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九全物理同步课件
主题式教学课件
（人教版九年级
全
2025年秋九全物理情境课堂教学课件嵌视频（新教材）
第十四章 内能的利用
第3节 热机的效率
物理观念
通过生活实例，建立热值的概念，能简单计算燃料燃烧放出的热量，了解各种燃料的热值.知道并理解热机的效率.
科学思维
通过分析热机能量主要流向，加深热机效率的理解，提出提高效率的改进方案，发展质疑创新的科学思维能力.
科学探究
经历比较不同燃料放出热量的过程中，提出问题、基于证据分析得出结论并作出解释的过程.
科学态度与责任
结合实例分析，认识提高热机效率对资源节约和环境保护的意义，树立可持续发展的社会责任意识.
重点：燃料的热值和热机的效率.
难点：对热机效率的理解.
热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗？
热机
工作时：
消耗煤、汽油、柴油等燃料.
能量转化过程：
燃料中的化学能
内能
思考
知识回顾
机械能
一、燃料的热值
燃烧柴薪来取暖、烧饭
火力发电
交通运输
人类所用能量的很大一部分是从燃料的燃烧中获得的.
思考
你知道常见的燃料都有哪些，它们分别属于哪一类
固体燃料
液体燃料
气体燃料
木柴
煤
酒精
汽油
木炭
煤气、天然气
煤油
生活中烧开一壶水，你会选择什么燃料？为什么呢？
思考
木柴
煤
天燃气
烧开同样一壶水，消耗的木柴或其他燃料的质量都不同.
质量相等的木柴或其他燃料，燃烧时放出的热量不同.
想 想 议 议
消耗质量相等的木柴或其他燃料，可以烧开的水的质量也不同.
如何更准确地比较质量相等的不同燃料，燃烧时放出的热量呢
思考
通过加热质量相等和初温相同的水，比较水升温的多少.
用电子秤称出质量相同的水200 g
用同样的方法称取5 g的酒精和干木柴
燃烧质量相等的酒精和干木柴，比较它们放出热量的多少.
实 验
水的初温都是28 ℃
用质量相等的酒精和干木柴，加热质量相等、初温相同的两杯水，运用的是什么物理研究方法
控制变量法
思考
点燃酒精灯和干木材，直到干木柴燃尽、酒精完全燃烧.
点击播放视频
点击播放视频
燃烧干木材:
水的末温是62 ℃
燃烧酒精：
水的末温是83 ℃
燃料 水的初温t0/℃ 水的末温t/℃ 水温的变化t/℃
5 g 酒精 28 83 55
5 g 干木柴 28 62 34
用质量相等的酒精和干木柴分别给两杯完全相同的水加热，两杯水升高的温度不同，用酒精加热的水升高的温度多.
实验结论：
结合实验结论及经验判断，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是否相同
例如：燃烧1 kg煤放出的热量，是燃烧1 kg干木柴放出热量的两倍多.
思考
质量相等的不同燃料，燃烧时放出的热量通常是不同的.
怎么比较燃料燃烧放出热量的能力呢
思考
比较燃料燃烧放出热量的能力
所有燃料都取1 kg，比较它们完全燃烧放出的热量多少
比较物体密度大小的方法
所有物体都取1 m3，比较它们的质量大小
为了方便比较燃料燃烧放出的热量的能力，引入了“热值”这一物理量.
定义：
某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比.
物理意义：
(1)对于固体和液体燃料，热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量.
燃烧时的能量转化:
化学能→内能
热值
指燃料燃烧后，全部变成不可燃烧物的过程.
1.
2.
3.
(2)对于气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1 m3燃料完全燃烧放出的热量.
计算公式及单位：
固体或液体：
q =
m
Q
气体：
q =
V
Q
q：热值，单位J/kg
Q：热量，单位J
m：质量，单位kg
q：热值，单位J/m3
Q：热量，单位J
V：体积，单位m3
4.
计算热量：
变形式
Q=mq
Q=Vq
变形式
计算热量：
小资料
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg
烟煤 约2.9×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg
无烟煤 约3.4×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg
焦炭 3.0×107 J/kg 氢气 1.4×108 J/kg
木炭 3.4×107 J/kg 焦炉煤气 约1.7×107 J/m3
酒精 3.0×107 J/kg 沼气 约1.9×107 J/m3
观察燃料的热值表，你有哪些发现
思考
热值的大小只与燃料种类有关.
氢气的热值最大.
不同燃料的热值一般不同.
思考
1. 根据热值表，计算一下10 吨氢气完全燃烧放出多少焦耳的热量
2. 若用汽油完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨汽油
氢气的热值是1.4×108 J/kg
汽油的热值是4.6×107 J/kg
10 吨氢气完全燃烧放出的热量
Q = mq = 10×103 kg×1.4×108 J/kg =1.4×1012 J
30 吨汽油完全燃烧放出的热量约等于10 吨氢气完全燃烧放出的热量.
需要汽油
(1)认识热值定义时，不要漏掉“完全”这一条件.
