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人教版九年级全册第2节 热机的效率教学设计
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这是一份人教版九年级全册第2节 热机的效率教学设计，共11页。教案主要包含了播放图片并提问，分析论证，提出问题，分析讨论，分析能量的流向，播放视频等内容，欢迎下载使用。
年级
九年级
授课时间
课题
第2节 热机的效率
教学
目标
1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
2. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。
教材
分析
本节内容是上一节内燃机知识的延续，通过本节课的学习，可以使学生认识到内燃机工作时，燃料燃烧放出的热量并不能全部被利用，这样对内能的利用有一个更全面的认识，并为下节能量的转化与守恒作好准备。本节内容由“燃料的热值”和“热机的效率”两个部分组成。
燃料的热值和热机的效率都是本节内容的学习重点，难点是对热机效率的理解。
教学
器材
多媒体ppt，包含视频：《汽油机的工作过程分解》、《四冲程汽油机工作过程》、《课堂总结》等。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
【播放图片并提问】发射人造卫星、宇宙飞船所用的火箭要用液态氢、氧做燃料。你知道这是为什么？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？
学习了这一节，你就明白了。
《14.2热机的效率》。
观察图片，思考问题，进入情景.
学习新课
一、燃料的热值
1. 燃料
【提问】你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？
【总结】（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。
（2）燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
2. 燃料的热值
（1）研究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？
【提问】根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。
【分析】日常生活中，常见的燃料有煤、木柴、天然气、液化气、酒精、汽油、柴油，在农村还有农作物的秸秆，有些地区还用牛粪作为燃料。若一个四口之家使用不同的燃料供家庭使用，如烧水、做饭等，请同学们估计，一个月如果使用木柴需要多少千克？如果使用煤（蜂窝煤）需要多少千克？如果使用液化气需要多少千克？如果使用秸秆需要多少千克？
分析讨论得出：约需要木柴200 kg，煤90kg，液化气30kg，秸秆400kg。使用不同的燃料，消耗量是不同的，这是什么道理呢？
【分析论证】
①不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。根据实验发现1kg的煤燃烧释放出的热量是1kg木柴燃烧释放出的热量的两倍多。
②怎么比较燃料燃烧放出热量的能力呢？可以采取比较物体密度大小的方法：所有物体都取1m³，比较它们质量的多少。把所有燃料都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出热量的多少。
由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。
（2）燃料的热值
①热值的定义：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，用字母q表示。
②热值的计算公式：q= EQ \F( Q放, m)
Q表示放出的热量，单位是焦（J）；
m表示固、液体燃料的质量，单位是千克（kg）；
q表示热值，单位是焦/千克（J/kg）。
③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示：1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
④燃料燃烧放出热量的计算： Q放=qm
⑤气体燃料的热值：q= EQ \F( Q放, V)
V表示气体燃料的体积，单位是米3（m3）；
Q表示放出的热量，单位是焦（J）；
q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3 （J/m3 ）。
（3）常见燃料的热值表
【提问】①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？
②火箭上为什么用液态氢作燃料？
③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？
【回答】①表中热值最大的是氢，热值1.4×108J/kg，热值最小的是干木柴，热值1.2×107J/kg.
②火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大.
③热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值.
【例题1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量
B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大
C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多
D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【答案】D.
【解析】燃料燃烧时放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量不一定多。
故D正确。
列举出生活中常见的一些燃料并进行分类.
交流讨论并列举事例说明相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的.
运用与密度类比的方法建立热值的概念.
了解热值的定义、计算、单位及物理意义.
知道固体燃料与气体燃料热值的不同表示方法。
观察热值表，思考回答老师所提3个问题.
做例题并回答，进一步理解热值的概念.
学习新课
二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率
【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗?
