10.4热机的效率（教学课件）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

该初中物理课件聚焦燃料的热值和热机效率，通过展示火箭发射、汽车行驶等场景提问，引导学生从生活现象思考燃料燃烧放热差异，搭建从生活到物理概念的学习支架。 其亮点在于融合科学探究与生活实例，通过煤油和菜籽油燃烧实验培养科学探究能力，结合北京冬奥会氢燃料等STSE内容渗透科学态度与责任，利用能量流向图和公式计算强化科学思维。包含课堂总结视频，帮助学生系统掌握知识，教师可直接使用丰富例题与练习提升教学效果。

物理九年级上册 •沪科版（五•四学制） 第10章 内能 第4节 热机的效率 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道燃料在燃烧过程中将化学能转化为内能；知道热值的定义、符号、单位及物理意义；理解热机效率的定义，知道热机工作时燃料释放能量的主要流向；知道提高热机效率的主要途径。 02 科学思维 能运用热值公式进行燃料燃烧放热的简单计算；能根据热机效率的定义式分析热机工作过程中的能量转化与损失。 03 科学探究 通过分析热机能流图，认识热机工作时能量损失的主要途径；能提出提高热机效率的合理化建议，培养分析与解决问题的能力。 04 科学态度与责任 了解热机使用对环境的影响，初步树立节能与环保意识；体会提高热机效率对节约能源的重要意义，培养社会责任感。 课堂引入 展示图片——火箭发射、汽车行驶、家庭烧水。提问：“这些场景都需要什么？它们使用的燃料一样吗？” 不同燃料燃烧释放热量的能力不同——今天我们来学习如何描述燃料的这一特性，以及热机如何利用燃料的能量。 观察思考： 【追问】为什么发射火箭要用氢作燃料，而不用汽油或酒精呢？ 教学重难点 教学难点 教学重点 热值的概念；热机效率的概念；热值及热机效率的简单计算。 热机燃料能量的走向分析； 热机效率的理解与计算； 热值“特性”的理解。 知识点一 燃料的热值 探索新知 一、燃料的热值（q） 1. 人类使用燃料的进程 图 10-4-2 “煤气包” 木材 煤炭 天然气管道 在历史上很长一段时期，木柴和煤炭是人类的主要生活燃料。20 世纪末，煤气成为城市居民日常使用的生活燃料，煤气生产出来后储存在巨大的“煤气包”（图 10-4-2）中，并通过管道 输送到千家万户；进入 21世纪以后，更清洁环保的天然气逐步替代煤气成为居民的主要生活燃料，遍布城市各处的“煤气包”也陆续退出历史舞台。 探索新知 研究发现，质量或体积相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量一般不同。 通常情况下，体积相同的煤气和天然气完全燃烧，天然气放出的热量比煤气放出的热量多。 探索新知 为了探究质量相等的不同燃料燃烧放出的热量特点，我们进行如下实验： 利用下图所示的装置，水的质量、初温相同，来探究质量相等的煤油和菜籽油燃烧放出的热量。 实验中记录下烧杯中水的初温，待燃料燃尽后再记录水的末温，并将数据填在下表中。 燃料 煤油 菜籽油 加热前的水温/℃ 25 25 燃料燃尽后的水温/℃ 44 34 思考 质量相等的煤油和菜籽油完全燃烧放出的热量大小关系是什么？ Q煤油＞Q菜籽油 探索新知 一、燃料的热值（q） 1.热值：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量 Q 与燃料质量 m 之比，叫做这种燃料的热值,用 q 表示。 燃料完全燃烧放出的热量 Q = mq。 q: 燃料的热值；单位：J/kg Q：燃料完全燃烧放出的热量；单位：J m: 燃料的质量；单位：kg 2.公式： q 比值定义法 3.单位:焦 / 千克，读作“焦每立方米”； 符号是 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。 如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。 探索新知 一、燃料的热值（q） 多媒体展示常见燃料的热值，引导学生观察比较发现。 （1）热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与是否完全燃烧、质量、体积等均无关。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 （2）液氢的热值最大：液氢的热值为1.4×108J/kg。 5.读表获取信息： 探索新知 6.液氢的热值大的应用： 一、燃料的热值（q） 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？ 因为液氢的热值大，质量相等的不同燃料完全燃烧，液氢释放的热量最多，故利用氢做燃料。 探索新知 V 表示气体燃料的体积，单位是m3；Q 表示放出的热量，单位是J； q 表示气体燃料的热值，单位是焦/米3（J/m3 ）。  7.