12.4 机械能与内能的相互转化 第2课时 燃料的热值及其相关计算（课件）2026-2027学年苏科版九年级上册物理

该初中物理课件聚焦燃料的热值及其相关计算，通过长征五号火箭燃料选择问题导入，结合温故知新环节回顾做功改变内能和热机原理，搭建新旧知识支架，引导学生理解热值的定义、单位及公式Q=mq/Vq。 其亮点在于以科学探究为核心，通过比较酒精与纸片热值的实验培养科学探究能力，运用比例法、公式变形等科学思维解析例题，强调热值作为燃料特性的物理观念。拓展热效率与环保内容，帮助学生联系实际，教师可借助结构化练习提升教学效果。

第十二章 机械能和内能 四、机械能与内能的相互转化 第二课时 燃料的热值及其相关计算 能用公式 Q=mq 或 Q=Vq 计算燃料完全燃烧放出的热量 知道热值的定义和单位，理解热值是燃料的一种特性 能利用热值概念解决生活中的热量计算问题 01 02 03 学习目标 情境导入 长征五号运载火箭点火升空，巨大的推力让这个八百多吨的“庞然大物”腾空而起。火箭的燃料是什么？是液氢和液氧。为什么不用煤？不用汽油？不用酒精？同样是燃料，燃烧1kg干木柴能让一壶水烧热，燃烧1kg氢气却能把火箭送上太空。原因只有一个——不同燃料燃烧时放出的热量差别巨大。 温故知新 做功改变内能：上节课我们学习了做功是改变物体内能的另一种方式。外界对物体做功，物体的内能增大，机械能转化为内能——如弯折铁丝、压缩空气引火。物体对外界做功，物体的内能减小，内能转化为机械能——如试管中水蒸气冲出橡胶塞 热机的工作原理：热机是将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的装置。汽油机的工作循环分为四个冲程——吸气、压缩、做功、排气。其中做功冲程是唯一对外输出动力的冲程，燃料燃烧产生的高温高压燃气膨胀推动活塞，内能转化为机械能 概念建构——认识热值 探究实验 · 比较不同燃料的热值 实验目的：比较酒精和普通纸片两种燃料的热值大小 实验器材：酒精灯、普通面巾纸碎片、两个相同的烧杯各装等质量的水、温度计、电子天平 实验方法：称取等质量的酒精和纸片，分别用它们加热等质量的水，记录水温升高的度数。水温升高越多，说明该燃料放出的热量越多，热值越大 探究实验 · 比较不同燃料的热值 注意事项： 两种燃料必须完全燃烧；水的质量和初温相同；尽量减少热量散失（如用挡风罩）。 实验结果表明，等质量的酒精比纸片使水温升高更多，说明酒精的热值大于纸片 燃料的热值 燃料的种类很多，木柴、煤、汽油、酒精、天然气、氢气等都可以作为燃料。燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。不同燃料燃烧时放出的热量不同——同样是一壶水，用酒精加热可能比用木柴快得多。 为了比较不同燃料放热能力的大小，物理学中引入了热值的概念 燃料的热值 单位质量（或单位体积）的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫作这种燃料的热值。热值用符号q表示，对于固体和液体燃料，单位是焦每千克（J/kg）；对于气体燃料，常用单位是焦每立方米（J/m³） 燃料完全燃烧放出的热量公式为：Q放=mq（固体、液体燃料）或 Q放=Vq（气体燃料）。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、是否完全燃烧无关 常见燃料的热值 观察下表，氢气热值高达1.4×10⁸J/kg，是常见燃料中最高的。这就是为什么火箭用氢气做燃料——同样质量的燃料，氢气放出的热量最大 思考：为什么汽油的热值比干木柴大得多？ 汽油是远古生物化石经过亿万年地质作用转化而来，化学成分中碳氢比例更高，燃烧时释放的化学能也更大 课堂探究——热值相关计算 知识准备 · Q=mq及其变形式 燃料完全燃烧放热的核心公式为（固体、液体燃料）或 （气体燃料）。这个公式同样可以变形，已知任意两个量求第三个： 求热量：（已知质量、热值） 求质量： （已知热量、热值） 求热值： （已知热量、质量） 解题时注意单位统一：热值用J/kg时质量用kg，热量用J；气体燃料热值用J/m³时体积用m³ 知识准备 · 比例法解热值问题 与比热容的计算类似，当涉及两种燃料比较时，比例法可以简化计算 比较放出热量：质量相同的不同燃料完全燃烧， 。热量之比等于热值之比。例如等质量汽油和干木柴完全燃烧， ，汽油放热约为干木柴的4倍 比较所需质量：放出相同热量时，所需燃料质量与热值成反比， 。热值大的燃料用量少。例如要放出相同的热量，所需干木柴质量约为汽油的3.8倍 同一燃料：热量与质量成正比， 。烧两壶水需要的燃料是烧一壶水的两倍 例题一 完全燃烧2kg干木柴和完全燃烧0.5kg汽油，各放出多少热量？