14.4 跨学科：热机效率和环境保护 课件-2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦燃料的热值、热机效率及环境保护，通过生活中燃料使用场景导入，连接内能知识，引出能量利用与环境影响问题，构建从基础概念到实际应用的学习支架。 其亮点在于结合生活实例、实验探究和数据表格，通过热值计算例题、热机能量流向图等，培养学生能量观念、科学推理与模型建构能力，强化环境保护意识。学生能深化知识理解，教师可提升教学效率。

沪科版物理9年级全一册培优备课课件 授课教师： . 班 级： 9年级（ ）班 . 时 间： . 2026/7/26 14.4 跨学科：热机效率 和环境保护 第十四章 内能与热机 沪科版九年级物理14.4跨学科：热机效率和环境保护 练习题 适用范围：沪科版九年级全一册14.4（热机效率概念、效率计算公式、热机能量损耗、提高热机效率方法、热机带来的环境污染与防治） 满分：100分 时长：20分钟 一、填空题（每空2分，共30分） 1. 热机工作时，用来做________的能量与燃料________放出的能量之比，叫做热机效率。 2. 热机效率的计算公式为________，热机效率数值始终________1（选填“大于”“小于”或“等于”）。 3. 热机工作过程中能量损失主要包括：废气带走大部分热量、________散热损失、克服摩擦________消耗能量等。 4. 提高热机效率的主要途径：尽量让燃料________燃烧、减少各种热量散失、定期保养减小机械________。 5. 热机的大量使用会产生________、氮氧化物等有害气体，造成大气污染。 6. 汽车尾气排放的有害物质会引发酸雨、________效应，破坏生态环境。 7. 燃料燃烧不充分时，不仅热机效率________，还会产生大量________，加重空气污染。 8. 节能环保型热机可以减少废气和________污染，是未来热机发展的主要方向。 二、选择题（每题4分，共32分） 1. 关于热机效率，下列说法正确的是（） A. 热机效率可以达到100% B. 热机效率越高，消耗燃料越多 C. 热机效率越高，能量利用率越高 D. 热机效率与燃料燃烧情况无关 2. 下列因素中，不会降低热机效率的是（） A. 燃料充分燃烧 B. 机械摩擦较大 C. 废气带走热量 D. 机体散热过多 3. 为提高汽油机的工作效率，下列措施可行的是（） A. 加大燃油喷射量 B. 保证燃料充分燃烧 C. 降低机器转速 D. 增大废气排放量 4. 热机效率低的根本原因是（） A. 燃料热值太小 B. 存在大量能量损耗 C. 做功太快 D. 机械功率太小 5. 下列不属于热机造成的环境污染的是（） A. 大气污染 B. 噪声污染 C. 土壤净化 D. 温室效应加剧 6. 关于功率和热机效率，下列说法正确的是（） A. 功率大的热机，效率一定高 B. 效率高的热机，功率一定大 C. 功率和效率没有必然联系 D. 功率大、效率一定低 7. 机动车限行、推广新能源汽车的主要目的是（） A. 减小行驶速度 B. 减少燃油热机带来的环境污染 C. 降低车辆成本 D. 提高热机功率 8. 燃料燃烧不充分带来的后果是（） A. 效率升高，污染减小 B. 效率降低，污染加重 C. 效率升高，污染加重 D. 效率不变，污染减小 三、材料分析题（20分） 阅读材料，结合热机效率与环保知识作答： 传统燃油热机在工作时，燃料燃烧释放的能量只有少部分转化为机械能，大部分能量随废气排出，同时机身散热、机械摩擦也会损耗能量。尾气中的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等物质，不仅浪费能源，还会造成大气污染、加剧全球变暖。通过优化发动机结构、精准控制燃油喷射、定期润滑保养、推广清洁能源汽车，可有效提高能量利用率，减少环境污染。 1. 传统热机效率较低的主要原因是________带走大量热量，同时存在散热和摩擦损耗。 2. 尾气中的二氧化碳会加剧________效应，导致全球变暖。 3. 优化发动机结构、保证燃料充分燃烧，可以________（选填“提高”或“降低”）热机效率。 4. 定期给热机机械部件润滑，可以减小________，减少能量损耗。 四、简答题（18分） 1. 为什么热机效率永远无法达到100%？ 2. 结合生活实际，写出两条提高热机效率、保护环境的有效措施。 参考答案与解析 一、填空题 1. 