14.3热机的效率 课件 (共49张PPT)2025-2026学年人教版（2024）九年级全册

(共49张PPT)
第十四章 内能的利用
第3节 热机的效率
学习目标
1.知道热值的概念，知道热值反映不同燃料燃烧放热的本领
2.知道如何通过实验比较燃料的热值
3.会利用热值公式及其推导式进行相关计算
4.知道热机效率，并会进行计算、比较与分析
2、燃料的种类很多，固体燃料有_____、_____等，液体燃料有____、____等，气体燃料有_____、_____等。燃料燃烧是燃料的______能转化成______能。
木材
煤
汽油
酒精
煤气
天然气
化学
内
3、我们把某种燃料_________放出的热量与其质量之比,
叫做这种燃料的_______，用字母 q 表示，单位是_________，符号是_______。
完全燃烧
热值
焦每千克
1、目前人类使用的能量大部分是靠_________获得的。
燃烧燃料
J/kg
自学完成填空
4.燃料燃烧放出的热量往往比按热值计算放出的热量要 .
小
5、燃料燃烧放出的热量 （“能”或“不能”）被全部有效利用。有相当一部分热量被 带走，还有一部分热量直接散失到 中
不能
高温烟气
空气
6、提高燃料的利用率，可以使燃料更 燃烧，设法利用 带走的能量，尽量 热量损失。
充分
烟气
减少
热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热机中的燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗？
从原始社会到现代社会，人类所用能量的很大部分是从燃料燃烧中获得。
固体燃料
液体燃料
气体燃料
化学能转化为内能
生活中烧开一壶水，有煤、干木柴，你会选择什么燃料？为什么呢？
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。
质量相等的不同燃料，燃烧时放出的热量通常是不同的。
要比较不同燃料燃烧释放能量的能力不同，首先必须保证哪些量相同才能进行比较？
（1）燃料的质量要相同
（2）都要完全燃烧
通过什么比较燃料放出的热量
加热初温相同，质量相等的水，比较燃料完全燃烧后水的温度
　①分别称取质量相同 的酒精（装入酒精灯中）和碎纸。
　②取两个相同的烧杯，分别倒入 初温相等、质量相同的水。
　③组装实验器材。
　④点燃酒精和碎纸给水加热。
　⑤待酒精或碎纸燃尽时，记录水的末温。
比较相同质量的酒精和碎纸燃烧时放出的热量
设计实验
燃料 初温 t0/℃ 末温 t/℃ 水温的变化 Δt/℃
4 g 酒精 30 48 18
4 g 碎纸 30 39 9
用质量相同的酒精和碎纸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。
记录数据
实验结论
为了比较燃料的特性了，引入了“热值”这个物理量。
我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值（符号：q ）。
（2）定义式：
(符号： J/kg)
焦每千克
（1）定义：
一、燃料的热值：
q＝
Q放
m
（3）单位：
（气体）
焦每立方米
(符号： J/m3)
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107J/kg 柴油 4.3×107J/kg
烟煤 约2.9×107J/kg 煤油 4.6×107J/kg
无烟煤 约3.4×107J/kg 汽油 4.6×107J/kg
焦炭 3.0×107J/kg 氢 1.4×108J/kg
木炭 3.4×107J/kg 焦炉煤气 约3.9×107J/m3
酒精 3.0×107J/kg 沼气 约1.9×107J/m3
（4）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
1 kg 的干木柴完全燃烧，放出的热量是 1.2×107 J
（5）物理意义
（6）燃料完全燃烧时的放热计算
Q放＝qm
1、固体和液体：
例 1 酒精的热值为3.0×107J/kg，完全燃烧5L的酒精
放出多少的热量？（ρ酒精＝0.8×103kg/m3）
解：酒精的质量：
m＝ρV＝0.8×103kg/m3×5×10﹣3m3＝4kg
Q放＝qm＝3.0×107J/kg×4kg＝1.2×108J
完全燃烧5L的酒精放出的热量是
Q放：热量
q ：热值
m ：质量
单位
J
J/kg
kg
Q放＝qV
2、气体：
例 2 煤气的热值为q＝3.9×107J/m3 ，完全燃烧体积
为10L的煤气放出的热量为多少？
解：煤气放出的热量：
Q放＝qV＝3.9×107J/m3×10×10﹣3m3＝3.9×105J
Q放：热量
q ：热值
V ：体积
单位
J
J/m3
m3
例3.把5kg 40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
解：水吸收的热量：
Q吸=cm△t
=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×（100℃-40℃）
=1.26 ×106J
热量全部被水吸收，则Q放＝Q吸=1.26 ×106J
燃烧干木头的质量：
热机能量流向示意图
二、热机的效率
由于机械传动等,克服摩擦所消耗的能量
