14.3 热机的效率 课件-2026-2027学年人教版九年级物理全一册

第十四章 内能的利用 14.3 热机的效率 人教版 远古时期，人类就开始烤火取暖，能联想到哪些物理知识？ 阿巴阿巴*****巴拉巴拉**********物理物理 热传递改变内能 木柴的内能是如何获得的呢？ 木柴属于燃料，燃烧过程当中储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能 燃料：可燃烧的物质 新课导入 今天要吃香喷喷的烤野猪，可以使用哪些燃料？ 煤炭 酒精 天然气 汽油 氢气 木柴 木柴 一、燃料的热值 酒精 汽油 天然气 氢气 煤炭 木柴 固体燃料 一、燃料的热值 液体燃料 气体燃料 一、燃料的热值 某工厂要给所有员工每天提供10t开水，现在分别使用木柴、煤烧开水。老板更倾向于使用哪一种燃料？ 衔接：来，我们继续来烧开水。（幽默过渡）用锅炉烧开水 一、燃料的热值 木柴200kg 蜂窝煤90kg 烧相同质量的水使用不同的燃料，消耗量是不同的，这是什么道理？ 不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的 一、燃料的热值 1kg的煤 1kg的木柴 取相同质量的煤和木柴完全燃烧，哪种燃料能够使质量相同的水升高的温度更多？ 1kg的煤能使质量相同的水升高的温度更多 煤 完全燃烧 放出的热量更多 （煤的放热本领更强） 一、燃料的热值 燃料完全燃烧时放热本领 1、定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q 表示。 完全燃烧：燃料全部变成不可燃烧物，实际中很难达到。 完全燃烧 燃烧不充分 一、燃料的热值 观察常见燃料的热值，说一说发现？ 固、液单 位 气体 单位 热值是反映物质自身性质的物理量，只与物质种类有关（与完全燃烧放出热量、质量无关） 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 D 当堂小练 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 当堂小练 一、燃料的热值 质量 完全燃烧放出的热量 1kg干木柴 2kg干木柴 m kg干木柴 1.2×107 2 × 1.2×107 m × 1.2×107 m kg某燃料 m × q q柴=1.27×107 J/kg Q放 = mq（固、液） 完全燃烧放出热量 Q放 = Vq 对于气体： 完全燃烧放出的热量=质量×热值 完全燃烧放出热量 (J) 质量 (kg) 燃料热值 (J/kg) m = q Q放 1、火箭一般用液氢做燃料，是因为液氢的热值大，10kg氢完全燃烧放出的热量为 （q氢=1.4×108J/kg ） ②Q放 = m q ①Q = c m Δt 完全燃烧 Q氢放=m氢q氢 = 1.4×108J/kg×10 kg = 1.4×109J 1.4×109J 一、燃料的热值 2、某个家庭预计每月使用天然气4m3，这些天然气完全燃烧放出多少热量？思考：相当于多少kg干木柴完全燃烧放出的热量？ （q天然气=7.5×107J/m3，q干木柴=1.2×107J/kg） Q放天然气 = V q天然气 = 7.5×107 J/kg×4 m3 = 3×108J m柴 = q柴 Q放柴 = = q柴 Q放天然气 1.2×107J/kg 3×108J = 25kg 一、燃料的热值 3、已知干木柴的热值是1.2×107 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃) 解：Q = mq = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J m = Q c Δt 8.4×106 J 4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃) 　　 = 　　 = 40 kg 一、燃料的热值 二、热机效率 燃料用在生活中哪些地方？ 酒精 天然气 汽油 氢气 木柴 木柴 煤炭 用作烧水、汽车(热机）运动（获得机械能) 二、热机效率 燃料完全燃烧放出的热量，能否被水全部吸收？ 用1.5m3煤气将100kg的水烧开(从25℃加热到100℃),这些煤气完全燃烧放出热量是多少?水多吸收的热量是多少J?(煤气的热值是q=3.9×107J/m3） Q放=Vq =1.5m3 × 3.9×107J/m3 = 5.85×107J Q吸=cm∆t =4.2×103J/(kg·℃)×100kg×(100℃-25℃)=3.15×107J 燃料完全燃烧放出的热量，不能被水全部吸收 二、热机效率 被利用的热量占总热量的多少？ Q放 Q吸 = 3.15×107 J 5.85×107 J 53.8% = 烧水热机效率( η）：吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。 