气态燃料的热值： q 气态燃料的热值也可以用1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比来表示： 小结：燃料燃烧放出热量：Q放＝qm（固态液态）；Q放＝qV（气态）； 一、燃料的热值（q） 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. 探索新知 1 ．酒精的热值是3× 107 J / kg ，它的物理含义 是 。 1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J. 2 ．液氢的热值是1.4× 108 J / kg ，它的物理含义 是 。 1kg的液氢完全燃烧放出的热量是1.4×108J. 练一练 一、燃料的热值（q） 3.火箭发动机使用液氢作燃料，这是利用液氢的（     ） A．密度大B．热值高C．比热容大   D．热量多 B 探索新知 2022 年，北京冬季奥运会将火炬变为“微火”（图 10-4-3），与往届奥运会大量使用液化 天然气或丙烷等作为火炬燃料不同，北京冬季 奥运会首次使用氢作为火炬燃料。氢燃烧时， 只生成水而不产生二氧化碳，几乎实现零碳排放，真正体现北京冬季奥运会的低碳、可持续 的“绿色环保”理念。 图10-4-3 北京冬季奥运会主火炬 STSE 例1.2024年3月21日上午，我国首列氢能源列车成功进行了运行试验，标志着氢能在轨道交通领域的应用取得了新突破。 （1）氢能源列车主要是利用氢燃料的（　　） A．热值大B．热值小C．比热容大 D．比热容小 （2）已知液氢的热值为1.4×108J/kg，表示的物理意义为1kg的液氢__________时，放出的热量为 。列车运行过程中，随着液氢燃料质量减少，其热值________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 典型例题 A  完全燃烧 1.4×108J 不变 知识点二 热机的效率 探索新知 汽车发动机能量分配图： 图 10-4-4 某汽车发动机能量分配图 热机工作时对外做功的能量只是从高温物体吸收的一部分能量；高温物体的相当一部分能量散失了。对于内燃机而言，由于其排出的废气温度较高，带走很大一部分能量；此外，还有一部分能量损耗在散热及克服摩擦做功上。 探索新知 二、热机效率 1.热机效率：热机工作时，用来做功的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： η 3.物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标，在做功相同的情况下，热机的效率越高，燃料的消耗越少。高效率、低油耗热机的研制是现代科技的一个重要方向。 蒸汽机的效率很低，只有6%～15%。内燃机中的燃料与空气充分混合后在气缸内燃烧，效率普遍高于蒸汽机。目前，汽油机的效率一般可达20%～30%，柴油机的效率则可达30%～45%。 探索新知 4. 提高热机效率的主要途径 二、热机效率 为合理利用能源，人们一直在努力提高热机效率，其主要途径是减少热机工作中的各种能量损失、‌降低机械摩擦损失等。 1.减少热量散失： 使用陶瓷基复合材料等高效隔热材料包裹高温部件；‌‌ 强化冷却系统热管理，避免过量散热导致的能量浪费。‌‌ 2.‌降低机械摩擦损失‌： 采用纳米润滑油或磁悬浮轴承技术减少运动部件摩擦；‌‌ 优化活塞环与气缸壁间隙设计，降低摩擦力损耗。‌‌ 1 ．下列措施不能提高热机效率的是 ( ) A ．尽量使燃料充分燃烧 B ．尽量选用功率更大的发动机 C ．尽量减少废气带走的热量 D ．尽量减少热机部件间的摩擦损耗 B 练一练 图 10-4-5 工业废气形成酸雨 三、热机的使用对环境的影响 1. 热机工作时会产生哪些污染物？ 热机工作时会产生一氧化碳（CO）、碳氢化合物、氮氧化物（NOx）等有害气体，还会排放烟尘、二氧化碳等。 2. 这些污染物对环境有什么危害？ 造成温室效应，使全球气候变暖；氮氧化物和二氧化硫排放会导致酸雨，腐蚀建筑物、酸化土壤和水体，危害动植物生存；一氧化碳和碳氢化合物有毒，危害人体健康；烟尘污染空气，影响空气质量。 热机的大量使用给人类带来了便利，但也带来了环境问题。 3. 我们可以采取哪些措施来减少热机对环境的污染？ 三、热机的使用对环境的影响 热机的大量使用给人类带来了便利，但也带来了环境问题。 【思考与讨论】 探索新知 例2．小明同学的爸爸驾车去往 40km 的目的地，此过程消耗了汽油 2. 1kg ，已知汽油的热值为 4.6×107J/kg 。若汽车行驶过程中发动机的牵引力为 725N 。求： (1)完全燃烧 2. 1kg 汽油放出的热量； (2)该汽车的热机效率。 典型例题---热机效率计算 解：(1) 完全燃烧2.1kg汽油放出的热量为： Q放= m油q油= 2.1kg ×4.6 ×107J/kg = 9.66 × 107J； (2) 牵引力做的功W有用= Fs = 725N × 40 ×103m = 2.9 ×107J 该汽车的热机效率 η =≈ 30% 答：(1) 完全燃烧2.1kg汽油放出的热量为9.66 ×107J； (2) 该汽车的热机效率是30%。 典型例题---热机效率计算 【例3】小明尝试用家里的天然气灶粗略测量烧水的效率。