燃料不能完全燃烧
废气排出带走的能量
废气排出带机械传热损失的能量
热机真正转变为对外做功的部分
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
燃料燃 烧产生 的内能
①W有为热机输出的有用功，
即W有＝____或W有＝____；
Fs
Pt
2、热机的效率公式
η＝
W有
Q放
②Q放为燃料完全燃烧放出的热量，
即Q放＝_____，或Q放＝_____。
qm
qV
二、热机的效率：
1、概念：在热机里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
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%
常见的热机的效率
二、热机的效率
提高热机效率的方法
1.使燃料充分燃烧
2.尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量
3.在热机的设计和制造上采用先进的技术
4.注意保养，保证良好的润滑
例1：如图为内燃机的能流图，则内燃机的效率为（ ）
A、E1/E； B、E2/E； C、E3/E； D、E4/E。
E1
E2
E3
E4
E
D
②Q放为燃料完全燃烧放出的热量，
即Q放＝_____，或Q放＝_____。
①Q吸为水吸收的热量，即Q吸＝_______；
cm△t
qm
qV
3、烧水的效率：（炉子效率）
η＝
Q吸
Q放
例2. 某家庭需要将50kg、20℃的水加热到60℃作为生活
用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8kg煤气。
已知煤气的热值q＝4.2×107J/kg，求：
(1)50kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量；
(2)完全燃烧0.8kg煤气放出的热量；
(3)煤气灶烧水的效率。
解：
(1)水吸收的热量为
Q 吸＝cm水(t－t0)
＝4.2×103J/(kg ℃)×50kg×(60℃－20℃)
＝8.4×106J
(2)燃料完全燃烧放出的热量为
Q放＝qm气＝4.2×107J/kg×0.8kg＝3.36×107J
(3)煤气灶烧水的效率是
＝
8.4×106J
3.36×107J
＝25%
η＝
Q吸
Q放
例3.一辆汽车的发动机输出功率为66kW，每小时消耗
汽油 20 kg，请计算这辆汽车发动机的效率(汽油的
热值为4.6×107J/kg)。
＝
解：发动机每小时做功
W有＝Pt＝66×103W×3600s＝2.376×108J
完全燃烧20kg汽油放出的热量
Q放＝qm＝ 4.6×107J/kg×20kg＝9.2×108J
＝0.258＝25.8%
所以，发动机的效率为
η＝
W有
Q放
2.376×108J
9.2×108J
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。
热值
定义：
定义式：
固体、液体燃料： 。
气体燃料： 。
单位： 或 。
J/kg
J/m3
热机的效率
热机的效率η总小于1，无单位。
4.某物理兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图的加热过程中水温随时间变化的图线。若在6min内完全燃烧了2kg的煤，水的比热容为4.2×103J/（kg ℃），煤的热值约为3×107J/kg。求：
（1）煤完全燃烧产生的热量；
（2）经过6min时间加热，水所吸收的热量；
（3）6min内煤炉烧水时的热效率。
解：（1）煤完全燃烧产生的热量：
Q放＝m煤q＝2kg×3×107J/kg＝6×107J
η＝ ＝ ＝
4.2%
（3）6min内煤炉烧水时的热效率：
（2）由图可知，经过6min时间加热后水温由20℃达到80℃，则水吸收的热量：
Q吸＝cm水（t﹣t0）
＝4.2×103J/（kg ℃）×10kg×（80℃﹣20℃）
＝2.52×106J
课堂训练
1.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，表明（ ）
A、甲的功率小
B、甲做的功少
C、甲消耗的柴油多
D、甲柴油机内能转化为机械能的百分比小
2.关于提高热机效率的途径，下列错误的是（ ）
A、尽量使燃料完全燃烧 B、尽量减少输出功率
C、尽量减小摩擦 D、尽量减少热量损失
D
B
3.某热机的效率为20％，这表明做100J的有用功时（ ）
A、要消耗20J的燃料内能
B、要向外散失80J的热量
C、要消耗燃烧后能放出500J内能的燃料
D、要消耗80J的燃料内能
4．家庭中常用电热水壶（主要发热部件为发热板，相当 于一个定值电阻）烧水，烧水时发热板是通过_______ （选填“做功”或“热传递”）的方式增加水的内能； 若发热板放出4.2×105J的热量，其中80%的热量被水吸收，则在1个标准大气压下，能将2kg、20℃的水加热到_____ 　℃[c＝4.2×103J/（kg ℃）]。
C
热传递
60
5．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的机械效率为_____。已知某型号柴油机的效率是30%，在柴油机内完全燃烧2kg柴油能放热_______J，这些热通过该柴油机的转化，能对外做有用功__________J．（柴油的热值为3.3×107J/kg）
