10.4 热机的效率 课件-2026-2027学年沪科版（五四学制）物理九年级上册

该初中物理课件聚焦“热机的效率”，核心知识点包括燃料的热值及热机效率。课堂从“燃料燃烧放热与哪些因素有关”切入，通过猜想、实验探究（如用天平测质量、氧弹量热仪及水吸热计算Q放=Q吸），引导学生从内能延伸至燃料放热特性，逐步构建热值定义及热机效率概念，形成连贯的学习支架。 其亮点在于以科学探究为主线，通过分析酒精、煤油的质量与热量数据表格，结合Q=mq推导热值，培养科学思维中的科学推理与证据意识。融入北京冬奥会氢燃料、家庭天然气灶烧水等实例，强化物理观念中的能量观念，同时探讨热机对环境的影响及节能减排措施，渗透科学态度与责任。学生能提升实验探究和知识应用能力，教师可借助实验设计与生活案例优化教学。

年 级：九年级 学 科：物理（沪科技版） 热机的效率 第10章 内能 第4节 热机的效率 1 汽油机 燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？ 1 提出问题 一、什么是燃料的热值？ 柴油机 煤炭 发电用的汽轮机 航空煤油 航空发动机 2 燃料的体积越大，燃烧放出的热量可能越多。 燃料燃烧放出的热量可能跟燃料的种类有关。 同种燃料充分燃烧时，质量越大，放出的热量可能越多。 探究燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？ 小敏 燃料充分燃烧放出的热量多，不充分燃烧，放出的热量少。 小天 小航 一、什么是燃料的热值？ 猜想 燃烧充分程度 1 提出问题 3 用天平称量燃料的质量， 让燃料充分燃烧，测量放出的热量。 如何探究燃料充分燃烧放出的热量与燃料质量的关系？ 一、什么是燃料的热值？ 2 搜集证据 提供充足的氧气让燃料充分燃烧。 小敏 小宇 氧弹 用天平称量燃料的质量，让燃料充分燃烧，测量放出的热量。 如何探究燃料充分燃烧放出的热量与燃料质量的关系？ 小航 对水加热。通过Q放=Q吸，水吸收的热量越多，说明燃料充分燃烧放出的热量就越多。 一、什么是燃料的热值？ 小宇 把氧弹和水放在保温箱里，避免与外界发生热传递。 小天 2 搜集证据 隔层 外筒水 氧弹 内筒水 水 对水加热。 通过Q放=Q吸，水吸收的热量越多，说明燃料燃烧放出的热量就越多。 如何探究燃料充分燃烧放出的热量与燃料质量的关系？ 一、什么是燃料的热值？ 小航 用公式Q吸=c水mΔt计算得出。 小宇 氧弹量热仪结构原理示意图 隔层 外筒水 氧弹 内筒水 温度计 搅拌器 2 搜集证据 氧弹量热仪 一、什么是燃料的热值？ 天平 燃料名称 乙醇 航空煤油 实验序号 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 质量 m/×10-3 kg 热量 Q/×104 J 2 搜集证据 7 分析表格中的实验数据，呈现什么规律？ 小敏 燃料名称 乙醇 航空煤油 实验序号 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 质量 m/×10-3 kg 0.3086 0.4125 0.5289 0.6074 0.7126 0.3122 0.4228 0.5026 0.6121 0.7218 热量 Q/×104 J 0.92 1.22 1.57 1.80 2.12 1.45 1.96 2.33 2.84 3.35 Q 与 m 的比值/×107J·kg-1 2.97 2.97 2.97 2.97 2.97 4.64 4.64 4.64 4.63 4.64 燃料燃烧放出的热量与质量会不会成正比呢？ 一、什么是燃料的热值？ 3 作出解释 同种燃烧放出的热量与质量之比是个定值，不同种燃料之比不同。 小航 用热量与质量之比来表示燃料的某种特性。 分析表格中的实验数据，呈现什么规律？ 小宇 燃料完全燃烧时放出的 一、什么是燃料的热值？ 3 作出解释 燃料名称 乙醇 航空煤油 实验序号 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 质量 m/×10-3 kg 0.3086 0.4125 0.5289 0.6074 0.7126 0.3122 0.4228 0.5026 0.6121 0.7218 热量 Q/×104 J 0.92 1.22 1.57 1.80 2.12 1.45 1.96 2.33 2.84 3.35 Q 与 m 的比值/×107J·kg-1 2.97 2.97 2.97 2.97 2.97 4.64 4.64 4.64 4.63 4.64 一、燃料的热值 1. 