【分析讨论】煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量，煤气灶本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气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。
【分析讨论】引导学生总结得出热效率的概念：吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。
①热效率（炉子、燃气灶的热效率等）
η = EQ \F(有效利用的热量, 燃料完全燃烧放出的热量) = EQ \F(Q利用, Q总)
②提高锅炉中燃料热效率的方法：
把煤磨成煤粉，增大与氧气的接触面积；把空气吹进炉膛增大送氧量。
2. 热机的效率
（1）热机能量流向示意图
【分析能量的流向】汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦要消耗一部分能量；机械装置自身吸收一部分能量，等等。
所以真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。
燃料的
内能
（2）热机的效率
①定义：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，叫做热机的效率。
②公式： η= EQ \F( Q有用, Q总) 或 η= EQ \F( W有用, Q总)
③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量.
大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术.
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量.
【播放视频】——《动画讲解：热机的效率 》
4. 指导学生阅读教材《科学技术社会》）——从火车到火箭
了解热机的发展历程。
【例题2】2022年11月，神舟十五号载人火箭将了名航天员送入中国空间站。下列关于神舟十升空过程中分析正确的是（ ）
A．神舟十五号火箭的发动机不是热机
B．神舟十五号火箭利用氢做燃料是因为氢的热值大
C．神舟十五号火箭对氢能的利用效率可以达到100%
D．神舟十五号火箭加速升空过程中机械能守恒
【答案】B.
【解析】A．神舟十五号火箭的发动机工作时把燃烧燃料时产生的内能转化为机械能，因此属于热机，故A错误；
B．火箭选用液态作氢燃料是因为氢的热值大，与质量相同的其它热值小的燃料相比，氢燃烧能放出更多的热量，故B正确；
C．氢燃烧产生的热量并不能被火箭完全利用，一部分转化成火箭的内能，使火箭温度升高，还有一部分散失在周围环境，因此火箭对氢能的利用效率小干100%，故C错误；
D．神舟十五号火箭加速升空的过程中，质量不变（忽略燃料质量的变化），速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，机械能等于动能与势能之和，因此机械能增大，故D错误。故选B。
【例题3】用烟煤烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（3）热效率是多少?
（4）分析热效率不高的两种原因。
【答案】（1）3.36×106J；（2）4.2×107J；（3）8%；（4）见解析。
【解析】（1）Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg・℃）×10kg×（100-20）℃
=3.36×106J
（2）Q放＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J
（3）η= EQ \F( Q吸, Q放) = EQ \F(3.36×106J, 4.2×107J) = 8%
（4）热效率不高的原因有：烟煤没有完全燃烧，热传递的过程中有热量损失等。
交流回答日常生活中的热效率问题，初步建立热效率的概念。
根据能流图分析：有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量的流向。在此基础上建立热机效率的概念.
理解热机效率的定义、计算、物理意义.
联系实际情况，简单分析提高热机效率的方法。
阅读《从火车到火箭》，了解热机的发展历程.
做例题，并进行交流回答.
做例题，进一步掌握热值、热效率的计算.
课
堂
练
习
课
堂
练
习
1. 长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（ ）
A．密度大 B．比热容大
C．热值高 D．热效率高
【答案】C.
【解析】火箭发动机使用液态氢作燃料，燃烧相同质量的燃料，液氢完全燃烧释放出的热量多，即液态氢的热值高，综上分析知，故ABD不符合题意；C符合题意。
2. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A．没有燃烧的燃料，其热值等于零
B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关
C．燃料完全燃烧时，它的热值最大
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】B。
【解析】ABC. 1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确；
D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，D错误。
所以选B.
3. 小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】1.2×107；不变。
【解析】干木柴的热值为q= EQ \F(Q吸, m) = EQ \F(6.6×106J, 0.55kg) = 1.2×107J/kg
热值是燃料的特性，其大小只与燃料的种类有关，而与燃料的质量无关，用掉一半后，干木柴的热值仍为1.2×107J/kg
4. 有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（热值为4.6×107J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为__________J。
【答案】4.6×105J，1.38×105J.
【解析】由题意知消耗汽油的质量m=10g=0.01kg
汽油完全燃烧产生的热量Q=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J
根据热机效率η= EQ \F(W有, Q放) ，汽油机输出的有用机械能
W有= Q放η=4.6×105J × 30%=1.38×105J
5. 中国南海海底探明有大量的“可燃冰”，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的________很大，以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为_________J，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），意义是______________。（煤气的热值q煤气＝4.2×107J/kg）
【答案】热值；4.2×108；1kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
【解析】在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大。
1kg煤气完全燃烧放出的热量Q=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量Q放= 10Q=4.2×108J
6. 如图所示，是汽车能量转化示意图，关于汽车的效率其中正确的是（ ）
A．33% B．30% C．37% D．40%
【答案】B.
【解析】用总功减去各种能量损失即得汽车的效率为
η＝1-33%-30%-7%＝30%
故B符合题意，ACD不符合题意。所以选B.
7. 下列关于热机效率的说法中正确的是（ ）
A．热机的功率越大，效率越高
B．热机所用燃料的热值越大，效率越高
C．减少燃烧过程中的热量损失可以提高热机效率
D．通过技术改进，热机效率可达100%
【答案】C.
【解析】A．热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故A错误；
B．用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定高，故B错误；
C．使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故C正确；
D．热机在工作过程中不可避免地存在能量的损失，所以热机效率永远要小于100%，故D错误。所以选C。
8. 热机是把内能转化为_____能的机器； 有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，尾气的柴油味越_____（填“浓”或“淡”），柴油机的效率越高；尾气温度越_____（填“高”或“低”），柴油机越节能。当柴油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率_____（选填“升高”、“不变”、“降低”）。
【答案】机械，淡，低，降低.
【解析】热机是把燃料燃烧释放的内能转化为机械能的器。
尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低。尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能。冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低。
课
堂
小
结
第2节 热机的效率
热机的效率
热机的
效率
①分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料.
②燃料燃烧过程中化学能转化为内能.
①定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比.
是燃料的一种特性.
②公式：固体燃料：q= EQ \F(Q,m) 气体燃料：q= EQ \F(Q,V)
③单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/m3 ）
①热机的效率：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.
②公式：η =W有 Q放 ×100%
③提高热机效率的方法：利用废气的能量、
减少机械摩擦、尽量使燃料充分燃烧.
燃料
热值
板
书
设
计
第2节 热机的效率
一、燃料的热值
1. 定义：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.
2. 公式：q= EQ \F(Q,m) （固体燃料）；q= EQ \F(Q,V) （气体燃料）
3. 单位： J/kg（固体）； J/m3（气体）
二、热机的效率
1. 定义：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称为热机效率.
2. 公式：η= EQ \F(W有, Q放) ×100%
3. 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；
（3）利用废气的能量（主要措施）；
（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
作
业
课后
反思
1. 本节用到利用能流图分析问题，这对于学生来说是首次，教师可以利用教科书中热机的能流图启发学生思考：在内燃机中燃料燃烧产生的能量到哪里去了？学生的回答可能不完整，教师要引导学生分析：在内燃机中燃料燃烧产生的所有热量中，有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量是哪些？在此基础上引出热机效率的概念，然后联系实际情况，简单分析提高热机效率的方法。
2. 对于热机效率的问题学生很陌生，但学生对日常生活中的热效率问题却比较熟悉。因此可以先讨论生活中的热效率再过渡到热机效率。使知识的过渡相对平稳，不至于出现难度较大提升的情况。
年级
九年级
授课时间
课题
第2节 热机的效率
教学
目标
1. 从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
2. 能简单计算燃料燃烧放出的热量。
3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率。
教材
分析
本节内容是上一节内燃机知识的延续，通过本节课的学习，可以使学生认识到内燃机工作时，燃料燃烧放出的热量并不能全部被利用，这样对内能的利用有一个更全面的认识，并为下节能量的转化与守恒作好准备。本节内容由“燃料的热值”和“热机的效率”两个部分组成。
燃料的热值和热机的效率都是本节内容的学习重点，难点是对热机效率的理解。
教学
器材
多媒体ppt，包含视频：《汽油机的工作过程分解》、《四冲程汽油机工作过程》、《课堂总结》等。
教学过程
教师活动
学生活动
导入新课
【播放图片并提问】发射人造卫星、宇宙飞船所用的火箭要用液态氢、氧做燃料。你知道这是为什么？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？
学习了这一节，你就明白了。
《14.2热机的效率》。
观察图片，思考问题，进入情景.
