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分类、热值（定义、公式、单位）及热机效率（定义、公式、提高方法）。课堂从“从哪里获得内能？”导入，先认识燃料并分类，再通过定义、公式、实例（如火箭用氢的计算）构建热值概念，最后分析燃料燃烧能量去向过渡到热机效率，形成连贯的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过燃料热值计算（如火箭燃料选择）、热机效率流程图分析等实例，培养学生模型建构与科学推理能力。课堂小结清晰梳理公式与方法，练一练题目强化理解，既帮助学生深化能量观念，又为教师提供结构化教学资源，提升教学效率。

第3节 热机的效率 第十四章 内能的利用 同学们好!今天这节课,我们一起来学习第十四章第二节——热机的效率。 上节课我们认识了内能,这节课要追问一个问题:燃料燃烧放出的热量,到底有多少变成了我们想要的动力?带着这个问题,我们先从身边最常见的燃料说起。 环节一 认识燃料 从哪里获得内能? 柴薪、煤炭、石油、天然气等常见燃料,通过燃烧释放内能 燃料燃烧时,把化学能转化为内能 柴薪 煤炭 天然气 石油 02 请大家看这四张照片:柴薪、煤炭、石油、天然气,它们都是我们生活中常见的燃料。 这些燃料有一个共同点——燃烧时会把储存的化学能转化为内能。我们烧水、做饭、开汽车,能量最初都是从这儿来的。所以今天的第一站,就是认识这些给我们提供内能的燃料。 学习目标 01 知道热值的概念 能计算燃料完全燃烧放出的热量 02 理解热机效率的含义 能说出燃料燃烧能量的主要去向 03 了解提高热机效率的途径 树立节能环保意识 本课要建立热值概念、理解热机效率、树立节能意识 03 这节课我们要完成三个小目标,大家可以先在心里记一下。 第一,知道热值的概念,会算燃料完全燃烧放出的热量;第二,理解热机效率的含义,弄清燃料燃烧的能量都去哪儿了;第三,了解提高热机效率的途径,顺便在心里种下一颗节能环保的种子。带着这三个目标,我们开始今天的学习。 环节一 认识燃料 燃料的分类 固体燃料 木炭、煤等 液体燃料 汽油、酒精等 气体燃料 煤气、天然气等 燃料燃烧时,化学能转化为内能 04 大家看左边这三张照片——木炭、汽油、天然气,它们形态完全不同,但都是我们生活中常见的燃料。 按状态来分,燃料正好可以分成三大类:以木炭、煤为代表的固体燃料,以汽油、酒精为代表的液体燃料,还有以煤气、天然气为代表的气体燃料。 无论是哪一种,燃烧时都有一个共同点:把储存在燃料里的化学能转化成了内能。 记住这个结论,接下来我们就要研究,同样是烧火做饭,为什么有的燃料"更经烧"。 环节一 认识燃料 想想议议 ① 1kg 干木柴和 10kg 干木柴 完全燃烧,放热相同吗? ② 相同条件下,1kg 干木柴 和 1kg 煤,谁烧开的水更多? ③ 1kg 干木柴完全燃烧与 未完全燃烧,放热相同吗? 等质量煤比干木柴放热多得多,说明不同燃料放热本领不同 比较放热本领,需要一把“尺子”——燃料的热值 05 先别急着背概念,我们来想三个问题:1kg 干木柴和 10kg 干木柴,完全燃烧放出的热量一样吗? 同样的条件下,1kg 干木柴和 1kg 煤,谁烧开的水更多?完全燃烧和没完全燃烧,放出的热量又一样吗? 第三个问题大家都答得上来,完全燃烧放得更多;而前两个问题告诉我们,同样质量的不同燃料,放热本领差别很大——你看,等质量的煤就比干木柴放热多得多。 不同燃料的放热本领各不相同,要比较它们,就需要一把统一的"尺子"。这把尺子,就是下面要讲的热值。 环节二 燃料的热值 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。 q = Q放 / m q 表示热值 Q放 表示热量 m 表示质量 物理意义 数值上等于 1kg 该燃料完全燃烧放出的热量 单位 J/kg(固体、液体燃料) J/m (气体燃料) 公式 Q放 = qm(固体、液体) Q放 = qV(气体) 06 这把"尺子"就叫热值。定义是:某种燃料完全燃烧放出的热量,与它的质量之比,就是这种燃料的热值,写成公式就是 q 等于 Q放 除以 m。 