热机的效率 教案

一、基本信息

二、目标确立依据

（一）课标分析

1. 课标摘录：《义务教育物理课程标准（2022年版）》要求"知道燃料的热值，了解热机的效率"。
2. 课标分解：

• 学什么：燃料热值的概念、定义式和单位；热机效率的概念和公式；热机效率的提高意义。
• 学到什么程度：知道热值是燃料本身的属性，能进行热值和热机效率的相关计算；理解热机效率小于100%的原因。
• 怎么学：通过生活实例引入热值的概念；通过能量流向图理解热机效率。

（二）教材分析

1. 教材定位：本节是第十四章的第三节，在学生已学热机工作原理基础上，进一步研究燃料释放能量的利用率问题。是从能量转化角度对热机的深化。
2. 知识联系：

• 已学：内能的概念；做功能改变内能；热机的工作原理；能量守恒定律。
• 正学：燃料的热值；热机的效率及其计算。
• 将学：本章复习及综合应用。

1. 编排特点：从生活经验（烧水取暖）引入燃料热值的概念，再通过煤烧水的实例引出热机效率问题，逻辑连贯。教材图文并茂，有数据表格，利于学生理解。

（三）学情分析

1. 优势分析：学生对燃料（如煤气、天然气、汽油）不陌生，有生活经验；前面学过能量转化和热机工作原理。
2. 不足分析：对"完全燃烧"的理解不到位；热机效率公式中各物理量容易混淆；效率计算涉及多个步骤。
3. 重难点确定：

• 教学重点：燃料热值的概念和计算；热机效率的物理意义和公式。
• 教学难点：理解热机效率的物理意义；热值和热机效率的综合计算。

三、教学目标

四、教学方法

[讲授法 / 讨论法 / 练习法 / 图示法]

选择依据：热值的概念需要教师系统讲授；热机效率通过能量流向图帮助学生理解；练习法巩固计算能力。

五、教学过程

（一）导入新课

方式：生活实例导入

内容：冬季取暖时，我们用煤烧水。烧开一壶水和烧开半壶水，消耗的煤一样多吗？相同质量的不同燃料（如1kg煤和1kg木柴），燃烧时放出的热量相同吗？

设计意图：从学生熟悉的生活场景出发，引出燃料燃烧放热的问题，激发探究欲望。

（二）讲授新课

任务1：燃料的热值

任务描述：通过思考讨论，建立燃料热值的概念。

学生活动：思考教材图14.3-1中的各种燃料，讨论相同质量不同燃料燃烧放热是否相同。

教师活动：

• 提问：相同质量的不同燃料，完全燃烧放出的热量相同吗？举例说明。
• 引导：燃烧1kg煤放出的热量，是燃烧1kg干木柴放出热量的两倍多。
• 引出概念：燃料的热值——某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
• 定义式：q = Q/m，或 Q = mq
• 单位：J/kg（气体燃料为J/m³）
• 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。
• 展示教材表14.3-1，引导学生识记常见燃料的热值。
• 强调：热值是燃料本身的属性，与燃料的质量、是否燃烧无关。
• 公式应用示例：给汽车加30kg汽油，完全燃烧放出的热量Q = mq = 4.6×10⁷ J/kg × 30 kg = 1.38×10⁹ J。

评价设计：学生能否正确写出热值的定义式和单位。

任务2：热机效率的引入——能量去了哪里

任务描述：通过实例分析，理解热机效率的概念。

学生活动：思考煤烧水的过程，分析能量的流向。

教师活动：

• 提问引入：锅炉烧水时，燃料释放的热量全部被水吸收了吗？
• 分析：燃料放热 → 一部分传给水，一部分被高温烟气带走，一部分直接散失……
• 引出：热机工作时，燃料燃烧释放的热量也只有一部分用来做有用功。
• 展示教材图14.3-2（热机能量流向图）。
• 引导学生分析：热机中，化学能→内能→机械能，但每一步都有能量损失。

