14.3 热机的效率 导学案 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

14.3 热机的效率 导学案 班级：________　姓名：________　学号：________ 一、学习目标 1. 知道热值的概念，记住热值是燃料的一种性质，会用燃料完全燃烧放热的公式 （或 ）计算燃料完全燃烧放出的热量，计算过程中物理量带单位。 2. 理解热机效率的含义，记住热机效率公式 ，知道内燃机工作时能量损耗的主要原因，能说出提高热机效率的途径。 3. 会利用热值公式和热机效率公式进行简单的综合计算，正确使用科学计数法表示计算结果。 4. 能通过实验装置图和温度—时间图像粗测燃料的热值，体会比值法在定义物理量中的应用。 二、课前自学 1.(1)某种燃料________燃烧放出的热量与其质量之比叫作这种燃料的热值。它的单位是____________，符号为_______。热值是燃料的性质，同种燃料的热值相同，不同燃料的热值一般不同。 (2)注意：热值只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、形状、是否完全燃烧等均________。 2. 燃料完全燃烧放出热量的计算公式是________，其中 q 为燃料的热值，m 为燃料的质量，V 为气体燃料体积。 3. 用来____________的那部分能量，与燃料完全燃烧时放出的能量之比，叫作热机的效率。热机的效率公式是η＝________，热机的效率η<1。 4. 一台内燃机工作时能量损耗的主要原因有：燃料难以完全燃烧、气缸散热损失、____________、摩擦等机械损耗。 我的疑问：_______________________________________ 三、课内探究 探究一　知识点1　热值 1. 知识梳理。 (1)定义：________的某种燃料完全燃烧时放出的热量与________之比，叫作这种燃料的热值。 (2)性质：热值取决于________，与燃料的质量和是否完全燃烧均________。 (3)公式：固体燃料完全燃烧放出热量 Q＝________；气体燃料完全燃烧放出热量 Q＝________。 (4)单位：固体燃料的热值单位一般用________；气体燃料的热值单位一般用________。 2. 物理方法——比值法：热值是用比值法定义的，与比热容、密度类似，都属于物质的性质。热值的大小取决于燃料的种类，与燃料的质量、是否完全燃烧等因素无关。 3. 典例1：释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种"燃料"，营养成分在人体细胞里与氧结合，提供细胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有"2361 kJ/100 g"，该标识的含义与以下物理量的含义类似的是(　　) A.热量 B.热值 C.比热容 D.内能 4. 变式1：小越参加一次长跑消耗的能量为 ，这些能量相当于完全燃烧 0.55 kg 的干木柴才能得到，则干木柴的热值为___________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将________(填"变大""变小"或"不变")。 探究二　知识点2　热机的效率 1. 知识梳理。 (1)定义：用来____________的那部分能量，与燃料完全燃烧时放出的能量之比，叫作热机的效率。 (2)公式：η＝________；热机的效率η________1。 (3)能量损耗：一台内燃机工作时能量损耗的主要原因有：燃料难以完全燃烧、气缸散热损失、____________、摩擦等机械损耗。 2. 走进生活：平时汽油车刚发动的时候，会看到车尾排气口冒"黑烟"，出现这种情况的原因是________________________，此时汽油机的效率________(填"升高""降低"或"不变")。 3. 典例2：如图为某汽车内燃机燃料燃烧所释放能量的流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为(　　) 某汽车内燃机燃料燃烧所释放能量的流向图 A.20% B.30% C.40% D.50% 4. 变式2：一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为 3000 r/min，该柴油机活塞 1 s 对外做功________次。若其效率为 40%，消耗 2 kg 的汽油转化成的机械能是__________J。() 四、课堂检测 A层·基础夯实 1. 煤炭相比于木柴，煤炭具有更高的(　　) A.质量 B.热值 C.比热容 D.热量 2. 2024 年 4 月 20 日，我国研制的新款柴油机刷新了柴油机热机效率的世界纪录，为我国实现"双碳"目标添砖加瓦。如图为内燃机的某个工作瞬间的示意图。下列说法正确的是(　　) 内燃机某个工作瞬间的示意图 A.如图冲程是把机械能转化为内能 B.热机的效率越高，说明做功越快 C.使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率 D.柴油在燃烧过程中，柴油的热值在不断减小 3.[航天航空]中国探索火星探测器"天问一号"的成功发射，是我国综合国力和创新能力提升的重要标志。