资源简介

(共37张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：14.3 热机的效率
幻灯片 2：学习目标
深刻理解热机效率的定义，能准确表述热机效率的计算公式。
明确热机工作过程中能量损失的主要途径，能分析影响热机效率的因素。
掌握提高热机效率的具体方法和措施，认识其在节能降耗中的重要意义。
能结合实例进行热机效率的相关计算，培养运用知识解决实际问题的能力。
树立节能意识和环保理念，了解提高热机效率对可持续发展的作用。
幻灯片 3：引入 —— 为什么热机效率无法达到 100%？
情景展示：展示汽车发动机工作时排气管排出热气、发动机外壳发热的图片，结合数据：某汽车行驶时，消耗 1kg 汽油，仅有约 30% 的能量用于驱动汽车前进。
问题提出：燃料燃烧释放的能量都去哪里了？为什么大部分能量没有转化为有用功？如何衡量热机对能量的利用效率？
幻灯片 4：热机效率的概念
定义：热机工作时，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，叫作热机的效率，用符号 “\(\eta\)” 表示。
计算公式：\(\eta=\frac{W_{ ¨}}{Q_{ }} 100\%\)，其中\(W_{ ¨}\)是热机做的有用功，\(Q_{ }\)是燃料完全燃烧放出的热量。
理解要点：
热机效率是一个比值，无单位，通常用百分数表示。
效率高低反映热机对能量的利用程度，效率越高，能量利用越充分。
由于存在不可避免的能量损失，热机效率总小于 100%。
幻灯片 5：燃料完全燃烧放出的热量计算
计算公式：燃料完全燃烧放出的热量\(Q_{ }=mq\)，其中\(m\)是燃料的质量，\(q\)是燃料的热值（单位：J/kg 或 J/m ）。
实例：质量为 2kg 的汽油完全燃烧，汽油的热值\(q=4.6 10 ·J/kg\)，则放出的热量\(Q_{ }=2kg 4.6 10 ·J/kg=9.2 10 ·J\)。
注意：公式中的 “完全燃烧” 是理想状态，实际中燃料往往不能完全燃烧，会造成能量损失。
幻灯片 6：热机工作中的能量流向与损失
能量流向图：以汽油机为例，展示能量分配比例：
有用功：约 20%~30%（驱动汽车前进的机械能）。
废气带走的内能：约 30%~40%（最大的能量损失）。
散热损失：约 20%~30%（通过发动机外壳等散发到空气中）。
机械摩擦损失：约 5%~10%（克服活塞与气缸、曲轴等部件的摩擦）。
燃料不完全燃烧损失：约 5%~10%。
图示：用扇形统计图或流程图直观展示能量分配情况，突出能量损失的主要途径。
幻灯片 7：影响热机效率的因素
燃料燃烧情况：燃料燃烧越充分，放出的能量越多，效率越高；燃烧不充分则效率降低。
废气带走的能量：废气温度越高，带走的内能越多，效率越低。
散热损失：热机部件散热越快、温度差越大，损失的内能越多，效率越低。
机械摩擦：部件间摩擦越大，消耗的机械能越多，效率越低。
热机的设计与制造：结构不合理、制造精度低会增加能量损失，降低效率。
幻灯片 8：提高热机效率的方法
优化燃烧过程：
改进燃烧装置，使燃料充分燃烧（如汽油机的燃油喷射系统、柴油机的高压喷油嘴）。
控制燃料与空气的比例，保证最佳燃烧状态。
减少废气能量损失：
安装废气涡轮增压装置，利用废气能量增加进气量，提高燃烧效率。
采用余热回收系统，将废气热量用于加热进气或水，回收部分能量。
降低散热损失：
给发动机加装保温层，减少热量散发。
采用高效冷却系统，合理控制冷却强度，避免过度散热。
减小机械摩擦：
使用优质润滑剂，降低部件间摩擦。
提高机械加工精度，优化部件结构，减少摩擦阻力。
技术创新：
研发新型热机材料（如耐高温合金），提高工作温度，增加内能转化效率。
采用多缸、多冲程设计，使能量利用更平稳充分。
幻灯片 9：不同热机的效率范围
蒸汽机：效率最低，约 6%~15%（能量损失大，主要用于历史设备和特定场景）。
汽油机：效率约 20%~30%（应用于小汽车、摩托车等轻型交通工具）。
柴油机：效率约 30%~45%（应用于卡车、拖拉机、轮船等重型设备，效率高于汽油机）。
汽轮机：效率约 30%~50%（火力发电站中，大型汽轮机效率可达 40% 以上）。
喷气发动机：效率约 40%~55%（航空发动机技术先进，能量利用效率较高）。
对比表：列出不同热机的效率范围及典型应用，突出效率差异。
幻灯片 10：热机效率的计算示例
例题 1：某汽油机消耗 5kg 汽油，完全燃烧放出的热量是多少？若该汽油机的效率为 25%，则做的有用功是多少？（汽油的热值\(q=4.6 10 ·J/kg\)）
