热机的效率与功率
专题14.2 热机的效率(导学案)(解析版)
人教版九年级第十四章内能的利用第2节《热机的效率》导学案【学习目标】1.知道热值的概念，能简单计算燃料燃烧放出的热量。
2.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向。
3.知道热机效率，能说出提高机械效率采取的措施。
【学习重点】燃料热值的概念和计算燃料燃烧放出的热量。
【学习难点】热机中的能量转化及损失，提高热机效率的具体措施。
【自主预习】阅读课本内容，完成下列填空：1．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。
在数值上等于1kg的某种燃料完全燃烧燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
可用字母q来表示，它是燃料的一种热性，于物质的种类有关。
2．燃料热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
但是对于气体燃料，热值的单位是焦每立方米。
3.燃料燃烧过程中。
燃料储存的化学能转化为内能。
4．对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了，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热机的效率。
5.热机的效率是热机性能的重要指标，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少（选填“多”或“少”）的燃料，从而节约能源，减少污染。
【合作探究】1.相同质量的不同燃料，在燃烧情况相同时时放出的热量是__不同____的。
（选填“相同”或“不同”）2.相同质量的同种燃料，燃烧时放出的热量一定相同吗？探究活动一：阅读燃料的热值，并回答下列问题：①燃料的种类很多,有固态的也有液态的还有__气__态的，例如_天然气等。
燃料的燃烧是一种_化学_ 反应，燃烧过程中燃料的_化学能得到释放，转化为__内__能。
②1kg的某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
③热值是燃料的一种__属性____，其物理量符号是___q___。
他的单位（字母）是_____J/kg____。
④干木材的热值是_1.2×107J/kg_，其物理意义是__1kg的干木柴完全燃烧放出的热量是_1.2×107J。
热机及热机效率试题及解答
热机及热机效率思考：如下图在试管里装些水，用橡皮塞塞住加热使水沸腾，会看到什么现象？讨论这个过程中能量的变化？这个实验向同学们展示了人类利用内能的过程。
燃料的化学能通过燃料转化为内能，又通过做功，把内能转化为机械能。
热机的种类很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等，尽管它们的构造各不一样但都是把内能转化为机械能的机器。
热机的广泛使用，使人类迈入了工业化社会。
【知识梳理】【根底概念】1、热机：将内能转化为机械能的机器。
内能的利用 热 机 汽油机的工作原理 能 量 的 转 化 热 机 的 效 率燃料的热值 定 义 单 位 燃料的利用率2、内燃机：内燃机是最常见的热机；汽油机、柴油机是最常见的内燃机。
3、四冲程汽油机：活塞在气缸内往复运动是，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做冲程。
多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧——膨胀做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
吸气冲程：进气门翻开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。
做功冲程：在压缩冲程完毕时，火花塞产生电火花，是燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，从而做功。
排气过程：进气门关闭，排气门翻开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能。
4、热机的效率讨论交流：热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一局部。
热机定律热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量的比值称为热机效率，即：热量：指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。