它的大小在数值上等于 1kg 这种燃料完全燃烧放出的热量,这就是它的物理意义。 注意单位:固体和液体燃料的热值用 J/kg,气体燃料因为按体积计量,用 J/m ,对应地,算放热时固体液体用 Q放 = qm,气体用 Q放 = qV。 有了热值这个标准,我们就可以定量比较不同燃料的放热能力了,下一节我们看一张热值表,感受一下差距有多大。 环节二 燃料的热值 常见燃料的热值 常见燃料的热值表(来源:教材配套课件) 物理意义 热值在数值上等于 1 kg 该燃料 完全燃烧放出的热量 燃料不同,热值不同,氢的热值最高 结论:不同燃料的热值不同,氢的热值最高。 想一想:请说出你熟悉的燃料的热值,并说明它的物理意义。 07 我们把常见燃料的热值都整理在这张表里了,大家会发现,不同的燃料热值差别很大,比如氢的热值达到 1.4 10⁸ 焦耳每千克,是表里最高的。 这就是热值的物理意义——它表示 1 千克这种燃料完全燃烧能放出多少热量,数值越大,说明同样质量的燃料放热本领越强。看完表,请你说出一种熟悉燃料的热值,并用物理意义来解释它。 环节二 燃料的热值 算一算:火箭为什么用氢? 题目 火箭携带液氢约 10 t(m=1 10⁴ kg) 氢的热值 q=1.4 10⁸ J/kg,干木柴 q=1.2 10⁷ J/kg 想一想:10 t 氢完全燃烧能放出多少热量?改用干木柴呢? ① 氢完全燃烧放热 Q = qm = 1.4 10⁸ J/kg 10⁴ kg = 1.4 10 J ② 同样热量改用干木柴 m = Q / q = 1.4 10 J 1.2 10⁷ J/kg ≈ 1.17 10⁵ kg ≈ 117 吨 结论:氢热值大,同质量完全燃烧放热约为干木柴的 12 倍,所以火箭用氢。 08 刚才我们看到氢的热值最高,那火箭为什么偏偏选氢呢?我们一起动手算一算:10 吨液氢完全燃烧,放出的热量达到 1.4 10 焦耳;如果改用干木柴来提供同样的热量,大约需要 117 吨。 这就是答案——同质量的燃料,热值越大放出的热量越多,氢能以最小的质量带来最大的能量,所以成为火箭燃料的首选。 环节二 燃料的热值 练一练 热值 关于燃料的热值,下列说法正确的是( ) A.燃料燃烧得越充分,热值越大 B.燃料的热值与质量多少有关 C.就某种确定的燃料而言,热值是一个确定的值, 与质量及放热多少无关 D.燃料不完全燃烧时热值变小 答案:C 解析:热值是燃料本身的一种属性,只与燃料的种类有关, 与质量多少、是否完全燃烧无关。 09 学了热值,我们来练一练。这道题的关键是记住:热值是燃料本身的一种属性,它只由燃料的种类决定。 所以不管燃料烧得充不充分、用了多少千克,热值都不会变,正确答案是 C。搞懂这一点,我们接下来讨论热机效率时,就不会把热值和燃烧情况混在一起了。 环节三 热机的效率 燃料燃烧的能量去哪了? 想一想 燃料完全燃烧放出的内能,都变成有用机械能了吗? 燃气内能 来自燃料完全燃烧 有用机械能 做有用功,被有效利用 损失的内能 散热损失、废气带走 无用的机械能 克服摩擦等消耗 结论 燃气内能只有一部分转化为有用机械能,其余都损失掉了;内燃机中燃料还常不能完全燃烧 10 刚才我们算出燃料完全燃烧能放出很多热量,可这些能量真的全被利用了吗? 其实,燃料燃烧产生的内能只有一部分变成了有用机械能,剩下的都损失掉了。你看这个流向图,一条路去做有用功,另一部分内能通过散热和废气跑掉了,还有一部分在克服摩擦中被白白消耗。 所以下次再见到热机效率,就可以想到它说的正是"被有效利用的那部分"能有多少。 环节三 热机的效率 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,叫做热机的效率。 = W有用 Q放 W有用 — 用来做有用功的能量 Q放 — 燃料完全燃烧放出的能量 效率的意义 热机效率是热机性能的重要指标。 它反映燃料完全燃烧放出的能量中, 转化为有用机械能的比例。 越大 能量被利用得越充分 11 怎样定量地描述一台热机"利用得有多好"呢?物理学家给了我们一把尺子——热机效率。 它就是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出能量之比,写成公式就是 等于 W有用 除以 Q放。