第五节 调查燃料的利用及其对环境的影响 （表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第五节 调查燃料的利用及其对环境的影响（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第五节 调查燃料的利用及其对环境的影响 教学目标 物理观念 知道燃料在燃烧过程中将化学能转化为内能；知道什么是燃料的热值并会简单地计算；会查燃料热值表；了解不同燃料的利用及其对环境的影响。 科学思维 引导学生运用观察、分析、归纳等方法，调查燃料利用与环境保护的关系，提高跨学科知识整合能力。 科学探究 通过调查家用燃料的利用，培养学生提出问题、设计方案、实施调查、分析数据等科学探究能力。 科学态度 与责任 培养学生关注社会、关注家用燃料使用对环境的影响，提高合理使用燃料和节能减排的环保意识。 教材分析 本本节围绕燃料的热值与热机效率展开，衔接能量转化与守恒观念，体现物理与生活、环境的联系，是能量定量计算的核心内容，关联科学态度与社会责任素养。知识体系从燃料放热特性过渡到热机能量利用效率，再延伸至能源与环境问题，形成“属性—应用—影响”的逻辑链。重点为热值定义及意义，难点在于理解热机效率低于100%的原因及能量流向分析。教学应以图表解读、实例对比为主，结合燃烧实验或模拟动画帮助学生建立热量与质量、体积的关系认知；通过能量流向图引导学生分析能量损耗途径，理解效率提升措施。学习活动可设计数据查表、简单热值计算与节能讨论，目标定位在能解释热值物理意义、计算简单燃烧放热、说出提高效率和环保的常见方法，并通过能量守恒观点辨析永动机不可行，达成知识应用与科学思维的统一。 学情分析 学生此前已学过能量的相关基础知识，对能量的转化有一定认知。此阶段学生逻辑思维能力增强，知识储备不断丰富，但对抽象概念的理解仍有挑战。教材重难点在于理解燃料热值的概念、热机效率的计算以及能量守恒定律的应用，同时要认识热机对环境的影响。要求学生掌握热值和热机效率的计算公式，能从能量守恒角度分析问题，并关注热机使用带来的环境问题，培养环保意识。。 教学重点 燃料利用及其对环境的影响。 教学难点 设计并实施有效的调查燃料的利用对环境的影响，并分析调查结果。 教学准备 不同的燃料、水、煤油、酒精、完全相同的烧杯、秒表、完全相同的搅拌器、相同的温度计、铁架台等。 教学过程 导入新课 看一看 想一想 生活中我们经常用到哪些燃料? 人们获取能量的主要方式之一就是燃烧燃料。 柴草、煤、天然气、汽油、柴油等都是生活中常用的燃料。不同场合使用的燃料往往不同。 本节课将学习有关的内容。 学习新课 一、认识常见的燃料 1. 燃料 【想一想】你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？ 能够燃烧的物质称为燃料，燃料的种类很多我们通常将燃料分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料。 ①固体燃料主要有木材、煤、木炭、固体酒精等。 ②液体燃料主要有汽油、煤油、柴油、酒精等 ③气体燃料主要有天然气、液化石油气、沼气、煤气、氢气等。 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。 2. 燃料的热值 （1）研究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？ 【交流讨论】根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。 【分析】经验告诉我们，由于燃料的成分不同，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比干木柴多得多。 【实验方法】 将质量相同的酒精与蜡烛完全燃尽，比较初温、质量相同的水温高低（将水温高低转换为热量多少），水温越高（即水吸收的热量越多），放热本领越大。 ① 称取质量、初温相同的水放入相同的烧杯中。 ② 称取总质量m相同的酒精灯和蜡烛灯。 ③ 分别点燃酒精灯和蜡烛灯，将燃料完全燃尽。 ④ 当酒精灯和蜡烛灯刚好完全燃尽熄灭时，记录此时水的温度。 【结论】燃烧的质量m相同时，放出的热量Q越多，燃料燃烧放热的本领越大。 放出的热量Q相同时，燃烧的质量m越少，燃料燃烧放热的本领越大。 不同燃料的放热本领是不相同的。为了表示燃料的这种属性，我们引入了热值这个物理量。 （2）燃料的热值 ①热值的定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 ②热值的计算公式：q= Q表示放出的热量，单位是焦（J）； m表示固、液体燃料的质量，单位是千克（kg）； q表示热值，单位是焦/千克（J/kg）。 ③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示：1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 ④燃料燃烧放出热量的计算： Q放=qm ⑤气体燃料的热值：q= V表示气体燃料的体积，单位是米3（m3）； Q表示放出的热量，单位是焦（J）； q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3 （J/m3 ）。 （3）观察常见燃料的热值表 （4）对热值的理解： ①同种燃料的热值一般是相同的，不同燃料的热值一般不同； ②只有燃料完全燃烧时，才能用Q放=qm或Q放=qv进行计算。运算时单位要统一。 ③热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量(体积)、是否燃烧、是否完全燃烧无关。 课堂练习一 1.（25-26九年级上·山东东营·开学考试）现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有（　　） A．较高的凝固点 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较大的比热容 【答案】C 【详解】现代火箭用液态氢作燃料，是因为它具有较大的热值，完全燃烧相同质量的燃料，液态氢燃烧时放出的热量会更多，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 2.（25-26九年级上·全国·课后作业）关于燃料的热值，下列说法正确的是（   ） A．提供充足的氧气，让燃料更充分地燃烧，可以提高燃料的热值 B．根据热值计算公式可知，减小m可以提高热值 C．燃料的热值只与燃料的种类有关 D．一点就着的纸比很难引燃的煤块热值高 【答案】C 【详解】1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值；热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关。 A．燃料的热值与燃料的燃烧情况无关，所以增加供氧量，不能提高燃料的热值，故A错误； B．完全燃烧1kg某种燃料放出的热量叫做这种燃料的热值，与燃料的质量，故B错误； C．燃料的热值是燃料的一种特性，热值的大小与燃料的种类有关，与燃料的质量和燃烧程度无关，故C正确； D．热值大小与燃料是否容易燃烧无关，故D错误。 故选C。 3.（2025·山东济宁·中考真题）为了研究问题的方便，常引入物理量。下列物理量与其描述内容匹配的是（　　） A．速度：物体运动的快慢 B．内能：物体的冷热程度 C．功率：物体做功的多少 D．热值：物质吸热或放热能力 【答案】A 【详解】A．速度是描述物体运动快慢的物理量，速度越大，表示物体运动得越快，速度越小，表示物体运动得越慢，故A符合题意； B．内能是物体内部所有分子所具有的分子势能、分子动能的总和，不是表示物体的冷热程度，温度是表示物体冷热程度的物理量，故B不符合题意； C．功率是描述物体做功快慢的物理量，通常把单位时间内所做的功叫做功率，故C不符合题意； D．热值是指单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时所放出的热量，它是描述燃料燃烧放热能力的物理量，而比热容是描述热传递过程中物质吸热能力或放热能力的物理量，故D不符合题意。 故选A。 4.（25-26九年级上·全国·单元测试）如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量、初温均相同。 (1)比较不同燃料的热值，应选择 两图进行实验，在此实验中，通过 （选填“加热时间的长短”或“液体升高的温度”）来体现液体吸收热量的多少，并进一步反映燃料燃烧放出热量的多少； (2)若在比较不同燃料的热值时，质量为200g的水为被加热液体，记录的数据如表所示； 燃料 加热前水的温度/℃ 燃料燃尽时水的温度/℃ 燃料1 15 35 燃料2 15 25 据表中数据计算：燃料1加热的水吸收的热量为 J．燃料1的热值是 J/kg。查阅资料可知燃料1的热值实际为，通过实验得到的燃料热值与实际相比 （选填“偏大”“偏小”或“不变”）。[] 【答案】(1) 甲、乙 液体升高的温度 (2) 偏小 【详解】（1）[1]要比较不同燃料的热值，根据控制变量的思想，应控制被加热的液体种类、质量相同，燃料不同。甲图中燃料是燃料1，乙图中燃料是燃料2，液体都是液体a且质量相同，所以应选择甲、乙两图进行实验。 [2]相同的装置，燃料燃尽放出热量越多，液体升高的温度越高，所以在此实验中，通过液体升高的温度来体现液体吸收热量的多少，并进一步反映燃料燃烧放出热量的多少（利用了转换法，将燃料燃烧放出热量的多少转换为液体升高温度的多少）。 （2）[1]水吸收的热量 [2]因为，则燃料1的热值 [3]实验中燃料燃烧放出的热量会有一部分散失到空气中，或被装置吸收，并没有全部被水吸收，即实际大于。根据，计算时取的是（偏小 ），所以通过实验得到的燃料热值与实际相比偏小。 学习新课 二、了解燃料的利用率 1. 日常生活中的热效率 【想一想】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗? 【分析讨论】煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量；装水的容器吸收了一部分能量；煤气灶本身也会吸收一部分能量；高温的烟气带走了一部分能量；还有一部分能量直接散失掉了，等等。水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是被有效利用的。 