6．全世界石油、煤炭消耗量的迅速增长，导致全球能源危机加剧。开发和利用新能源，成为全世界最关注的问题之一。张浩家的太阳能热水器内装有100kg、25℃的水，经过一天照射，温度升高了50℃，则水升温吸收的热量为_________J；若用煤烧水，需耗费煤____kg．
（假设煤烧水时有效利用的热量占煤燃烧放出热量的10%，且已知水的比热容是4.2×103J/（kg ℃），煤的热值是3.0×107J/kg）
35%
6.6×107
1.98×107
2.1×107
7
8.小天收集了一些数据填在下表中，如果该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶100km，货车受到的阻力是车重的0.1倍，那么在此过程中：（g取10N/kg）
品牌型号 东风×× 外形尺寸 5×1.9×2.3（m）
变速箱 A85 空车质量 1.5吨
最高车速 120km/h 满载时载货量 2.5吨
空载百公里油耗 12L 燃油密度 0.8×103kg/m3
满载百公里油耗 20L 燃油热值 5×107J/kg
（1）该货车牵引力是多少？牵引力所做的功是多少？
（2）燃油完全燃烧放出的热量是多少？
（3）该货车发动机的效率是多少？
解：（1）满载货物时货车的总质量：
m＝m车+m货＝1.5t+2.5t＝4t＝4×103kg
货车的总重力：
G＝mg＝4×103kg×10N/kg＝4×104N
由题意知，货车受到的阻力：
f＝0.1G＝0.1×4×104N＝4×103N
因为该车满载货物后在平直的公路上匀速行驶
所以，根据二力平衡条件可知，该货车受到的牵引力：
F＝f＝4×103N
匀速行驶100km，牵引力所做的功：
W＝Fs＝4×103N×100×103m＝4×108J
解：（2）由表格数据可知，货车满载百公里油耗为20L，
即货车行驶100km消耗燃油的体积：
V燃油＝20L＝20dm3＝0.02m3
由ρ＝得，消耗燃油的质量：
m燃油＝ρ燃油V燃油＝0.8×103kg/m3×0.02m3＝16kg
燃油完全燃烧放出的热量：
Q放＝m燃油q燃油＝16kg×5×107J/kg＝8×108J
（3）该货车发动机的效率：
＝
＝50%
η＝
课堂训练
C
1．下列关于热值的说法中，正确的是（ ）
A．任何物体都有热值
B．燃料燃烧时才有热值
C．燃料的热值与燃料是否完全燃烧无关
D．燃烧时放出热量多的燃料热值大
2．据中央电视台新闻联播报道，我国发射了全球首颗量子通信卫星。发射卫星的火箭使用的燃料主要是液态氢，这是利用了氢燃料的（　　）
A．热值大 B．比热容大
C．密度大 D．以上说法都不正确
A
3．酒精的热值比干木材大，下列说法中正确的是（ ）
A．酒精含有的内能比干木材高
B．燃烧酒精比燃烧干木材放出的热量多
C．燃烧酒精比燃烧干木材产生的温度高
D．要使它们完全燃烧放出同样多的热量，所需酒精比
干木材质量小
D
4.煤气的热值是3.9×107J/m3，它的物理意义是：
______的煤气_________时放出的热量是3.9×107J。
5.据测算，一个成年人参加一次长跑,身体消
耗的能量为 6.6×106 J，这些能量相当于完全燃烧
0.55kg的干木柴所放出的热量，则干木柴的热值为
________J/kg。如果干木柴用掉了一半，其热值
将______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
1m3
完全燃烧
1.2×107
不变
6.汽车加油站严禁烟火，是为了预防汽油_____(填物态变化)被点燃而引发爆炸；完全燃烧100g汽油可以放出_________J 的热量。（汽油的热值为4.6×107J/kg）
7.人类发展史也是利用燃料的历史，干木柴、煤的放热本领不同，是因为它们的_______不同，完全燃烧0.28m3的天然气可放出________J的热量。
（天然气的热值为3.0×107J/m3）
汽化
4.6×106
热值
8.4×106
板书设计
某种燃料完全燃烧放出的 与其 之比，叫做这种燃料的热值。
3、单位：
J/kg
1、定义：
Q放 = qm
1、公式：
或:Q放 = qV
一、热值
2、定义式：
q＝
Q放
m
4、物理意义：
表示燃料完全燃烧时______本领大小的物理量。
二、燃料完全燃烧时的放热计算
5、热值的大小只与 有关；
放热
2、影响因素：
燃料的热值和质量
热量
质量
燃料的种类
(燃料的热值和体积)
板书设计
1、定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧
放出的能量之比。
2、计算公式:
热机的效率：
3、提高效率措施：
①使燃料充分燃烧
②尽量减少各种热量损失
③保持良好的润滑，减小摩擦。
④减少废气带走的能量。
4、效率的计算：
η＝
Q吸
Q放
η＝
W有
Q放
①烧水的效率：（炉子效率）
②汽车热机的效率：
小结与归纳
1、定义：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧
放出的能量之比。
2、计算公式:
热机的效率：
3、提高效率措施：
①使燃料充分燃烧
②尽量减少各种热量损失
③保持良好的润滑，减小摩擦。
