14.3热机的效率 课件 2026-2027学年人教版九年级物理全一册

该初中物理课件围绕“热机的效率”展开，核心知识点包括燃料的热值（定义、单位、计算）和热机效率（定义、能量流向、提高方法）。课堂通过“热机燃料燃烧热量能否完全利用”的提问导入，从人类燃料使用进程入手，经实验探究（控制变量法、转换法）得出不同燃料放热差异，再过渡到热值概念，进而分析热机能量流向，形成从现象到规律的学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，通过煤油与菜籽油放热对比实验培养科学思维，结合视频（《燃料的热值》）和动画（《热机的效率》）直观呈现能量观念。例题设计（如火箭燃料选择、热效率计算）联系实际，强化科学推理。学生能理解抽象概念提升分析能力，教师可借助结构化资源实施探究式教学。

内能的利用 第3节热机的效率 热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。 想一想： 热机中燃料燃烧释放的 热量能被完全利用吗? 飞机发动机 想一想 学习目标 从能量转化的角度认识燃料的热值，知道燃料热值的物理意义及其单位。 01 能计算燃料完全燃烧放出的热量。 02 03 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率，知道如何提高热机效率 。 （一）.人类使用燃料的进程 燃料的热值 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。 煤 汽油、柴油等 天然气 柴薪 烧开同样质量的水，需要的木柴远比天然气多 质量相等的不同燃料完全燃烧时所放出的热量是不同的 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。 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： 实验方法：控制变量法（控制水的质量和燃料的质量都相同） 转换法（通过比较水升高的温度比较放热本领）　 比较不同燃料放热的本领 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 煤油 25 44 菜籽油 25 34 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。 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 【燃料的热值】 （1）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，用符号q表示。 （2）单位： 焦每千克，符号：J/kg（固、液体燃料） 焦每立方米，符号：J/m3（气体燃料） （3）物理意义： 数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量 （4）计算公式 气体：q= 固体或液体：q= 热值 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。 　　燃烧 1 kg 汽油，测得放出的热量为 4.6×107 J；燃烧 100 g 液氢，测得放出的热量为 1.4×107 J，则______燃烧时的放热能力更强。 液氢 4.6×107 J 1.4×107 J 1 kg 0.1 kg < 现在，你知道为什么发射火箭要用氢做燃料了吗？ ①氢的热值：1.4×108J/kg，目前最高； ②氢质量小，有效载荷大； ③氢气燃烧后的产物是无污染的水。 视频讲解——《燃料的热值 》 【例题1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ） A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大 C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 【解析】热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同。燃料燃烧时放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量不一定多。故选D。 【例题2】木炭的热值为3.4×107J/kg，其物理意义是________________________________。现有木炭6kg，若完全燃烧其质量的一半，可放出___________J 的热量，剩余木炭的热值为___________。火箭的燃料常使用液态氢，主要原因是它的___________大。 1kg木炭完全燃烧能放出3.4×107J的热量 热值 1.02×108 3.4×107J/kg 热机的效率 【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗? 【分析讨论】煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量，煤气灶本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的。 1. 日常生活中的热效率 Q放 Q吸 = 3.15×105 J 9.204×105 J 34.2% = 燃料的 内能 ④燃料不能完全燃烧 ① 散热 ②加热煤气灶壁 水吸收 的热量 ③ 加热水壶 烧水时,水为什么不能吸收煤气燃烧放出的全部热量？ 