9年级物理人教版全一册 教案《 热机的效率》

九年级人教版物理全一册

《14.2 热机的效率》教学设计

一、教学分析

（一）预复回顾（10min）

1.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__________。

2.热值的单位由___________和___________组合而成。热值的单位是

__________，符号是________。

3.对某些气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量，单位是_____________，符号是________。

4.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，叫做____________。

5.在热机的能量损失中，_________带走的能量最多。

（二）知识梳理（10min）

（三）精讲精练（65min）

（1）热值

知识点1热值

【例 A.较高的燃点

B.较大的凝固点

C.较高的沸点

D.较大的热值

【难度】★★

【练1.1】在测定汽油热值的实验中，记录的实验数据如下表所示。表中Q为汽油完全燃烧放出的热量，m为燃烧汽油的质量。请根据表中数据写出

Q与m的关系式：______。

Q/J 2.3×107 4.6×107 6.9×1079.2×107 1.15×108

1.38×108

m/kg0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0【难度】★★

【例1.2】一瓶氢气用了一半后，有关剩余部分的说法，下列正确的是（）

A.质量变为原来的一半

B.体积变为原来的一半

C.热值变为原来的一半

D.密度不变

【难度】★★

【练1.2】已知甲种燃料的热值大于乙种燃料的热值，下列说法中正确的是（）

A.甲种燃料含有的热量比乙种燃料多

B.完全燃烧一定质量的甲种燃料，刚好烧开一壶水，那么用同样质量的乙种燃料就不能烧开这壶水

C.燃烧相同质量的两种燃料，甲种放出的热量多

D.只要通风条件好，供氧充足，乙的热值可能大于甲的热值

【难度】★★

【例1.3】关于燃料的热值，下列说法中正确的是（）

A.1kg干木柴的热值是2kg干木柴的热值的1/2

B.热值越大的燃料，燃烧时所释放出的热量就越多

C.热值的单位是J/（kg•℃）

D.1kg某种燃料实际燃烧时放出的热量数值要比热值小

【难度】★★

【练1.3】关于燃料的热值，下列说法中正确的是（）

A.某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值

B.甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大

C.燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多

D.烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量【难度】★★

（1）热机的效率

概念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。

举例

汽油机的效率为20%~30%

柴油机的效率为30%~45%

蒸汽机的效率很低，只有6%~15%

（2）热机的能量损失

在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。

知识点2热机的效率

（3）提高燃料利用率

燃料的内能=有用机械能+废气带走的能量+……

A.有用功跟燃料燃烧值的比值

B.用来做有用功的那部分能量跟燃料燃烧所放出的能量之比

C.用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比

D.燃料完全燃烧所放出的能量跟用来做有用功的那部分能量之比【难度】★★

【练2.1】下列有关热机的说法中不正确的是（）

A.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程

B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性

C.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率

D.热机的大量使用会造成环境污染

【难度】★★

【例2.2】关于热机的效率，下列说法中正确的是（）

A.热机做的有用功越多，效率就一定越高

B.热机做功越快，效率就一定越高

C.热机做一定的有用功耗费的燃料越少，效率就一定越高

D.热机消耗的燃料越少，效率就一定越高

【难度】★★

【练2.2】柴油机的效率比汽油机的效率高，主要原因是（）

A.柴油的热值比汽油热值大

B.柴油机和汽油机的点火方式不同

C.汽油机的做功冲程用电火花点燃方式，浪费了一部分能量

D.做功冲程中柴油机汽缸内的燃气产生的压强和温度比汽油机里的高

【难度】★★

【例2.3】要提高热机的效率，应采取（）

A.要多燃烧燃料

B.提高热机的功率

C.减少各种能量损失，保证良好润滑

D.用热值大的燃料，就能提高热机的效率

【难度】★★

【练2.3】小明发现学校的老式锅炉烧水时，白天冒出大量的黑烟，夜间烟囱经常冒出“火焰”，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。