火箭发射探测器时带了 液态氢燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量是________J，可以将_________kg初温为20 ℃的水加热至沸腾。使用液态氢做燃料的原因是氢的_______大。[，，当地大气压为 1 标准大气压，不计热量损失] 4.[物理与生活]生活垃圾的热值为 ，位于济宁市某垃圾焚烧发电厂每天完全燃烧 1000 t生活垃圾，放出热量_______J；若放出热量的 42%用来加热水供给附近小区，在 1 标准大气压下，每天可将___________kg 的水由 20 ℃恰好加热至沸腾。[] B层·理解运用 5. 汽车发动机之一是汽油机，汽油的热值为 ，王同学阅读了某汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示，下列回答正确的是(　　) 某汽车发动机内燃机的能量流向图 A.该内燃机的效率为 70% B. 1 kg 的汽油燃烧一定能够释放 的能量 C.利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径 D.汽油机压缩冲程把燃料燃烧产生的内能转化为机械能 6.[数字化实验](2025 年揭阳市期末)如图甲所示，小明用该装置粗测花生仁的热值，过程如下：用电子秤取 30 g 水放入烧杯中，将温度传感器插入水中，并连接电脑；取 0.7 g 花生仁穿在细铁丝上，点燃花生仁，立即移到烧杯正下方，给水加热，传感器获得温度—时间的图像如图乙所示。[] 粗测花生仁热值的实验装置（图甲） 水温随时间变化的图像（图乙） (1)实验中花生仁燃烧放出的热量的多少是通过____________来显示的。 (2)实验过程中老师提醒小明要适当转动花生仁，使花生仁燃烧充分。根据图乙，粗略测得花生仁的热值为___________J/kg。在实验中小明看到花生仁燃烧冒出大量的黑烟，这会导致测得的热值__________(填"大于""小于"或"等于")真实值。 C层·拓展挑战 7. 汽车排气量是指发动机气缸的工作容积，一般情况下，汽车排气量越大，功率越大，空燃比是指气缸内空气和燃油的质量比。某台汽车发动机数据如下表，当汽车以 100 km/h 速度匀速运动时，根据表中数据求汽车发动机的效率。(计算结果保留一位小数) 1 min内完成工作循环 排气量 发动机最大功率 气缸内汽油和空气的混合密度 汽油的热值 空燃比 2600次 1.8 L 75 kW 1.35 4.6 14∶1 五、课后延伸 1. 一瓶煤油用去一半后，剩余煤油的热值、比热容、密度是否发生变化？请说明理由。 2. 结合内燃机工作时能量损耗的主要原因，写出提高热机效率的两条途径。 六、参考答案 【课前自学】 1.(1)完全；焦每千克；J/kg　(2)无关 2. （或 ） 3. 做有用功；热机效率公式 ，η<1。 4. 废气带走的能量 【课内探究】 探究一：(1)1 kg；其质量　(2)燃料的种类；无关　(3)；　(4)J/kg； 典例1：B　解析：该标识表示 100 g 饼干在体内完全氧化分解能提供 2361 kJ 的能量，即"放出的热量与质量之比"，与热值的含义类似，故选 B。 变式1：；不变　解析：由 ；热值是燃料的性质，与燃料的质量无关，用掉一半后热值不变。 探究二：(1)做有用功　(2)；η<1　(3)废气带走的能量 走进生活：汽油在发动机内燃烧不充分；降低 典例2：C　解析：由图可知，燃料燃烧释放的总能量为 400 J＋200 J＋400 J＝1000 J，其中有用的机械能为 400 J，该内燃机的效率为 故选 C。 变式2：25；　解析：飞轮转速 3000 r/min＝50 r/s，一个工作循环飞轮转 2 转并对外做功 1 次，故每秒对外做功 25 次；汽油完全燃烧放出的热量 ，转化成的机械能 。 【课堂检测】 1. B 2. C　解析：由图可知，火花塞点火，进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，是做功冲程，把内能转化为机械能，A 错误；热机的效率越高，说明能量的利用率越高，与做功快慢无关，B 错误；热值是燃料的性质，燃烧过程中柴油的热值不变，D 错误；使燃料燃烧更充分，可以减少能量损失，提高热机的效率，C 正确。 3. ；；热值　解析：；由 得 。 4. ；　解析：；，。 5. C　解析：由图可知，输出有用功占总能量的 100%－33%－30%－7%＝30%，即该内燃机的效率为 30%，A 错误；1 kg 汽油只有完全燃烧才能释放 的能量，B 错误；压缩冲程把机械能转化为内能，D 错误；利用废气的能量及减小摩擦是提高热机效率的有效途径，C 正确。 6. (1)水升高的温度　(2)；小于　解析：由图乙可知，水升高的温度 ，水吸收的热量 ，花生仁的热值 ；冒出大量黑烟说明花生仁燃烧不充分，放出的热量偏少，测得的热值小于真实值。 7. 解：由 得，做一次功需要燃气的质量为 因为空燃比是 14∶1，所以做一次功消耗的汽油质量为 由 得 1 min 内汽油燃烧释放的热量为 根据 可知发动机所做的有用功为 所以发动机的效率为 【课后延伸】(示例) 1. 均不变。热值、比热容、密度都是物质的性质，都用比值法定义，只与物质的种类有关，与质量多少无关，所以煤油用去一半后三者均不变。 2. 使燃料尽可能充分燃烧；减少气缸散热损失；利用废气带走的能量；减小摩擦等机械损耗。(答出两条即可) 学科网（北京）股份有限公司 $