[干木柴热值1.2×10⁷J/kg，汽油热值4.6×10⁷J/kg] 分析：直接代入Q放 = mq计算。注意对比——2kg干木柴的质量是0.5kg汽油的4倍，但放出热量会更多吗？ 例题一 · 解题过程 【解析】干木柴 。汽油 用比例法验证—— ， 。 ，两者几乎相等。这说明虽然汽油热值高得多，但因为干木柴用量大，总放热量也能追上。热值高的燃料优势在于用更少的质量获得同样热量——这也是为什么汽车用汽油而不拉一车木柴 例题二 · 结合比热容的热值问题 用酒精灯将质量为500g、初温为20℃的水加热至沸腾（100℃）。酒精的热值为3.0×10⁷J/kg，水的比热容为4.2×10³J/(kg·℃)。假设酒精完全燃烧放出的热量全部被水吸收，求需要完全燃烧多少克酒精 分析：水吸收的热量Q吸 = cm(t − t₀)，酒精放出的热量Q放 = m酒精q。热量全部被水吸收则Q吸 = Q放，代入求解m酒精 例题二 · 解题过程 【解析】水吸收热量 。由Q吸 = Q放，Q放 = m酒精q，得 实际需要多少酒精？实际加热时酒精火焰放出的热量不可能全部被水吸收——一部分散失到空气中、一部分加热了烧杯。因此实际需要的酒精量一定大于5.6g。 例题三 · 用比例法比较热值 用等质量的甲、乙两种燃料分别加热等质量的水。甲燃料完全燃烧后水温从20℃升至50℃，乙燃料完全燃烧后水温从20℃升至80℃。求甲、乙两种燃料的热值之比 分析：水吸收的热量来自燃料燃烧。等质量的水升温与吸收热量成正比，也与燃料热值成正比。 例题三 · 解题过程 【解析】设甲、乙燃料质量均为m₀。甲：水吸热Q甲 = c水m水Δt甲，燃料放热Q放甲 = m₀q甲。由能量守恒Q甲 = Q放甲，得c水m水Δt甲 = m₀q甲。同理c水m水Δt乙 = m₀q乙。两式相比： 点拨：等质量燃料加热等质量水时，水温升高倍数=热值倍数。这是比例法的巧妙应用——不需要知道水质量和比热容的具体数值，直接比较升温即可 热值计算解题思路总结 步骤一：判断燃料类型——固体、液体用Q放 = mq，气体用Q放 = Vq 步骤二：明确已知量和未知量，选择合适公式。求热量直接用Q = mq；求质量用 ；求热值用 步骤三：若涉及加热水等物质，需同时使用Q吸 = cmΔt和Q放 = mq，利用Q吸 = Q放（理想情况）列方程 步骤四：注意单位统一——质量用kg，热值用J/kg，热量用J。气体热值用J/m³时体积用m³ 常见错误提醒：单位没统一（如质量用了g没换算）；忘记“完全燃烧”的条件；把热值和比热容搞混（热值是燃料的属性，比热容是物质的属性） 拓展 · 热机与环保 热机为人类提供了强大动力，但也带来了环境问题。汽油和柴油燃烧会产生二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物等废气。二氧化碳是温室气体，大量排放导致全球变暖；一氧化碳有毒，氮氧化物形成酸雨 为此，人们正在开发更清洁的替代燃料和新能源。氢气燃烧只生成水，不产生二氧化碳，是理想的清洁燃料，但制取和储存成本较高。电动汽车使用电能，不直接排放废气，但发电过程也可能产生污染。各国也在不断提高热机效率标准，让每一滴燃料发挥更大作用，减少浪费和排放 拓展·热效率 拓展·热机效率 拓展·“太阳能”模型 题干中通常会给出单位面积的太能板在单位时间内接收的太阳能A，由此可知（S是面积，t是时间） 课堂小结 本节课我们学习了燃料的热值： 热值的定义：单位质量（或体积）燃料完全燃烧放出的热量，符号q，单位J/kg或J/m³ 热值是燃料的特性：只与燃料种类有关，与质量、燃烧是否充分无关 放热公式：Q放=mq（固体、液体），Q放=Vq（气体） 常见热值排序：氢气>汽油>酒精>干木柴。氢气的热值最高，是火箭的理想燃料 解题方法：可直接代入公式计算，也可用比例法简化比较。涉及加热物质时要结合Q=cmΔt 课堂练习——基础巩固提升 课堂练习·基础 1、释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“2400kJ/100g”，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是（ ） A. 热值 B. 热量 C. 内能 D. 比热容 A 【解析】饼干的营养成分表上标有“2400kJ/100g”，是指每100g饼干提供的能量是2400kJ，据此可得单位质量饼干提供的能量；燃料的热值是指单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，所以该标识的含义与热值类似。故选A。 课堂练习·基础 2、用图中的装置给水壶中的水加热一段时间后，燃料燃烧放出的热量为 ，水吸收的热量为 ，炉具内的液体燃料减少了 ，若这 的燃料完全燃烧，可以释放的热量为 ，则该液体燃料的热值是（ ） A. B. C. D. C 【解析】由 知，该液体燃料的热值：。 