他在水壶中盛放了2kg的水，测得水的初温是25℃，然后将水加热，同时观察天然气表和水温，发现天然气表的示数变化了时水温为95℃。 (1)求水吸收的热量Q吸； (2)求天然气释放的热量Q放； (3)求天然气灶的烧水效率。 解： （1）水吸收的热量为Q吸=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×95℃−25℃=5.88×105J （2）天然气释放的热量为Q放=qV=7×107J/m3×0.015m3=1.05×106J （3）天然气灶的烧水效率为η=Q吸/Q放=5.88×105J/1.05×106J=56% 典型例题---热机效率计算 探索新知 【敲黑板】三步快解燃料燃烧的相关计算问题  计算热机效率的一般步骤 1. 首先明确热机所做的有用功W＝Pt 2. 再明确燃料燃烧所释放的能量，即总能量为：Q＝qm（或Q＝qV） 3. 最后计算热机的效率：η＝W/Q 课堂小结 课堂小结 课堂总结视频 课堂练习 1.小莘散步结束，坐车回家，听到发动机的轰鸣声……汽车需要加油，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．天然气的热值是3.5×107J/m3，完全燃烧2m3天然气能放出7.0×107J的热量 D．一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 C 课堂练习         2.小明在课后查阅到一些燃料的热值，将其记录如下： (1)查表可知木炭的热值，它表示的物理意义是___________ ，燃烧一半木炭，剩下的木炭热值为 。 (2)若1kg的木炭不完全燃烧，那么其释放的热量Q_________（选填“大于”、“等于”或“小于”）3.4×107J 。 (3)若表中提到的四种燃料质量相等，完全燃烧后，放出热量最少的是___________。若为卫星运载火箭选择其中一种作为推进燃料，最好的是___________。 1kg木炭完全燃烧放出的热量是3.4×107J 3.4×107 J 小于 7 酒精  氢 课堂练习 课堂练习 3．如图为某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值取。以下说法正确的是（     ） A．汽油未完全燃烧时的热值比完全燃烧时的小 B．该汽油机工作效率可达65% C．在做功冲程，该汽油机气缸中的气体内能增大 D．完全燃烧10g汽油可放出 的热量 D 4.下列关于热机效率的说法中正确的是（　　） A．热机的效率是描述热机性能的重要指标 B．通过技术的改进，热机的效率可以达到100% C．汽车排出的尾气越浓，汽油机的效率越高 D．热机是将燃料燃烧获取的化学能转化为机械能的装置 A 课堂练习 课堂练习 5. 下列关于热值和热机效率的说法中正确的是（　　） A．燃烧1kg某种燃料放出的热量叫做这种燃料的热值 B．通过减小摩擦，可以增大热机效率 C．燃料燃烧时内能转化为化学能 D．燃料燃烧时，质量越大，热值越大 B 课堂练习 6．内燃机的能量流向图如图所示。内燃机的效率为（　　） A．7%   B．28%  C．31% D．34% D 课堂练习 7. 汽油机工作时把燃料的化学能转化为燃气的______能，再转化为汽车的机械能。如图所示，是四冲程汽油机的_______冲程；汽车在行驶过程中，闻到尾气有汽油味，说明汽油没有完全燃烧，则汽油的热值_______（选填“变大”、“变小”或“不变”），若该汽油机使用热值更高的燃料，则汽油机的效率_______（选填“变大”、“变小”或“不变”）。               内   做功 不变 不变 课堂练习 8．为比较酒精和煤油热值的大小，小莉制定了以下实验方案： (1)取质量相同的酒精和煤油作燃料，制成酒精灯和煤油灯；两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相同的水加热，如图所示，通过观察 ___________的变化，判断两种燃料热值的大小。 (2)两灯燃料完全燃烧完后，甲装置中温度计示数 是80℃，乙装置中温度计示数是90℃，由此 判断 ___________ 的热值比较大。 （3）根据Q吸=cm水(t﹣t0)计算出水吸收的热量，然后利用这个热量计算出煤油的热值，发现结果与资料中给出的煤油热值相比 ___________ （选填“偏大”或“偏小”）。 温度计示数 酒精 偏小 9．某辆汽车在平直公路上匀速行驶3千米，消耗汽油0.2千克，已知汽油的热值为   焦/千克。若该汽车行驶过程中发动机的牵引力为736牛。求： (1)完全燃烧0.2kg汽油放出的热量； (2)该汽车发动机的效率。 课堂练习 （1）完全燃烧0.2kg汽油放出的热量 解： 该汽车发动机的效率 （2）牵引力做功为有用功 书后作业 书后作业 课后作业 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“练习与应用” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听