14.3熱機的效率第十四章

內能的利用人教版2024版物理九年級全冊14.3熱機的效率

教案一、教學目標（一）知識與技能目標清晰闡述燃料熱值的概念，明確其單位的物理意義，能夠熟練查閱燃料熱值表，并根據熱值進行簡單的熱量計算。深入理解熱機效率的概念，準確掌握熱機效率的計算公式，能運用公式對常見熱機的效率進行計算和分析。全面了解熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，能夠詳細說明提高熱機效率的具體途徑和方法。了解熱機的使用對環境產生的影響，包括空氣污染、噪聲污染等方面的相關知識。（二）過程與方法目標通過對不同燃料燃燒實驗的觀察和分析，有效提高學生的觀察能力和數據分析能力，培養學生從實驗現象中歸納總結物理概念的能力。借助與機械效率的對比，幫助學生深刻理解熱機效率的概念，顯著提升學生類比推理和知識遷移的能力。組織學生討論提高熱機效率的方法，切實增強學生分析問題和解決問題的能力，培養學生運用科學知識改善實際技術的意識和能力。（三）情感態度與價值觀目標充分激發學生對熱機效率研究的興趣，培養學生對物理學科在能源利用和工程技術領域應用的熱愛，顯著增強學生學習物理的主動性和積極性。通過小組合作探究熱機效率相關問題，有力強化學生的團隊合作意識和交流能力，讓學生深切體會到合作學習的重要性和樂趣。引導學生關注熱機對環境的影響，深刻認識科技發展與環境保護之間的緊密關系，有效培養學生的社會責任感和環保意識，牢固樹立可持續發展的觀念。二、教學重難點（一）教學重點深入理解燃料熱值的概念，熟練掌握根據熱值計算燃料完全燃燒放出熱量的方法。透徹理解熱機效率的概念，準確掌握熱機效率的計算公式，并能運用其進行相關計算。全面掌握提高熱機效率的途徑和方法，理解提高熱機效率對節約能源和保護環境的重要意義。（二）教學難點準確理解熱值是燃料本身的一種特性，不受燃料質量、燃燒情況等因素的影響，深入理解熱值概念中“完全燃燒”的含義。從能量轉化和損耗的角度，深刻理解熱機效率的概念，準確區分熱機工作過程中的有用功和總能量，理解提高熱機效率在實際應用中面臨的技術難題和挑戰。培養學生運用熱機效率相關知識分析實際問題的能力，如分析汽車油耗與熱機效率的關系、工業熱機節能改造方案等，實現理論知識與實際工程應用的有機結合。三、教學方法講授法、實驗探究法、討論法、對比分析法、多媒體輔助教學法四、教學過程（一）導入新課（5分鐘）復習回顧：通過提問的方式，引導學生回顧上節課所學的熱機的工作原理、內燃機的四個沖程等知識，如“熱機是如何將內能轉化為機械能的？”“內燃機的四個沖程分別是什么？每個沖程中能量是如何轉化的？”，鞏固學生已有的知識基礎，為新課的學習做好鋪墊。生活實例引入：展示生活中常見的熱機應用場景，如汽車行駛、火力發電等圖片或視頻，提問學生：“在這些熱機工作的過程中，燃料燃燒釋放的能量是否全部都被有效利用了呢？”引發學生的思考，從而引出本節課的主題——熱機的效率。展示學習目標：利用多媒體展示本節課的學習目標，讓學生明確本節課的學習任務和重點，使學生在學習過程中有明確的方向。（二）新課講授燃料的熱值（15分鐘）燃料的分類與能量轉化：通過多媒體展示各種燃料的圖片，如干柴、煤、汽油、柴油、天然氣、氫氣等，引導學生將燃料分為固體燃料、液體燃料和氣體燃料三類。提問學生：“燃料燃燒的過程中，能量是如何轉化的？”引導學生回答出燃料燃燒是將化學能轉化為內能的過程。實驗探究不同燃料的放熱本領：進行實驗：用質量相同的酒精和干木柴分別給兩杯完全相同的水加熱，觀察水升高的溫度。在實驗前，引導學生思考：“水升高的溫度不同說明了什么？”實驗過程中，詳細介紹實驗裝置和操作步驟，強調實驗注意事項，如控制燃料的質量相同、水的質量和初溫相同等。實驗結束后，讓學生觀察實驗數據，分析得出相同質量的不同燃料完全燃燒放出的熱量不同，從而引出燃料熱值的概念。燃料熱值的概念：講解燃料熱值的定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。用符號q表示，單位是焦每千克（J/kg），對于氣體燃料，單位也可以是焦每立方米（J/m3）。給出熱值的計算公式：對于固體和液體燃料，q=Q放/m（Q放表示燃料完全燃燒放出的熱量，m表示燃料的質量）；對于氣體燃料，q=Q放/V（V表示氣體燃料的體積）。通過具體的例子，如干木柴的熱值是1.2×10?J/kg，解釋其物理意義為1kg干木柴完全燃燒放出的熱量是1.2×10?J。熱值表的認識與分析：展示常見燃料的熱值表，讓學生觀察不同燃料的熱值數據，組織學生討論：“從熱值表中你能發現什么規律？”引導學生總結出：熱值是燃料的一種特性，不同燃料的熱值一般不同；同種燃料的熱值是定值，與燃料的質量、形狀、是否完全燃燒等因素無關；熱值反映了燃料燃燒放熱本領的強弱，熱值越大，相同質量的燃料完全燃燒放出的熱量越多。例如，火箭選用液態氫作為燃料，就是因為氫的熱值大，相同質量的氫完全燃燒能釋放出更多的能量，為火箭提供強大的動力。燃料燃燒放熱的計算：通過例題講解燃料燃燒放熱的計算方法。例如，已知汽油的熱值為4.6×10?J/kg，完全燃燒5kg汽油放出的熱量是多少？解題過程中，引導學生明確已知量和所求量，根據公式Q放=mq進行計算，強調解題的規范步驟和單位換算。讓學生進行課堂練習，鞏固燃料燃燒放熱的計算方法。熱機的效率（20分鐘）爐子效率的思考：提出問題：“用煤氣燒水時，煤氣燃燒放出的能量都被水吸收了嗎？能量到哪兒去了？”引導學生思考并討論，讓學生意識到在燒水過程中，存在熱量的散失，如壺要吸收熱量、向空氣中散熱、燃料不完全燃燒損失能量等，從而引出熱效率的問題。講解提高爐子效率的一些措施，如把煤磨成煤粉，加大送風量，使煤粒在爐膛里吹起來燃燒，可以讓燃料燃燒得更充分；用各種辦法加大受熱面，可以減少煙氣帶走的熱量等。熱機效率的概念：類比爐子效率，講解熱機效率的概念：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做熱機的效率，用符號η表示。通過多媒體展示熱機中燃料釋放能量的主要流向示意圖，讓學生直觀地了解燃料燃燒釋放的能量有哪些部分被有效利用，哪些部分被損耗，如廢氣帶走大量的熱量、克服機械摩擦消耗能量等。給出熱機效率的計算公式：η=W有/Q放