蒸汽机的效率很低，只有6%～15%，内燃机效率比蒸汽机的高，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～45%。
热机效率是热机性能的一个重要指标。
2019年人教版九年级物理上册同步学习指导-第14章 第2节 热机的效率
14.2 热机的效率【高频考点】热机效率的计算（难点）【典例】一单缸四冲程汽油机，飞轮转速为3 000 r/min ，则1 s 对外做功 次，若其效率为30%，完全消耗100 g 汽油，对外做功 J 。
若水箱中5 kg 水由20 °C 升高到 100 °C ，水吸收 J 热量。
q 汽油=4. 6×107 J /kg ，c 水=4.2×103 J/（kg·°C ）]【规律总结】❶燃料的热值反映了不同燃料在“完全燃烧”时放出的热量不同，“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其质量之比才等于这种燃料的热值。
同种燃料的热值不变。
热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，它只与燃料的 种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧无关。
❷燃料燃烧时放出热量的公式是：Q =qm 或 Q =qV 。
若是气体燃料，且其热值单位是J/m 3，则计算燃料完全燃 烧放出的热量时用Q=Vq 。
其中V 的单位是m 3，Q 放的单位是J 。
❸燃料在燃烧过程中不可能完 全燃烧，燃烧时释放的内能也不可能被完全利用，热机效率公式η=总有用Q Q ×100%或总有用Q W ×100%。
【易错警示】由燃料完全燃烧放出热量的计算公式Q=mq 变形可得 q =Q/m 。
注意公式中每个物理量都有其特殊的物理意义，而不是纯粹的数学关系，不能错误地认为q 与Q 成正比，与m 成反比。
燃料的热值是燃料的特性之一，它只与燃料的种类有关。
同种燃料的热值是一个不变量，与燃料有无完全燃烧、燃料的质量等无关。
【新知梳理】❶热机工作时将 能转化为 能。
❷某种燃料 燃烧时 与所用该 叫做这种燃料的热值，用字母 表示。
在国际单位制中，热值的单位是 ，符号是 ，读作 ；对于气体而言，还 经常用 来表示热值的单位，符号是 ，读作 。
❸热值反映了燃料燃烧时的放热大小，例如：木炭的热值为3. 4×107 J/kg ，其物理意义是：1 kg 的木炭在完全燃烧时所放出的热量是 J 。
工作效率公式物理
工作效率公式物理在物理中，工作效率是指执行一些任务所花费的能量与完成任务所获得的有用功之间的比率。
它是用来衡量能量转换或转移过程的有效性和效率的重要指标。
工作效率的公式可以通过以下几种方式表示：1.功率与效率的关系：在物理中，功率是完成单位时间内的工作所需的能量。
效率是完成单位时间内的工作所得到的有用功的比率。
功率与效率之间的关系可以用以下公式表示：效率=有用功/总功率=有用功/输入功率2.机械工作效率的公式：机械工作效率是指机械系统将输入的能量转化为有用功的程度。
机械工作效率的公式可以表示为：效率=有用输出功/输入功=有用输出力×有用输出速度/输入功=有用输出力×有用输出速度/输入力×输入速度3.热机工作效率的公式：热机工作效率是指热机将输入的热能转化为有用功的程度。
热机工作效率的公式可以表示为：效率=有用输出功/输入热能=有用输出功/输入热量4.电力工作效率的公式：电力工作效率是指电力设备将输入的电能转化为有用功的程度。
电力工作效率的公式可以表示为：效率=有用输出功/输入电功率需要注意的是，以上给出的公式只是表示工作效率的一般形式，具体应用时需要根据具体情况来确定使用哪个公式。
工作效率公式在物理中的应用非常广泛。
它可以帮助我们评估能量的转换或转移过程的有效性，并且可以为我们设计和改进工程系统提供有用的指导和参考。
同时，工作效率的概念也可以用于分析其他领域，如经济学、生态学等，在这些领域中也存在着能量的转化和有效利用的问题。
总结起来，工作效率公式是用来衡量能量转换或转移过程的有效性和效率的重要指标。
它可以通过功率与效率的关系、机械工作效率公式、热机工作效率公式和电力工作效率公式来表示。
工作效率的概念和公式在物理学和其他领域都有着广泛的应用。
教科版九年级物理上册第二章 第3节 热机效率
【解析】
知1－讲
热机的效率是热机所做的有用功与燃料完全燃 烧放出的热量之比，因此在热机所做的有用功一定 时，消耗的燃料越少，热机的效率越高；在消耗的 燃料一定时，热机所做的有用功越多，效率越高， 故C 正确。
总结
知1－讲