学习新课
一、燃料的热值
1. 燃料
【提问】你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？
【总结】（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。
（2）燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
2. 燃料的热值
（1）研究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？
【提问】根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。
【分析】日常生活中，常见的燃料有煤、木柴、天然气、液化气、酒精、汽油、柴油，在农村还有农作物的秸秆，有些地区还用牛粪作为燃料。若一个四口之家使用不同的燃料供家庭使用，如烧水、做饭等，请同学们估计，一个月如果使用木柴需要多少千克？如果使用煤（蜂窝煤）需要多少千克？如果使用液化气需要多少千克？如果使用秸秆需要多少千克？
分析讨论得出：约需要木柴200 kg，煤90kg，液化气30kg，秸秆400kg。使用不同的燃料，消耗量是不同的，这是什么道理呢？
【分析论证】
①不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。根据实验发现1kg的煤燃烧释放出的热量是1kg木柴燃烧释放出的热量的两倍多。
②怎么比较燃料燃烧放出热量的能力呢？可以采取比较物体密度大小的方法：所有物体都取1m³，比较它们质量的多少。把所有燃料都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出热量的多少。
由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。
（2）燃料的热值
①热值的定义：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，用字母q表示。
②热值的计算公式：q= EQ \F( Q放, m)
Q表示放出的热量，单位是焦（J）；
m表示固、液体燃料的质量，单位是千克（kg）；
q表示热值，单位是焦/千克（J/kg）。
③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示：1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
④燃料燃烧放出热量的计算： Q放=qm
⑤气体燃料的热值：q= EQ \F( Q放, V)
V表示气体燃料的体积，单位是米3（m3）；
Q表示放出的热量，单位是焦（J）；
q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3 （J/m3 ）。
（3）常见燃料的热值表
【提问】①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？
②火箭上为什么用液态氢作燃料？
③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？
【回答】①表中热值最大的是氢，热值1.4×108J/kg，热值最小的是干木柴，热值1.2×107J/kg.
②火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大.
③热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值.
【例题1】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量
B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大
C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多
D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【答案】D.
【解析】燃料燃烧时放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量不一定多。
故D正确。
列举出生活中常见的一些燃料并进行分类.
交流讨论并列举事例说明相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的.
运用与密度类比的方法建立热值的概念.
了解热值的定义、计算、单位及物理意义.
知道固体燃料与气体燃料热值的不同表示方法。
观察热值表，思考回答老师所提3个问题.
做例题并回答，进一步理解热值的概念.
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二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率
【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗?
【分析讨论】煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量，煤气灶本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气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。
【分析讨论】引导学生总结得出热效率的概念：吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。
①热效率（炉子、燃气灶的热效率等）
η = EQ \F(有效利用的热量, 燃料完全燃烧放出的热量) = EQ \F(Q利用, Q总)
②提高锅炉中燃料热效率的方法：
把煤磨成煤粉，增大与氧气的接触面积；把空气吹进炉膛增大送氧量。
2. 热机的效率
（1）热机能量流向示意图
【分析能量的流向】汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦要消耗一部分能量；机械装置自身吸收一部分能量，等等。
所以真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。
燃料的
内能
（2）热机的效率
①定义：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，叫做热机的效率。
②公式： η= EQ \F( Q有用, Q总) 或 η= EQ \F( W有用, Q总)
③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。
3. 提高热机效率的主要途径
（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量.
大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术.
（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量.