×100%（W有表示熱機用來做有用功的能量，Q放表示燃料完全燃燒放出的熱量）。強調熱機效率是熱機性能的重要指標，熱機效率越高，說明熱機對燃料能量的利用率越高。常見熱機的效率值：介紹常見熱機的效率范圍，如蒸汽機的效率為6%-15%，汽油機的效率為20%-30%，柴油機的效率為30%-45%，飛機上的噴氣式發動機的效率為50%-60%等。讓學生分析不同熱機效率存在差異的原因，如熱機的類型、結構設計、燃燒方式、工作條件等因素都會影響熱機的效率。通過對比不同熱機的效率值，讓學生體會到提高熱機效率的必要性和潛力。提高熱機效率的途徑：組織學生分組討論提高熱機效率的方法，每個小組派代表發言。在學生討論的基礎上，總結提高熱機效率的途徑：一是使燃料充分燃燒，如改進燃燒設備，使燃料與空氣充分混合，提高燃料的燃燒效率；二是盡量減少各種熱量損失，如加強熱機的保溫性能，減少廢氣帶走的熱量，改進散熱裝置等；三是在熱機的設計和制造上采用先進的技術，如優化熱機的結構，減小機械部件之間的摩擦等；四是注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量。結合生活和生產實際，如汽車發動機的改進、火力發電廠的技術升級等案例，讓學生進一步理解提高熱機效率的具體措施和實際意義。熱機效率能否達到100%的討論：提出問題：“熱機的效率能達到100%嗎？為什么？”引導學生根據熱機的工作原理和能量轉化過程進行分析討論。讓學生明確由于熱機工作過程中不可避免地存在能量損耗，如廢氣帶走熱量、機械摩擦等，所以熱機的效率總是小于100%，從而加深學生對熱機效率概念的理解。熱機與環境（10分鐘）熱機對環境的污染：通過多媒體展示熱機排放廢氣造成空氣污染、熱機工作時產生噪聲污染的圖片或視頻，引導學生討論熱機對環境造成的危害。讓學生了解熱機排放的廢氣中含有一氧化碳、碳氫化合物、氮氧化物、顆粒物等污染物，這些污染物會對空氣質量、人體健康和生態環境造成嚴重影響；熱機工作時產生的噪聲會干擾人們的生活、學習和工作，長期處于高噪聲環境中還會對人的聽力造成損害。減少熱機污染的措施：組織學生討論如何減少熱機對環境的污染，鼓勵學生從不同角度提出自己的想法。在學生討論的基礎上，總結減少熱機污染的措施：一是改進熱機的燃燒方式，使燃料充分燃燒，減少污染物的排放；二是采用先進的尾氣處理技術，如安裝尾氣凈化裝置，對廢氣中的污染物進行凈化處理；三是開發和使用清潔能源，如太陽能、風能、水能、氫能等，減少對傳統化石燃料的依賴，從源頭上減少污染物的產生；四是加強對熱機的管理和監督，制定嚴格的排放標準，限制熱機的污染物排放。引導學生關注能源與環境問題，培養學生的環保意識和社會責任感?？茖W技術社會（5分鐘）介紹熱機效率與能源利用的關系：講解熱機效率的提高對于能源利用的重要意義，熱機效率的提高意味著在相同的能源消耗下，熱機能夠做更多的有用功，從而節約能源。隨著全球能源需求的不斷增長和能源資源的日益緊張，提高熱機效率是實現能源可持續利用的重要途徑之一。例如，在汽車行業，提高發動機的熱機效率可以降低汽車的油耗，減少對石油資源的依賴；在工業生產中，提高熱機的效率可以降低生產成本，提高企業的經濟效益。引導學生關注熱機技術的發展：介紹現代熱機技術的發展趨勢，如新型高效熱機的研發、熱機與新能源的結合等。鼓勵學生關注科技發展動態，培養學生對科學技術的興趣和追求，激發學生的創新意識。例如，近年來，混合動力汽車和電動汽車的發展迅速，它們結合了傳統熱機和電池技術，既提高了能源利用效率，又減少了對環境的污染，是未來汽車技術發展的重要方向。（三）課堂小結（5分鐘）與學生一起回顧本節課的主要內容，包括燃料的熱值（定義、單位、計算公式、特性）、熱機的效率（定義、計算公式、常見熱機效率值、提高途徑）、熱機對環境的影響以及減少熱機污染的措施等。強調本節課的重點和難點，幫助學生梳理知識框架，加深對熱機效率相關知識的理解和記憶。鼓勵學生在生活中繼續關注熱機的應用和發展，運用所學知識分析和解決實際問題。（四）課堂練習（10分鐘）展示精心設計的練習題，涵蓋燃料熱值計算、熱機效率計算、提高熱機效率的方法、熱機對環境的影響等知識點。例如：“已知酒精的熱值為3.0×10?J/kg，完全燃燒2kg酒精放出的熱量是多少？”“一臺汽油機，燃料完全燃燒放出的熱量為8×10?J，用來做有用功的能量為2×10?J，求該汽油機的熱機效率?！薄耙韵麓胧┲?，能提高熱機效率的是（