有用功；完全燃烧 2. $$\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}\times100\%$$；小于 3. 机体；做功 4. 充分；摩擦 5. 一氧化碳 6. 温室 7. 降低；污染物 8. 噪声 二、选择题 1.C 解析：热机效率永远小于100%，效率越高，燃料能量利用率越高。 2.A 解析：燃料充分燃烧可提高热机效率，其余选项均会造成能量损耗。 3.B 解析：保证燃料充分燃烧，能最大化利用燃料能量，提升热机效率。 4.B 解析：各类能量损耗是热机效率偏低的根本原因。 5.C 解析：热机只会造成污染，不会净化土壤。 6.C 解析：功率表示做功快慢，效率表示能量利用率，二者无必然关联。 7.B 解析：减少燃油汽车使用，可大幅降低热机尾气污染。 8.B 解析：燃料燃烧不充分，能量浪费多、效率低，且产生大量污染物。 三、材料分析题 1. 废气 2. 温室 3. 提高 4. 摩擦力 四、简答题 1. 热机工作时，燃料燃烧释放的能量无法全部转化为有用机械能，一部分能量随废气排出，一部分因机身散热散失，还有一部分用于克服机械摩擦做功，存在不可避免的能量损耗，因此热机效率永远低于100%。 2. ①机动车定期检修、润滑发动机，减小机械摩擦，提高热机效率；②推广新能源汽车，减少燃油热机使用，降低尾气排放；③驾驶时平稳行驶，避免急加速，保证燃料充分燃烧（任意两条即可）。 在我们的生活和生产中，无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至航空航天等都离不开燃料。即从原始人类学会用火的那天起，人们使用的能量的绝大部分都是通过燃料燃烧获得的。 那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少对人们来说是有用的？以及燃料的燃烧对我们的生存环境会造成哪些影响呢？ 情景导入 生活中你还见过哪些燃料？它们燃烧时都能不断地释放能量吗？释放能量的能力相同吗？ 探究新知 思考：不同的燃料燃烧时所能提供的能量相同吗？ 不同的燃料有什么特点？ 我国航天发射中的运载火箭常用的燃料有航空煤油、液态氢等。 探究新知 探究新知 常见的燃料： 固体燃料 液体燃料 气体燃料 煤、木材、桔梗等 汽油、酒精等 煤气、天然气等 燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。 探究新知 想想议议： 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？ 经验与科学研究告诉我们：不同燃料燃烧释放出能量的能力是不同的。 探究新知 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做这种燃料的热值，用字母q表示。 单位：J/Kg 或 J/m3（气体） 物理意义：表示“单位质量(体积)的某种燃料完全燃烧放出能量(热量)的多少”。 因此，质量为m的燃料完全燃烧释放的热量 Q=mq 燃料完全燃烧放出的热量 燃料的质量 燃料的热值 探究新知 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 燃料的热值 注意： （1）热值定义中：注意“必须完全燃烧”； （2）热值是燃料的重要特性，反映燃料燃烧时化学能转化为内能的本领的大小。只与燃料的种类有关，与质量和是否完全燃烧无关。 探究新知 常见燃料的热值 物质 热值q/(J·kg-1) 干木柴 1.2×107 烟煤 2.9×107 无烟煤 3.4×107 焦炭 3.0×107 木炭 3.4×107 物质 热值q/(J·kg-1) 酒精 3.0×107 柴油 4.3×107 汽油 4.6×107 煤油 4.6×107 原油 4.4×107 物质 热值q/(J·kg-1) 氢气 1.4×108 天然气 3.3×107~4.5×107 液化石 油气 4.9×107 煤气 1.8×107 说说“烟煤” 、“液化石油气”的热值表示的意义？ 干木柴的热值为1.2×107J/Kg，表示1千克的干木材完全燃烧放出的热量为1.2×107J。 探究新知 9 例题*：计算4kg的柴油完全燃烧释放的热量。 已知：q=4.3×107J/kg，m=4kg。 求：Q。 解：Q=mq = 4kg×4.3×107J/kg = 1.72×108J。 答：4kg的柴油完全燃烧释放的热量为1.72×108J。 探究新知 例题*：在1个标准大气压下，将5kg、40℃的水烧开，需要完全燃烧多少千克的干木柴？