(2)热值反映了燃料完全燃烧时，化学能转化为内能本领的大小.
(3)热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系.
热值的理解要点
热值与比热容的区分
热值 比热容
定义 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比 一定质量的某种物质，在温度升高时吸收的热量与它的质量和升高的温度乘积之比
单位 J/kg或J/m3 J/(kg·℃)
对象 燃料 所有物质
例 关于q＝ 的理解，下列说法中正确的是( )
A. 热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B. 若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C. 当燃料未燃烧时，其热值为零
D. 某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
Q
____
m
×
热值是燃料本身的特性，其大小只与燃料的种类有关，与热量、是否燃烧、是否充分燃烧无关.
×
×
√
D
若用煤烧水，煤能完全燃烧吗 煤燃烧放出的热量全部能被水吸收吗
？
燃料很难完全燃烧，按热值计算出的热量＞燃料燃烧实际放出的热量＞能有效利用的热量.
(1)用煤烧水，煤不能完全燃烧，会损失一部分能量.
(2)装水容器、炉子本身都会吸收一部分能量.
高温的烟气带走一部分能量.
还有一部分能量直接散失掉了.
煤燃烧放出的热量不能全部被水吸收
水吸收的热量只占煤完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的.
二、热机的效率
热效率
1. 让燃料更加充分地燃烧，如把煤磨成煤粉或煤粒，以加大煤与氧
气的接触面积，再把空气吹进炉膛，就会比煤块燃烧得更充分.
2. 增大烧水时水和炉子的接触面积，从而减少热量的散失.
3. 炉壁选用隔热材料，减少热量的散失.
如何提高燃料的利用率
思考
概念:
吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值.
1.
公式:
2.
例 用天然气将1 kg的水烧开(从25 ℃加热到100 ℃)，共使用0.0236 m3的天然气.(q天然气=4.0×107 J/m3)
(1)这些天然气完全燃烧放出热量是多少J？
(2)水吸收的热量是多少J？
(3)用于加热水的热量占天然气燃烧时释放热量的多少？
Q放=q天然气V= 4.0×107 J/m3×0.0236 m3= 9.44×105 J
解：(1)天然气完全燃烧放出热量
(2)水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)
=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(100 ℃ 25 ℃)
=3.15×105 J
Q＝qV
Q＝cmΔt
(3)用于加热水的热量占天然气燃烧时释放热量的百分比为：
Q放
Q吸
9.44×105 J
3.15×105 J
=
≈ 33.4%
×100%
×100%
η=
例 用天然气将1 kg的水烧开(从25 ℃加热到100 ℃)，共使用0.0236 m3的天然气.(q天然气=4.0×107 J/m3)
(3)用于加热水的热量占天然气燃烧时释放热量的多少
以燃油汽车为例：
废气带走的能量最多
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
少部分能量转变为有用机械能,大部分能量损耗
公式：
物理意义：
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，是热机性能的重要指标.在做功同样多的情况下，效率高的热机消耗的燃料少，从而节约能源、减少污染.
用来做有用功的那部分能量，与燃烧完全燃烧放出的能量之比，叫作热机的效率.
定义：
热机的效率
1.
2.
3.
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为20%~40%
柴油机的效率为30%~45%
如何提高热机效率，节约能源，减少污染
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；
3. 保证良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的能量；
4. 设法利用废气中的能量.
思考
例如：
大型发电机常常由汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站.
这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高.
不能，热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%.
热机的效率能达到100%吗 为什么
思考
从火车到火箭
科学·技术·社会·环境
瓦特发明了往复式蒸汽机，使蒸汽机成为可以广泛使用的动力机.
斯蒂芬森以此为基础最先研制了“火箭号”蒸汽机车.
17世纪
人类发明了热机.最早的热机是蒸汽机.
1782年
“火箭号”蒸汽机车
1883年
发明了汽油机.
1884年
汽轮机的功率巨大，能带动大型发电机，满足了电力工业的发展需要.
1892年
发明了柴油机.
从20世纪40年代开始
飞机上越来越多地使用空气喷气发动机.
喷气发动机
在“中国航天之父”钱学森的带领下，一代代中国航天人不断发展火箭技术，将人造卫星、宇宙飞船、空间站等送入太空，使我国成为航天强国.
钱学森
(1911—2009年)
长征五号火箭发射
自主阅读课本P33对应内容
例 关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A. 热机的效率可以等于1
B. 热机的效率越高，说明做功越快
C. 利用内能做的有用功多，热机效率不一定高
D. 设法利用废气的能量也不能提高热机效率
说明有用功在总功中占的比例大，与做功快慢无关
当燃烧相同的燃料，有用功多的效率高，未说明燃料是否相同，热机效率不一定高
×
×
√
C
热机工作时，不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，同时要散失大部分能量
×
提高热机效率的主要途径：
(1)使燃料充分燃烧；(2)利用废气的能量；
(3)保证良好润滑，减少摩擦；
(4)改进热机，减少各种能量的损失.
定义：
物理意义：
计算公式：
单位：
某种燃料_________放出的热量与其__________之比.