）A.增加熱機的工作時間B.減少熱機的功率C.使燃料充分燃燒D.增加熱機的燃料消耗”“熱機對環境造成的污染主要有哪些？如何減少熱機對環境的污染？”等題目，讓學生在課堂上獨立完成。巡視學生的做題情況，及時發現學生存在的問題。練習結束后，對學生的答案進行詳細講解，針對學生普遍存在的疑惑和易錯點進行重點分析，強化學生對知識點的理解和掌握，規范解題思路和方法。（五）布置作業（課后完成）書面作業：布置課本上相關的練習題，要求學生認真完成，書寫規范，詳細闡述解題過程和思路。通過書面作業進一步鞏固學生對本節課知識的理解和運用能力，讓學生熟練掌握燃料熱值和熱機效率的計算方法，以及提高熱機效率的相關知識。實踐探究作業：讓學生回家后觀察家中使用的熱機（如燃氣熱水器、汽車發動機等），查閱資料了解其型號、性能參數和工作原理，嘗試分析該熱機在工作過程中存在的能量損耗，并提出一些提高其效率的建議，寫一篇簡短的觀察報告。通過實踐探究作業，培養學生的觀察能力、信息收集能力和科學探究精神，讓學生更深入地理解熱機效率知識在實際生活中的應用