课堂练习·基础 3、为减少能源消耗，保护环境，必须合理利用能源，下列方法中对提升热机效率有用的是（ ） A. 让燃料放出的热量全部用来做有用功 B. 用导热性更好的材料做内燃机汽缸 C. 增加燃料的质量 D. 尽量使燃料充分燃烧 D 课堂练习·基础 【解析】热机在工作过程中总是存在能量损失，不可能让燃料放出的热量全部用来做有用功，故A不正确；汽缸的导热性越好，因热传递损失的热量越多，效率越低，故B不正确；热机效率是热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比，增加燃料的质量不能提高热机效率，故C不正确；燃料充分燃烧可以减小因燃烧过程不充分造成的能量损失，可以提高热机的效率，故D正确。故选D。 课堂练习·基础 4、某公司研发了一款新型汽车，与其他汽车相比，在同样的油耗和使用条件下，该汽车发动机工作时，尾气中的“汽油味”更淡，动力更强劲。如图为该汽车发动机某一冲程的示意图，下列有关说法正确的是（ ） A. “汽油味”更淡，说明汽油在汽缸中完全燃烧 B. 该冲程为做功冲程，将化学能转化为机械能 C. 该发动机的效率可达100% D. 该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护 D 课堂练习·基础 【解析】尾气中的“汽油味”更淡，说明汽油的燃烧更加充分，但是汽油不可能完全燃烧，故A错误；题图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程中是将内能转化为机械能，故B错误；发动机在工作时不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功，所以发动机的效率一定小于100%，故C错误；该发动机尾气中的“汽油味”更淡，动力更强劲，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，故D正确。 课堂练习·基础 5、2026年2月12日，我国太原卫星发射中心在广东阳江附近海域，使用捷龙三号运载火箭成功将7颗卫星发射升空。火箭发动机的性能在很大程度上取决于所携带的燃料。燃料的热值是衡量其能量密度的重要指标。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. 一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的热值将减小 D. 焦炭的热值是 ，完全燃烧 焦炭能放出 的热量 D 课堂练习·基础 【解析】热值是燃料的特性，其大小仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量和燃烧程度无关，故AC错误；根据 Q=mq 可知，燃料燃烧放出的热量与热值、质量有关，燃料的热值越小，完全燃烧放出的热量不一定越少，因为质量未知，故B错误；焦炭的热值是 ，完全燃烧 焦炭放出的热量为 ，故D正确。故选D。 课堂练习·基础 6、醇基燃料以其低污染、好提取、可循环利用等优点，成为一种新的燃料研究方向，但目前醇基燃料的热值仍待提高。满满一油箱热值为 的汽油和同体积的醇基燃料完全燃烧，释放的热量之比 。已知该汽油与醇基燃料的密度之比为 5:6，则醇基燃料的热值为（ ） A. B. C. D. C 课堂练习·基础 【解析】由题知，完全燃烧的汽油的体积与醇基燃料的体积相同，密度之比为 ，释放热量之比为 ，由 可得二者的质量之比为 ，由 可得二者的热值之比为 ，醇基燃料的热值为 。故选C。 课堂练习·基础 7、中国首次火星探测任务“天问一号”探测器的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。如图是某火箭发射时的场景，目前运载火箭一般使用液态氢作为燃料，液态氧作为助燃剂，液态氢的热值为 。 （1）某火箭发射时携带 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是多少焦？ （2）若（1）中放出的热量只有 20% 被水吸收，能将 、初温为 的水加热至多少摄氏度？[，已知当地大气压为1标准大气压] （3）氢能源汽车的发动机工作时氢燃料在汽缸中燃烧，某次测试中，一辆氢能源汽车以 70kW 的功率匀速行驶 20min，消耗了 1.5kg 氢燃料，求该发动机的效率。 课堂练习·基础 【解析】（1）这些燃料完全燃烧放出的热量 。 （2）水吸收的热量 ，水升高的温度 ，水的末温 ，所以水被加热至 。 （3）该发动机做的有用功 氢燃料完全燃烧放出的热量 ，该发动机的效率。 第十二章 机械能和内能 四、机械能与内能的相互转化 第二课时 燃料的热值及其相关计算 $