解：\(Q_{ }=mq=5kg 4.6 10 ·J/kg=2.3 10 J\)，\(W_{ ¨}=\eta Q_{ }=25\% 2.3 10 J=5.75 10 ·J\)。
答：放出热量 2.3×10 J，有用功 5.75×10 J。
例题 2：某柴油机工作时，做了 8.6×10 J 的有用功，消耗柴油 4kg，求该柴油机的效率。（柴油的热值\(q=4.3 10 ·J/kg\)）
解：\(Q_{ }=mq=4kg 4.3 10 ·J/kg=1.72 10 J\)，\(\eta=\frac{W_{ ¨}}{Q_{ }} 100\%=\frac{8.6 10 ·J}{1.72 10 J} 100\%=50\%\)。
答：柴油机的效率为 50%。
幻灯片 11：提高热机效率的意义
节约能源：效率提高意味着消耗相同燃料可做更多有用功，减少燃料消耗，缓解能源紧张。
降低成本：减少燃料使用量，降低运输、生产等领域的运行成本。
减少污染：燃料消耗减少，相应的污染物（如二氧化碳、氮氧化物）排放减少，有利于环境保护。
推动技术进步：提高效率的需求促进热机设计、材料、制造等技术的创新发展。
幻灯片 12：课堂小结
热机效率定义：有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，\(\eta=\frac{W_{ ¨}}{Q_{ }} 100\%\)。
能量损失途径：废气带走内能、散热损失、机械摩擦、燃料不完全燃烧。
提高效率方法：优化燃烧、回收废气能量、减少散热、减小摩擦、技术创新。
效率范围：不同热机效率差异较大，柴油机效率高于汽油机，新技术热机效率更高。
重要意义：节约能源、降低成本、减少污染，促进可持续发展。
幻灯片 13：课堂练习
热机效率是指热机用来做______的那部分能量与燃料______放出的能量之比，计算公式是\(\eta=\)______×100%。
某汽车发动机的效率为 30%，行驶时消耗汽油 1kg，汽油完全燃烧放出的热量是______J，做的有用功是______J（汽油的热值\(q=4.6 10 ·J/kg\)）。
下列措施中，不能提高热机效率的是（ ）A. 减少热机部件间的摩擦 B. 使燃料充分燃烧 C. 增加热机的工作时间 D. 利用废气的能量加热进气
幻灯片 14：课后作业
完成课本上关于热机效率的练习题，重点练习效率计算公式的应用。
调查家中汽车或摩托车的发动机类型（汽油机或柴油机），查阅其说明书中的效率参数，结合本节课知识分析如何提高其使用效率。
撰写一篇短文，谈谈提高热机效率对环境保护和能源节约的重要性，提出至少三条可行的节能建议。
2024人教版物理九年级全册
14.3热机的效率
第十四章 内能的利用
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1. 建立热值概念。（重点）
2. 能利用热值表进行有关燃料燃烧放热的简单计算。（难点）
3. 了解热机的效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要
流向，知道提高热机效率的方法。
观看视频：
思考：火箭升空使用的是什么燃料呢？为什么要用这种燃料？
1. 燃料
想一想，你见过的燃料有哪些？
（1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等；液体燃料有汽油、柴油、酒精；气体燃料有煤气、天然气等。
一、燃料的热值
人类在原始社会
用燃料柴薪取暖
天然气燃烧，获取内能
汽油燃烧，获取内能，
转化为车的机械能
根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？要找出事实来支持你的观点，并进行分析。
比较相同质量的不同燃料燃烧放出的热量
想想议议
怎样比较燃料放热本领的强弱？
　　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。
（1）定义
（2）物理意义
热值视频
热值
　　热值在数值上等于 1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。
（3）单位
　　国际单位：焦每千克；符号：J/kg。
　　气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。
热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。
