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(共28张PPT)
第十四章　内能的利用
第 3 节　热机的效率
新课导入
　　你知道人类使用燃料的演变过程吗？
酒精
汽油
天然气
氢气
煤炭
木柴
新知探究
　　生活中，你都见过哪些燃料？
新知探究
酒精
天然气
煤炭
木柴
固体燃料
汽油
氢气
液体燃料
气体燃料
新知探究
酒精
天然气
煤炭
木柴
　　燃料是指在燃烧过程中能够放出热量的物质。燃料燃烧是化学能转化为内能的过程。
汽油
氢气
相等质量的煤炭和木柴，煤燃烧产生的热量更多。
新知探究
木柴
煤炭
　　相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量相同吗？
新知探究
　　相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量相同吗？
相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量不同。
木柴
煤炭
新知探究
实验设计
　　给同学们提供以下实验器材：酒精、矿物油、电子秤、烧杯、水、
温度计和铁架台等。请利用器材设计实验验证猜想，并简述实验思路。
酒精和矿物油
质量、初温相同的水
测量水的末温
升高温度不同，证明两种燃料放出热量不同。
新知探究
燃料种类 酒精 矿物油
燃料质量 m/g 5 5
水的质量 m水/g 100 100
水的初温 t0/°C 32 32
水的末温 t/°C 80 70
水升高的温度 t/°C 48 38
新知探究
　　相等质量的不同燃料，燃烧时放出的热量不同。
实验分析
新知探究
　　一、热值（q）
　　1. 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的本领。
　　2. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
　　3. 定义式：q＝
　　4. 单位：焦每千克（J/kg）
Q
m
指燃料燃烧后完全变成不可燃烧物的过程。
新知探究
小资料
　　不同燃料的热值一般不同。
　　某些气体燃料热值的单位是 J/m3 。
新知探究
　　一、热值（q）
　　1. 物理意义：反映燃料燃烧释放热量的本领。
　　2. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
　　3. 定义式：q＝
　　4. 单位：焦每千克（J/kg）
Q
m
Q
V
q＝
（气体）
焦每立方米（J/m3）
新知探究
小资料
　　提出问题
　　干木柴的热值是多少？它的物理意义是什么？
　　干木柴的热值约 1.2×107 J/kg。
　　它表示 1 kg 的干木柴完全燃烧放出的热量为 1.2×107 J。
新知探究
小资料
　　汽油的热值是多少？如果给汽车加 30 kg 汽油，完全燃烧放出的热
量为多少？
　　汽油的热值是 4.6×107 J/kg。
　　完全燃烧放出的热量 Q放＝qm油＝4.6×107 J/kg×30 kg＝1.38×109 J。
新知探究
布置任务
　　回顾酒精烧水过程，水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量是否
相同？请你利用实验视频中的数据，计算说明。[已知：水的比热容
c=4.2×103 J/(kg·°C) ，酒精的热值约为 q=3×107 J/kg。 ]
课堂活动
发现问题
　　酒精完全燃烧放出的热量：
　　　　　Q放＝qm酒＝3×107 J/kg×5×10－3 kg＝1.5×105 J
　　水吸收的热量
　　　　　Q吸＝cm水 t＝4.2×103 J/(kg·°C)×0.1 kg×(80 °C －32 °C)
　　　　　　 ＝2.016×104 J
　　　　　　　　　　　　 Q吸小于 Q放
课堂活动
思考讨论
　　为什么水吸收的热量远小于酒精完全燃烧放出的热量？
一部分热量直接
散失到空气中
水吸收的热量
酒精燃烧放
出的热量
水蒸气带走一部
分热量
陶土网、烧杯等
吸收一部分热量
课堂活动
解决问题
　　烧水过程中，有效利用的热量是哪部分？如何计算烧水的效率？
如何提升效率？
Q吸
Q放
2.016×104 J/kg
1.5×105 J/kg
η＝
＝13.44%
＝
新知探究
　　热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗？仿照对烧水过程的分
析，以四冲程汽油机为例，你能想到有哪些能量损失呢？有效利用的是
哪部分能量？
新知探究
思考讨论
由于机械传动等，克服摩
擦力做功所消耗的能量
热机真正转变为
对外做功的部分
燃料燃烧放
出的热量
废气排出带走
的能量
机械传热损失
的能量
如何计算热机的效率？
　　二、热机的效率
　　1. 定义：有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比。
　　2. 定义式：
新知探究
W有用
Q放
η＝
新知探究
蒸汽机
6%～15%
汽油机
20%～40%
柴油机
30%～45%
新知探究
思考讨论
　　有哪些途径可以提高热机的效率呢？
　　（1）使燃料充分燃烧；
　　（2）在热机设计和制造上
提高技术水平和使用新材料；
　　（3）保证良好的润滑，减
少因摩擦额外消耗的功。
新知探究
　　利用废气的能量
热电站利用汽轮机
的废气来供热
课堂活动
思考讨论
　　如果热机的效率提高 1%，能带来哪些影响？
　　全球汽车保有量在迅速增长，截至 2022 年底，我国燃油汽车保有量约为 3 亿辆。假设每辆汽车每年耗油 1.8 t，汽车内燃机的效率平均取 30%。如果能把内燃机的效率提高 1%，我国每年可以节约多少燃油？
课堂活动
m总1＝3×108×1.8 t＝5.4×108 t
W有用＝ η×Q放＝ η×m总1×q＝30% q×m总1
Δm＝m总1－m总2＝m总1－ = ≈1.74×107 t
31
30 m总1
31
m总1
m总2＝ ＝ ＝ ＝
W有用
η'×q
30% q×m总1
31%×q
31
30m总1
Q放'
q
课堂小结
热机的效率
燃料的热值
热机的效率
物理意义
定义
定义
提高效率的方法

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