热效率的概念：吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。 ①热效率（炉子、燃气灶的热效率等） η = = ②提高锅炉中燃料热效率的方法： 把煤磨成煤粉，增大与氧气的接触面积；把空气吹进炉膛增大送氧量。 2. 热机的效率 （1）热机能量流向示意图 燃料的 内能 分析能量的流向：汽油在汽缸内不能（能/不能）完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦要消耗一部分能量；热机自身吸收一部分能量，等等。 所以真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。 （2）热机的效率 ①定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。 ②公式： η= 或 η= ③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量. 大型发电机常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，热电站常利用蒸汽轮机排出的废气来供热。 （2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术. （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量. 【例题】用烟煤烧水时，将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。试求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ （3）热效率是多少? （4）分析热效率不高的两种原因。 【答案】（1）3.36×106J；（2）4.2×107J；（3）8%；（4）见解析。 【解析】（1）Q吸=cm△t=4.2×103J/（kg・℃）×10kg×（100-20）℃=3.36×106J （2）Q放＝mq＝1.4kg×3×107J/kg＝4.2×107J （3）η=== 8% （4）热效率不高的原因有：烟煤没有完全燃烧，热传递的过程中有热量损失等。 课堂练习二 1．（25-26九年级上·全国·课后作业）下图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（   ） A．有用机械能所占比例最大 B．废气带走的能量占比为25% C．该汽油机的效率为35% D．减少机械摩擦能提高汽油机效率 【答案】D 【详解】AB．由图乙可知，废气带走的能量占比最大，为40%，故AB错误； C．该汽油机的效率为 故C错误； D．减少机械摩擦可以降低能量的损失，能提高汽油机效率，故D正确。 故选D。 2．（2025·河南鹤壁·一模）涡轴-9发动机“玉龙”是我国完全自主研发的直升机涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是（　　） A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机的工作效率越低 B．燃烧室中燃料和压缩空气混合后，燃料的热值不变 C．空气进入压气机被压缩，空气的内能将会减小 D．直升机升空的主要原理是流体流速大的地方压强小 【答案】B 【详解】A．燃烧室中燃料燃烧越充分，燃料释放的能量越多，用来做有用功的能量占比可能越大，发动机的工作效率越高，而不是越低，故A错误； B．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料是否和压缩空气混合等因素无关，所以燃烧室中燃料和压缩空气混合后，燃料的热值不变，故B正确； C．空气通过进气道进入压气机被压缩，外界对空气做功，空气的内能将会增大，而不是减小，故C错误； D．直升机升空的主要原理是物体间力的作用是相互的，直升机的旋翼转动时对空气施加向下的力，空气对旋翼施加向上的反作用力，从而使直升机升空，不是流体流速大的地方压强小，故D错误。 故选B。 3．（25-26九年级上·辽宁抚顺·开学考试）如图是一台旅游观光用的无轨燃油小火车，空车质量为，轮子跟地面的接触面积为。小火车载客质量不能超过。以小火车的最大载客量计算，它在平直的路面上以的速度匀速行驶过程中，消耗了的汽油，所受阻力是总重的倍，（汽油热值为kg）。求： (1)观光车载客量最大时，静止在水平地面上对地面的压强； (2)在观光车匀速行驶的过程中，发动机的功率是多大？ (3)汽油机的效率? 【答案】(1) 4.9×10⁴ Pa (2) 3.92×10³ W (3) 49% 【详解】（1）观光车载客量最大时，对地面的压力为 静止在水平地面上对地面的压强为 （2）在观光车匀速行驶的过程中，发动机的牵引力为 发动机的功率是 （3）发动机做的有用功为 消耗的汽油完全燃烧放出的热量为 汽油机的效率为 4．（25-26九年级上·广西南宁·开学考试）小明家用天然气做饭时，将一壶质量为1.5kg的水由20℃烧至100℃时，消耗了天然气0.02m³，已知水的比热容为4.2×10³J/（kg·℃），天然气的热值为3.6×10⁷J/m³，求： (1)壶中水吸收的热量； (2)天然气完全燃烧放出的热量； (3)用天然气烧水时的效率。 