人教版物理九年級14. 2 《熱機(jī)的效率》教學(xué)設(shè)計(jì)

人教版物理九年級全冊

14.2《熱機(jī)的效率》教學(xué)設(shè)計(jì)

課題名14.2熱機(jī)的效率

1.從生活中體會(huì)不同燃料釋放熱的本領(lǐng)不同，建立熱值的概念；能簡

單計(jì)算燃料釋放出的熱量。

教學(xué)目標(biāo)

2.能說出熱機(jī)工作時(shí)燃料釋放的能量的主要流向；知道什么是熱機(jī)效

率；如何提高熱機(jī)效率。

教學(xué)重點(diǎn)建立熱值的概念，熱機(jī)的效率

教學(xué)難點(diǎn)理解熱值的概念。

教師準(zhǔn)備：多媒體平臺(tái)、實(shí)驗(yàn)器材

教學(xué)準(zhǔn)備

學(xué)生準(zhǔn)備：課本

新課導(dǎo)入

燃料種類很多，煤炭、汽油、天然氣等等，為什么火箭會(huì)使用氫

來作為燃料呢？

教學(xué)過程

新知相授

一、燃料的熱值

想想議議

在我們生活中，有固體燃料、液體燃料、氣體燃料。

那么，不同燃料的放熱本領(lǐng)相同嗎？怎么比較它們誰的放熱本領(lǐng)

強(qiáng)呢？

下面，請同學(xué)們思考幾個(gè)問題。

1.1kg的干木柴和10kg的干木柴在同樣燃燒時(shí)，放出的熱量是否

相同？

2.相同條件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一種燃料能燒開更多的水？

3.1kg的干木柴完全燃燒和未完全燃燒時(shí)放出的熱量是否相同？

我們的生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，等質(zhì)量的煤和干木柴，充分燃燒，煤

放出的熱量要比柴多得多。因此，我們用熱值這個(gè)概念來表示燃料放

出熱量的本領(lǐng)。

1.熱值的概念

(1)定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫做這

種燃料的熱值。

(2)物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出

的熱量。

(3)單位：國際單位：焦每千克；符號：J/kg；氣體燃料的單位:

焦每立方米；符號：J/rA

(4)相關(guān)計(jì)算公式：固體或液體燃料完全燃燒放出的熱量的計(jì)算

公式為Q=qm,氣體燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式為Q=qV0

這部分重難要對熱值的概念進(jìn)行理解。

對于熱值的理解，我們要抓住三個(gè)關(guān)鍵詞：“某種燃料”、“完

全燃燒”、“熱量與其質(zhì)量之比”.

①“某種燃料”是說明熱值與燃料的種類有關(guān)，反映了燃料的燃

燒特性、化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能的本領(lǐng)大小.

②“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡.某種燃料，只有在完全燃燒

時(shí)放出的熱量與質(zhì)量之比才是這種燃料的熱值，如果用沒有完全燃燒

放出的熱量計(jì)算出的熱值就比實(shí)際值小.

③“熱量與其質(zhì)量之比”可以理解為熱值是針對一定質(zhì)量的燃料

而言的，如果同種燃料的質(zhì)量不同，則完全燃燒時(shí)放出的熱量大小不

2

同.

下圖為常見燃料的熱值，大家可以結(jié)合圖片，說出其物理意義嗎？

（教師結(jié)合圖片互動(dòng)課堂）

大家可以注意一下氫的熱值，數(shù)量級達(dá)到了10的8次方，是這個(gè)

表的熱值最大的燃料，對此，氫具有熱值大的特性。

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線3。x版J3aAi.9xi<rjIM'