在物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比，叫做这种燃料的热值。 q = Q m 4. 单位： 焦/千克（J/kg） 3. 公式： 热机的效率 2. 符号：q q Q m 10 5 .气态燃料的热值 （ 1 ） 1个标准大气压、0℃的气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比。 焦/米3（J/m3） q = Q V （ 3 ） 单位： （ 2 ） 公式： 热机的效率 11 小天 小航 不同的燃料热值一般不同。 气态燃料热值条件： 一、什么是燃料的热值？ 燃料 热值 燃料 热值 天然气 约 3.5×107 J/m3 氢气 1.4×108 J/kg 焦炉煤气 约 1.8×107 J/m3 干木柴 约 1.2×107 J/kg 酒精 约 3.0×107 J/kg 焦炭 约 3.0×107 J/kg 柴油 约 4.3×107 J/kg 无烟煤 约 3.4×107 J/kg 汽油 约 4.6×107 J/kg 木炭 约 3.4×107 J/kg 以下是一些常见燃料的热值，从表格中同学们有什么发现？ 1个标准大气压、0 ℃。 1个标准大气压、0 ℃。 12 小天 小航 不同的燃料热值一般不同。 气态燃料热值条件： 1个标准大气压、0 ℃。 一、什么是燃料的热值？ 以下是一些常见燃料的热值，从表格中同学们有什么发现？ 表一：一些常见气体燃料的热值（1个标准大气压，0℃） 表二：一些常见燃料的热值 燃料 热值 (J/m3) 燃料 热值 (J/m3) 天然气 约 3.5×107 焦炉煤气 约 1.8×107 燃料 热值 (J/kg) 燃料 热值 (J/kg) 氢气 1.4×108 干木柴 约 1.2×107 酒精 约 3.0×107 焦炭 约 3.0×107 柴油 约 4.3×107 无烟煤 约 3.4×107 汽油 约 4.6×107 木炭 约 3.4×107 表二：一些常见燃料的热值 13 燃料 热值 (J/kg) 燃料 热值 (J/kg) 氢气 1.4×108 干木柴 约 1.2×107 酒精 约 3.0×107 焦炭 约 3.0×107 柴油 约 4.3×107 无烟煤 约 3.4×107 汽油 约 4.6×107 木炭 约 3.4×107 表一：一些常见气体燃料的热值（1个标准大气压，0℃） 小敏 氢气的热值单位为什么不用焦每立方米？ 一、什么是燃料的热值？ 燃料 热值 (J/m3) 燃料 热值 (J/m3) 天然气 约 3.5×107 焦炉煤气 约 1.8×107 表二：一些常见燃料的热值 氢气在1 个标准大气压、0 ℃ 时密度为0.09 kg/m3 q氢 =1.4×10⁸ J/kg×0.09 kg/m³ =1.26×10⁷ J/m³ 以下是一些常见燃料的热值，从表格中同学们有什么发现？ 14 燃料 热值 (J/m3) 燃料 热值 (J/m3) 天然气 约 3.5×107 焦炉煤气 约 1.8×107 氢气 1.26×107 表一：一些常见气体燃料的热值（1个标准大气压，0℃） 燃料 热值 (J/kg) 燃料 热值 (J/kg) 干木柴 约 1.2×107 酒精 约 3.0×107 焦炭 约 3.0×107 柴油 约 4.3×107 无烟煤 约 3.4×107 汽油 约 4.6×107 木炭 约 3.4×107 表二：一些常见燃料的热值 小敏 以下是一些常见燃料的热值，从表格中同学们有什么发现？ 氢气的热值单位为什么不用焦每立方米？ 一、什么是燃料的热值？ 氢气在1 个标准大气压、0 ℃ 时密度为0.09 kg/m3 q氢 =1.4×10⁸ J/kg×0.09 kg/m³ =1.26×10⁷ J/m³ 氢气 1.4×108 氢气 1.4×108 15 小航 人们用煤炭代替木材、用天然气代替煤气作为生活燃料的原因。 天然气的热值大于焦炉煤气的，而且天然气更清洁环保。 