机械效率 烧水的热效率 有用功 额外功 总功 水吸收的热量 燃料没有完全燃烧损失的能量、被容器等吸收的热量、散失到空气中的热量 燃料完全燃烧放出的热量 （　　 　　或　　 　　） 效率的计算 2. 热机的效率 汽车发动机工作时总是要排出废气，如果不进行保养，废气颜色会越来越黑，也会发出更大的汽油味。 这说明：热机的燃料一般_____完全燃烧。 　　　　放出来的热量比按热值计算的_____。 不能 小 汽车发动机通常用水来散热， 这是因为水的_________。 发动机需要散热，说明了什么？ 燃料燃烧释放的能量有一部分通过热传递散失了。 比热容大 内燃机中燃料能够完全燃烧吗？燃料燃烧的能量都分别流向哪了？ ④燃料不能 完全燃烧 有用的 机械能 燃料的 内能 ②克服机器的摩擦 ① 散热 ③ 废气带走 热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。 2.定义式： 3.物理意义： 用来做有用功的那部分能量，与燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 1.定义： 热机的效率 【热机的效率】 η 或 η 蒸汽机的效率 6%~15% 汽油机的效率 20%~30% 柴油机的效率 30%~45% 一些热机的效率 如何提高热机效率，节约能源，减少污染? 1. 提高燃料利用率，使燃料充分燃烧； 2. 改进热机，减少各种能量损失； 3. 保证良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的能量； 4. 设法利用废气中的能量. 如何提高热机效率？ 动画讲解——《热机的效率》 【例题3】如图是某内燃机的能量流向图。 下列有关说法正确的是（　　） A．①是废气带走的热量 B．该内燃机是在压缩冲程获得动力 C．该内燃机的效率为28% D．改进构造减小摩擦可提高③所占百分比 B 【解析】A．内燃机的能量流向中，废气带走的能量占比最大，所以③是废气带走的热量，故A错误； B．内燃机是在做功冲程获得动力，内能转化为机械能，故B错误； C．该内燃机的效率为100%-6%-30%-36%=28%，故C正确； D．改进构造减小摩擦可提高机械效率，即提高有用机械能的占比，故D错误。 【例题4】用烟煤烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ （3）热效率是多少? （4）分析热效率不高的两种原因。 【解析】 （1）Q吸=cm△t =4.2×103J/（kg·℃）×10kg×（100-20）℃ =3.36×106J （2）Q放＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J （3） η = = 8% （4）热效率不高的原因有： 烟煤没有完全燃烧，热传递的过程中有热量损失等。 【例题5】用天然气灶烧水，燃烧1 m3的天然气，使100 kg的水从20 ℃升高到70 ℃，天然气热值3.2×107 J/m3。求： （1） 1 m3天然气完全燃烧放出热量； （2）水吸收的热量； （3）天然气灶的效率。 （1）天然气完全燃烧放出的热量： （2）水吸收的热量： （3）天然气灶的效率： Q吸 = cm(t-t0) = 4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg× ( 70 ℃-20 ℃ ) 　　　　　 = 2.1×107 J； Q放 = Vq = 1 m3×3.2×107 J/m3 = 3.2×107 J； η = Q吸 Q放 3.2×107 J 2.1×107 J ≈ 66% ×100% = 【例题6】用煤气炉将4kg的水从20℃加热到70℃ ，消耗煤气0.05kg。已知煤气的热值为4.2×107J/kg，水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）。 （1）煤气炉加热水的过程中通过________改变了水的内能，水的内能_______（选填“增加”“减少”或“不变”）； （2）水吸收的热量； （3）煤气完全燃烧放出的热量； （4）煤气炉加热的效率。 增加 8.4×105J 2.1×106J 40% 热传递 【解析】（1）由题意得，煤气炉加热水是通过热传递的方式改变水的内能；水吸收热量，温度升高，内能增加。 （2）由题意得，水吸收的热量 Q吸 = c水m水（t-t0） = 4.2×103J/（kg·℃）×4kg×（70℃-20℃） = 8.4×105J （3）由题意得，煤气完全燃烧放出的热量 Q放＝m煤气q煤气＝0.05kg×4.2×107J/kg＝2.1×106J （4）煤气炉加热的效率 视频欣赏——《人类热机简单发展史》 热机的效率 燃料的热值 概念：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。 单位：焦每千克（J/kg）；焦耳每立方米（J/m3） 公式 液体或固体：q= 气体：q= 热机的效率 定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率。 公式：η=×100% 提高热机的效率 小结 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 Lavf59.27.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $