14.4 跨学科：热机效率和环境保护 教学设计 -2025-2026学年沪科版物理九年级全一册

该教案聚焦热机效率和环境保护核心知识，通过展示烧水做饭、火箭发射等场景图片导入，引导学生思考能量来源，梳理从燃料燃烧（化学能转内能）、燃料分类、热值概念到热机效率及环保的知识脉络，搭建递进式学习支架。 此资料特色在于跨学科融合与核心素养培养，用蜂窝煤烧水、汽车发动机能量走向等实例，结合讨论法和PPT演示，助学生理解热值计算与热机效率（科学思维），通过废气污染、酸雨图片渗透环保意识（科学态度与责任），既让学生掌握能量观念，又提升教师课堂教学的直观性与互动性。

14.4跨学科：热机效率和环境保护 课 题 第十四章 第4节 跨学科：热机效率和环境保护 课型 新授课 教学目标 1.知道热机工作中获得的能量来源于燃料燃烧释放的化学能，了解燃料的分类，并能区分固体燃料、液体燃料和气体燃料； 2.理解燃料热值的概念，明确其定义为某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，掌握其单位及物理意义，并知晓热值是燃料本身的一种特性，只与燃料种类有关； 3.能够运用燃料燃烧释放热量的计算公式，即固体和液体燃料用Q=mq ，气体燃料用Q=Vq，进行简单的热量计算； 4.理解热机效率的概念，知道其热机效率总小于1的原因，了解不同热机的效率范围，知道提高热机效率的方法； 5.了解热机工作时对环境造成的污染，如废气排放导致的空气污染、酸雨，以及噪声污染等，知道治理这些污染的常见方法。 教学重点 理解燃料热值的概念，明确其定义为某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，掌握其单位及物理意义，并知晓热值是燃料本身的一种特性，只与燃料种类有关；能够运用燃料燃烧释放热量的计算公式，即固体和液体燃料用Q=mq，气体燃料用Q=Vq，进行简单的热量计算；理解热机效率的概念，知道其热机效率总小于1的原因，了解不同热机的效率范围，知道提高热机效率的方法。 教学难点 理解热机效率的概念，知道其热机效率总小于1的原因，了解不同热机的效率范围，知道提高热机效率的方法。 教学方式 讲授法、讨论法、ppt演示法。 教具 多媒体 教学过程设计 教师活动预设 学生活动预设 设计目的 【ppt3】图片引入： 通过展示烧水做饭、火力发电、火箭发射的场景图片，提出问题 “这些都是从哪里获得能量来持续工作的呢？” 引发学生思考。随后明确说明，人们使用的能量绝大部分是通过燃料的燃烧获得的，且燃料燃烧是一个化学能转化为内能的过程。 【ppt4】 先展示干木柴、煤、汽油、酒精等不同燃料的图片，进而向学生提出问题 “相同质量的不同燃料燃烧，释放的热量是否相同？” 以此引导学生关注不同燃料燃烧放热情况的差异，为后续学习燃料的热值做铺垫。 【ppt5】 展示工厂废气排放、汽车尾气排放、热机废气排放的场景图片，提出 “使用燃料给人类带来便利的同时，还会给环境带来怎样的问题？”的疑问。并解释热机工作时产生的废气是许多城市环境污染的主要来源，其中排放的大量氮氧化物、碳氧化物和铅，以及废气和冷却水带走总热量的 60%，是城市热岛效应的元凶之一，此外热机工作时的噪声也是危害身心健康的公害之一。 【ppt6】 围绕燃料的分类展开，指出生活中常用的燃料分为三种，即固体燃料（如煤、木柴）、液体燃料（如燃油）、气体燃料（如天然气）。同时强调燃料在燃烧时，其储存的化学能会转化为内能。 【ppt7】 结合生活现象说明，同样将一壶水烧开，需要干木柴的质量比需要煤的质量多得多，并展示用煤炉烧水和用木柴烧水的图片，进而向学生提出 “相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同的？怎么比较它们谁的放热本领强呢？”的问题。得出结论：相同质量的煤和干木柴燃烧，煤放出的热量比干木柴多，与干木柴相比，煤燃烧放出热量的能力更强。 【ppt8】 详细介绍热值的相关知识，包括热值的定义、单位、公式、物理意义，并告诉学生热值是用来衡量燃料燃烧放热本领的物理量，热值大的，物质的燃烧放热本领强。 【ppt9】 重点强调热值定义中的注意事项。 “某种燃料” 说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性。 “完全燃烧” 指的是烧完、烧尽，只有某种燃料完全燃烧时放出的热量与质量之比才是该燃料的热值，若用未完全燃烧放出的热量计算，得到的热值比实际值小。 “热量与其质量之比” 表明热值是针对一定质量的燃料而言的。 【ppt10】 首先说明为方便研究，将常见物质的热值归纳在表格中。然后列举了部分燃料的热值及物理意义。 【ppt11】 表格列举出各种燃料的热值，然后强调热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、形态、体积、是否完全燃烧、放出热量的多少无关。