14.3热机的效率（教学课件）-2026-2027学年人教版物理九年级全一册

该初中物理课件聚焦“燃料的热值”和“热机的效率”核心知识点，通过“火箭为何用氢作燃料”的情境导入，引导学生从燃料的分类、燃烧能量转化切入，经实验探究建立热值概念，再过渡到热机效率的计算与提高途径，构建连贯的学习支架。 其特色在于以实验探究（如煤油与菜籽油燃烧加热水对比）培养科学探究能力，结合火箭燃料选择、汽车效率计算等实例深化能量观念，通过典型例题和课堂练习强化科学思维。小结系统梳理知识，学生能直观理解抽象概念，教师可直接应用实验方案与例题提升教学效果。

第14章 内能的利用 人教版2024•九年级物理全一册 第 3节 热机的效率 学习目标 通过分析烧水过程和热机工作过程中能量的主要流向，能用能量转化与守恒的规律对所研究问题进行推理和解释，具有初步的科学推理能力和科学论证能力。 能够制订简单的实验方案，具有对科学探究过程和结果作出解释的能力。具有观察能力和提出问题的能力，能基于证据表述自己的观点，具有与他人交流的能力。 通过实验和生活体验，能从能量转化和转移的角度认识燃料的热值和热机的效率，进一步深化和完善能量观念。 通过学习热机的效率，能意识到节约能源和可持续发展的重要性，激发为社会可持续发展做贡献的动力。 3.科学探究： 4. 科学态度 与责任： 2.科学思维： 1.物理观念： 重点： 1．通过经验和实验事实，了解热值的概念，体会不同燃料的热值不同。 2．通过讨论烧水的效率，引导学生得到效率的概念，再过渡到热机的效率。 难点： 由烧水过程体会能量的利用存在效率问题，结合四冲程汽油机的工作过程，理解热机的效率。 教学重点和难点 情景导入 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油或酒精不好吗？ 液态氢气储罐 一 认识燃料及热值 你知道人类使用燃料的演变过程吗？ 人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用的能量很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。 （一）.人类使用燃料的进程 1.定义：能够燃烧的物质叫做燃料。 　　生活中，你都见过哪些燃料？ 酒精 汽油 天然气 氢气 煤炭 木柴 天然气管道 一 认识燃料的热值 2.燃料的分类 固体燃料：木材、煤、秸秆等 汽油、柴油、酒精等 煤气、天然气、氢气等 （按状态） 液体燃料： 气体燃料： 一 认识燃料的热值 相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量相同吗？ 提出问题： 3.燃料燃烧时能量的转化： 在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。 相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量不同。 答：相同质量的不同燃料,燃烧时放出的热量一般是不同的。在家中烧水时,烧开同样一壶水需要木柴的质量很多,而用煤气的质量却很少,这个现象说明燃烧放出相同的热量时所用木柴的质量比所用煤气的质量大,从另一方面也说明相同质量的木柴和煤气燃烧时放出的热量是不同的。 一 认识燃料及热值 实验设计 　　给同学们提供以下实验器材：酒精、矿物油、电子秤、烧杯、水、 温度计和铁架台等。请利用器材设计实验验证猜想，并简述实验思路。 酒精和矿物油 质量、初温相同的水 测量水的末温 如果两次水升高的温度不同，证明两种燃料放出热量不同。 一 认识燃料及热值 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 一 认识燃料及热值 实验方法：控制变量法和转换法　 　（二）燃料的热值（q） 　　1. 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的本领。 　　2. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。 　　3. 定义式： 　　4. 单位：焦每千克（J/kg） 指燃料燃烧后完全变成不可燃烧物的过程。 5.热值在数值上等于： 1 kg（气体为1m³）某种燃料完全燃烧放出的热量。 = 一 认识燃料及热值 小资料 不同燃料的热值一般不同。 某些气体燃料热值的单位是 J/m3 。 表中获取信息： 一 认识燃料及热值     Q V q＝ （某些气体燃料） 焦每立方米（J/m3） 焦每千克（J/kg） q= 干木柴的热值是多少？它的物理意义是什么？ 　　 一 认识燃料及热值 火箭用氢气的作燃料的原因？ 氢气的热值大 固体和液体： 气体： Q放—完全燃烧发出的热量—单位：焦耳（J） m—燃料的质量—单位：千克（kg） q——燃料的热值——单位：焦耳每千克（J/kg） V—燃料的体积—单位：立方米（m3） 燃料燃烧的简单计算 一 认识燃料及热值 注意：热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关。 热值与燃料的形状、质量、是否燃烧、是否完全燃烧无关。 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 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 1.关于燃料的热值，下列说法正确的是(　　) A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关 B．容易燃烧的燃料，热值一定大 C．煤的热值比干木柴的大，煤燃烧放出的热量比干木燃烧放出的热量多 D．0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的热值一样大  D 典型例题 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。 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。 1.燃料的加热效率的计算 η=×100%  ，例如计算燃气灶烧水的热效率，先计算水吸收的热量Q吸=cmΔt，再根据热值计算出燃料完全燃烧放出的热量Q放=qm，最后计算效率。   二 热机的效率 2.