热机效率是一个比值，是由W有用与Q放共同决定的， 单独说W有用越多或燃料消耗越少，效率越高是不对的。 在相同条件下，效率越高的热机，做相同的W有用，所用 燃料越少。
第二章 改变世界的热机
第3节 热机效率
1 课堂讲解
•热机效率 •热机与环境
2 课时流程
逐点 导讲练
课堂 小结
当堂 检测
课后 作业
柴
石
薪
油
煤
天
炭
然
气
知识点 1 热机效率
知1－导
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？
知1－导
由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃 料燃烧时所释放能量的一部分。
4 (中考·荆州)“PM2.5”是指大气中直径小于或等于2.5 微米的颗粒物，吸入后会对人体健康造成危害，是 空气的重要污染源。荆州市是全国74个空气质量监 测城市之一。以下措施中会使空气中PM2.5污染增 大的是( ) A．禁止焚烧秸秆 B．提倡使用太阳能设备 C．发展核电代替部分煤发电 D．提倡城市居民开车出行
知识点 2 热机与环境
知2－讲
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许 多环境污染问题。
知2－讲
知2－讲
1. 热机的利用带来的环境污染主要有大气污染和噪声 污染。
2. 燃料造成大气污染的主要原因是：燃料中有杂质， 燃烧会生成二氧化氮、二氧化硫和一氧化碳等有害 气体和粉尘。
第十四章 第2节 热机的效率-【教材解读】2022-2023学年人教版物理九年级全册
第2节热机的效率基础知识·细解读知识点一燃料的热值【重点+难点】1.燃料燃烧时的能量转化燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放出来，加热物体，转变成物体的内能，即化学能转化为内能。
2.燃料的热值(1)定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，热值用字母q表示。
(2)单位：焦每千克，符号是J／kg。
(3)物理意义表示燃料燃烧时放热的本领。
(4)理解热值的定义时注意三个关键词①某种燃料②完全燃烧③与其质量之比热值是个比值，它与释放的热量和质量无关，仅与燃料的种类有关。
生活物理不同燃料燃烧的效果图为一个家庭若只用某种燃料做饭时，该燃料一个月的用量，由图可知获得相同热量，需要的各种燃料的质量不同。
燃料的热值只与燃料的种类有关。
物理脱口秀 热值燃料特性日热值， 物理意义要理清。
质量体积不管用， 大小只由种类定。
3. 燃料燃烧的简单计算根据热值的定义我们可以推导出质量为m (或体积为V)的某种燃料完全燃烧时放出的热量的计算公式。
(1)固体和液体(2)气体【注意】(1)运算时单位一定要统一!(2)只有燃料完全燃烧时，才能用qm Q =或qV Q =进行计算。
【例1】 (山东日照中考)1 kg 铀全部裂变，释放的能量不低于2 000 t 煤完全燃烧时释放的能量。
已知煤的热值为3.0×107J ／kg ，那么1.2 k 铀全部裂变，释放的能量至少为 J 。
解析：1.2 kg 铀对应的煤的质量为m=1.2×2000 t=2400t 一2.4×106。
2.4×106kg 煤完全燃烧释放的能量为J J mq Q 1376102.7kg /103.0kg 104.2⨯=⨯⨯⨯==。
答案：7.2×1013 提醒mQq =的含义 由热值的定义得到mQq =。
注意公式中每个物理量都有其特殊的物理意义，不能错误地认为q 与Q 成正比，与m 成反比。
2020年秋九年级物理全册 第十四章 第2节 热机的效率课件 （新版）新人教版
汽油机的效率为 20%~30% 蒸汽机的效率只有6%~15%
柴油机的效率为30%~45%
2．提高热机效率，节约能源，减少污染
（1）热机的效率是热机性能的重要指标 （2）提高效率的途径
提高燃料利用率，使燃料充分燃烧； 改进热机，减少各种能量损失； 利用废气的能量。
例3 为了响应国家“节能减排”的号召，同学们讨论家用
m后m3前 13% 0%1.742t， 10亿辆汽车节省的汽油质量为109×（1.8-1.742）t=5.8×107t.
4.提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答 问题的提纲，不必展开陈述.
解：节约能源、减少环境污染等.（解答本题可从节约能 源及减少环境污染等方面来考虑，答案合理即可）
（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/m3。
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.