（1）请你根据上述现象从热学的角度分析此锅炉效率低的原因，并提

出相应的改进措施。（2）试分析在利用内能的过程中，可能会给环境

带来哪些影响？

【难度】★★

（四）思维升华（5min）

1.热值

（1）热值是燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比，实际上燃料很难完全燃烧，“完全燃烧”是重要的限制条件。

（2）热值是燃料的一种属性，与燃料的种类有关，与燃料是否完全燃烧、燃料的质量等无关。

（3）燃料的热值影响燃料的用途，除热值大小之外，燃料是否容易燃烧、是否产生有害的污染物等等都是燃料选择时重要的条件。

（4）燃料燃烧释放的热量是热机的能量来源，从燃料燃烧到热机做功，是化学能转化成机械能，或者，更详细的说明，是化学能转化成内能，内能再转化成机械能的过程。

2.热机的效率

（1）燃料燃烧释放的能量=热机做出的有用功+各种能量损失。

（2）当燃料燃烧率为a，热机效率为b，燃料热值为c，燃料质量为d，热机做出的有用功为a×b×c×d。

（3）热机在工作时会有很多的损失，真实情况下热机的效率往往不高，所以热机的效率一定小于“1”。

3.热机的能量损失

（1）废气中含有未完全燃烧的燃料，同时高温废气具有大量内能，所以在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。

（2）针对机械摩擦、燃料不完全燃烧等热机的能量损失，可以采取提高机械制造工艺、缩小燃料颗粒度使其充分燃烧等方法减少损失，提高效率。（五）随堂演练（20min）

一、选择题

【1】2012年5月27在山西太原卫星发射中心发射的风云三号气象卫星，是我国第二代极轨气象卫星，星上装有十多台有效载荷，可实现全球、全天候、多光谱、三维、定量遥感功能。运载火箭采用液态氢做为火箭的燃料，原因是液态氢具有（）

A.较大的比热容

B.较低的沸点

C.较大的热值

D.较高的凝固点

【难度】★★

【2】关于燃料燃烧时放出热量多少，下列说法正确的是（）

A.只与燃料的种类有关

B.只与燃料的多少有关

C.只与燃料是否完全燃烧有关

D.跟以上三种因素都有关

【难度】★★

【3】关于q=Q/m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，部分能源将浪费掉，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

【难度】★★

【4】下列说法错误的是（）

A.现阶段人类所用能量，大部分来源于燃料燃烧

B.热值是表示燃料燃烧放热能力的物理量

C.燃料燃烧时化学能转化为内能

D.汽车在行驶时，发动机把油料中的化学能全部转化成有用的机械能

【难度】★★

【5】关于热值的说法，正确的是（）

A.没有燃烧的燃料，热值等于零

B.燃料完全燃烧时，它的热值最大

C.燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大

D.燃料的热值与燃烧情况无关

【难度】★★

【6】某热机的效率是40%，表示它每做100J的有用功（）

A.需要2.5s的时间

B.燃料完全燃烧放出的能量是400J

C.燃料完全燃烧放出的能量是250J

D.将消耗60J的无用功

【难度】★★

【7】甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明（）

A.甲做功比乙多

B.以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少

C.甲消耗的汽油比乙少

D.甲做功比乙快

【难度】★★

【8】下列提高炉子效率的措施中，不正确的是（）

A.把煤磨成粉，用空气吹进炉膛

B.把煤粒在炉膛里吹起来燃烧

C.把炉子密封起来不与空气接触，尽量减小热量损失

D.用各种方法加大受热面

【难度】★★

二、填空题

【9】天然气的热值是7.5×107J/m3，完全燃烧0.4m3的天然气能放出______J 的热量。

【难度】★★

三、简答题

【10】福州地热资源丰富，温泉洗浴就充分利用了地热水的能量。质量为100kg 的温泉水，若温度从70℃降低到20℃，放出的热量是多少？若由天然气完全燃烧供热，这些热量相当于节约了多少m3天然气？（q天然气=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg•℃））。