【答案】(1)5.04×10⁵ J (2)7.2×10⁵ J (3)70% 【详解】（1）质量为1.5kg的水由20℃烧至100℃时吸收的热量为 （2）0.02m³的天然气完全燃烧放出的热量为Q放=Vq=0.02m3×3.6×10⁷J/m³=7.2×105J （3）用天然气烧水时的效率为 学习新课 三、调查燃料的利用对环境的影响 1. 大气污染的来源 燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。然而，煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫等有害气体，在燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳。这些烟尘、废气是大气污染的主要来源。 2. 酸雨 大气污染直接危害人体健康，影响植物的正常生长。大气中的二氧化硫和氮氧化物溶于水发生化学变化，会产生酸雨，危害农作物、森林以及湖泊中的生物。 3. 温室效应 煤炭、石油和天然气等化石燃料过多燃烧排放出大量的二氧化碳，还会导致温室效应加剧。温室效应会导致全球气候变暖，冰川加速熔化，海平面上升，居住在海岸边的人和动物都会受到威胁。温室效应还会导致气候异常，高温、热浪、热带风暴、龙卷风等自然灾害加重。 4. 环保措施 ①加强立法，控制人为污染； ②改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放； ③推广、普及“环保型能源”； ④提高燃料利用率； ⑤种植绿色植物，净化空气。 5. 双碳----碳达峰碳中和 我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。节约资源和保护环境是我国的基本国策。2020年9月，在第七十五届联合国大会上，我国首次明确给出碳达峰碳中和时间表，力争使二氧化碳排放量于2030年前达到峰值，并争取在2060年前实现碳中和。 课堂练习三 1．（25-26九年级上·全国·课后作业）下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．所有的热机都用汽油作燃料 B．汽车排出的尾气都是有毒气体 C．热机的大量使用会造成环境污染 D．热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除 【答案】C 【详解】A．汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，还有其它种类的热机，需要的燃料不同，所以热机的燃料有许多种，故A错误； B．汽车排出的尾气中含有一氧化碳、氮氧化物等有毒气体，但主要成分是无毒的氮气、二氧化碳和水蒸气，故B错误； C．热机的大量使用会排出大量废气，废气中含有有毒气体，所以会造成环境污染，故C正确； D．热机所产生的噪声，不可能被热机上的消声器完全消除，只能减小噪声，故D错误。 故选C。 2．（25-26九年级上·山东·阶段练习）某汽油机的能量流向如图。在未来的汽车市场，零碳内燃机采用绿氢等零碳燃料，在全生命周期可实现零碳排放，未来可观。下列有关说法错误的是（　　） A．零碳内燃机比普通内燃机更环保 B．汽车尾气中的“汽油味”越浓，说明燃料燃烧得越不充分，会降低燃料的热值 C．冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，提高了燃料的利用率 D．由图可知该汽油机的效率是28% 【答案】B 【详解】A．内燃机在排气冲程排出的废气有未燃烧的燃料和产生的二氧化硫等污染物，而零碳内燃机几乎没有污染物，因此零碳内燃机比普通内燃机更环保，故A正确，不符合题意； B．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料本身决定，和燃料的质量、放出热量的多少、燃烧是否充分、温度高低无关，故B错误，符合题意； C．冬天汽车利用尾气中的余热给车内供暖，使汽车发动机产生的热量再利用，提高了燃料的利用率，故C正确，不符合题意； D．热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用机械能所占比例为100%-36%-30%-6%=28% 即该汽油机的效率为28%，故D正确，不符合题意。故选B。 板 书 设 计 第五节 调查燃料的利用及其对环境的影响 1.燃料的热值 · 定义：燃料完全燃烧释放的热量与质量之比，单位J/kg（气体燃料单位J/m³）。 · 公式：q=Qmq=mQ​（q为热值，Q为热量，m为质量）。 · 物理意义：反映燃料燃烧放热能力的强弱。 2.热机效率 · 定义：有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值。 · 提高方法：减少燃烧热量损失、优化机械传动、减小摩擦。 3.环境保护 · 问题：热机使用导致大气污染、酸雨等。 · 措施：国际公约约束（如《联合国气候变化框架公约》），发展绿色能源。 课 堂 小 结 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本P32页“自我检测”1--4小题； 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $