2.2 热机效率 课件-2026-2027学年教科版物理九年级上册

该初中物理课件聚焦“热机效率”核心内容，涵盖燃料热值、热机效率定义与计算、能量流失及提效方法等知识点。通过热机机械图片导入，结合观察思考问题衔接前后知识，以公式推导、典型例题和同步练习为学习支架，帮助学生系统掌握相关内容。 其亮点在于设计探究活动引导学生分析能量流向图，培养科学探究能力，结合氢能源汽车、火箭发动机等实例渗透科学态度与责任。采用讲练结合方式，助力学生构建能量观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

教科版物理9年级上册培优备课课件 授课教师： . 班 级： 9年级（ ）班 . 时 间： 2026.07.23 . 2.2 热机效率 第2章 改变世界的热机 2.2 热机效率（教科版九年级物理上册） 一、燃料的热值（基础铺垫） 1. 热值的定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（或体积）之比，叫做这种燃料的热值。热值是燃料的一种固有特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧是否充分、放出热量多少均无关。 2. 热值公式与单位 固体、液体燃料：$$q=\dfrac{Q_{\text{放}}}{m}$$ 变形：$$Q_{\text{放}}=mq$$ 单位：$$\mathrm{J/kg}$$ 气体燃料：$$q=\dfrac{Q_{\text{放}}}{V}$$ 变形：$$Q_{\text{放}}=Vq$$ 单位：$$\mathrm{J/m^3}$$ 3. 常见燃料热值意义 汽油热值约$$4.6\times10^7\mathrm{J/kg}$$，物理意义：1kg的汽油完全燃烧，放出的热量为4.6×10⁷J。热值越大，说明相同质量的燃料完全燃烧放热越多，燃料的放热性能越好。 二、热机效率（核心重点） 1. 定义 热机工作时，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的总能量之比，叫做热机效率。热机效率是衡量热机性能优劣的重要指标。 2. 效率公式（必考） $$\eta=\dfrac{W_{\text{有用}}}{Q_{\text{放}}}\times100\%$$ 公式说明： - $$W_{\text{有用}}$$：热机对外做的有用机械能（单位：J） - $$Q_{\text{放}}$$：燃料完全燃烧放出的总热量（单位：J） - $$\eta$$：热机效率，永远小于100%，无单位 3. 热机能量流失原因（效率无法达100%的原因） - 燃料无法完全燃烧，损失部分化学能； - 高温废气带走绝大部分内能（最大能量损耗）； - 机器散热，向周围空气散失热量； - 各零部件摩擦做功，消耗部分机械能。 4. 常见热机效率范围 - 蒸汽机：6%～15%（效率最低） - 汽油机：20%～30% - 柴油机：30%～45%（效率最高） 三、提高热机效率的方法（简答题高频考点） 1. 让燃料充分燃烧：增大进气量、优化喷油/点火结构，避免燃料浪费； 2. 减少废气带走能量：改良机身结构、优化排气系统； 3. 减小机械摩擦损耗：定期添加润滑油、保养机械、减小零件磨损； 4. 减少机身散热损耗：加装隔热保温结构。 四、热值与热机效率的易错辨析 - 热值与效率无关：燃料热值大，不代表热机效率高；热值是燃料特性，效率是机器性能。 - 燃料燃烧不充分，热值不变，但热机效率会降低。 - 热机效率越高，说明燃料内能转化为有用机械能的比例越大，燃料利用率越高。 五、典型计算题（考试必考题型） 例题：一台汽油机完全燃烧0.5kg汽油，对外做功$$9.2\times10^6\mathrm{J}$$，已知汽油热值$$q=4.6\times10^7\mathrm{J/kg}$$，求这台汽油机的效率。 解： ① 计算汽油完全燃烧放出的总热量： $$Q_{\text{放}}=mq=0.5\mathrm{kg}\times4.6\times10^7\mathrm{J/kg}=2.3\times10^7\mathrm{J}$$ ② 计算热机效率： $$\eta=\dfrac{W_{\text{有用}}}{Q_{\text{放}}}\times100\%=\dfrac{9.2\times10^6\mathrm{J}}{2.3\times10^7\mathrm{J}}\times100\%=40\%$$ 答：该汽油机的效率为40%。 六、同步练习题 选择题 1. 关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ） A. 燃料燃烧越充分，热值越大 B. 