Q吸 = c m Δt 烧水效率： Q放 = m q 列2 水吸收的热量 丧失热量 53.8 46.2 二、热机效率 煤气完全燃烧放出的热量 ④燃料不能完全燃烧 ① 高温烟气带走一部分 ②加热煤气灶壁 水吸收 的热量 ③ 水壶吸收 有用 热机效率一定小于 1，不可能达到百分之百的利用率 1、某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m 3（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×10 3J/(kg•℃)，天然气的热值为3.2×10 7J/m 3。求：  （1）天然气完全燃烧放出的热量；  （2）水吸收的热量；  （3）该热水器工作的效率。 当堂小练 （1）天然气完全燃烧放出的热量；  （2）水吸收的热量；  （3）该热水器工作的效率。 解：Q放=Vq=1m3×3.2×107J/m3=3.2×107J Q吸=cm t=4.2×103J/（kg•℃）×100kg×（50℃-20℃）=1.26×107J η= =1.26×107J/3.2×107J≈39.4% 当堂小练 2、小明同学用天然气灶将质量为2kg，初温为15℃的水加热到95℃，水吸收的热量为 J，若此过程的热效率为40％，则此过程消耗的天然气 m3 [c水=4.2×103 J/（kg·℃），天然气热值q=4.2×107J/m3] 6.72×105 0.04 当堂小练 二、热机效率 汽油完全燃烧放出的热量，能否全部转化为汽车所需要的机械能？ 一小汽车在平直的高速路上匀速行驶2.3km，若行驶过程中发动机牵引力一直为1000N，消耗汽油为0.25kg （q汽=4.6×107J/kg） （1）汽油完全燃烧放出的热量为多少？ （2）汽车获得的有用机械能是多少？ Q放= mq =0.25 kg × 4.6×107J/kg = 1.15×107J W有= Fs =1000N× 2300m= 2.3×106J 二、热机效率 有用的机械能占总热量的多少？ Q放 W有 = 2.3×106 J 1.15×107 J 20 % = 开车热机效率( η）：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比 开车效率： W有= F s Q放= m q 距离（m） 牵引力（N） 列2 有用的机械能 丧失热量 20 80 二、热机效率 ④燃料不能 完全燃烧 有用机械能 燃料完全燃烧放出的热量 ②克服机器的摩擦 ① 散热 ③ 废气带走（最多） 热机效率一定小于 1，不可能达到百分之百的利用率 1、汽车在一段平直的公路上匀速行驶 5 km，牵引力为3.0×103N，消耗汽油 1 kg（假设汽油完全燃烧）汽油的热值为q=4.6×107J/kg，求： （1）在测试过程中，汽车牵引力所做的功W有 （2）该型号汽车的热机效率η 当堂小练 二、热机效率 烧水的效率 热机的效率 水吸收的热量 有用功 燃料完全燃烧放出的热量 燃料完全燃烧放出的热量 热机效率一定小于 1 常见热机的效率 蒸汽机 6%~15% 柴油机 30%~45% 汽油机 20%~40% 二、热机效率 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，提高效率； 3.利用废气的能量，提高燃料的利用率； 4.保证良好的润滑，减少机械摩擦 二、热机效率 如何提高热机效率，节约能源，减少污染？ 衔接：热机的效率是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做同样功的情况下，就能够消耗较少的能源，从而节约能源，减少污染。 我们发现现在的热机的效率是普遍偏低的，还有很大的提升空间。那么我们可以用什么办法提高热机效率呢？ 1、如果用酒精炉烧水，将质量为2kg，温度为10℃的水加热（1个标准大气压下），需完全燃烧42g酒精，酒精炉效率为70%，（已知c水＝4.2×103J/（kg•℃），q酒精＝3.0×107J/kg）。 求：（1）42g酒精完全燃烧放出的热量； （2）水升高的温度是多少？ 当堂小练 2、某汽车匀速行驶100km后，消耗汽油10kg，发动机做的有用功为1.15×108J (q汽油=4.6×107J/kg）求： （1）汽油完全燃烧放出的热量； （2）发动机的效率。 当堂小练 3、关于热机效率，下列说法正确的是（　　） A.热机效率越高，即热机做的有用功多 B.热机效率越高，即热机的功率越大 C.要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保证良好的润滑 D.提高热机效率，有利于环保减排 C D 当堂小练 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 当堂小练 $