【播放视频】——《动画讲解：热机的效率 》
4. 指导学生阅读教材《科学技术社会》）——从火车到火箭
了解热机的发展历程。
【例题2】2022年11月，神舟十五号载人火箭将了名航天员送入中国空间站。下列关于神舟十升空过程中分析正确的是（ ）
A．神舟十五号火箭的发动机不是热机
B．神舟十五号火箭利用氢做燃料是因为氢的热值大
C．神舟十五号火箭对氢能的利用效率可以达到100%
D．神舟十五号火箭加速升空过程中机械能守恒
【答案】B.
【解析】A．神舟十五号火箭的发动机工作时把燃烧燃料时产生的内能转化为机械能，因此属于热机，故A错误；
B．火箭选用液态作氢燃料是因为氢的热值大，与质量相同的其它热值小的燃料相比，氢燃烧能放出更多的热量，故B正确；
C．氢燃烧产生的热量并不能被火箭完全利用，一部分转化成火箭的内能，使火箭温度升高，还有一部分散失在周围环境，因此火箭对氢能的利用效率小干100%，故C错误；
D．神舟十五号火箭加速升空的过程中，质量不变（忽略燃料质量的变化），速度增大，动能增大，高度增大，重力势能增大，机械能等于动能与势能之和，因此机械能增大，故D错误。故选B。
【例题3】用烟煤烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求：
（1）水吸收的热量是多少？
（2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（3）热效率是多少?
（4）分析热效率不高的两种原因。
【答案】（1）3.36×106J；（2）4.2×107J；（3）8%；（4）见解析。
【解析】（1）Q吸=cm△t
=4.2×103J/（kg・℃）×10kg×（100-20）℃
=3.36×106J
（2）Q放＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J
（3）η= EQ \F( Q吸, Q放) = EQ \F(3.36×106J, 4.2×107J) = 8%
（4）热效率不高的原因有：烟煤没有完全燃烧，热传递的过程中有热量损失等。
交流回答日常生活中的热效率问题，初步建立热效率的概念。
根据能流图分析：有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量的流向。在此基础上建立热机效率的概念.
理解热机效率的定义、计算、物理意义.
联系实际情况，简单分析提高热机效率的方法。
阅读《从火车到火箭》，了解热机的发展历程.
做例题，并进行交流回答.
做例题，进一步掌握热值、热效率的计算.
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堂
练
习
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习
1. 长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（ ）
A．密度大 B．比热容大
C．热值高 D．热效率高
【答案】C.
【解析】火箭发动机使用液态氢作燃料，燃烧相同质量的燃料，液氢完全燃烧释放出的热量多，即液态氢的热值高，综上分析知，故ABD不符合题意；C符合题意。
2. 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（ ）
A．没有燃烧的燃料，其热值等于零
B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关
C．燃料完全燃烧时，它的热值最大
D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多
【答案】B。
【解析】ABC. 1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确；
D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，D错误。
所以选B.
3. 小越参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×106J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到，则干木柴的热值为________J/kg，如果用掉一半后，干木柴的热值将_______（选填“变大”“变小”或“不变”）。
【答案】1.2×107；不变。
【解析】干木柴的热值为q= EQ \F(Q吸, m) = EQ \F(6.6×106J, 0.55kg) = 1.2×107J/kg
热值是燃料的特性，其大小只与燃料的种类有关，而与燃料的质量无关，用掉一半后，干木柴的热值仍为1.2×107J/kg
4. 有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油（热值为4.6×107J/kg），这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为__________J。
【答案】4.6×105J，1.38×105J.
【解析】由题意知消耗汽油的质量m=10g=0.01kg
汽油完全燃烧产生的热量Q=mq=0.01kg×4.6×107J/kg=4.6×105J
根据热机效率η= EQ \F(W有, Q放) ，汽油机输出的有用机械能
W有= Q放η=4.6×105J × 30%=1.38×105J
5. 中国南海海底探明有大量的“可燃冰”，同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的________很大，以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为_________J，水的比热容c＝4.2×103J/（kg•℃），意义是______________。（煤气的热值q煤气＝4.2×107J/kg）
【答案】热值；4.2×108；1kg的水升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量为4.2×103J。
【解析】在同等条件下，包含质量相同，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值很大。
1kg煤气完全燃烧放出的热量Q=mq=1kg×4.2×107J/kg=4.2×107J
1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量Q放= 10Q=4.2×108J
6. 如图所示，是汽车能量转化示意图，关于汽车的效率其中正确的是（ ）
A．33% B．30% C．37% D．40%
【答案】B.