燃料质量越大，热值越大 C. 热值与燃料燃烧情况、质量无关 D. 未燃烧的燃料热值为0 2. 热机效率永远小于100%，根本原因是（ ） A. 燃料热值太低 B. 存在各种能量损耗 C. 机器做功太少 D. 机械能转化为内能 3. 下列措施中，不能提高热机效率的是（ ） A. 加润滑油减小摩擦 B. 让燃料充分燃烧 C. 增加热机工作时间 D. 减少废气带走热量 计算题 4. 一台柴油机燃烧2kg柴油，柴油热值$$q=4.3\times10^7\mathrm{J/kg}$$，热机效率为30%，求柴油机对外做的有用功。 七、参考答案 1. C 解析：热值是燃料固有属性，只与燃料种类有关。 2. B 解析：废气散热、摩擦、燃烧不充分等能量损耗，导致效率无法达到100%。 3. C 解析：工作时间长短不影响能量转化比例，无法提高效率。 4. 解： $$Q_{\text{放}}=mq=2\mathrm{kg}\times4.3\times10^7\mathrm{J/kg}=8.6\times10^7\mathrm{J}$$ $$W_{\text{有用}}=Q_{\text{放}}\cdot\eta=8.6\times10^7\mathrm{J}\times30\%=2.58\times10^7\mathrm{J}$$ 答：柴油机对外做的有用功为$$2.58\times10^7\mathrm{J}$$。 八、本节核心背诵总结 - 热值：燃料特性，与质量、燃烧情况无关，公式$$Q_{\text{放}}=mq$$ - 热机效率：有用功÷总放热，$$\eta=\dfrac{W_{\text{有}}}{Q_{\text{放}}}\times100\%$$ - 最大能量损耗：废气带走内能 - 提效核心：充分燃烧、减摩擦、减散热、减废气能耗 汽车奔驰 列车飞驶 飞机凌空飞去 舰船劈波斩浪 图片中的各种机械，动力都来自于热机。 其中，内燃机是应用最广泛，也是常见的一种热机。 内燃机是怎样工作的，内燃机有哪些特点呢？ 观察思考 2 探究新知一　热机效率 讨论交流 在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？ 　　右图表明了某汽车汽油机的能量流向，表明了有用功在汽车运行中的分配。对照此图，请和同学讨论，描述能量的变化情况。 汽车内燃机的能量流向 热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。汽油在热机汽缸内燃烧释放的能量，只能有一部分能转变为对外做有用功的能量。 热机效率 1.定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，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。 热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少。 探究新知一　热机效率 【学习任务一】热机的效率的概念 下列说法正确的是（　　） A．液体分子间只存在斥力 B．物体吸收热量，温度不一定升高 C．物体的机械能越大，具有的内能越大 D．热机做的有用功越多，热机的效率越高 解：A.液体分子间存在引力和斥力，故A错误； B.物体吸收热量，温度不一定升高，如晶体熔化吸热温度不变，故B正确； C.一切物体在任何情况下总具有内能，但不一定总是具有机械能。物体的机械能越大，具有的内能不一定越大，故C错误； D.用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，故D错误；故选：B。 B 探究新知一　热机效率 【变式训练】热机效率公式的定性比较 关于热机的效率，下列说法正确的是（　　） A．在做功同样多的情况下，热机的效率越高消耗的燃料越多 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高 C．热机的效率越高说明做功越快 D．热机损失的能量中，只有废气带走的能量 解：A．热机的效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故A错误。 B．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，多用在重型机器上，故B正确； C．热机的效率是有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值，热机的效率越高说明有用功与总功的比值越大；功率表示做功的快慢，功率越高说明做功越快，效率和功率是两个不同的物理量，二者之间没有必然联系，故C错误； D．