④减少废气带走的能量。
4、效率的计算：
η＝
Q吸
Q放
η＝
W有
Q放
①烧水的效率：（炉子效率）
②汽车热机的效率：
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107 J/kg 柴油 3.3×107 J/kg
烟煤 约2.9×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg
无烟炭 约3.4×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg
焦炭 3.0×107 J/kg 氢 1.4×108 J/kg
木炭 3.4×107 J/kg 煤气 约3.9×107 J/m3
酒精 3.0×107 J/kg 沼气 约1.9×107 J/m3
（1）不同燃料热值一般不同。
（2）热值是燃料的一种特性，大小只与燃料的种类有关；
与燃料的质量、体积、是否完全燃烧,放热的多少都
无关。
燃料热值的特点：
（3）只有燃料才有热值，氢的热值最大。
生活中烧开一壶水，有煤、干木柴，你会选择什么燃料？为什么呢？
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。
质量相等的不同燃料，燃烧时放出的热量通常是不同的。
例1.小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。他自己设计了一个实验来比较煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如表。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
（1）为了保证实验结论的可靠，小明同学选择了两套完全相同的装置。在实验中除了控制水的初温相等外，还应控制水的　 　相等，除了图中装置外，还要使用的测量仪器是　 　。
（2）安装实验器材时，应按照　 　（选填“自下而上”或“自上而下”）的顺序安装。
质量
自下而上
天平
（3）根据记录结果分析得出：煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是　 　。
（4）他的计算结果是________（选填“可靠”或“不可靠”）的，理由是：_____________________________________。
煤油
例1.小明同学学习了燃料的热值后，考虑到燃料燃烧放出的热量会被水吸收，而水的比热容已知。他自己设计了一个实验来比较煤油和菜籽油的热值的大小关系。他组装了如图所示的装置进行实验，记录结果如表。
燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后水温/℃
煤油 25 44
菜籽油 25 34
不可靠
燃料不可能完全燃烧且燃料燃烧放出的热量不能完全被水吸收
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、酒精灯；
气体燃料有煤气、天然气等。
1. 燃料
用天然气燃烧炒菜
家用汽车用汽油做燃料
思考一下
你见过的燃料有哪些？
木材
石油原油
煤炭
汽油、煤油、柴油、液化气
【常见燃料】
天然气
轴
怎么比较不同燃料的放热本领呢？
将同样一壶水从20℃加热到100℃
木柴
煤炭
汽油
需要完全燃烧多少千克不同燃料？
　　还可以如何比较不同燃料的放热本领？
自学内容： 课本31～32页--热机的效率
课前预习
自学方法：阅读课本
自学要求：
1、理解燃料燃烧放出的热量与利用公式Q放=qm按
热值计算放出的热量一样？
2、思考燃料燃烧放出的热量能不能被全部有效利用？
能量去哪里了？
3、知道如何提高燃料的利用率
自学内容：课本30-31页---燃料的热值
课前预习
自学方法：阅读课本、重点标记
自学要求：
1.知道目前人类使用的能量大部分是靠什么获得
2.知道燃料的种类及燃料燃烧时的能量转化；
3.掌握燃料热值的定义、单位；
2、燃料的种类很多，固体燃料有_____、_____等，液体燃料有____、____等，气体燃料有_____、_____等。燃料燃烧是燃料的______能转化成______能。
木材
煤
汽油
酒精
煤气
天然气
化学
内
3、我们把某种燃料_________放出的热量与其质量之比,
叫做这种燃料的_______，用字母 q 表示，单位是_________，符号是_______。
完全燃烧
热值
焦每千克
1、目前人类使用的能量大部分是靠_________获得的。
燃烧燃料
J/kg
自学完成填空
1.燃料燃烧放出的热量往往比按热值计算放出的热量要 .
小
2、燃料燃烧放出的热量 （“能”或“不能”）被全部有效利用。有相当一部分热量被 带走，还有一部分热量直接散失到 中
不能
高温烟气
空气
3、提高燃料的利用率，可以使燃料更 燃烧，设法利用 带走的能量，尽量 热量损失。
充分
烟气
减少
三、热机的效率：
三、热机的效率：
2、公式：
（1）热机的效率总小于1，无单位
（2）热机效率是内能转化为有用功的百分比
1、概念：在热机里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
3、理解：
（3）热机效率的高低与热机做功的多少、做功的快慢、热值的大小都无关。