2.2 热机效率 导学案 2025-2026学年教科版（2024）初中物理九年级上册

教科版（2024）九上《2.2 热机效率》学案 【学习目标】 学习目标 1.物理观念：通过分析汽车内燃机能量流向图，能够说出燃料能量的主要损耗途径，建立 “能量有效利用” 的物理观念。 2.科学思维：通过计算不同燃料完全燃烧放热量及热机效率，能够运用公式解决实际问题，强化定量分析与科学论证能力。 3.科学思维：通过对比蒸汽机、汽油机、燃气轮机的效率数据，能够归纳热机效率的影响因素，培养数据分析与归纳推理能力。 4.科学态度与责任：通过讨论 “如何提高汽车发动机效率”，能够提出减少摩擦、改进燃烧等合理建议，增强节能意识与实践创新能力。 学习重点 1.热机效率的概念及计算公式。 2.分析热机工作时的能量流向，探究提高热机效率的途径。 学习难点 1.理解热机工作过程中能量损耗的原因及效率的物理意义。 2.灵活运用公式进行热机效率的计算，结合实际提出合理的提效措施。 【课前预习】 一、热机效率概念 1.热机所做______与所用燃料______放出的热量之比，叫作热机的效率，用来描述热机的性能。 二、热机能量流向 2.观察汽车内燃机的能量流向可知，燃料释放的能量去向主要有：废气带走约______的能量；冷却水吸收约______的能量；摩擦与辐射消耗约______的能量；输出有用功约占______。 三、常见热机效率 3.蒸汽机的效率一般为______；蒸汽轮机的效率为______；燃气轮机的效率为______；汽油机的效率为______；柴油机的效率为______；喷气式发动机的效率为______。（填教材中给出的效率范围 ） 四、提高热机效率的途径 4.为提高热机效率，可采取的措施有使燃料______，减少各种能量______，改进热机的结构等。 五、热机的应用与发展 5.从 18 世纪 60 年代开始，______在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到广泛应用，使世界进入 “蒸汽时代”。 6.现代热机种类繁多，如在汽车、农用机械、轮船上常用______和______；在航空航天中，常使用______。 【课中研学】 探究点一 热机效率 1. 科学家、工程师们不断对热机进行改进，他们的目的是什么？ 2. 讨论交流：热机里的能量变化 在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢？如图表明了某汽车内燃机的能量流向，也表明了有用功在汽车运行中的分配。对照此图，请和同学讨论，描述能量的变化情况。 3.什么是热机的效率？公式是什么？ 4. 提高热机效率的方法有哪些？ 5.思考：热机效率能达到100%吗？为什么？ 探究点二 改变世界的热机 1. 现代热机在哪些领域得到了广泛应用？请举例说明。 2.热机的应用对人类社会的发展产生了哪些影响？ 探究点三 飞向太空 1. 中国古代火箭的工作原理是什么？与现代火箭发动机有什么联系？ 2.我国的“长征”系列运载火箭有哪些主要型号？它们在航天任务中发挥了什么作用？ 【课堂总结】 【分层作业】 核心巩固 （巩固性作业） 一、填空题 1.热机效率是指用来做______的那部分能量与燃料______放出的能量之比，用公式表示为______。 2.热机工作时，燃料释放的能量中，______带走的能量最多，这是能量损耗的主要途径之一。 3.柴油机的效率一般比汽油机______（填“高”或“低”），因为柴油机的压缩比更______。 4.提高热机效率的途径包括使燃料______、减少各种能量______、改进热机结构等。 二、选择题 5.关于热机效率，下列说法正确的是（ ） A. 热机效率越高，做的有用功越多 B. 热机效率可达100% C. 热机效率越高，燃料利用率越高 D. 减少热机部件间的摩擦不能提高效率 6.汽车内燃机工作时，能量损失最少的部分是（ ） A. 废气带走的能量 B. 冷却水吸收的能量 C. 克服摩擦消耗的能量 D. 输出的有用功 7.下列措施中，不能提高热机效率的是（ ） A. 采用新技术使燃料充分燃烧 B. 增加热机的工作时间 C. 保证良好的润滑，减少机械摩擦 D. 尽量降低散热损失 8.一台热机消耗5kg汽油（汽油热值为4.6×107J/kg），对外做的有用功为4.6×107J，该热机的效率是（ ） A. 10% B. 20% C. 30% D. 40% 9.热机效率小于1的原因是（ ） A. 燃料没有完全燃烧 B. 废气带走部分能量 C. 存在散热和摩擦损耗 D. 以上都是 10.对比蒸汽机和燃气轮机的效率，通常（ ） A. 蒸汽机效率高 B. 燃气轮机效率高 C. 两者效率相同 D. 无法比较 （拓展性作业）素养提升 11．已知某柴油机的效率为η1，汽油机能效为η2，且η1>η2，则下列说法正确的是（ ） A. 柴油机消耗的燃料一定比汽油机少 B. 柴油机做的有用功一定比汽油机多 C. 消耗相同质量燃料时，柴油机输出的有用功更多 D. 以上说法都不对 12.某热机的能量流向图中，废气带走 35% 的能量，散热损失 25%，机械摩擦损耗 10%，则该热机的效率为（ ） A. 30% B. 40% C. 60% D. 70% 13.为减少热机对环境的污染，下列措施可行的是（ ） A. 增加热机的功率 B. 提高热机的效率 C. 使用清洁燃料并安装尾气净化装置 D. 减少热机的工作时间 14.若要计算汽车行驶过程中发动机的效率，需要测量的数据不包括（ ） A. 行驶的路程 B. 消耗汽油的质量 C. 汽车的型号 D. 汽车的牵引力 15.关于热机效率与节能减排的关系，正确的是（ ） A. 热机效率与节能减排无关 B. 提高热机效率可以减少燃料消耗和废气排放 C. 只要降低热机功率就能节能减排 D. 热机效率高则排放的废气一定少 自我提升 （探究性作业） 选做题： 三、综合题 16．一辆汽车行驶时，发动机消耗汽油 2kg（汽油热值q = 4.6×107J/kg），行驶过程中牵引力做功2.76×107J。 （1）计算汽油完全燃烧放出的热量； （2）求该汽车发动机的效率； （3）列举两条提高汽车发动机效率的措施。 17.分析教材中 “汽车内燃机能量流向图”，结合生活实际，说明为什么大型货车多使用柴油机而非汽油机，并从热机效率和能量损耗角度阐述理由。。 参考答案 【课前预习】 1. 有用功；完全燃烧 2. 33% - 35%；30% - 32%；7% - 9%；24% - 30% 3. 6% - 15%；25% - 30%；50% - 60%；20% - 30%；30% - 40%；50% - 60% 4. 充分燃烧；损耗 5. 蒸汽机 6. 汽油机；柴油机；喷气式发动机 【作业布置】 1. 有用功；完全燃烧；η=W有用/Q放×100% 2.废气 3.高；大 4.充分燃烧；损耗 5.C 6.D 7.B 8. B 解析：Q放=mq = 5kg×4.6×107J/kg = 2.3×108J，η=W有用/Q放×100%= 4.6×107J/2.3×108J×100% = 20%。 9.D 10.B 11.C 解析：热机效率是有用功与总能量的比值，η1>η2仅表明柴油机将燃料能量转化为有用功的比例更高。消耗相同质量燃料时，柴油机输出的有用功更多。 12. A 解析：热机效率η= 1 - 35% - 25% - 10% = 30%。 13.C 14.C 15.B 16.（1）Q放=mq = 2kg×4.6×107J/kg = 9.2×107J； （2）η=W有用/Q放×100%=2.76×107J/9.2×107J×100% = 30%； （3）措施：①保证发动机良好润滑，减少摩擦；②定期清理空气滤清器，使燃料充分燃烧。 17.①柴油机压缩比更大（通常 16 - 22，汽油机 8 - 11），压缩冲程中气体温度更高，燃料燃烧更充分，热机效率更高（可达 30% - 40%，汽油机 20% - 30%）； ②大型货车需要大功率牵引，柴油机在高压缩比下输出扭矩大，能满足重载需求； ③柴油机能量损耗中，废气带走的能量占比相对较低，散热和摩擦损耗也较小，燃料利用率更高，适合长时间、大负荷工作。 学科网（北京）股份有限公司 $$