回到開頭那個(gè)問題火箭大多用液氫作為燃料，你知道這樣做的好

處嗎？

首先熱值大，這個(gè)是我們剛剛講的，其次，液氫也具有清潔環(huán)保

的特點(diǎn)。

下面我們通過計(jì)算來看看，為什么氫的熱值大。

據(jù)熱值表，我們知道氫的熱值是L4X10'J/kg,計(jì)算一下10噸

氫完全燃燒放出多少焦耳的熱量？

放出熱量Q=熱值qX質(zhì)量m=1.4X108J/kgX10X103kg=1.4

X10'2J

再算算，若用干木柴完全燃燒來獲得這些熱量，需要多少噸干木

柴？

干木柴的熱值1.2X107J/kg

括量14x10”j

需要干木柴-=贏=記而訴r】“。，kg

約120噸干木柴完全燃燒放出的熱量等于10噸氫完全燃燒放出的

熱量。

這個(gè)數(shù)值是非常大的，對此也體現(xiàn)了氫熱值大的特點(diǎn)。

3

接下來大家做一道例題：

【例1】千帆競渡，百舸爭流。在當(dāng)今能源科技日新月異的背景下，“可

燃冰”作為一種潛力巨大的清潔能源，同等條件下，“可燃冰”完全

燃燒放出的熱量達(dá)到煤氣的數(shù)十倍，說明“可燃冰”的______很大。

以10倍的關(guān)系計(jì)算，500g“可燃冰”完全燃燒放出的熱量為_____Jo

這些熱量可以使kg的水從50℃加熱至100℃o[c水

=4.2X103J/(kg?℃),q煤氣=4.2X10,J/kg]。

【答案】熱值；2.IXKT；looo。

通關(guān)秘籍：

1.每種燃料都有自己的熱值，燃料不同，其熱值一般是不同的，故

熱值只與燃料的種類有關(guān)；燃料燃燒放出的熱量，除了與燃料種類有

關(guān)外，還與燃料的質(zhì)量、是否完全燃燒有關(guān)。

2.計(jì)算熱值時(shí)要注意質(zhì)量的單位是kg,體積的單位是

3.不計(jì)熱損失，常用Q疔Q放，即cmAt=qm來解決問題。

二、熱機(jī)的效率

燃料很難完全燃燒，放出的熱量往往比按熱值計(jì)算出的要小，而

且有效利用的熱量又比放出的熱量要小，例如用煤燒水。

下面，給大家引入一個(gè)概念。

熱效率：有效利用的熱量與理想情況下放出的熱量的比值。

4

Qu用

n=________xioo%

Q?放

既然熱機(jī)損失的能量較多，那么我們就會(huì)有一些提高燃料效率的

途徑。請同學(xué)們做好筆記。

①改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒。

②減少各種熱量損失。

③加大受熱面積，以減少煙塵廢氣帶走的熱量；

④使用較好的保溫材料，減少熱損失。

那么在內(nèi)燃機(jī)中燃料是否能夠完全燃燒？燃料燃燒釋放的能量都

到哪里去了？

實(shí)際上，內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)能一部分轉(zhuǎn)化為無用的機(jī)械能，一大部分直

接損失，還有一小部分為有用的機(jī)械能。

最后我們對熱機(jī)的效率進(jìn)行個(gè)小結(jié)：

(1)定義：熱機(jī)用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出

的熱量之比。叫熱機(jī)的效率。

n=———xioo%

(2)公式：&

(3)物理意義：熱機(jī)的效率表示使用熱機(jī)時(shí)對燃料的利用率的高

低，因此熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)。

在生活中，我們常見的汽油機(jī)效率只有20%-30%,蒸汽機(jī)的效率

只有6%-15%,柴油機(jī)的效率只有30%-45%。由此可見，熱機(jī)的效率

還是比較低的。

接下來大家完成【例2】、【例3】和【例4】：

【例2】汽油機(jī)工作時(shí)的熱損失情況是汽缸散熱損失30%,廢氣帶走

35%,機(jī)械摩擦損耗10%,則完全燃燒2g汽油(熱值為4.6xl()7J/kg)

獲得的機(jī)械能是()

5

A.2.76x104JB.3.22x104J

C.0.92x104JD.2.3x104J

【答案】D

［例3］小明用酒精燈將質(zhì)量為100g、初溫為20℃的水加熱到90℃

（未沸騰），共燃燒了7g酒精［c水=4.2X103J/（kg?℃）酒精的熱值

為q=3Xl（）7j/kg］。則（）

A.水吸收的熱量是2.94X107j,燒水的熱效率為14%

B.水吸收的熱量是2.94X104J,燒水的熱效率為14%

C.水吸收的熱量是2.94X107j,燒水的熱效率為1.4%

D.水吸收的熱量是2.94X104,燒水的熱效率為1.4%

【答案】B

通關(guān)秘籍：計(jì)算燒水的熱效率時(shí)，水吸收的熱星Q吸是

有用的，燃料釋放的熱量Q放是總能量。熱效率計(jì)算公

式:n=-^x100%=-^x100%=^^x100%

“息Q放qm燃料o

【例4】為節(jié)約能源，需提高熱機(jī)的效率，下列措施中不能提高熱機(jī)效

率的是（）

A.盡量使燃料充分燃燒

B.盡量減少熱機(jī)部件間的摩擦

C.盡量減少廢氣帶走的熱量

D.盡量增加熱機(jī)的工作時(shí)間

【答案】D

通關(guān)秘籍：改變熱機(jī)效率就是改變熱機(jī)用來做有用功的那部分能量和

燃料完全燃燒放出的能量的比例，增加用來做有用功的那部分能量或

6

減少損失的能量，都可以提高熱機(jī)的效率。

課堂練習(xí)

1.關(guān)于燃料的熱值，下列說法正確的是()

A.燃料的熱值越大，燃燒時(shí)達(dá)到的溫度就越高

B.燃料的熱值越大，燃燒時(shí)放出的熱量就越多

C.燃料燃燒越充分，燃料的熱值就越大

D.燃料的熱值與燃料的質(zhì)量以及燃燒情況無關(guān)

【答案】D

2.小華家里用的是天然氣灶，他嘗試估測該灶的效率。小華用容量為5

L的水壺裝滿水，水的初溫是20℃,然后將水燒開。燒水之前天然氣

表的示數(shù)是2365.02m3,水剛燒開時(shí)天然氣表的示數(shù)變?yōu)?365.12m3,

天然氣的熱值為3.2X107J/n?,水的比熱容為4.2X10,J/(kg?C),

當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓。求：

(1)水吸收的熱量Q吸(不計(jì)水的熱量損失)。

(2)天然氣完全燃燒放出的熱量Q故。

(3)天然氣灶的效率n。

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

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

℃)=1.68X106J.

(2)天然氣放出的熱量QMqV=3.2xJ/nPx(2365.12nV-2365.02

m3)=3.2XiO6J.