（已知干木柴的燃烧值为1.2×107J/kg，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收） 分析：利用吸热公式Q吸=cm(t-t0)可以算出将水烧开要吸收多少热量，（解题时应注意在1个标准大气压下，水的沸点是100℃，即水烧开时的温度为100℃），再利用Q吸=Q放和燃料的燃烧值求干木柴的质量。 探究新知 解：Q吸=cm(t2－t1) = 4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃－40℃) = 1.26×106J。 因为Q吸=Q放=1.26×106J， 所以干木柴的质量 探究新知 热机效率 热机工作时，能不能将燃料所含有的化学能全部用来对外做有用功呢？ 探究新知 热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了。 热机燃料的能量走向示意图 探究新知 热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。 公式： 用来描述热机的性能，是热机性能的重要指标。由于热机在工作过程中总有能量损失，热机的效率总小于1。 探究新知 点击播放视频 探究新知 一些热机的效率 蒸汽机 4%~8% 燃汽轮机 50%~60% 蒸汽轮机 25%~30% 汽油机 26%~40% 柴油机 34%~45% 喷气发动机 50%~60% 如何提高热机的效率？ 探究新知 提高热机效率的途径和措施： （1）提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。 （2）提高热机效率的主要措施是： ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧； ②尽量减少各种热量散失； ③使用时注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩 擦而额外消耗的能量。 探究新知 环境保护 热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题： 1.大气污染 热机工作时排放的大量氮氧化物、碳氧化物、铅等是大气污染的主要来源，直接危害人体健康，影响农作物的生长。 探究新知 酸雨对森林的破坏 酸雨对雕像的破坏 探究新知 2.噪声污染 大量由热机作动力的机器工作时产生的噪声，影响人类的正常生活，甚至危害人体健康。 探究新知 3.热污染 热机排出的二氧化碳，引起“温室效应”，热机产生的废气和冷却水带走的热量，成为“热岛效应”的元凶之一。 探究新知 保护环境的措施： ①研究和开发低能耗、污染小的高性能热机； ②改进燃烧设备，消除烟尘； ③提高燃料的综合利用率，采取集中供暖； ④在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染； ⑤节约能源和开发新能源，实现可持续发展。 探究新知 1.某种燃料___________放出的热量与所用燃料的质量之比叫做这种燃料的热值。 2.柴油的热值是4.3×107J/kg,它的物理意义是 ______ ________________ ___，完全燃烧2kg柴油放出的热量是_ _____J。 3.酒精的热值是3.0×107J/kg,酒精灯内有20g酒精，若燃烧掉一半后其热值是_ ________。 完全燃烧 1kg柴油完全燃烧所放出的热量是4.3×107J 8.6×107 3.0×107J/kg 课堂练习 4.某家庭需要将40kg、20℃的水加热到70℃作为生活用的热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0. 4kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)。求： （1）将40kg、20℃的水加热到70℃需吸收的热量； 解：(1) 将40 kg、20 ℃ 的水加热到70 ℃需吸收的热量为 Q吸=cm水∆t=4.2×10³J/(kg·℃)×40 kg×(70℃－20℃)=8.4×10⁶J。 课堂练习 解：(2)完全燃烧1kg 煤气放出的热量为 Q放=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J。 (3)燃烧0.4 kg 煤气放出的热量为 Q放'=m'q=0.4kg×4.2×107J/kg=1.68×107J, 煤气灶烧水的效率为 4.某家庭需要将40kg、20℃的水加热到70℃作为生活用的热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0. 4kg煤气。已知煤气的热值q=4.2×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/(kg·℃)。求：（2）完全燃烧1kg煤气放出的热量；（3）煤气灶烧水的效率。 课堂练习 知识点1 燃料的热值 1. ［2024·济南］完全燃烧液态氢能释放出 的热 量，是完全燃烧 汽油释放热量的3倍，由此可知液态氢比 汽油( ) C A. 内能大 B. 温度高 C. 热值大 D. 密度大 返回 考试考法 27 2. 由热值的定义可知，热值，式中 是燃料 的质量， 是燃料完全燃烧放出的热量，那么( ) C A. 热值的大小与成正比，与 成反比 B. 煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤所放出的热量一定比 燃烧干木柴所放出的热量多 C. 热值的大小与、 都无关，由燃料的种类决定 D. 燃料完全燃烧时，它的热值 最大 考试考法 28 【点拨】燃料的热值是燃料的一种特性，它的大小是由燃料的 种类决定的，而与、以及是否完全燃烧无关，故 错误， C正确；煤的热值比干木柴的热值大，煤燃烧放出热量的多少， 还与其质量多少有关，而质量大小不确定，故B错误。 返回 考试考法 29 3. 木炭的热值为 ，其物理意 义是木炭完全燃烧能放出__________ 的热量。现有木炭 ，若完全燃烧其质量的一半，则可放出___________ 的 热量，剩下木炭的热值为__________ 。 考试考法 30 【点拨】完全燃烧木炭的质量 ，完全燃 烧木炭放出的热量 ；因热值是 燃料的特性，不随质量的改变而改变，所以剩下木炭的热值 仍然是 。 返回 考试考法 知识点2 热机效率 4. 下列关于热机效率的说法，正确的是( ) C A. 热机的效率越高，热机消耗的燃料越少 B. 热机的效率越高，热机做的有用功越多，热机的功率就越高 C. 热机的效率越高，消耗相同的燃料，热机做的有用功就越多 D. 热机的效率越高，热机做相同的有用功，消耗燃料就越多 考试考法 32 热机效率是指热机运转中，做有用功与燃料完全燃 烧所释放能量的比值。热机效率高，仅说明热机做的有用功 在燃料完全燃烧释放的能量中占的比例大。 返回 考试考法 33 5.如图所示为内燃机工作过程中的能量流向图，该内燃机的 效率为_____。为了提高内燃机的效率，可以采取的措施是 ____________________________________________________ （写出一条，合理即可）。 减少废气排出带走的能量（或减小摩擦、减少热损失等） 考试考法 34 【点拨】由图可知，该内燃机的热机效率 。 返回 考试考法 35 知识点3 环境保护 6. 第七十五届联合国大会上，我国向世界郑重承诺力争在 2030年实现碳达峰，努力争取在2060年前实现碳中和。以下 关于热机和环境保护的说法，正确的是( ) D A. 热机排出的尾气没有内能 B. 为了实现碳中和，我们应该将热机的效率提高到 C. 热机只能使用汽油和柴油作为燃料 D. 提高热机的效率有利于节能减排、保护环境 返回 考试考法 36 7. 如图所示，用甲、乙两种燃料分别对质 量和初温相同的水进行加热，两图装置均 相同。燃料的质量用 表示，燃料充分燃 尽时水升高的温度用 表示（水未沸腾）。 下列说法正确的是 ( ) D A. 若相同， 越小，燃料的热值越大 B. 若相同， 越大，燃料的热值越大 C. 若 的值越大，燃料的热值越大 D. 若 的值越大，燃料的热值越大 考试考法 37 课堂小结 1.热值 ①概念：把1千克某种燃料完全燃烧释放出的能量（热量）叫做这种燃料的热值。用q表示。 ②单位：J/kg（固体、液体）， J/ m3（气体） ③公式：Q=mq（或Q=Vq） ④计算 2.热机效率 ①概念：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。用η表示。 公式：η＝W有用/Q放×100% ②提高热机效率的途径：减少热机各种能量损失 3.保护环境，从我做起。 课堂小结 必做作业：从教材习题中选取； 选做作业：完成练习册本课时的习题. 作业 η＝×100%＝×100%＝50%。 $