热机损失的能量中，除了废气带走的能量，冷却水和摩擦、散热也会损失能量，故D错误。故选：B。 B 探究新知一　热机效率 4.热机效率的计算 探究新知一　热机效率 例题：火力发电站通过燃烧煤炭进行发电，一火力发电站每天燃烧煤炭2.4t，产生的热量为_________J（煤炭热值为3×107J/kg），产生的电能约有6.72×106J，则可计算该火电站热机效率为_______%。 解：①2.4t的煤炭完全燃烧放出的热量：Q=mq=2.4×1000kg×3×107J/kg=7.2×1010J； ②该火电站热机效率 0.009 7.2×1010 故答案为：1.68×107J；0.009%。 5.常见的热机的效率 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% 喷气式发动机的效率为50%~60% 探究新知一　热机效率 6.提高热机效率的主要途径 ①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量 热电站：大型发电机常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，排出的废气可以用来供热。 发电 供暖 ②热机设计制造,提高技术和使用新材料。 ③保证良好润滑,减少摩擦额外消耗的功。 ④使燃料充分燃烧。 探究新知一　热机效率 知识点1 认识热机效率 1. 某内燃机的能量流向图如图所示。这台内燃机的效率为 ( ) D A. B. C. D. 返回 考试考法 10 2. 国产新能源汽车中，有一种插电式混合动力汽车，同时使用 电动机和内燃机，其内燃机热效率最高可达 ，且使用各种燃 料时，其效率均高于同等燃油汽车。下列分析该种新能源汽车， 不属于提升其热机效率的方法是( ) A A. 尽量使用热值大的燃料 B. 优化冲程控制，让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较 完全 C. 使用黏度低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦 D. 车型设计中，空调压缩机、发电机都没有存在的必要，直接 去掉进而减重 返回 考试考法 11 3. 自中国企业正式发布全球首款热效率突破 的商用化柴 油机，世界内燃机发展出现历史性新突破。关于内燃机效率， 下列说法正确的是( ) C A. 内燃机效率越高则做功越快 B. 一般情况下，汽油机的效率比柴油机高 C. 做同样多的功，若柴油机效率提高，则消耗的柴油变少 D. 随着技术的进步，内燃机的效率能达到 返回 考试考法 12 探究新知二　改变世界的热机 改变世界的热机 18世纪中后期，蒸汽机的应用，实现了纺织工业机械化。 18世纪末，蒸汽机广泛应用在采矿业上。 用蒸汽轮机发电的火电站 　　从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用。机械化的工厂，使世界进入了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类的第一次工业革命。今天，各种火电站和热电站里，蒸汽轮机正将煤炭、天然气和石油转化为电能。 　　以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起。热机，从根本上改变着我们的世界。 以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村” 探究新知二　改变世界的热机 探究新知三　飞向太空 　　人类很早就梦想着飞向太空。14世纪末，我国有一位官吏叫万户，精心制作了一个以47支火箭作动力的装置，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史上的先驱者。 中国古代的火箭 　　竹筒内装上火药，点燃火药，火药燃烧后产生的气体体积膨胀，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。这和现代火箭发动机的原理是一样的。 工作原理： 我国制造的“长征”系列运载火箭 　　我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。 2003年“神舟”五号飞船发射成功，将宇航员杨利伟送上太空，实现了中国人的飞天之梦。 探究新知三　飞向太空 　　常用的火箭是多级火箭。如右图所示是一枚二级火箭的运行过程。 火箭的第一级燃料用完以后就自动脱落， 以减少质量 ；随后第二级点火发动， 燃料用完后也将自动脱落，再点燃 第三级，飞船进入预定轨道。 探究新知三　飞向太空 知识点2 热机效率的计算 4.