此外，指出对气体燃料而言，其热值也可以是标准状态下完全燃烧放出的热量与体积之比，单位是 J/m³，并提问表格中哪种物质热值最小。 【ppt12】 详细介绍了燃料燃烧释放热量的两种计算方法。 对于质量为m的固体、液体燃料，完全燃烧释放的能量计算公式为Q=mq； 对于体积为V的气体燃料，完全燃烧释放的能量计算公式为Q=Vq。 【ppt13】 提出 “热机中的燃料能完全燃烧吗？” 的问题，答案为不能。接着问 “燃料燃烧释放的能量，被有效利用的是哪部分？”，指出是用来做有用功的那部分。最后提出 “没有被有效利用的能量去了哪里？”，引发学生对能量损失途径的思考。 【ppt14】 分析汽车发动机中燃料燃烧释放的能量走向，包括部分燃料未完全燃烧、废气排出带走能量、克服摩擦消耗能量、机械传热损失能量以及转化为对外做有用功的能量，其中废气带走的能量最多。 【ppt15】 以蜂窝煤为例，假设其完全燃烧，分析了其释放能量的走向，如煤不能完全燃烧损失能量、煤炉吸收一部分能量、水壶吸收一部分能量、高温烟气带走一部分能量、被水吸收一部分能量、直接散失一部分能量，其中被水吸收的能量为有效利用的能量。 【ppt16】 定义热机效率为热机运转中，做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比。说明该效率适用于锅炉、煤炉等加热装置以及蒸汽机、内燃机等做功装置。同时强调，由于热机不可避免会有能量损失，所以热机效率η总小于 1。 【ppt17】 列出不同热机的效率范围，汽油机的效率为 20%-30%，蒸汽机的效率为 6%-15%，柴油机的效率为 30%-45%，喷气发动机的效率为 24%-30%，并指出热机的效率普遍偏低。 【ppt18】 向学生介绍提高热机效率的方法。 【ppt19】 课堂小游戏 【ppt20】 向学生展示酸雨形成、植被被腐蚀、空气污染的场景图片，说明热机在给人类文明带来进步的同时，也对环境造成了污染，强调保护环境刻不容缓。 【ppt21】 指出现代工业大量燃烧煤炭、石油和天然气排放的烟尘使大气浑浊，排放的二氧化硫和氮氧化合物会形成酸雨，危害植物、污染环境等。然后向学生提出 “如何治理热机带来的环境污染？”，并介绍改造热机构造、增加植被覆盖率、开发新能源汽车等方法，接着提到我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路，在应对全球气候变化上做出了积极贡献。 【ppt22、23】 科学世界 【ppt24、25】 知识迁移 【ppt26】 知识小结 观看、思考、讨论 观看、听讲、思考 听讲、思考 听讲、记忆 思考、比较 听讲、记忆 听讲、记忆 参与、练习 听讲、记忆 思考、辨析 思考、讨论、回答 分析 思考、讨论 思考、记忆 了解 思考、讨论、回答 参与、回答 观看 观看、分析、回答 让学生直观感受生活中能量的获取途径，初步认识到燃料燃烧是能量的重要来源，同时引出化学能向内能转化的概念，为后续学习奠定基础。 激发学生的探究兴趣，促使他们主动思考燃料燃烧的特性，自然过渡到对燃料热值的学习，做好知识铺垫。 让学生初步了解燃料使用带来的环境负面影响，培养环保意识，同时为后续学习热机与环境保护的关系埋下伏笔。 帮助学生系统认识燃料的种类，明确燃料燃烧过程中能量的转化形式，加深对能量变化的理解。 让学生全面、准确地掌握热值这一核心概念，明确其用于衡量燃料燃烧放热本领的作用，为后续计算和应用打下基础。 能帮助学生精准理解热值的内涵，避免对概念产生误解，确保学生在后续学习和应用中正确把握热值的特性。 使学生掌握不同状态燃料放热的计算方法，具备进行简单热量计算的能力，满足教学目标中关于计算的要求。 引导学生思考能量损失的途径，培养学生的探究思维，为理解热机效率的概念做准备。 让学生直观了解能量损失的具体情况，明白废气带走能量最多这一关键信息，有助于理解热机效率低的原因。 让学生准确理解热机效率的概念，认识到能量损失的必然性，加深对效率的理解。 使学生了解实际热机效率的普遍情况，认识到提高热机效率的必要性，为后续学习提高效率的方法做铺垫。 强调保护环境的重要性，进一步增强学生的环保意识，让学生认识到热机使用与环境保护的密切关系。 使学生了解治理污染的具体措施，培养社会责任感，同时渗透绿色发展理念。 板书设计 第4节 热机效率和环境保护 一、燃料的热值 1.燃料的能量来源：燃料燃烧释放化学能，转化为内能 2.燃料的分类：固体燃料、气体燃料、液体燃料 3.热值（q）: 1.定义 2.单位 3.公式 4.物理意义 5.热量公式 二、热机效率 1.定义 2.公式 3.效率总小于1的原因 4.提高热机效率的方法 三、环境保护 1.主要污染 2.治理措施 学科网（北京）股份有限公司 $