。五、教學資源多媒體課件（包含燃料燃燒實驗視頻、熱機工作過程動畫、熱機中能量流向示意圖、熱機對環境影響的圖片和視頻、常見燃料熱值表、熱機效率相關練習題等）實驗器材（酒精燈、干木柴、燒杯、水、溫度計、天平、鐵架臺等）教材、輔導資料、課堂練習題和課后作業題六、教學反思在教學過程中，要注重通過實驗和實例幫助學生理解抽象的概念，如燃料熱值和熱機效率。對于熱機效率的計算，要加強練習，讓學生熟練掌握公式的運用。在討論提高熱機效率的方法和減少熱機污染的措施時，要充分調動學生的積極性，鼓勵學生發表自己的見解，培養學生的創新思維和環保意識。課堂練習和作業反饋能夠及時了解學生的學習效果，針對學生的薄弱環節，在后續教學中進行有針對性的輔導和強化訓練，不斷優化教學方法，提高課堂教學質量，使學生更好地掌握熱機效率的相關知識，培養學生的科學思維和實踐能力。5課堂檢測4新知講解6變式訓練7中考考法8小結梳理學習目錄1復習引入2新知講解3典例講解1.建立熱值概念。（重點）2.能利用熱值表進行有關燃料燃燒放熱的簡單計算。（難點）3.了解熱機的效率。知道熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道提高熱機效率的方法。觀看視頻：思考：火箭升空使用的是什么燃料呢？為什么要用這種燃料？1.燃料想一想，你見過的燃料有哪些？（1）燃料的種類：固體燃料有木柴、煤炭等；液體燃料有汽油、柴油、酒精；氣體燃料有煤氣、天然氣等。一、燃料的熱值人類在原始社會用燃料柴薪取暖天然氣燃燒，獲取內能汽油燃燒，獲取內能，轉化為車的機械能（2）燃料燃燒時能量的轉化：燃料的燃燒是一種化學變化，在燃燒過程中，燃料的化學能轉化為內能。一、燃料的熱值噴氣式飛機發動機用航空煤油做燃料?？咳剂先紵龝r產生的氣體向后高速噴射的反沖作用使飛機向前飛行。火箭升空靠液態氫與液氧的燃燒獲取內能。2.燃料的熱值（1）研究相同質量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是否相同？【提出問題】根據你的經驗，相同質量的不同燃料，燃燒時放出的熱量是不是相同？有哪些事實來支持你的觀點，并進行分析。日常生活中，常見的燃料有煤、木柴、天然氣、液化氣、酒精、汽油、柴油，在農村還有農作物的秸稈，有些地區還用牛糞作為燃料。若一個四口之家使用不同的燃料供家庭使用，如燒水、做飯等，請同學們估計，一個月如果使用木柴需要多少千克？如果使用煤（蜂窩煤）需要多少千克？如果使用液化氣需要多少千克？如果使用秸稈需要多少千克？一、燃料的熱值分析討論得出：約需要木柴200kg，煤90kg，液化氣30kg，秸稈400kg。使用不同的燃料，消耗量是不同的，這是什么道理？【分析論證】①不同的燃料燃燒釋放熱量的能力是不一樣的。根據實驗發現1kg的煤燃燒釋放出的熱量是1kg木柴燃燒釋放出的熱量的兩倍多。②怎么比較燃料燃燒放出熱量的能力呢？可以采取比較物體密度大小的方法：所有物體都取1m3，比較它們質量的多少。把所有燃料都取1kg，讓它們完全燃燒，比較它們放出熱量的多少。一、燃料的熱值