干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使
多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为
4.2×103 J/(kg·℃)。
解：Q = 1.2×107 J/kg×0.7 kg = 8.4×106 J
Q
m = c(t -t )
0
8.4×106 J
= 4.2×103 J/(kg·℃)×(70 ℃-20 ℃)
第2节 热机的效率
14.2《热机的效率》课件
热机的效率
从哪里获得内能？
柴薪 石油
煤炭
天然气
一、燃料的热值
想想议议
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？
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。我们用热值这个 概念来表示燃料放出热量的本领。
1．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。符号：q （2）物理意义
计算公式： Q=mq或Q=vq m---质量---kg v---体积---m3 q---热值---J/kg Q---热量---J
根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出 多少焦耳的热量？ 氢的热值是q=1.4×108 J/kg 放出热量Q = mq =10×103 kg×1.4×108 J/kg =1.4×1012 J 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q=1.2×107 J/kg
热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出 的热量。即：q=Q/m 或 q=Q/v
（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/m3。
2．了解燃料的热值表
请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意 义。
3．有关燃料燃烧放热的计算 想一想 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
练一练
8、用燃气灶烧水，燃烧0.5kg的煤气，使50kg的水从 20℃升高到70℃.已知水的比热容为4.2x103 J/(kg.℃), 煤气的热值为4.2x10 7 J/kg.求： （1）0.5kg煤气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）燃气灶烧水的效率。 解：（1）Q放=mq=0.5kgx4.2x10 7J/kg=2.1x10 7J （2）水吸收的热量： Q吸=cm(t-t0)=4.2x10 3J/(kg.℃)x50kgx(70-20)℃ =1.05x10 7J （3）燃气灶的效率： ŋ=Q吸/Q放=1.05x10 7J/2.1x10 7J=50%
各种热机的效率
6 - 6 循环过程 卡诺循环 第六章热力学基础
一 循环过程
系统经过一系列变化状态过程后，又回到原来的 状态的过程叫热力学循环过程 .
特征 ∆E = 0
pA
热力学第一定律 Q = W
c
W
净功 W = Q1 − Q2 = Q
d
B
Q1
总吸热
Q2
o VA
VB V
总放热
（取绝对值）
6 - 6 循环过程 卡诺循环 第六章热力学基础
6 - 6 循环过程 卡诺循环 热机发展简介
第六章热力学基础
1698年萨维利和1705年纽可门先后发明了蒸 汽机 ，当时蒸汽机的效率极低 . 1765年瓦特进 行了重大改进 ，大大提高了效率 . 人们一直在 为提高热机的效率而努力， 从理论上研究热机
效率问题， 一方面指明了提高效率的方向， 另
一方面也推动了热学理论的发展 .
Q1
=
e
+ e
1 Q2
= e +1Q' = 2.2 ×107 J e
保持冰箱在 5oC至 20oC之间运转, 每天需作功
W = Q1 − Q2 = Q1 − Q' = 0.2 ×107 J
功率
P = W = 0.2 ×107 W = 23W t 24 × 3600
p2 p4
T1 B
W
D
p3
C
Qcd T2
V
o V1 V4
V2 V3
ln V3
η
=1−
Q2 Q1
=1−
T2 T1
V4 ln V2
V1
Q1
=
m M
RT1
ln V2 V1
14.2热机的效率(复习讲义)(解析版)
