人教版物理九年级14. 2 《热机的效率》教学设计

人教版物理九年级全册

14.2《热机的效率》教学设计

课题名14.2热机的效率

1.从生活中体会不同燃料释放热的本领不同，建立热值的概念；能简

单计算燃料释放出的热量。

教学目标

2.能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向；知道什么是热机效

率；如何提高热机效率。

教学重点建立热值的概念，热机的效率

教学难点理解热值的概念。

教师准备：多媒体平台、实验器材

教学准备

学生准备：课本

新课导入

燃料种类很多，煤炭、汽油、天然气等等，为什么火箭会使用氢

来作为燃料呢？

教学过程

新知相授

一、燃料的热值

想想议议

在我们生活中，有固体燃料、液体燃料、气体燃料。

那么，不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领

强呢？

下面，请同学们思考几个问题。

1.1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否

相同？

2.相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？

3.1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？

我们的生活经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤

放出的热量要比柴多得多。因此，我们用热值这个概念来表示燃料放

出热量的本领。

1.热值的概念

(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)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。

(3)单位：国际单位：焦每千克；符号：J/kg；气体燃料的单位:

焦每立方米；符号：J/rA

(4)相关计算公式：固体或液体燃料完全燃烧放出的热量的计算

公式为Q=qm,气体燃料完全燃烧放出热量的计算公式为Q=qV0

这部分重难要对热值的概念进行理解。

对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料”、“完

全燃烧”、“热量与其质量之比”.

①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃

烧特性、化学能转化成的内能的本领大小.

②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧

时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧

放出的热量计算出的热值就比实际值小.

③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料

而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不

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同.

下图为常见燃料的热值，大家可以结合图片，说出其物理意义吗？

（教师结合图片互动课堂）

大家可以注意一下氢的热值，数量级达到了10的8次方，是这个

表的热值最大的燃料，对此，氢具有热值大的特性。

AfiMM

干伸43x10’Jleg

MM州29M**通・6,10

3.4x10*、七淌joJkg

1,0x奸9J"l4xK/J1(g

黑t的。9，Jnt'

4线3。x版J3aAi.9xi<rjIM'

回到开头那个问题火箭大多用液氢作为燃料，你知道这样做的好

处吗？

首先热值大，这个是我们刚刚讲的，其次，液氢也具有清洁环保

的特点。

下面我们通过计算来看看，为什么氢的热值大。

据热值表，我们知道氢的热值是L4X10'J/kg,计算一下10吨

氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？

放出热量Q=热值qX质量m=1.4X108J/kgX10X103kg=1.4

X10'2J

再算算，若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木

柴？

干木柴的热值1.2X107J/kg

括量14x10”j

需要干木柴-=赢=记而诉r】“。，kg

约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的

热量。

这个数值是非常大的，对此也体现了氢热值大的特点。

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接下来大家做一道例题：

【例1】千帆竞渡，百舸争流。在当今能源科技日新月异的背景下，“可

燃冰”作为一种潜力巨大的清洁能源，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倍的关系计算，500g“可燃冰”完全燃烧放出的热量为_____Jo

这些热量可以使kg的水从50℃加热至100℃o[c水

=4.2X103J/(kg•℃),q煤气=4.2X10,J/kg]。

【答案】热值；2.IXKT；looo。

通关秘籍：

1.每种燃料都有自己的热值，燃料不同，其热值一般是不同的，故

热值只与燃料的种类有关；燃料燃烧放出的热量，除了与燃料种类有

关外，还与燃料的质量、是否完全燃烧有关。

2.计算热值时要注意质量的单位是kg,体积的单位是

3.不计热损失，常用Q疔Q放，即cmAt=qm来解决问题。

二、热机的效率

燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而

且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。

下面，给大家引入一个概念。

热效率：有效利用的热量与理想情况下放出的热量的比值。

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Qu用

n=________xioo%

Q?放

既然热机损失的能量较多，那么我们就会有一些提高燃料效率的

途径。请同学们做好笔记。

①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。

②减少各种热量损失。

③加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；

④使用较好的保温材料，减少热损失。

那么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？

实际上，内燃机的内能一部分转化为无用的机械能，一大部分直

接损失，还有一小部分为有用的机械能。

最后我们对热机的效率进行个小结：

(1)定义：热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出

的热量之比。叫热机的效率。

n=———xioo%

(2)公式：&

(3)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，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。

在生活中，我们常见的汽油机效率只有20%-30%,蒸汽机的效率

只有6%-15%,柴油机的效率只有30%-45%。由此可见，热机的效率

还是比较低的。

接下来大家完成【例2】、【例3】和【例4】：

【例2】汽油机工作时的热损失情况是汽缸散热损失30%,废气带走

35%,机械摩擦损耗10%,则完全燃烧2g汽油(热值为4.6xl()7J/kg)

获得的机械能是()

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A.2.76x104JB.3.22x104J

C.0.92x104JD.2.3x104J

【答案】D

［例3］小明用酒精灯将质量为100g、初温为20℃的水加热到90℃

（未沸腾），共燃烧了7g酒精［c水=4.2X103J/（kg•℃）酒精的热值

为q=3Xl（）7j/kg］。则（）

A.水吸收的热量是2.94X107j,烧水的热效率为14%

B.水吸收的热量是2.94X104J,烧水的热效率为14%

C.水吸收的热量是2.94X107j,烧水的热效率为1.4%

D.水吸收的热量是2.94X104,烧水的热效率为1.4%

【答案】B

通关秘籍：计算烧水的热效率时，水吸收的热星Q吸是

有用的，燃料释放的热量Q放是总能量。热效率计算公

式:n=-^x100%=-^x100%=^^x100%

“息Q放qm燃料o

【例4】为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高热机效

率的是（）

A.尽量使燃料充分燃烧

B.尽量减少热机部件间的摩擦

C.尽量减少废气带走的热量

D.尽量增加热机的工作时间

【答案】D

通关秘籍：改变热机效率就是改变热机用来做有用功的那部分能量和

燃料完全燃烧放出的能量的比例，增加用来做有用功的那部分能量或

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减少损失的能量，都可以提高热机的效率。

课堂练习

1.关于燃料的热值，下列说法正确的是()

A.燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高

B.燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多

C.燃料燃烧越充分，燃料的热值就越大

D.燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关

【答案】D

2.小华家里用的是天然气灶，他尝试估测该灶的效率。小华用容量为5

L的水壶装满水，水的初温是20℃,然后将水烧开。烧水之前天然气

表的示数是2365.02m3,水刚烧开时天然气表的示数变为2365.12m3,

天然气的热值为3.2X107J/n?,水的比热容为4.2X10,J/(kg・C),

当地大气压为1个标准大气压。求：

(1)水吸收的热量Q吸(不计水的热量损失)。

(2)天然气完全燃烧放出的热量Q故。

(3)天然气灶的效率n。

解：(1)水的质量m=p水V水=1.Oxi()3kg/m3X5xio-3m3=5kg,

水吸收的热量Q<S=cm(t2-ti)=42X103j/(kg℃)X5kgX(100℃-20

℃)=1.68X106J.

(2)天然气放出的热量QMqV=3.2xJ/nPx(2365.12nV-2365.02

m3)=3.2XiO6J.