10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响 教学设计 2026-2027学年物理北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦燃料的利用及环境影响，涵盖燃料分类、热值、热机效率等核心知识点。课堂导入通过回顾热机旧知，引导思考不同燃料燃烧放热差异，搭建新旧知识学习支架。 资料特色在于深度融合核心素养，物理观念上明确热值定义及热机效率公式，科学思维通过对比热值数据、分析能量流向图培养，科学态度与责任结合酸雨雾霾案例增强环保意识，多样教学方法及例题练习助力学生掌握计算，提升课堂效率与教学效果。

10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响 、 课题 10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 北师大版九年级全一册 授课对象 九年级学生 授课时间 年 月 日 教学方法 讲授法、讨论法、调查探究法、情境教学法 教学用具 多媒体课件、燃料热值表、图片资料 一、核心素养目标 1. 物理观念 (1) 认识常见的燃料，了解燃料的分类（固体、液体、气体），知道燃料燃烧时化学能转化为内能。 (2) 理解热值的概念，知道热值的定义、单位（J/kg、J/m³）和物理意义，能用定义式q=Q/m进行计算。 (3) 了解燃料的利用效率，理解热机效率的概念，知道常见热机效率的范围，能用η=W有用/Q总分析问题。 (4) 认识燃料利用对环境的影响，了解酸雨、雾霾、温室效应的成因及危害。 2. 科学思维 (1) 通过对比不同燃料的热值，培养数据分析和比较思维。 (2) 通过分析内燃机能量流向图，建立能量转化与守恒的系统思维。 (3) 能运用热值公式和热机效率公式进行简单的定量计算和效率分析。 3. 科学探究 (1) 经历调查燃料利用对环境影响的探究过程，学会收集资料、分析问题、提出建议。 (2) 通过讨论提高燃料利用效率的途径，培养综合分析和解决问题的能力。 4. 科学态度与责任 (1) 通过了解燃料利用带来的环境问题，增强环保意识和社会责任感。 (2) 通过讨论节能减排措施，树立可持续发展的理念，养成节约能源的习惯。 (3) 感受科学技术对社会发展的双重影响（促进发展+带来污染），培养辩证看待问题的态度。 二、教学重点与难点 教学重点：1. 热值的概念、单位、定义式及简单计算；2. 热机效率的概念及提高效率的途径；3. 燃料利用对环境的影响及保护建议。 教学难点：1. 理解热值是燃料本身的性质，与质量、体积、是否完全燃烧无关；2. 热机效率的综合计算（Q放→Q吸→η）；3. 引导学生从科学、技术、社会、环境多角度分析燃料利用问题。 三、教学过程 环节一：情境导入（5分钟） 【教师活动】同学们，上节课我们学习了热机——汽油机和柴油机。请回顾以下问题：(1)什么样的机械叫热机？(2)汽油机和柴油机的共同特点有哪些？(3)用于做功的内能从何而来？ 【学生活动】回顾旧知，积极回答：热机是利用内能做功的机械；共同特点都是将燃料放在气缸内燃烧产生高温高压气体推动活塞对外输出机械能，都是四冲程构成一个工作循环；内能来自燃料燃烧。 【过渡语】燃料燃烧为我们提供了大量能量，从远古时代的柴薪到现代社会的汽油、天然气。那么，不同的燃料燃烧放热能力一样吗？燃料的利用效率高吗？燃料的利用又带来了哪些环境问题？今天我们就来调查燃料的利用及其对环境的影响。 木柴燃烧 煤燃烧 环节二：新知探究（20分钟） 任务一：认识燃料的热值（8分钟） 1. 燃料的分类 【教师活动】请同学们看大屏幕上的图片，说说生活中常见的燃料有哪些？它们可以如何分类？ 固体燃料：木柴、煤等 液体燃料：酒精、汽油等 气体燃料：煤气、天然气等 能量转化：燃料燃烧时，化学能→内能。 【思考】某工厂要给所有员工每天提供10t开水，分别使用木柴、煤烧开水，你更倾向于使用哪一种燃料？为什么？ 引导学生思考：不同燃料燃烧放热能力不同，引出热值概念。 酒精灯 煤气灶 2. 热值的概念 【教师讲授】热值的定义、单位、物理意义和定义式。 （1）定义：一定质量的某种燃料完全燃烧，化学能转化为内能的量（放出的热量）与其质量的比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。 （2）单位：焦每千克，符号J/kg（固、液体燃料）；气体燃料用J/m³。 （3）物理意义：数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 定义式：q = Q / m（固体和液体燃料） 或 Q = qm（固体和液体燃料） 或 Q = Vq（气体燃料） 【重点强调】 热值是燃料本身的一种性质，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧无关。就像密度是物质本身的性质一样。 3. 常见燃料的热值 燃料 热值（J/kg） 氢 1.4×10⁸ 煤油 / 汽油 约4.6×10⁷ 柴油 约4.3×10⁷ 木炭 / 无烟煤 约3.4×10⁷ 酒精 3.0×10⁷ 焦炭 / 烟煤 约2.9×10⁷ 干木柴 约1.3×10⁷ 说明：氢的热值最大，约为1.4×10⁸ J/kg，是理想的高能燃料。干木柴的热值最小，约为1.3×10⁷ J/kg。 气体燃料的热值一般用J/m³作单位，表示标准状态下每立方米该燃料完全燃烧时放出的热量。如煤气的热值约为1.5×10⁷ J/m³。 任务二：了解燃料的利用效率（7分钟） 【教师提问】烧水时，水能否吸收燃气燃烧放出的全部热量？燃料燃烧的能量都去了哪里？ 燃气热水器烧水时的能量走向 分析：高温烟气带走热量、加热空气、未完全燃烧、加热水管和灶头等——水吸收的热量只占燃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。 【教师提问】内燃机中燃料能够完全燃烧吗？燃料燃烧的能量都分别流向哪里了？ 内燃机能量流向图 内燃机能量流向：燃料的内能→①散热损失、②克服摩擦、③废气带走、④燃料不能完全燃烧→有用的机械能。 1. 热机效率的定义 定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。 定义式：η = W有用 / Q总 物理意义：热机效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低。热机效率高，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。 2. 常见热机效率 蒸汽机 汽油机 柴油机 热机类型 效率范围 蒸汽机 6%～15% 汽油机 20%～40% 柴油机 30%～45% 结论：所有热机效率都小于1（即小于100%）。 3. 提高热机效率的方法 提高热机效率的措施 (1) 在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失。 (2) 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。 (3) 尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量。例如：热电站既供电又供热，比起一般的火电站，燃料的利用率大大提高。 4. 锅炉效率 旧式锅炉 现代化大型锅炉 过去的锅炉效率很低，即使经过技术改造，现在的普通锅炉效率一般也只有60%左右，现代化的大型锅炉效率可达90%以上。 小结：热机效率 1. 定义：η = W有用 / Q总 2. 所有热机效率都小于1（能量守恒，总有损失） 3. 提高效率：改进设计、保养润滑、利用废气 4. 锅炉效率：普通约60%，现代化可达90%以上 任务三：认识燃料的利用对环境的影响（5分钟） 【教师讲授】燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展，为人类作出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题。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。 燃料利用带来的环境污染 1. 酸雨的危害 ① 对人体健康的直接危害：硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多，可以侵入肺的深部组织，引起肺水肿等疾病。 ② 引起河流、湖泊的水体酸化，严重影响水生动植物的生长。 ③ 破坏土壤、植被、森林。 ④ 腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料。 ⑤ 渗入地下，使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。 2. 雾霾的成因 汽车尾气、燃煤供暖、工业排放是雾霾的主要成因。 汽车尾气 燃煤供暖 工业排放 汽车尾气含有：固体悬浮微粒、一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）、碳氢化合物、氮氧化合物、铅及硫氧化合物等。