一些燃料的热值
小资料
燃烧放热计算：
Q = qm 固、液体燃料
Q：热量，单位：J
q：热值，单位：J/kg
m：质量，单位：kg
Q = qV 气体燃料
Q：热量，单位：J
q：热值，单位：J/m3
V：体积，单位：m3
例 1 m3 甲烷完全燃烧产生多少 J 热量？这些热量可以使多少 kg 的水从 20 ℃ 加热到 100 ℃？（甲烷的热值 q甲烷 = 4.2×107 J/m3）
解： 1 m3 甲烷完全燃烧放出热量为：
Q = q甲烷V = 4.2×107 J/m3×1 m3 = 4.2×107 J
由 Q = cm△t 得
Q
c△t
m =
=
4.2×107 J
4.2×103 J/(kg·℃)×(100 ℃－20 ℃)
= 125 kg
例 下列关于热值的说法正确的是（ ）
A. 2 kg 煤的热值大于 1 kg 煤的热值
B. 燃料热值越大，燃烧放出的热量越多
C. 0.5 kg 酒精完全燃烧时放出的热量为1.5×107 J，
则此酒精的热值是 0.75×107 J/ kg
D. 燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
D
知识点2 热机的效率　
锅炉烧水时，燃料能被完全利用吗？
有效利用 60%
高温的烟气带走相当一部分热量，
未燃烧
15%
散失
25%
燃料很难完全燃烧
被水吸收的热量
一部分热量直接散失掉
提高锅炉效率的措施:
（1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
（2）减少各种热量损失。
①加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；
②使用较好的保温材料，减少热损失。
将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更完全燃烧。
　　在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
思 考
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，叫作热机的效率。
公式：
W有
Q放
η＝
单位：焦耳（J）
单位：千克（kg）
常用百分数表示
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
思考：如何提高热机效率，节约能源，减少污染？
①使燃料尽可能充分燃烧.
②在设计和制造热机时，要不断改进和创新，减少各种能量损失.
③使用时注意保养，使机器保持良好的润滑，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量.
斯蒂芬森的“火箭号”蒸汽机车，它诞生于1829年
阅读教材 P33《从火车到火箭》短文
长征五号火箭发射
知识点1 燃料的热值
1.汽油的热值为 ，它表示的物理意义是_______________
_________________________。有汽油 ，选其中一半完全燃烧，放
出的热量是__________，剩余汽油的热值是__________ 。
汽油完全燃烧放出的热量是
2. ［2024福州期中］艾灸是中华医学的瑰宝，利用艾条燃烧
产生的热量刺激人体穴位，能够达到防病治病的目的。图中的艾灸过程
是通过________的方式改变人体内能的。若一根质量为 的艾条完全
燃烧能放出的热量，该艾条的热值为__________ 。
热传递
3.在标准大气压下，使用煤气灶将的水从加热到 ，水吸
收的热量是____________ ，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧
______的煤气。［水的比热容 ，煤气的热
值 ］
0.016
4.关于热值，下列说法正确的是( )
D
A.燃料燃烧越充分，其热值越大
B.燃料热值越小，完全燃烧放出的热量越少
C.煤的热值大于 同种煤的热值
D.燃料的热值是燃料的特性
5.［2024西安期末］我国在“可燃冰”的深海探测与开发方面取得了巨大
成就。“可燃冰”是天然气水合物，其能量密度高。完全燃烧相同质量的
“可燃冰”和煤气，“可燃冰”放出的热量达到煤气的十倍，这表示“可燃
冰”的( )
C
A.比热容大 B.内能多 C.热值大 D.密度大
知识点2 热机的效率
6.［2024山东聊城期中］如图是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃
机的热机效率是______。
7.一台四冲程汽油机，完全燃烧的汽油可以转化为 的机
械能，汽油完全燃烧放出的热量为__________ 。该汽油机的热机
效率是____。（已知汽油的热值为 ）
25
8.［2024保定期中］某品牌燃气热水器将的水从加热到 ，
完全燃烧了的燃气，这些燃气完全燃烧放出的热量为________ ，
该燃气热水器烧水的效率是______。 已知水的比热容为
，取燃气的热值为
9.［2024河南开封期中］热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的
标志，人类的现代生活已越来越离不开各种热机，热机从根本上改变着
我们的世界。关于热机的效率，下列说法正确的是( )
D
A.热机消耗的燃料越多，效率就越低
B.热机所使用的燃料热值越大，效率就越高
C.热机做的有用功越多，效率就越高
D.热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比越大，效率就越高
10.关于内燃机，下列说法正确的是( )
C
A.内燃机的效率越低，内燃机做功越慢
B.延长内燃机工作时间可以提高内燃机的效率
C.可通过减小各部件间的摩擦提高内燃机的效率
D.随着技术的进步，内燃机的效率能达到
11. ［2024溧阳期中］能量转化的过程在人体内不断地发
生。食物也是一种“燃料”，其营养成分在人体细胞中与氧结合，提供细
胞组织所需的能量。一袋饼干的营养成分表上标有“ ”，
该标识的含义与以下物理量的含义类似的是( )
A
A.热值 B.热量 C.比热容 D.内能
12.［2024安徽宿州期中］甲、乙两种燃料完全燃烧放出的热量与其质
量的关系图像如图所示，则下列分析正确的是( )
C
（第12题）
A.甲燃料的热值小于乙燃料的热值
B.完全燃烧甲、乙两种燃料加热同一锅水至沸腾，所需
乙燃料的质量更小
C.完全燃烧相同质量的两种燃料，甲放出的热量更多
D.使用甲燃料的热效率一定高，但是热效率肯定小于
13.［2024达州］在标准大气压下，小明用天然气灶将质量 的水，从
加热到沸腾，水吸收的热量是____________ 。小明家天然气热水
器的热效率是，他某次洗澡，耗水，热水器进水温度是 ，
出水温度是，他这次洗澡消耗天然气______。 已知水的比热容
是，天然气的热值是
0.075
（第14题）
14. 小兵利用图示装置测算酒精的热值。
燃烧皿中酒精的质量为 ，烧杯中水的质量为
，初温为 ，点燃酒精，当水温升高到
时，立即熄灭火焰。该过程水吸收的热量
_____________。他想利用 计算酒精的热
值，还需进行的实验操作是____________________，
测出剩余酒精的质量
小
他所测算出酒精的热值与真实值相比偏____。 已知水的比热容为
15.［2024河南信阳月考］如图为一
台正在水平路面上洒水的雾炮车。
当雾炮车以恒定的功率在平直的公
路上做直线运动时，其 图像如
图所示，在第 末速度达到
，通过的路程为 。设该车在行驶过程中所受阻力不变，大
小为。取，柴油热值取
（1） 内汽车发动机产生的牵引力所做的功是多少焦耳？
解：该雾炮车在 后匀速行驶过程中，受力平衡，牵引力
，功率
，因为雾炮车以恒
定的功率在平直的公路上做直线运动，所以 内汽车发动机产生
的牵引力所做的功 。
（2）若柴油机效率为，求 内需要消耗柴油的质量。
解：雾炮车在 内做的功
；
雾炮车在 内柴油完全燃烧放出的热量
， 内需要消耗柴油的质量
。
16. ［2024淮安］2024年4月,两辆氢能源
汽车实现了从北京到上海1 500公里长距离运输测试,
这是中国氢能源车辆首次大范围、长距离、跨区域的
75
实际运输测试。如图所示是某款氢能源汽车,该氢能源汽车在公路上行
驶,用时,受到的牵引力为,消耗氢气 ,则此
过程中汽车行驶的平均速度为____ ,氢气完全燃烧放出的热量为
_____________ ，利用氢能的效率为________。
课堂小结
热机的效率
燃料的热值
热机的效率
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧释放的能量之比
提高热机效率的方法
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量（或体积）之比
单位：J/kg
公式：Q = mq
W有
Q放
η＝
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