人教版 九年级物理上册 第14章 《内能的利用》第2节 热机的效率 讲义（知识点总结+例题讲解）序号 知识点难易程度 例题数 变式题数 合计一 热值 ★★ 4 4 18二 热机的效率★★55一、热值：1.概念：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；2.大小：热值在数值上等于1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量；3.公式：mQ q 放=（或VQ q 放=一般用于气体、液体燃料）（1）其中：m 为燃料的质量，V 为燃料的体积，q 为燃料的热值 （2）公式变形：qm Q =放 （已知热值及燃料质量，求燃烧放出的热）qQ m 放=（已知燃烧放出的热及热值，求燃料的质量）4.单位：焦每千克（符号是J/kg ）。
（1）热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成；（2）在国际单位制中，热量的单位是焦耳（J ），质量的单位是千克（kg ） 5.影响因素：热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类和状态有关， 与燃料的形态、质量、体积等均无关； 6.常见物质的热值：①煤气的热值约为3.9×107J/m 3，物理意义为：体积为1m 3的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J 。
②焦炭的热值3.0×107J/kg ，物理意义为：质量为1 kg 的煤气完全燃烧放出的热量为3.0×107J。
【例题1】一瓶酒精用去一半后，剩下的酒精( )A.热值不变，比热容减小一半B.热值不变，比热容不变C.热值和比热容都减小一半D.热值减小一半，比热容不变【答案】A【解析】解：A、喷气式飞机是将内能转化为机械能的装置，故A符合题意；BC、洗衣机和电动自行车都是将电能转化为了机械能，故BC不合题意；D、电饭煲是利用电流的热效应，故D不符合题意。
故选：A。
【变式1】现代火箭常用液态氢做燃料，氢的热值是1.4×108J/m3，在完全燃烧一样多的燃料时，可以获得更多的能量。
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热机的效率与功率
热机是将热能转化为机械能的装置，如蒸汽机、内燃机等。
在热机的运行过程中，效率和功率是两个重要的指标。
本文将探讨热机的效率和功率的概念、计算方法以及它们之间的关系。
一、效率的概念和计算方法
热机的效率是指热机在工作过程中将输入的热能转化为有用的机械能的比例。
一般来说，热机的效率越高，说明其能够更有效地利用输入的热能。
热机的效率可以通过以下公式计算：
效率 = 有用的输出 / 输入的热能
其中，有用的输出可以是机械功或其它直接可用的形式，通常用符号W表示；输入的热能可以是燃料的热值，用符号Q表示。
以蒸汽机为例，其效率的计算公式为：
η = W / Qh
其中，W表示蒸汽机的功输出，Qh表示单位时间内输入蒸汽机的热能。
二、功率的概念和计算方法
功率是指单位时间内从热机输出的机械功。
它是衡量热机运行能力的重要指标。
功率越大，代表热机能够在单位时间内产生更多的机械能。
功率可以通过以下公式计算：
功率 = 机械功 / 时间
其中，机械功可以表示为热机输出的有用功，时间可以是任意单位的时间段。
以内燃机为例，其输出功率的计算公式为：
P = W / t
其中，W表示内燃机的有用功，t表示计算功率所用的时间段。
三、效率与功率的关系
在热机中，效率与功率之间存在着一定的关系。
一般来说，效率和功率是相互制约的。
为了提高热机的功率，可以选择增加热机的输入热能或提高有效利用输入热能的能力。
然而，这可能会导致热机效率的下降。
因此，在设计和选择热机时，需要综合考虑功率和效率的平衡。
实际上，功率和效率之间的关系可以通过以下公式表示：
功率 = 效率 ×输入的热能
由此可见，功率和效率的确存在一定的相互制约关系。
四、改进热机效率和功率的方法
为了提高热机的效率和功率，可以采取以下一些方法：
1. 提高热机的工作温度：增加热机的工作温度可以提高热机的效率
和功率。
通过使用高温材料和先进的制冷技术，可以实现更高的工作
温度。
2. 优化热机的热力循环：通过改进热机的热力循环，如采用再生器、提高压缩比等方式，可以提高热机的效率和功率。
3. 降低热机的内部能量损失：例如，减少摩擦损失、改进密封结构等，可以降低内部能量损失，提高热机的效率和功率。
4. 综合利用废热：将废热转化为可再利用的热能，如用于供暖、发
电等，可以提高热机的效率和功率。
总之，热机的效率和功率是衡量热机性能的重要指标。
在设计和选
择热机时，需要综合考虑功率和效率的平衡。
通过优化热机的工作温
度和热力循环，降低内部能量损失以及综合利用废热等方法，可以提
高热机的效率和功率，实现更加高效的能源转换。