此外汽车产生的噪声也会危害人们的身心健康。 3. 温室效应 燃料燃烧产生的大量CO₂等温室气体排放到大气中，导致全球气候变暖——温室效应加剧。 环境保护建议 1. 开发和使用清洁能源（太阳能、风能、氢能等） 2. 提高燃料的利用效率，减少浪费 3. 改进燃烧技术，使燃料充分燃烧 4. 加强废气处理，减少有害物质排放 5. 提倡绿色出行，减少汽车尾气排放 环节三：例题精讲（12分钟） 例题（热效率计算） 某家庭用燃气热水器将质量为100kg、温度为20℃的自来水加热到50℃，消耗的天然气体积为1m³（假设天然气完全燃烧）。已知水的比热容为4.2×10³ J/(kg·℃)，天然气的热值为3.2×10⁷ J/m³。求： （1）天然气完全燃烧放出的热量； （2）水吸收的热量； （3）该热水器工作的效率。 解： （1）天然气完全燃烧放出的热量： （2）水吸收的热量： （3）该热水器工作的效率： 答：天然气完全燃烧放出的热量为3.2×10⁷ J，水吸收的热量为1.26×10⁷ J，该热水器的工作效率约为39.4%。 解题方法总结 热效率计算三步法： 第一步：Q放 = Vq（气体）或 Q放 = mq（固、液体） 第二步：Q吸 = cm(t−t₀) 或 Q吸 = cmΔt 第三步：η = Q吸 / Q放 × 100% 注意：效率一定小于100%，若计算结果大于100%，说明解题有误。 环节四：课堂练习（5分钟） 练习1 下列关于热值和热机效率说法，正确的是（ ） A. 使燃料燃烧更充分，可以增大热值 B. 使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 C. 柴油机的热机效率通常为100% D. 燃料燃烧释放的热量越大，热值越大 答案：B 解析：热值是燃料本身的性质，只与种类有关，与是否充分燃烧无关（A错）；所有热机效率都小于100%（C错）；热值定义为单位质量燃料完全燃烧放出的热量，不是总热量越大热值越大（D错）。使燃料燃烧更充分可减少不完全燃烧损失，提高热机效率（B正确）。 练习2 如图所示是某汽车汽油机的能量流向图，对照此图，下列说法不正确的是（ ） A. 废气的排放所占比例最大，减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段 B. 冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率 C. 该汽油机的热机效率为67% D. 热机效率可以达到100% 答案：C 解析：A、B说法正确。热机效率是输出有用功与总能量的比值，不是67%（C不正确）。热机效率永远达不到100%，因为总有能量损失（D也不正确，但题目问"不正确"且C更直接错误）。故答案选C。 环节五：课堂小结（3分钟） 引导学生回顾本节课的主要内容： 1. 燃料的分类：固体燃料（木柴、煤）、液体燃料（酒精、汽油）、气体燃料（煤气、天然气）。 2. 热值的概念：单位质量燃料完全燃烧放出的热量，定义式q=Q/m，单位J/kg（气体J/m³）。热值是燃料本身的性质。 3. 热机效率：η=W有用/Q总，所有热机效率都小于1。提高效率的方法：改进设计、保养润滑、利用废气。 4. 燃料利用对环境的影响：酸雨、雾霾、温室效应。保护环境的建议：开发清洁能源、提高效率、减少排放。 5. 热效率计算三步法：Q放→Q吸→η。 四、板书设计 10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响 一、燃料的热值 1. 分类：固体、液体、气体燃料 2. 热值定义：q = Q/m（固液），Q = Vq（气体） 3. 单位：J/kg（固液），J/m³（气体） 4. 性质：只与燃料种类有关 二、燃料的利用效率 1. 热机效率：η = W有用 / Q总 < 1 2. 提高效率：改进设计、保养润滑、利用废气 3. 锅炉效率：60%～90%+ 三、燃料利用对环境的影响 酸雨、雾霾、温室效应 → 开发清洁能源、提高效率 四、热效率计算：Q放 = Vq/mq → Q吸 = cmΔt → η = Q吸/Q放 五、教学反思 1. 学生对热值概念的理解是否到位？热值是燃料本身性质的强调是否充分？ 2. 热效率计算（Q放→Q吸→η）三步法中，学生是否能正确区分Q放和Q吸的计算公式？ 3. 燃料利用对环境影响的讨论是否激发了学生的环保意识？学生能否提出合理的环保建议？ 4. 例题精讲的时间是否充足？是否需要补充更多变式练习？ 5. 课堂时间分配（导入5min + 新知20min + 例题12min + 练习5min + 小结3min）是否合理？ 学科网（北京）股份有限公司 $