一、什么是燃料的热值？ 小宇 木炭和无烟煤的热值大于干木柴的。 燃料 热值 燃料 热值 天然气 约 3.5×107J/m3 氢气 1.4×108J/kg 焦炉煤气 约 1.8×107J/m3 干木柴 约 1.2×107J/kg 酒精 约 3.0×107J/kg 焦炭 约 3.0×107J/kg 柴油 约 4.3×107J/kg 无烟煤 约 3.4×107J/kg 汽油 约 4.6×107J/kg 木炭 约 3.4×107J/kg 16 2022年的北京冬季奥运会首次使用氢作为火炬燃料。 一、什么是燃料的热值？ 17 王阿姨用天然气灶将一壶水加热至沸腾,大约需要8min，吸收了1.008×106J的热量。水吸收的热量相当于多少立方米天然气完全燃烧放出的热量？ 小宇 一、什么是燃料的热值？ 燃料 热值 (J/m3) 燃料 热值 (J/m3) 天然气 约 3.5×107 焦炉煤气 约 1.8×107 表一：一些常见气体燃料的热值 （1个标准大气压，0℃） 18 家庭中天然气燃烧实际放出的热量比水吸收的热量要多，为什么？ 一、什么是燃料的热值？ 小天 19 燃料在热机中燃烧时放出的热量能完全得到利用吗？ 二、什么是热机的效率？ 高温物体 低温物体 做功 吸 热 放 热 热机 20 发动机热损耗 排气管 对外做功 来自燃料的能量 二、什么是热机的效率？ 21 一、燃料的热值 二、热机的效率 热机工作时，用来做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。 热机的效率 22 小敏 根据已学知识分析，为什么汽油机和柴油机的效率高于蒸汽机？ 热机种类 蒸汽机 汽油机 柴油机 热机效率 6％～15% 20%～ 30％ 30％～45％ 汽油机和柴油机的燃料直接在气缸内燃烧，减少了热量散失。 二、什么是热机的效率？ 23 纽可门发明 第一台蒸汽机 (1712年） 瓦特对纽可门 蒸汽机革新 (1765年) 奥托设计出四冲程内燃机 (1876年) 03 01 01 02 03 布莱克提出 比热容理论 (1756年） 卡诺提出 卡诺循环 (1824年） 德罗夏提出四冲程内燃机工作原理 (1862年） 02 热机对人类社会的发展具有哪些重大意义？我们是否应该大力推广使用热机？ 小天 热机将人类从繁重的体力劳动中解放出来，极大地推动了社会生产力的发展。 三、热机的使用对环境有何影响？ 第一次工业革命以来，热机的大量使用使人类摆脱了繁重的体力劳动，促进了生产力的发展，但是热机工作时所排放的废气中含有二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物和一氧化碳等多种气体会对环境产生一定程度的破坏。二氧化硫与氮氧化物排放在大气中形成酸雨，会严重的污染自然环境。 25 小敏 我国在节能减排方面采取了哪些措施？ 小航 禁止国Ⅲ及以下排放标准的柴油货车通行。 出行方式多选择步行、骑自行车、乘坐地铁或公交车。 三、热机的使用对环境有何影响？ 为此，我国不断提升机动车污染物排放标准，促进热机技术升级。与此同时，大力发展公共交通系统，鼓励公众绿色环保出行，倡导节能减排的生活方式。 26 课堂小结 热量 比热容 内能 燃料化学能 机械能 热机 热机的效率 热值 本节课我们经历了问题、证据、解释、交流的科学探究过程，知道了热值是燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比；气态燃料的热值是1个标准大气压、0℃时，气体完全燃烧时放出的热量与其体积之比。用来做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。正是因为燃料燃烧时的利用率比较低，所以热机的使用对环境的破坏也比较严重，我们在热机技术升级、节能减排的生活方式中要做更多的努力。上海各地区温度是如何分布的？以及人工热源对环境温度有怎样的影响？带着疑问我们将继续进行“城市热岛效应”的调研的跨学科实践活动。 27 作业 任务2：查询气象数据，判断上海是否存在城市“热岛效应”。 任务3：猜想城市“热岛效应”的影响因素，并设计验证方案。 任务1：阅读拓展资料，了解城市“热岛效应”。 这是今天的作业，完成作业单。今天的课就到这里，同学们再见 Lavf58.46.101 $