热机的效率概念 热机工作时，用来做有用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。用字母η表示， 公式：η=×100%= 100%，η无单位，总小于1. 蒸汽机的效率很低，只有6%-15%，内燃机汽油机的效率为20%-30%，柴油机的效率可达45%。 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。 二 热机的效率 4. 提高热机效率的主要途径 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。 二 热机的效率 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。‌‌ 二 热机的效率 　　利用废气的能量 热电站利用汽轮机 的废气来供热 典型例题 1.下列关于热值的说法中正确的是 (　 　) A.燃料燃烧越充分,热值越大 B.2 kg的煤完全燃烧比1 kg的煤完全燃烧时的热值大 C.1 kg煤燃烧放出3×105 J的热量,则煤的热值为3×105 J/kg D.热值是燃料的一种特性,与燃料的质量无关,不同的燃料热值一般不同 D 典型例题 2.如图为某汽油机工作时的能量流向图，汽油的热值q取4.5×107J/kg。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．完全燃烧10kg汽油可放出4.5×108J的热量 C．在做功冲程，该汽油机气缸中的气体内能增大 D．该汽油机工作效率可达65% B 典型例题---热机效率计算 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% 4.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%。 课堂小结 人类使用燃料的进程 燃料的分类，燃烧过程能量转化：化学能转化为内能 燃料的热值（q）定义式： 单位：焦每千克（J/kg） 燃料燃烧的简单计算： 特性：只与燃料种类有关，与质量、体积、燃烧情况无关。 燃料及热值 热机的效率 热机的效率 q= 固体和液体： 气体： 1.燃料的加热效率的计算：η=×100% 2.热机的效率概念：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，用字母η表示， 公式：η=×100%= 100%。 3.提高热机效率的途径 4.热机效率计算典型例题分析 ①使燃料充分燃烧。 ②尽量减少各种热量损失。 ③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。 1.一台柴油机的热机效率为25%，表示的意义是___________________的那部分能量，占燃料_________________的能量的25%。用这台柴油机工作时，完全燃烧2kg的柴油可做有用功___________J。（柴油的热值为 ） 热机用来做有用功 完全燃烧放出      2.汽油机是热机的一种，若转速是1200r/min，此汽油机每秒钟完成_____个做功冲程，当汽油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率将_______（选填“升高”、“不变”或“降低”）。      10   降低 课堂练习 课堂练习 3.2025年4月24日在酒泉卫星发射中心，搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭发射升空。关于火箭发动机，下列说法正确的是（　　 ） A．火箭发动机使用比热容大的燃料 B．火箭燃料燃烧越充分，热值越大 C．火箭发动机主要通过热传递获得机械能 D．火箭发动机属于热机 D 【详解】A．火箭发动机需要燃料释放大量能量，因此应选择热值大的燃料，而非比热容大的燃料，比热容大与燃料释放的总能量无关，故A错误； B．热值是燃料的固有属性，与是否充分燃烧无关，燃烧充分只能提高能量利用率，但不会改变热值，故B错误； C．火箭发动机通过燃料燃烧产生高温高压气体，喷出时对外做功，将内能转化为机械能，属于通过做功获得机械能，而非热传递，故C错误； D．热机是将内能转化为机械能的装置，火箭发动机通过燃烧燃料获得内能，并转化为机械能，符合热机的定义，故D正确。 故选D。 课堂练习 4.如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（      ） A．有用机械能所占比例最大 B．废气带走的能量占比为25% C．该汽油机的效率为35% D．减少机械摩擦能提高汽油机效率 D 课堂练习 5.下列关于热现象说法正确的是（　　） A．热机的大量使用有利于环境的保护 B．现代火箭用液态氢作燃料，是因为氢的比热容大 C．火箭是一种新型的热机，是人类征服宇宙空间的工具 D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 C 课堂练习 6.关于燃料的热值，下列说法正确的是（    ） A．提供充足的氧气，让燃料更充分地燃烧，可以提高燃料的热值 B．根据热值计算公式可知，减小m可以提高热值 C．燃料的热值只与燃料的种类有关 D．一点就着的纸比很难引燃的煤块热值高 C 课堂练习 7.内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）(q汽油=4.6ｘ107J/kg)   A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的有用功为2.3ｘ108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 A 课堂练习 8.春天，向阳屯农民用扬程为12m、流量为300m3/h、效率为80％的水泵抽水浇灌农田.“扬程”和“流量”是水泵的重要性能参数，“扬程”是指抽水机抽水所达到的高度，“流量”是指水泵在单位时间内抽水的体积，已知柴油的热值为3×107J/kg，取g=10N/kg，求： (1)水泵持续正常工作5h，做了多少有用功？ (2)此水泵总功率为多少？ (3)若此水泵用一柴油机带动，假设柴油完全燃烧所释放的内能有40％转化为水泵轴的机械能，则每小时消耗多少柴油？ (1)1.8×108J (2)1.25×104W (3)3.75kg 感谢聆听！