展需要功率巨大的热机来带动大型发电机。1884年出现的汽轮 机满足了这个需要。大型锅炉产生的高温高压水蒸气直接喷射到汽轮机的叶片上， 使汽轮机转动。 交通运输的发展迫切需要比较轻便的热机，于是内燃机应运而生。内燃机有 汽油机和柴油机两大类。汽油机是1883年发明的，柴油机是1892年发明的。内燃 机运行时不需要携带很多水和煤，不但轻便，效率也提高了很多。内燃机的出现 和不断改进，对交通运输事业的现代化起到了决定性的作用。 早期的飞机是由内燃机提供动力的。从20世纪40年代开始，飞机上越来越多 地使用空气喷气发动机，它需要用大气中的氧气来助燃，向后喷出高速气体，从 而获得前进的动力。火箭上使用的喷气发动机自带燃料和氧化剂，工作时不需要 空气，可以在大气层外工作。 在“中国航天之父”钱学森（图14.3-4)的 带领下，一代代中国航天人不断发展火箭技术， 将人造卫星、宇宙飞船、空间站等送入太空（图 14.3-5),使我国成为航天强国。 图14.3-4钱学森(1911-2009) 图14.3-5长征五号火箭发射 第十四章内能的利用 33 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。 这种说法是酷误的。无烟煤的热值比干木柴大，这表明相同质量的无烟煤和千木 柴完全燃烧时，无烟煤放出的热量比千木柴多。但是燃料完全燃烧放出的热量不 仅与热值有关，还与燃料的质量有关。如果千木柴的质量远大于无烟煤的质量， 那么干木柴完全燃烧放出的热量有可能比无烟煤多。所以，仅根据无烟煤热值比 千木柴大，就得出完全燃晓时无烟煤放出的热量比千木柴多的结论是酷误的。 2.某人提着一袋质量为5kg的大米，从1层步行至5层，每层楼的层高为3m,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？ 人克服大米重力做功W=Gh=mgh=5kg×9.8N/kg×4×3m=588J 需要汽油的质量m气 Q先_W。 588J ≈0.013g qq4.6×10J/kg 3.如果干木柴跟煤油完全燃烧时放出的热量相等，那么千木柴的质量应该是煤油 质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由。 提示Q+*=Qg,由Q=m四得-9-4.6x10g=3.8 m煤油9千木菜1.2×10'J/kg 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1.8t,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？ 提示：效率提高前后，Q数7=Q'数7'，即mqm=m'qm m-mm-18x30%≈1.74t 7'31% 3.2亿辆车每年可节约的燃油质量△m=3.2×103×(1.8-1.74)t=1.92×107t 5.提高热机的效率具有哪些积极意义？请列出回答这个问题的提纲。 提示可从节约能源及减少环境污染等方面来考虑。 (1)能源利用角度：①减少燃料消耗，缓解能源短缺问题；②提高能源利用率， 降低对不可再生能源的依赖。 (2)环境保护方面：①减少废气排放，降低大气污来；②减少温室气体排放，减 缓全球气候变暖。 34 教材笔记物理九年级RJ