评价设计：学生能否说出热机能量流失的主要途径。

任务3：热机的效率

任务描述：建立热机效率的概念，理解其物理意义。

学生活动：聆听讲解，理解热机效率的定义。

教师活动：

• 给出定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫作热机的效率。
• 公式：η = W有 / Q放 × 100%
• 其中 Q放 = mq（燃料完全燃烧放热）
• 强调：热机效率是一个小于100%的百分数。
• 介绍不同热机的效率范围：
• 蒸汽机：6%～15%
• 汽油机：20%～40%
• 柴油机：30%～45%
• 解释：内燃机效率高于蒸汽机的原因——燃料在气缸内部燃烧，混合更充分。
• 提问：如何提高热机效率？（减少能量损失：充分燃烧、减少废气带走的热量、提高机械制造水平等。）
• 科学·技术·社会·环境：热电站的原理——利用蒸汽轮机排出的废气供热，既供电又供热，提高燃料利用率。

评价设计：学生能否说出热机效率的公式和各符号含义。

任务4：热值与热机效率的综合计算

任务描述：通过典型例题，掌握热值和热机效率的定量计算。

学生活动：跟随教师分析例题，完成练习。

教师活动：

• 例题1：某种燃料的热值为1.2×10⁷ J/kg，完全燃烧2kg这种燃料，放出多少热量？
• 解析：Q = mq = 2kg × 1.2×10⁷ J/kg = 2.4×10⁷ J
• 例题2：某汽车完全燃烧4kg汽油，产生的有用功为5.52×10⁷ J，求该汽车发动机的效率。
• 解析：Q放 = mq = 4kg × 4.6×10⁷ J/kg = 1.84×10⁸ J
• η = W有 / Q放 = 5.52×10⁷ J / 1.84×10⁸ J = 30%
• 变式练习：如果把内燃机效率提高1%，以我国3亿辆燃油车计算，每年可节约多少燃油？（教材练习第4题）

评价设计：学生能否独立完成热效率的计算。

任务5：热机效率提高的意义（科学·技术·社会·环境）

任务描述：通过阅读，了解热机发展历程中的效率提升及其意义。

学生活动：阅读教材"从火车到火箭"，了解热机发展史。

教师活动：

• 简要介绍：蒸汽机（效率低）→ 内燃机（效率较高）→ 喷气发动机（效率更高）→ 火箭发动机。
• 强调：热机效率的提高，意味着节约能源、减少污染、降低成本。
• 联系：我国长征火箭技术（钱学森）。
• 引导学生思考：日常生活中如何节约能源？

评价设计：学生能否举例说明提高热机效率的积极意义。

（三）课堂练习

1. 关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）

A. 热值越大，燃料燃烧放热越多

B. 热值是燃料的属性，与燃料的质量无关

C. 燃烧相同的燃料，热值大的放热多，但质量不确定

D. 燃料的热值与是否完全燃烧无关

1. 酒精的热值为3.0×10⁷ J/kg，完全燃烧0.5kg酒精放出的热量是 J。

1. 关于热机的效率，下列说法正确的是（ ）

A. 热机的效率越高，做有用功的比例越大

B. 热机的效率越高，消耗的燃料越少

C. 热机的效率可以达到100%

D. 柴油机比汽油机效率高，所以柴油机一定更好

1. 某内燃机的效率为30%，完全燃烧2kg柴油，它做的有用功是多少？（柴油热值4.3×10⁷ J/kg）

（四）课堂小结

（五）达标检测

1. 热值是燃料的属性，它与燃料是否燃烧关。（填"有"或"无"）
2. 燃料完全燃烧放热公式：。
3. 热机的效率公式：，它表示之比。
4. 汽油机的效率通常柴油机的效率。（填">"、"<"或"="）

六、核心素养落实

七、作业设计

八、板书设计

§14.3 热机的效率

一、燃料的热值

1. 定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
2. 定义式：q = Q/m
3. 单位：J/kg
4. 计算：Q放 = mq（完全燃烧）

二、热机的效率

1. 定义：有用功与燃料完全燃烧放出热量之比
2. 公式：η = W有 / Q放 = W有 / (mq)
3. 特点：η < 100%
4. 效率范围：

三、提高热机效率的意义

• 节约能源、减少污染

备注：本教案依据人教版九年级全一册第十四章第3节教材编写，适合新授课使用。

制作者：六耳物理