【难度】★★

三、自我检测

一、选择题

【1】热机效率高是指（）

A.热机的温度高

B.热机的功率大

C.热机在单位时间内消耗的燃料少

D.转化的机械能占燃料完全燃烧时放出热量的百分比大

【难度】★★

【2】煤有优质煤和劣质煤的区别，划分优劣的主要依据是（）

A.热值

B.传热本领

C.硬度

D.密度

【难度】★★

【3】冬天，生火炉取暖的燃料是无烟煤，它的热值为3.4×107J/kg，当火炉燃烧了1kg这种煤，则（）

A.屋子将吸收3.4×107J的热量

B.火炉放出了3.4×107J热量

C.屋子吸收的热量小于3.4×107J热量

D.火炉放出的热量略大于3.4×107J如果燃料没有完全燃烧放出的热就少于3.4×107J的热量

【难度】★★

【4】三口之家分别单独使用不同种类的燃料时平均月消耗量分别为：木柴约180kg，烟煤约70kg，煤气约50kg，液化石油气约为25kg。则这几种燃料的热值最高的是（）

A.木柴

B.烟煤

C.煤气

D.液化石油气

【难度】★★

【5】下列说法正确的是（）

A.燃烧值大的燃料比燃烧值小的燃料完全燃烧时放出的热量多

B.柴油机工作时，燃料燃烧每放出1焦的热量就可得到1焦的机械能

C.热机的效率越大，它的功率就越大

D.柴油机的效率一般比汽油机高，就是说完成相同的有用功，柴油机所用燃料完全燃烧放出能量比汽油机少

【难度】★★

【6】下列提高热机效率的做法中，无效的是（）

A.保证良好的润滑

B.尽量减少各种热损失

C.提高燃油的质量

D.减少因克服摩擦而额外消耗的功

【难度】★★

【7】在热机工作过程中的各类能量损失中（）

A.散热损失的热量最多

B.燃料不完全燃烧带走的热量最多

C.克服摩擦损失的能量最多

D.废气带走的能量最多

【难度】★★

【8】关于热机的效率，下列说法中正确的是（）

A.已经有热机的效率达到100%

B.热机的效率在不久的将来就会达到l00%

C.热机的效率都在8%～45%之间

D.随着技术的进步，热机的效率还会进一步提高

【难度】★★

二、填空题

【9】王阳家最近开通了天然气，细心的他发现同样条件下烧开同一壶水比过去用液化气所用时间短了，这主要是由于两种燃料的______不同；完全燃烧

0.5m3的天然气放出的热量是______ J。（q天然气=4×107J/m3）

【难度】★★

【10】燃料的热值（1）燃料燃烧过程：把燃料的______能转化为______能。（2）燃料的热值：1kg的某种燃料______燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。符号：______；单位：______。（3）燃料的热值是燃料的一种特性，同种燃料的热值相同，酒精的热值是3.0×107J/kg，表示的物理意义是

______的酒精完全燃烧所放出的热量是______。（4）燃料燃烧放出热量

计算：Q=______，变形式：m=______；q=______。

【难度】★★

【11】物质热值（J•kg-1）

干木柴约1.2×107

煤油4.6×107

木炭3.4×107

煤气约3.9×107J/m3

表中给出了几种燃料的热值，完全燃烧2m3煤气，可以放出______J的热

量。

【难度】★★

【12】“低碳生活”是当今社会所倡导的绿色生活方式.利用太阳能将2000kg的水从15℃加热到50℃，可以少燃烧多少烟煤？[设烟煤完全燃烧烟煤的热值为2.94×107J/kgC水=4.2×103J/（kg•℃）]

【难度】★★

【13】“西气东输”工程中，某同学所在的地区终于用上了天然气.利用星期天，某班物理活动小组的同学们开展了一次社会实践活动，对目前普遍使用的生活燃料进行社会调查。同学们通过查阅资料、询问当地居民等方式，得到如下调查结果：