[淮安中考改编] 2024年4月，两辆氢能源汽车实现了从北京 到上海 长距离运输测试，这是中国氢能源车辆首次 大范围、长距离、跨区域的实际运输测试。某款氢能源汽车 在公路上行驶，用时 ，受到的牵引力为 ，消耗氢气 ，则此过程中牵引力做的有用 功为__________， 氢气完全燃烧放出的热量为_______ ____，利用氢能的效率为_______。 考试考法 18 【点拨】牵引力做的有用功 ， 氢气完全燃烧放出的热量 ，汽车 利用氢能的效率 。 考试考法 19 解题支架 热效率的计算 返回 考试考法 20 5.如图是我国自主研发的首款大型水陆两栖飞机——鲲龙 ，该飞机在空中飞行时能获得 的水平推力， 若它以的速度沿水平方向匀速航行 ,需要完 全燃烧热值为 的航空煤油。求： 考试考法 21 （1）飞机在空中飞行的时间是多久？ 【解】飞机在空中的飞行时间 。 考试考法 22 （2）若发动机的效率为 ， 航空煤油完全燃烧放出的热量 为多少？ 发动机推力做的功 若发动机的效率为 ，航空煤油完全燃烧放出的热量 。 ， 考试考法 23 （3）需要航空煤油的质量为多少千克？（保留整数） 需要航空煤油的质量 。 返回 考试考法 24 知识点3 改变世界的热机 6. 中国人万户利用火药制作了一个由47支火箭推动 的装置，如图甲，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史的先驱。 考试考法 25 （1）万户的火箭通过点燃火药产生的高温气体从后端喷出， 从而获得前进的动力，此过程把燃料燃烧的内能转化为火箭 的______能，类似于内燃机的______冲程。 机械 做功 考试考法 26 （2）现代液体火箭发动机的工作原理如图乙所示，它属于 ________（填“轮式”或“喷气式”）发动机，该火箭______ （填“可以”或“不可以”）在太空中飞行。 喷气式 可以 返回 考试考法 27 7. 某辆汽车在某次低速行驶和高速行驶时，它受到的阻力 大小和行驶路程油耗如表中数据 油耗指的是汽车行驶 路程要消耗的燃油体积 ，则相比于低速行驶，汽车高速行驶时，热机( ) 车速 阻力大小 油耗/ 低速 800 12.0 高速 2 000 6.8 A A. 效率高 B. 效率低 C. 效率与低速时相同 D. 数据不足，无法比较其效率高低 返回 考试考法 28 8. ［多选］某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞的横截面积为 ，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是 ，满负荷工 作时做功冲程燃气的平均气压为 ，飞轮转速为 ，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若 消 耗汽油 ， 则下列计算正确的是( ) AB A. 做功冲程中燃气对活塞的平均压力为 B. 一个做功冲程中，燃气对活塞做的功为 C. 汽油机的功率为 D. 汽油机的效率为 考试考法 29 9.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节 能、提高热机功率的技术。它是利用热机排出的废气带动涡 轮旋转，再将新鲜空气压缩后送入热机的进气口。这样做的 好处是______（填“增大”或“减小”）排出废气所带走的能量， ______（填“提高”或“降低”）热机的效率。 减小 提高 返回 考试考法 30 10.[烟台中考] 汽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： ①___________；②______。若汽油的热值为 , 则该工作过程中消耗的汽油质量为________ 。 机械 返回 考试考法 31 11.两台汽油机，相同时间内甲做的有用功是乙的1.5倍，甲 的效率是，乙的效率是 ，那么甲与乙消耗的汽油的 质量之比是_____，它们的功率之比是_____。 返回 考试考法 32 12. 伴随着国家对汽车以旧换新补贴政策的持续出台，汽 车销量日益提升，据不完全统计，某市在2025年汽车的保有 量就达到了500万辆，其中燃油车占比约为 。若每辆燃 油车每年平均消耗汽油为，汽油机的效率平均为 ， 汽油的热值为 。 （1）汽油机燃料燃烧释放的能量除了转化为有用机械能外， 最主要的流失形式是______________（填“机械损失”“散热损 失”“燃料的不完全燃烧”或“废气带走能量”）。 废气带走能量 考试考法 33 （2）如果能把汽油机的效率提高 ，该市2025年可以节约 汽油__________ 。 考试考法 34 课堂小结 热机效率 热机效率 定义 公式 物理意义 改变世界的热机 地球就在我们手中 飞向太空 $