2.3.热机效率知识清单 2024-2025学年教科版九年级上册物理

《3.热机效率》导学案 班次： 组号： 姓名： 【学习目标】 知识与能力目标： 1. 能说出热机效率的定义，知道热机效率是热机性能的重要指标。 2. 会进行简单的热机效率计算。 过程与方法目标： 1. 通过对生活中热机使用情况的观察与分析，提高分析问题的能力。 2. 经历探究热机效率的过程，掌握科学探究的基本方法。 情感态度与价值观目标： 1. 了解热机效率的实际意义，体会提高热机效率对节能减排的重要性，增强环保意识。 2. 认识到物理知识在实际生活中的广泛应用，激发学习物理的兴趣。 【学法指导】 1. 预习时，认真阅读课本内容，标记出不懂的地方。 2. 在课堂上，积极参与小组讨论、实验探究等活动，大胆发言，敢于提出问题。 3. 课后及时复习，通过做练习题巩固所学知识。 【重、难点】 重点： 1. 热机效率的概念理解。 2. 热机效率的计算。 难点： 1. 理解热机工作过程中的能量损失途径。 2. 如何提高热机效率的措施探讨。 【课前检测】 1. 热机是把____能转化为____能的机器。（答案：内；机械） 2. 常见的热机有哪些？（答案：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等） 3. 内燃机的一个工作循环包括哪几个冲程？（答案：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程） 【知识链接】 同学们，咱们先来讲个有趣的事儿。我有个朋友，他特别喜欢汽车，对汽车那可是相当着迷。有一次，他跟我说他想换一辆超级炫酷的跑车。他去汽车展厅看车的时候，销售人员给他介绍各种汽车的性能，其中就提到了汽车发动机的一些参数。他回来就跟我抱怨，说那些销售人员讲的什么热机效率之类的东西，他完全听不懂，就像听天书一样。这时候我就意识到，热机效率这个概念虽然在我们物理学习中很重要，但是对于很多人来说，理解起来还真不容易呢。 那咱们先来说说热机到底是怎么回事。热机就是把内能转化为机械能的机器，咱们日常生活中常见的汽车发动机、摩托车发动机都是热机。热机的发明可是对人类的发展产生了巨大的影响，就像打开了一扇新的大门，让我们的交通变得更加便捷，生产效率也大大提高了。 【学习过程】 一、导入 同学们，大家都见过汽车吧？汽车跑得那么快，靠的就是发动机。那发动机是怎么把汽油或者柴油的能量转化成让汽车跑起来的动力的呢？这里面就涉及到一个很重要的概念——热机效率。今天咱们就来好好探究一下这个热机效率到底是怎么一回事。 二、点评学案完成情况 咱们先来看看大家课前检测做的怎么样。从大家的答案里，我能看出来哪些地方大家掌握得还不错，哪些地方可能还存在一些小问题。比如，热机是把内能转化为机械能的机器这个知识点，大部分同学都答对了，但是在回答内燃机的工作冲程的时候，有些同学回答得不是很完整。这没关系，咱们通过今天的学习，肯定能把这些知识都搞清楚。 三、明确本堂课的任务目标 今天咱们的主要任务呢，就是要搞清楚热机效率是什么，怎么计算热机效率，还有就是热机在工作过程中能量是怎么损失的，以及我们能采取哪些措施来提高热机效率。这就像我们要去探索一个神秘的宝藏，每个任务都是我们找到宝藏的关键一步。 四、新课学习 （一）热机效率的概念 1. 阅读课本相关内容，思考下面这个问题： 假如你有一个小火炉，你给它加了100焦耳的燃料，但是最后只有30焦耳的能量用来做有用的功，比如烧水。那剩下的70焦耳的能量去哪儿了呢？ （给大家一点提示哦，这些能量可能变成热能散发到周围空气中去了，也可能有一部分被用来加热了其他东西。） 这时候，我们就可以说这个小火炉的效率是多少呢？（对啦，就是有用的能量30焦耳除以总的能量100焦耳，也就是30%。） 2. 小组讨论：热机工作的时候，燃料燃烧放出的能量都用来做有用功了吗？ 每个小组可以结合自己日常生活中的观察来讨论。比如说，你看到汽车的排气管会排出热气，这说明什么呢？（这就说明有一部分能量没有用来让汽车前进，而是以热能的形式散发出去了。） 通过这个讨论，我们就能得出热机效率的定义啦：热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比叫做热机效率。 （二）热机效率的计算 1. 学习指导： 我们来看一个简单的例子。一辆汽车的发动机，燃烧1千克汽油能放出4.6×10⁷焦耳的能量，但是汽车行驶过程中用来克服阻力做的有用功是8×10⁶焦耳。那这个发动机的热机效率是多少呢？ 首先，我们要明确公式：热机效率η = （有用功W有 / 燃料完全燃烧放出的能量Q放）×100%。 然后，把数值代入公式，就可以算出热机效率啦。（大家自己动手算一算哦。） 2. 练习题： （1）某内燃机的能量流向图如下：燃料燃烧放出的能量为E，用来做有用功的能量为E1，废气带走的能量为E2，散热损失的能量为E3，克服摩擦损失的能量为E4。那么这个内燃机的热机效率表达式是什么呢？（答案：η = （E1 / E）×100%） （2）一台柴油机燃烧2.4千克柴油时，对外做的有用功为2.8×10⁷焦耳，该柴油机的热机效率是多少？（柴油的热值为4.3×10⁷焦耳/千克）（答案：先算出燃料完全燃烧放出的能量Q放 = mq = 2.4×4.3×10⁷ = 1.032×10⁸焦耳，再根据公式η = （W有 / Q放）×100% = （2.8×10⁷ / 1.032×10⁸）×100%≈27.1%） （三）热机能量损失的途径 1. 阅读课本内容并结合自己的思考，回答下面的问题： 热机在工作过程中，能量都损失到哪里去了呢？ （1）咱们还是拿汽车发动机来说，汽车排出的废气温度是很高的，这就说明有大量的能量随着废气被带走了。这就像你家里做饭的时候，炉灶里的烟带着很多热量跑出去了一样。 （2）发动机在工作的时候，它自身会发热，这部分热量散发到周围环境中，这也是能量的损失。就像你拿着一个热水袋，过一会儿热水袋就不那么热了，因为热量散发出去了。 （3）还有就是发动机内部的零部件之间存在摩擦，摩擦会消耗一部分能量，让这些能量变成了热能，而没有用来做有用功。 2. 小组讨论：在日常生活中，你还能发现哪些热机能量损失的现象呢？ 每个小组可以派一个代表来分享一下你们小组讨论的结果。比如说，有的小组可能会发现摩托车的发动机在长时间运转后会很烫，这就是能量损失的一种表现。 （四）提高热机效率的措施 1. 思考与讨论：既然我们知道了热机在工作过程中会有这么多的能量损失，那我们可以采取哪些措施来提高热机效率呢？ （1）从减少废气带走能量的角度来看，我们可以改进发动机的燃烧方式，让燃料燃烧得更充分。就像我们做饭的时候，如果把柴火堆得松散一些，让空气能更好地进去，火就会烧得更旺，燃料利用得更充分。 （2）针对发动机散热损失能量的问题，我们可以采用更好的散热材料和散热方式，让发动机在正常工作的情况下，尽量减少不必要的热量散发。这就好比给房子做保温层，减少热量散失一样。 （3）对于减少摩擦损失能量，我们可以在发动机内部的零部件表面涂抹润滑油，让它们之间的摩擦变小。这就像我们在门轴上涂润滑油，门就会更好开关一样。 2. 拓展思考：如果未来你是一名汽车工程师，你会怎么设计一款热机效率更高的汽车发动机呢？ 大家可以充分发挥自己的想象力，把自己想到的点子分享出来。 五、课堂小结 今天我们学习了热机效率这个重要的概念，就像揭开了热机工作背后的神秘面纱。我们知道了热机效率是怎么计算的，还了解了热机工作过程中能量损失的途径，以及可以采取哪些措施来提高热机效率。这就像我们知道了一个魔法的秘密，以后再看到热机的时候，就可以从更深层次去理解它的工作原理啦。 六、当堂演练 1. 一台热机燃烧某种燃料释放的能量为Q，做的有用功为W，则这台热机的效率为（ ） A. Q / W B. W / Q C. Q - W D. Q + W （答案：B） 2. 某热机的效率为25%，表示的意义是（ ） A. 每做100单位的有用功，需要25单位的燃料 B. 每做100单位的有用功，燃料完全燃烧放出的能量为25单位 C. 每做100单位的有用功，损失75单位的能量 D. 燃料完全燃烧放出的能量中有25%转化为有用功 （答案：D） 3. 某热机工作时，若燃料燃烧时放出的能量为E1，做的有用功为E2，下列说法正确的是（ ） A. 热机的效率为E2 / E1×100% B. 热机的效率为E1 / E2×100% C. 若E1不变，E2越大，热机效率越低 D. 若E2不变，E1越大，热机效率越高 （答案：A） 4. 简答题：请简述提高热机效率的主要方法有哪些？（答案：改进燃烧方式使燃料充分燃烧、减少热量散失、减小摩擦等） 七、作业 1. 课本上关于热机效率的课后练习题。 2. 思考一下，在我们的日常生活中，还有哪些设备或者机器存在能量利用效率的问题？你能想到一些提高它们效率的方法吗？写一篇小短文介绍一下。 八、学后反思 我的收获： 1. 我学会了热机效率的概念和计算方法。 2. 我了解了热机能量损失的途径和提高热机效率的措施，这让我对热机的工作原理有了更深入的理解。 3. 我还通过小组讨论和课堂练习，提高了自己的思考能力和解决问题的能力。 我的疑惑： 1. 在计算热机效率的时候，有时候对于有用功和燃料完全燃烧放出的能量的判断不是很准确，该怎么更好地理解呢？ 2. 提高热机效率的措施在实际应用中是不是很难实现呢？有没有什么限制因素呢？ 学科网（北京）股份有限公司 $$