2.2 热机效率（32页）课件 2025-2026学年物理教科版（2024）九年级上册

(共32张PPT)
第二章 改变世界的热机
第2节 热机效率
1.通过分析汽车内燃机的能量流向，了解热机效率的概念。
2.通过对比，了解不同热机的效率值。
3.了解热机使用对社会的贡献。
4.了解火箭发动机的原理和中国火箭的发展史。
在人类历史上，发现内能可以做功并制造出热机，是一件了不起的大事情。可以说，工业化社会的出现与发展，在科学技术上有赖于热机的发明及改进。
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科学家/工程师对热机不断进行这改进和升级的目的是什么呢？
热机工作时，能不能将燃料所含有的化学能全部用来对外做有用功呢？
对热机中的能量转化进行研究，可以改进热机性能、有效利用资源，减少排放污染。
知识点一：热机效率
（1）废气带走很大一部分能量
四冲程内燃机的一个工作循环中，
排气冲程将汽缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能损失较大。
在内燃机里，燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
【分析】
（2）一部分能量消耗在散热上
热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体，传递了燃料燃烧所释放的部分能量，所以散热也是能量损失的一个方面。
（3）克服摩擦做功
活塞和曲轴在运动时要克服摩擦做功，这部分能量也要靠燃料燃烧产生的内能来提供。
（4）输出有用功
输出的有用功，是指对我们有用的那部分机械能。
【结论】
热机中燃料燃烧放出的热量只有一部分用来做有用功。
热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。汽油在热机汽缸内燃烧释放的能量，只能有一部分能转变为对外做有用功的能量。
废气 33%~35%
摩擦与辐射 7%~9%
输出有用功
24%~30%
冷却水 30%~32%
100%
热机运转中，做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量之比称为热机效率。
公式：
反映了内能的利用程度，
用来描述热机的性能，是热机性能的重要指标。
热机所做的有用功
燃料完全燃烧释放的能量
常见的热机的效率
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%
喷气式发动机的效率为50%~60%
一些热机的效率
蒸汽机 4%~8% 燃汽轮机 50%~60%
蒸汽轮机 25%~30% 汽油机 26%~40%
柴油机 34%~45% 喷气发动机 50%~60%
如何提高热机的效率？
1.使燃料充分燃烧；
2.尽量减少各种热量损失，设法利用废气；
3.在热机的设计和制造上采用先进的技术；
4.注意保养，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
提高热机效率的方法有哪些？
热电站：大型发电机常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，排出的废气可以用来供热。
发电
供暖
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，因为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总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比值必然小于1，即热机效率小于100%。
想一想
提高生产力
改变交通方式
知识点二：改变世界的热机
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史。机械化的工厂，使世界进入了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，完成了人类的第一次工业革命。
18世纪中后期，蒸汽机的应用，实现了纺织工业机械化
18世纪末，蒸汽机广泛应用在采矿业上
大部分农业机械是靠柴油机工作的
用蒸汽轮机发电的火力发电厂
最简单的轮机
为了获得更强大的动力、更高的效率，人们以极大的热情去探索，设计出种类繁多、构造各异的现代热机。
在航空航天中，使用的是更加高效的喷气式发动机。
热机使登天揽月、日行万里的梦想成为现实，世界因此而改变。
以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村”
人类很早就梦想着飞向太空。14世纪末，我国有一位官吏叫万户，精心制作了一个以47支火箭作动力的装置，进行了“飞天”尝试，成为人类飞行史上的先驱者。
中国古代的火箭
　　竹筒内装上火药，点燃火药，火药燃烧后产生的气体体积膨胀，从竹筒的尾端向后高速喷出，推动箭筒向前飞行。这和现代火箭发动机的原理是一样的。
工作原理：
知识点三：飞向太空
我国制造的“长征”系列运载火箭
　　我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。
2003年“神舟”五号飞船发射成功，将宇航员杨利伟送上太空，实现了中国人的飞天之梦。
　　常用的火箭是多级火箭。如右图所示是一枚三级火箭的运行过程。火箭的第一级燃料用完以后就自动脱落，以减少质量 ；随后第二级点火发动，燃料用完后也将自动脱落，再点燃第三级，飞船进入预定轨道。
2012年6月18日，“神舟九号”飞船与“天宫一号”交会对接成功，将三位航天员送入“天宫一号”实验舱。
2021年6月至2023年5月，“长征二号F”运载火箭托举“神舟”飞船，先后将5批航天员送上中国空间站。
中国已跨入“太空文明”新时代
每年的4月24 日为中国航天日。1970 年4月24日，中国第一颗人造地球卫星 “东方红一号” 成功发射，这是中国航天事业发展的重要里程碑。为纪念这一历史性事件，将每年4月24日设立为 “中国航天日”。
热机
效率
热机效率
改变世界的热机
定义：有用功与燃料完全燃烧放热之比
意义：衡量热机性能关键指标
飞向太空
原理：燃料燃烧喷气，内能转机械能（与现代火箭发动机同源）
应用：我国长征火箭，助力航天事业
蒸汽机时代：推动第一次工业革命，实现机械化
现代热机：种类多样，应用广泛（汽车、发电、航天等）
能量流向分析（以汽车内燃机为例）
损耗：废气、冷却水、摩擦辐射等
有用功分配：克服各类阻力等
计算公式：
1.下列说法不正确的是（ ）
A. 热机是通过燃料的燃烧来做功的
B. 燃料燃烧放出的能量并不能全部用来做有用功
C.热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率
D. 热机效率可以大于1
D
2. 下列关于热机效率的说法正确的是(　　)
A．热机的功率越大，效率越高
B．热机消耗的燃料越少，效率越高
C．燃料的热值越大，效率越高
D．完成相同的有用功，所用的同种燃料越少，效率越高
D
3. 某内燃机的能量流向图如图所示。这台内燃机的效率为(　 　)
A．7% B．28% C．31% D．34%
D
4. 国产新能源汽车中，有一种插电式混合动力汽车，同时使用电
动机和内燃机，其内燃机热效率最高可达43% ，且使用各种燃料
时，其效率均高于同等燃油汽车。分析该种新能源汽车，不属于
提升其热机效率的方法是 ( )
A
A. 尽量使用热值大的燃料
B. 优化冲程控制，让燃料与空气混合充分，使燃料燃烧得比较完全
C. 使用黏度低的机油进而减少热机内部各部件间的摩擦
D. 车型设计中，空调压缩机、发电机都没有存在的必要，直接去
掉进而减重
5．某热机消耗 2kg 汽油（汽油热值为4.6×107J/kg），对外做的有用功为3.68×107J，该热机的效率是（ ）
10%
20%
30%
40%
B