同学们注意,分子是我们真正想要的,分母是燃料理论上能给的全部。 效率越高,说明燃料被用得越值,这也是判断一台热机性能好坏的重要指标。 环节三 热机的效率 常见热机的效率 蒸汽机 最低 6%~15% 0% 50% 汽油机 20%~30% 0% 50% 柴油机 最高 30%~45% 0% 50% 结论 常见热机中,蒸汽机效率最低,柴油机效率最高 12 有了效率这把"尺子",我们再量一量身边的常见热机。 蒸汽机只有百分之六到十五,效率最低;汽油机大约两成到三成;柴油机最高,能达到三成到四成五。同样烧一箱燃料,柴油机能干的活明显更多。 这也提醒我们,大部分能量其实都白白浪费掉了,提高热机效率的空间还很大,下一环节我们就来想想办法。 提高热机效率 ① 使燃料充分燃烧 提高燃料的利用率 ② 改进热机 减少各种能量损失 ③ 利用废气的能量 把废气带走的内能重新利用起来 内燃机 充分燃烧 减少损失 利用废气,三管齐下提升效率 13 提高热机效率,我们有三条路可以同时走。第一条,让燃料充分燃烧,燃料利用率上去了,效率自然就高。第二条,改进热机本身,把散热、摩擦这些能量损失一点点降下来。第三条更巧妙,废气里其实还带着不少内能,把它重新利用起来,等于把丢掉的热量又捡了回来。右边这张内燃机的照片,就是前面我们一直在讲的那台热机,效率提高的每一步,最后都要落在它身上。 练一练 效率 题目 一台内燃机工作时,燃料完全燃烧放出的能量,主要损耗如下: 汽缸散热损失 25% 废气带走 30% 摩擦等机械损耗 10% 其余能量全部用来做有用功。这台内燃机的效率 是多少? 计算过程 1 总能量看作 100%(燃料完全燃烧放出的能量) 2 = 100% − 25% − 30% − 10% 3 = 35% 热机效率 = 35% 其余能量全部转化为有用功 14 这道题其实是热机效率的逆向应用:题目不直接给出有用功,而是告诉我们三笔能量损耗各占多少。把汽缸散热、废气带走和摩擦损耗加起来,正好是百分之六十五,从百分之百里减掉,剩下的百分之三十五就是用来做有用功的部分,也就是这台内燃机的效率。做这类题的关键是记住,效率看的是损耗之外还剩多少,别把百分比当成绝对数值去算。练完这道题,我们这节课的两条主线——热值和热机效率——就都真正上手算过了。 课堂小结 抓住「热值」与「热机效率」两条主线 主线一 热值 定义 q = Q放/m 燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比 单位 J/kg(固体、液体) 气体燃料按体积计量,单位用 J/m 计算 Q放 = qm;Q放 = qV 已知热值和质量(体积),即可求出放出的热量 主线二 热机效率 定义 = W有用/Q放 用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比 能量去向 只有一部分变为有用机械能 其余经散热、废气、摩擦等损失 提高途径 ①充分燃烧 ②减少损失 ③利用废气 三管齐下,提升燃料利用率与热机效率 15 好,到这里我们这节课的两条主线就很清楚了:一条是热值,一条是热机效率。热值帮我们回答"燃料到底能放出多少热量",而热机效率告诉我们"这些热量有多少真正变成了有用的功"。 回头看,热值的定义、单位和计算其实就是三件事:q 等于 Q放除以 m,固体液体用 J/kg、气体用 J/m ,算的时候用 Q放等于 qm 或者 qV。而热机效率这一边,我们要记住能量不会凭空消失,散热、废气、摩擦都会带走一部分,所以提高效率就要从充分燃烧、减少损失、利用废气三方面入手。 同学们可以对照这两张卡片,把公式和结论在心里默念一遍,能讲清楚这六条,这节课的核心就掌握了。 学以致用 课后思考:怎样让家里的燃气热水器烧水更高效? 想一想:从热值与热机效率两个角度给出你的方案 节能环保,从身边做起 16 学完不等于结束,真正的考验是把知识用到生活里。给大家留一个课后思考:怎样让家里的燃气热水器烧水更高效? 提示一下,用今天学的两个角度去想:从热值看,燃气要烧得充分,火焰是不是够旺、通风是不是够好;从热机效率看,热水器本身的热量损失怎么减少,比如随用随开、减少保温损耗,还有废气里的热量能不能再利用。这些想法没有标准答案,期待下节课听到你们的方案。 $