14.3《热机的效率》专题精讲 2026-2027学年人教版九年级物理上学期
人教版九年级物理(全一册)· 第14章 内能的利用
14.3《热机的效率》培优专题精讲
对标中考 / 期中命题逻辑 | 贴合人教版2024教材 | 不超纲
一、本节知识清单
14.2 讲“热机能把内能变成机械能”,本节追问一句:变成机械能的那部分,占燃料放出热量的百分之几? 为了回答这个问题,先立一个“燃料放热本领”的标尺——热值 q,再用它算出燃料完全燃烧放出的热量 Q放,最后用 η=衡量热机的好坏。全节就一条主线:先算能量从哪来(Q放),再算有多少变成有用功(W有),两者相除得效率。
要点 | 内容(判据 / 表述) | 易漏提醒 |
热值 | 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫这种燃料的热值,符号 q | 热值是燃料的特性,只由燃料种类决定 |
热值的单位 | 固体、液体燃料:J/kg;气体燃料:J/m3 | 气体燃料要用 J/m3,不能用 J/kg |
热值的物理意义 | 数值上等于 1 kg(或 1 m3)该燃料完全燃烧放出的热量 | “完全燃烧”四个字不能省 |
燃烧放热计算 | 固体、液体:Q放=mq;气体:Q放=Vq | Q放是“完全燃烧”时放出的热量,实际常放不完 |
热机的效率 | 热机用来做有用功的那部分能量,与燃料完全燃烧放出的热量之比,叫热机的效率 | 公式:η= |
能量流向 | 燃料的化学能→有用机械能+废气带走的内能+散热损失+克服摩擦的机械能损失 | 后三项都“降级”为内能,难以再利用 |
常见效率 | 蒸汽机 6%~15%;汽油机 20%~30%;柴油机 30%~45% | 柴油机效率高于汽油机 |
提高效率的途径 | ① 使燃料充分燃烧;② 减少各种能量损失(改善润滑、减少摩擦、优化结构);③ 利用废气的能量 | 注意“提高效率”≠“提高功率” |
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图1 一些燃料的热值(教材数据):不同燃料的热值差别很大,氢的热值最大
图1 说明一件事:相同质量的不同燃料,完全燃烧放出的热量并不相同。比较“放热本领”,比的不是“谁烧得旺”,而是热值 q。例如干木柴约 1.2×107 J/kg,汽油 4.6×107 J/kg,氢 1.4×108 J/kg。
图2 煤是常用的固体燃料:1 kg 无烟煤完全燃烧约放出 3.4×107 J 的热量
一句话记忆:热值看“一公斤能给多少热”,效率看“这些热里有多少干了正事”。
二、本节易错避坑指南
阅卷扣分要点(总纲·先看这一条) 1. 说“燃料用掉一半,热值也减半”→ 概念性错误,该问不得分(热值是 |
易错点1 热值是“特性”,与质量、是否燃尽都无关 热值是 1 kg(或 1 m3)该燃料完全燃烧放出的热量,是燃料本身的属性,只与燃料的种类有关。所 |
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以:- 用掉一半 → 热值不变(只是能放出的总热量减半);- 没有燃烧 → 热值照样存在(热值不是“正在放出的热量”);- 燃烧不充分 → 热值不变(只是实际放出的热量比 mq 小)。一句话:q 是“标价”,mq 才是“实际花出去的钱”。选择题最爱把“热值减半”“没烧就没热值”设成干扰项。 |
易错点2 气体燃料必须用 Q放=Vq,单位是J/m3 固体、液体燃料用 Q放=mq(q 的单位 J/kg);气体燃料用 Q放=Vq(q 的单位J/m3,V 为气体体积)。判断依据看燃料状态:煤、汽油、酒精、干木柴→mq;天然气、煤气、沼气、液化石油气(气态使用)→Vq。常见错误:给天然气 0.1 m3、热值 3.2×107 J/m3,却写成 Q=0.1×3.2×107 J/kg,单位一栏写 J/kg——公式对、单位错,照样扣分。 |
易错点3 “热机效率”与“炉灶效率”不是同一个分母上的故事 两者形式相同(η=有用能量/燃料完全燃烧放出的热量×100%),但“有用”指的东西完全不同:- 热机效率:有用的是对外做的功 W有(能量变成了机械能),η= |
易错点4 功率大 ≠ 效率高;效率高 ≠ 做功快 功率描述“做功的快慢”(单位时间内做多少功),效率描述“燃料的能量有多少被有效利用”。两者没有必然联系:- 一台大功率发动机可能很费油(效率低);- 一台小功率发动机可能很省油(效率高)。判断题里“功率越大,效率一定越高”“效率越高,做功一定越快”都是错的。这个陷阱几乎每年都出现。 |
三、重点知识深度辅导
(一)为什么要引入“热值”。生活中我们知道“同样多的煤和干木柴,煤更耐烧、放热更多”。要把它变成可计算的物理量,就得规定统一的比较标准:取 1 kg(或 1 m3)、让燃料完全燃烧、看放出多少热量。这个量就是热值 q。定义式:q=(固体、液体),或 q=
(气体);反过来就是计算式 Q放=mq 或 Q放=Vq。注意“完全燃烧”是定义的前提:实际燃烧总有不充分的时候,实际放热会小于 mq,这也正是炉灶效率达不到 100% 的原因之一。
(二)热机里的能量都去哪了——能流图。燃料在气缸内燃烧,化学能变成内能,此后能量分成几路:① 一部分推动活塞做功,成为有用机械能(这是我们想要的);② 很大一部分随高温废气排出,
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