燃料煤煤气天然气

热值 3.0×107J/kg 3.9×107J/m37.8×107J/m3

毒性无有无

燃烧性不易轻易轻易

对环境影响大面积烟尘污染大量的有害气体少量二氧化碳排放

价格0.85元/kg 2.8元/m3 5.00元/m3

（1）如某用户平均每个月燃烧燃料获取的能量为1.56×109J。以天然气

为燃料时，每月至少需支出多少燃料费用？（2）根据上表提供的信息，

从节能、环保和安全的角度考虑，你会建议使用哪种燃料？说出三条理由。【难度】★★

【14】内燃机工作时，燃料的能量转化为：有用的机械能、废气的内能、机械损失和散热损失。某汽油机的能量损失所占的百分率是：废气内能35%，散热损失30%，机械损失10%，则该汽油机的热机效率是______。

【难度】★★

【15】如图所示，是汽油机的______冲程，有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g的汽油（热值为4.6×107J/kg），若其效率是30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为______J。

【难度】★★

【16】随着人民生活水平的提高，汽车已在家庭逐步普及。小明通过查询得知：一辆某型号的汽车在额定功率下行驶时单位时间内的能量流向图。（1）

从能量转化角度看，其中“摩擦损耗”的这部分能量转化成______能。（2）若将汽车转化为有用功的能量与输入发动机的能量的比值定义为“能量转化效率”，则该发动机的能餐转化效率η为______。

【难度】★★

【17】小东通过查阅相关资料，收集了一些热机的效率如下表：

一些热机的热机效率

蒸汽机4%-8%

蒸汽轮机25%-30%

燃气轮机50%-60%

汽油机26%-40%

表中数据显示出热机的效率普遍偏低，你认为热机效率较低的主要原因

有：①______；②______。要提高热机效率就必须减少热机工作中的各种

能量损失。你认为可行的途径有：③______；④______；⑤______。

【难度】★★

三、简答题

【18】长安汽车有限公司是重庆的一家汽车生产基地。在一次某新型号的汽车测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8km，受到的阻力是3.0×

103N，消耗汽油1.2 kg（假设汽油完全燃烧）。汽油的热值为q＝4×107J/kg，求：（1）在测试过程中，汽车牵引力所做的功W；（2）该型号汽车的

热机效率η。

【难度】★★

拓展阅读

氢燃料——最干净的能源

氢气是一种无色的气体。燃烧一克氢能释放出约142千焦的热量，因此，氢也能作为一种能源在我们的市场生活中使用。

氢的燃烧的产物是水，没有灰渣和废气等其它排放物，不会污染环境，是比较干净的清洁能源。氢作为燃料被认为将会成为21世纪最理想的能源。氢燃料作为能源的突出特点是无污染、效率高、可循环利用与传统能源相比氢能基本没有污染。

但氢能成为主流的能源还面对着许多的问题。

首先，氢能提取不便，尽管氢元素能在地球上存量很高，但大多数情况都是以水的形态出现。将氢转换为氢能在目前的工艺条件和技术下需要消耗许多的能量，在经济性上和天然气、煤炭、石油等相比，经济性不高。

其次，氢使用用途较小。由于氢体积大，液化后单位体积能量高但储存运输不易，目前氢能使用的范围相对狭小，只在交通运输领域使用，且多应用于公交、巴士等大型车辆。在其它领域如发电等氢能基本没有应用。

最后，氢能的应用缺乏标准和技术规范。目前我国已经出台了一部分对氢能、加氢站、氢能汽车等出台了一系列的相关规范，但缺乏对氢能利用系统的标准体系构筑，从汽车生产商到政府管理部门，大家只在自己的领域出台标准，缺乏完整的标准技术体系。

虽然氢能目前还有许多的问题，但是氢能作为一种清洁能源，必然会随着经济的发展取得更好的应用。