人教版（2024）九年级全册（2024）第十四章 内能的利用第3节 热机的效率教案及反思

这是一份人教版（2024）九年级全册（2024）第十四章 内能的利用第3节 热机的效率教案及反思，共6页。教案主要包含了师生活动，设计意图等内容，欢迎下载使用。
1．从能量转化和转移的角度认识燃料的热值以及热机的效率。
2．通过讨论燃料热值和热机效率等问题，发展解释和交流能力，体会节约能源与保护环境的重要性，具有可持续发展的意识。
3．通过观察和分析生活中的实例，发现内能利用的效率问题，能基于事实和证据作出解释，发展利用证据分析问题的能力。
教学重点
深刻理解燃料的热值、热机效率的定义，及其计算方法并能够应用于实际问题中。
教学难点
1．热机效率的计算方法与应用。
2．影响热机效率的因素，如何提高热机效率。
教学准备
水、烧杯、酒精10 g、煤油10 g、铁架台、实验室温度计等。
教学过程
新课导入
【师生活动】
教师：我们知道，热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗？发射人造卫星、宇宙飞船所用的火箭要用液态氢、氧作燃料。你知道这是为什么吗?可以用汽油、柴油作火箭燃料吗?
引导学生对旧知识回顾的同时，思考新问题。
学生积极回答，老师给予表扬和鼓励。
【设计意图】通过对前面知识简单回顾，引入本节课程热机的效率，激发学生学习兴趣。
新知探究
一、燃料的热值
1．课堂活动：了解燃料
【师生活动】教师从生活中常见的燃料举例，提出问题：生活中，有哪些燃料？燃料燃烧时，能量如何转化？
学生讨论并回答，教师给予点评和鼓励。
教师总结：
（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、酒精等；
气体燃料有煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：
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。
【设计意图】引导学生结合生活情景分析问题，培养学生的逻辑推理与分析能力，为接下来学习热值做铺垫。
2．演示实验：用不同的燃料加热水
【师生活动】教师提问：质量相等的两种燃料，在相同条件下燃烧时，放出的热量是否相同？
学生先思考交流，然后发表自己的观点。
教师演示实验：在相同环境下，用10 g酒精与10 g煤油分别加热质量相等（200 g）、初温相同的水（初温20 ℃）。待燃料燃尽，分别测量水的末温。
学生观察实验现象，然后讨论交流，得出实验结论。
实验结论：质量相同的两种燃料，在相同条件下燃烧时，释放出来的热量是不相等的。
对于学生的回答，教师给予评价和鼓励。
【设计意图】引导学生提出问题→做出猜想→设计实验→操作实验→观察现象→数据分析→交流总结的过程，培养学生的批判性思维、解决问题的能力、创造力、合作精神和科学态度。
3．新知探究：燃料的热值
【师生活动】教师通过前面实验环节，引出热值概念和应用。
（1）定义：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。
（2）符号：q。
（3）公式：
/
Q表示放出的热量，单位是焦（J），m表示固体或液体燃料的质量，单位是千克（kg）；V表示气体燃料的体积，单位是m3。
（4）单位：固体和液体——焦每千克（J/kg）；气体——焦每立方米（J/m3）。
（5）热值的物理意义：在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
如木炭的热值为3.4×107 J/kg，它表示1 kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107 J。
同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。
（6）热值是燃料本身的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积以及燃烧情况无关。
4．课堂活动：一些燃料的热值
【师生活动】教师展示“一些燃料的热值”表格，请学生们观察对比。
教师展示例题，让学生查阅上面表格找到所需数据并独立完成例题。
【例】如果给汽车加30 kg汽油，那么完全燃烧能放出多少热量？
学生完成计算后，教师出示答案。
Q放 = qm = 4.6×107 J/kg×30 kg = 1.38×109 J
【设计意图】教师通过对热值概念和简单计算的讲解，培养学生从现象中归纳本质、运用逻辑解决实际问题的逻辑推理与分析能力。
二、热机的效率
1．课堂活动：想想议议
【师生活动】教师展示图片（图14.3-2）：燃料化学能的转化。
教师提问：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？
学生讨论后回答：有用功，废气带走的热量，散热损失，摩擦损失。
【设计意图】教师通过对生活情景的引入，让学生理解燃料燃烧释放热量不能被完全利用，为后面学习热机效率做铺垫。
2．新知探究：热机的效率
【师生活动】结合对燃料化学能的转化的分析，教师引导学生阅读课本，归纳总结得出：
（1）定义：热机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。
（2）公式：
（3）热机的效率总小于1。
（4）物理意义：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，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。
（5）常见的热机的效率
蒸汽机的效率只有6％～15％，汽油机的效率为20%~40%，柴油机的效率为30%~45%，喷气式发动机的效率为50%~60%。
3．课堂活动：提高热机效率的主要途径
教师提出问题：根据所学知识及生活体验，你能说说提高热机效率有哪些方法吗？
学生讨论后，归纳总结：
（1）使燃料充分燃烧。如把煤磨成煤粉或煤粒，加大煤与氧气的接触面积，使其燃烧得更充分，从而提高燃料的利用率。
（2）尽量减少各种热量损失。对锅炉进行外部隔热处理，可以避免热能向外丢失。
（3）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量。如热电站：大型发电机常常由蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高。
（4）热机设计制造，提高技术和使用新材料。
（5）保证良好润滑，减少摩擦额外消耗的功。
【设计意图】通过讨论热机效率等问题，发展解释和交流能力，培养科学兴趣。
三、科学 技术 社会 环境
【师生活动】教师给学生预留时间阅读“从火车到火箭”。让学生通过阅读了解热机从蒸汽机、汽轮机、内燃机（汽油机和柴油机）、喷气式发动机的发展历程，以及对人类和社会发展的影响。
【设计意图】通过了解热机从蒸汽机到火箭发动机的发展历程，体会科学技术对人类和社会发展的影响，形成保护环境、节约能源的意识，增强为社会可持续发展作贡献的责任感。
四、课堂练习
【师生活动】展示课堂练习，学生思考作答。
1．现有一辆汽车在水平高速公路上以100 km/h的速度匀速行驶了1小时，耗油量为10 kg。若汽车匀速行驶时所受的牵引力为2 300 N，已知汽油的热值为4.6×107 J/kg，求：
（1）汽车行驶1小时牵引力所做的功；
（2）完全燃烧10 kg汽油所放出的热量；
（3）汽车发动机的效率。
【解析】（1）已知汽车的速度v = 100 km/h，行驶时间t = 1 h，则汽车行驶的路程为
s = vt = 100 km/h×1 h = 100 km = 105 m
汽车的牵引力F = 2 300 N，则汽车行驶1小时牵引力做的功为
W = Fs = 2 300 N×105 m = 2.3×108 J
（2）汽车完全燃烧10 kg汽油放出的热量为
Q放 = mq = 10 kg×4.6×107 J/kg = 4.6×108 J
（3）则汽车发动机的效率为
【设计意图】通过学生对课堂练习的作答与教师的讲解，进一步巩固学生对热机的效率的理解与应用。
课堂小结