1 kg(1 m )某种燃料完全燃烧放出的热量.
固液——______，气体——______
固液——________ ，气体——__________
完全燃烧
质量(体积)
J/kg
J/m
热机的
效率
燃料的
热值
热效率
定义：
____________占燃料___________放出能量的比值.
公式：
_________________
吸收的能量
完全燃烧
提高燃料利用率的途径
让燃料尽可能______燃烧.如将煤研成煤粉或煤粒，以加大煤与氧气的接触面积，再把空气吹进炉膛.
减少热量的______.增大受热面积.
充分
散失
定义：
提高热机
效率的途径
公式：______________
用来做________的那部分能量，与燃料_________
___________之比.
①使燃料_____燃烧.
②尽量_____各种热量损失.
③保证良好的润滑，减少因_________而额外消耗的能量.
④采用先进技术，改变机械结构.
有用功
完全燃烧
放出的能量
充分
减少
克服摩擦
热机的效率
热机的
效率
1. 关于燃料的热值，下列说法正确的是( )
A. 容易燃烧的燃料，热值一定大
B. 煤的热值大于干木柴的热值，煤燃烧放出的热量一定比木柴燃烧放出
的热量多
C. 燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D. 为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
C
热值与燃料是否完全燃烧、是否容易燃烧无关
燃料燃烧放出的热量，除与热值有关外，还与燃料的质量有关
×
√
×
应减小热量的损失，且让燃料燃烧更完全
×
2. 小亮使用干木柴烧水.若完全燃烧420 g干木柴放出的热量能使质量为10 kg、初温为15 ℃的水升高到75 ℃，则干木柴完全燃烧放出的热量为__________J.此次使用干木柴烧水的效率为__________.干木柴放出的热量若由天然气来提供，需要________m3的天然气. [已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q干木柴=1.2×107 J/kg，q天然气=4.0×107 J/m3]
420 g干木柴完全燃烧放出的热量
Q放干木柴=m干木柴q干木柴=0.42 kg×1.2×107 J/kg=5.04×106 J
5.04×106
2. 小亮使用干木柴烧水.若完全燃烧420 g干木柴放出的热量能使质量为10 kg、初温为15 ℃的水升高到75 ℃，则干木柴完全燃烧放出的热量为__________J.此次使用干木柴烧水的效率为__________.干木柴放出的热量若由天然气来提供，需要________m3的天然气. [已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q干木柴=1.2×107 J/kg，q天然气=4.0×107 J/m3]
此次使用干木柴烧水的效率
η=
Q吸
Q放干木柴
_______
×100%=
2.52×106 J
———————
5.04×106 J
×100%=
50%
50%
此过程中水吸收的热量Q吸=c水m水 t水=4.2×103 J/(kg·℃)×10 kg
×(75 ℃-15 ℃)=2.52×106 J
5.04×106
干木柴放出的热量若由天然气来提供，则
Q放天然气=Q放干木柴=5.04×106 J
由Q=Vq得，需要天然气的体积
2. 小亮使用干木柴烧水.若完全燃烧420 g干木柴放出的热量能使质量为10 kg、初温为15 ℃的水升高到75 ℃，则干木柴完全燃烧放出的热量为__________J.此次使用干木柴烧水的效率为__________.干木柴放出的热量若由天然气来提供，需要________m3的天然气. [已知c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q干木柴=1.2×107 J/kg，q天然气=4.0×107 J/m3]
5.04×106
50%
0.126
解：(1)由题意可知消耗燃油的质量为0.87 t
燃油完全燃烧放出的热量
Q放=mq=0.87×103 kg×4.3×107 J/kg=3.741×1010 J
3. (教材P38复习与提高第7题改编)如图所示的是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机.飞机使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3 120 kW. 若在这种情况下飞机航行30 min，消耗燃油0.87 t.已知燃油的热值为4.3×107 J/kg.求：
(1)航空燃油完全燃烧放出的热量；
3. (教材P38复习与提高第7题改编)如图所示的是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机.飞机使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3 120 kW. 若在这种情况下飞机航行30 min，消耗燃油0.87 t.已知燃油的热值为4.3×107 J/kg.求：
(2)该过程中发动机的效率约为多少
代入数据求解
发动机的有用功W有 =____
发动机的效率η=
___________
Pt
3. (教材P38复习与提高第7题改编)如图所示的是我国自行设计研制的AG600“鲲龙”水陆两栖飞机.飞机使用四台相同的发动机，每台发动机的输出功率可达3 120 kW. 若在这种情况下飞机航行30 min，消耗燃油0.87 t.已知燃油的热值为4.3×107 J/kg.求：
(2)该过程中发动机的效率约为多少
(2)由题意可知飞机航行的时间t = 30 min=1 800 s
飞机发动机的输出功率 P = 4×3 120 kW=12 480 kW = 1.248×107 W
此过程发动机的有用功W有=Pt=1.248×107 W×1 800 s ≈ 2.25×1010 J
飞机发动机的效率
https://www.21cnjy.com/recruitment/home/fine
