文档内容
第2节 热机的效率（导学案）
【学习目标】
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。
【学习重点】
燃料的热值和热机的效率都是本节内容的学习重点。
【学习难点】
难点是对热机效率的理解。
【自主预习】
阅读教材，完成以下问题：
1．燃料燃烧过程中，燃料储存的 化学 能转化为内能。
2. 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。计算公式：q=，单位
是 焦 / 千克 ，符号是J/kg。它是燃料的一种热性，与燃料的种类有关。
3．对于气体燃料，计算公式为q=，单位是 焦 / 米 3 。
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，计算公式为η= 或 η=。
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】
探究一、燃料的热值
1. 燃料
【想一想】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？
【分析总结】（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？
【交流讨论】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（选填“一样”或“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=
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 / k g ） 。
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 =qm
放
⑤气体燃料的热值：q=
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/m 3 ） 。
（3）观察常见燃料的热值表【思考】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 1.4×10 8 J/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（相同/不同）.
【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。
探究二、热机的效率
1. 日常生活中的热效率
【想一想】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。
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 = =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
燃料的
内能
分析能量的流向：汽油在汽缸内不能（能/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；热机自身吸收一
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。
（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= 或 η=
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.
大型发电机常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，热电站常利用蒸汽轮机排出的废气来供热。
（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.
4. 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 =cm△t=4.2×103J/（kg・℃）×10kg×（100-20）℃=3.36×106J
吸
（2）Q ＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J
放
（3）η=== 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。
【精讲点拨】
1. 热值只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧，燃料的质量、体积均无关系。
2．固体燃料的计算公式： q=，单位为焦/千克（J/kg）；气体燃料的计算公式：q=，单位为
焦/米3（J/m3 ）.
3. 计算热机效率的两个公式η= 或 η=，其本质是相同的，有用热量就是有用能量。一般先利用公式Q
=qm或Q =qV计算出燃料完全燃烧放出的热量Q ，再根据有用能量计算热机的效率。
放 放 放
4．功率和效率是两个完全不同的概念，也没有联系，功率反映机械做功的快慢，热机效率是热机性
能的一个重要指标，热机效率高的机械功率不一定大。【归纳整理】
第2节 热机的效率
①分类：固体燃料、液体燃料、气体燃料.
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= 气体燃料：q=
热机的
效率 热值 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=
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.
热机的
效率
【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=== 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=，汽油机输出的有用机械能
W = Q η 4.6×105J × 30%=1.38×105J
有 放 =
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 ＝4.2×107J/kg）
煤气
【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 = 10Q=4.2×108J
放
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
【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？