一、燃料的熱值

一、燃料的熱值（3）常見燃料的熱值表一、燃料的熱值【想一想】①熱值表中，熱值最大的是哪種燃料？熱值最小的是哪種燃料？②火箭上為什么用液態氫作燃料？③熱值反映了燃料的什么性質？不同燃料的熱值一定不同嗎？【解答】①表中熱值最大的是氫，熱值1.4×108J/kg，熱值最小的是干木柴，熱值1.2×107J/kg.②火箭上用液態氫作燃料是因為氫的熱值大.③熱值是燃料的一種屬性，不同的燃料有不同的熱值.一、燃料的熱值1.日常生活中的熱效率【提出問題】用煤氣灶燒水時，煤氣能完全燃燒嗎？煤氣燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎?二、熱機的效率【分析討論】煤氣不能完全燃燒，損失了一部分能量，裝水的容器吸收了一部分能量，煤氣灶本身也會吸收一部分能量，高溫的煙氣帶走了一部分能量，還有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的熱量只占煤氣完全燃燒放出熱量的一部分，只有水吸收的熱量才是被有效利用的。

二、熱機的效率2.熱機的效率（1）熱機能量流向示意圖熱機也有類似的情況，汽油在汽缸內不能完全燃燒，損失了一部分能量，機械裝置吸收了一部分能量，廢氣帶走了一部分能量，由于機械傳動等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正轉變為對外做有用功的能量只是燃料燃燒所釋放能量的一部分。只有對外做有用功的能量是被有效利用的。二、熱機的效率燃料的內能

二、熱機的效率3.提高熱機效率的主要途徑（1）盡量減少各種熱量損失，設法利用廢氣的能量大型發電機常常用蒸汽輪機推動，為了提高燃料的利用率，人們利用蒸汽輪機排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。二、熱機的效率熱電站既供電又供熱，比起一般的火電站，燃料的利用率大大提高。供電供熱蒸汽輪機（2）在熱機的設計和制造上，采用先進的技術.（3）使用時，注意保養，保證良好的潤滑，合理調整各零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的能量.二、熱機的效率二、熱機的效率動畫講解——《熱機的效率》1.

在跨學科實踐活動中，小華調查“家用燃料的變遷與合理使用”時發現，爺爺小時候使用木柴作為家用燃料；爸爸、媽媽小時候用煤炭，之后用液化氣；如今小華家使用天然氣為家用燃料，主要是天然氣的(

)BA.

密度較大

B.

熱