【解析】用总功减去各种能量损失即得汽车的效率为
η＝1-33%-30%-7%＝30%
故B符合题意，ACD不符合题意。所以选B.
7. 下列关于热机效率的说法中正确的是（ ）
A．热机的功率越大，效率越高
B．热机所用燃料的热值越大，效率越高
C．减少燃烧过程中的热量损失可以提高热机效率
D．通过技术改进，热机效率可达100%
【答案】C.
【解析】A．热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，热机做功越快，表示热机的功率越大，与效率无关，故A错误；
B．用热值大的燃料，燃烧相同燃料可以放出更多的热量，但用来做有用功的能量不一定多，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量的比值不一定大，热机效率不一定高，故B错误；
C．使燃料充分燃烧、减少废气带走的热量、减少热机部件间的摩擦都可以减少热量的损失，提高效率，故C正确；
D．热机在工作过程中不可避免地存在能量的损失，所以热机效率永远要小于100%，故D错误。所以选C。
8. 热机是把内能转化为_____能的机器； 有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，尾气的柴油味越_____（填“浓”或“淡”），柴油机的效率越高；尾气温度越_____（填“高”或“低”），柴油机越节能。当柴油在发动机内燃烧不充分时会冒“黑烟”，这时发动机的效率_____（选填“升高”、“不变”、“降低”）。
【答案】机械，淡，低，降低.
【解析】热机是把燃料燃烧释放的内能转化为机械能的器。
尾气的柴油味浓、颜色黑都说明柴油没有充分燃烧，浪费了燃料，这样柴油机的效率会低。尾气的温度高，说明散失的热量多，柴油机的效率低，反之，柴油机的效率高，即节能。冒“黑烟”说明燃烧不充分，用来做有用功的能量占燃料完全燃烧放出的总能量的比值就小，所以效率降低。
课
堂
小
结
第2节 热机的效率
热机的效率
热机的
效率
①分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料.
②燃料燃烧过程中化学能转化为内能.
①定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比.
是燃料的一种特性.
②公式：固体燃料：q= EQ \F(Q,m) 气体燃料：q= EQ \F(Q,V)
③单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/m3 ）
①热机的效率：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.
②公式：η =W有 Q放 ×100%
③提高热机效率的方法：利用废气的能量、
减少机械摩擦、尽量使燃料充分燃烧.
燃料
热值
板
书
设
计
第2节 热机的效率
一、燃料的热值
1. 定义：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.
2. 公式：q= EQ \F(Q,m) （固体燃料）；q= EQ \F(Q,V) （气体燃料）
3. 单位： J/kg（固体）； J/m3（气体）
二、热机的效率
1. 定义：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称为热机效率.
2. 公式：η= EQ \F(W有, Q放) ×100%
3. 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；
（3）利用废气的能量（主要措施）；
（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
作
业
课后
反思
1. 本节用到利用能流图分析问题，这对于学生来说是首次，教师可以利用教科书中热机的能流图启发学生思考：在内燃机中燃料燃烧产生的能量到哪里去了？学生的回答可能不完整，教师要引导学生分析：在内燃机中燃料燃烧产生的所有热量中，有用的机械能只占其中的一部分，损失的能量是哪些？在此基础上引出热机效率的概念，然后联系实际情况，简单分析提高热机效率的方法。
2. 对于热机效率的问题学生很陌生，但学生对日常生活中的热效率问题却比较熟悉。因此可以先讨论生活中的热效率再过渡到热机效率。使知识的过渡相对平稳，不至于出现难度较大提升的情况。
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