14.3 热机的效率 导学案 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

该初中物理导学案围绕“热机的效率”展开，核心知识点包括热值概念、热机效率定义及计算、提高效率的途径。课堂导入采用KWL预习法引导学生梳理已知与疑问，通过实验探究连接热值与热机效率，形成从概念到应用的知识支架。 该资料特色在于注重科学探究与科学思维培养，设计对比实验用控制变量法和转化法比较燃料放热本领，结合生活调研（如家庭燃料使用）渗透科学态度与责任。分层习题（基础巩固与能力提高）及解题脚手架助力学生掌握能量计算，有效提升物理观念与科学探究能力。

热机的效率 学案 人教版九年级全一册 九年级 物理 班级________ 姓名________ 学号________ 一、学习目标 理解热值的概念——某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比（或体积之比），知道热值的单位（J/kg或J/m³）和物理意义。能查阅热值表，知道不同燃料的热值不同，氢的热值最大。 理解热值是燃料的一种特性——只与燃料种类有关，与质量、体积、是否完全燃烧无关。掌握燃料完全燃烧放热的计算公式：Q放=mq（固体和液体燃料）和Q放=Vq（气体燃料）。 知道热机效率的定义——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。了解热机工作过程中的各项能量损失（废气带走、散热、摩擦、燃料不完全燃烧），能用能量流向图描述热机工作时能量的去向。 了解提高热机效率的途径——使燃料充分燃烧、减少热量损失、利用废气能量、保证良好润滑。知道热机效率总小于1（<100%），树立节能减排意识。掌握热效率的计算方法：η=Q吸/Q放×100%。 二、课前预习 KWL预习法 关于燃料的热值和效率，我已经知道：___________________________________________________________________ 我想知道为什么不同燃料烧水效果不同：______________________________________________ 各类燃料热值对比（查阅课本热值表填写） 燃料 热值(J/kg) 物理意义 常见用途 干木柴 ________ 1kg干木柴完全燃烧放出________J热量 农村做饭、取暖 煤 ________ 1kg煤完全燃烧放出约3×10⁷J热量 ________、________ 汽油 ________ 1kg汽油完全燃烧放出约4.6×10⁷J热量 ________ 天然气 约4.4×10⁷ J/kg ________________________________ 家用燃气灶 氢 ________ ________________________________ ________ 三、课堂探究 实验记录表 探究实验：比较不同燃料的放热本领 实验要素 方案一（比较水温升高） 方案二（比较燃料消耗量） 实验方法 控制变量法+________法 控制变量法+________法 控制变量 ________质量和________质量一定 ________质量和________一定（升高相同温度） 测量/比较量 比较_____________________ 比较_____________________ 结论判断 水温升高________的燃料热值大 消耗燃料________的燃料热值大 误差来源 （至少写2条）________________；________________ （至少写2条）________________；________________ 【课堂探究一】燃料的热值 1. 热值的定义：某种燃料________燃烧放出的热量与其________之比，叫做这种燃料的热值。固体和液体燃料的热值单位是________，符号________；气体燃料的热值单位是________，符号________。 2. 酒精的热值是3.0×10⁷ J/kg，它表示的物理意义是：________酒精________燃烧放出的热量是________。 3. 热值是燃料的一种________，它的大小只与燃料的________有关，与燃料的________、体积、是否________、是否________完全无关。 4. 燃料完全燃烧放热公式——固液体：Q放=________；气体：Q放=________。 5. 0.5kg酒精完全燃烧放出的热量是________J；0.1kg酒精完全燃烧放出的热量是________J。注意：酒精的热值________（改变/不变）。 6. 在热值表中，________的热值最大，所以它最适合做________燃料。 【课堂探究二】热机的效率 7. 热机效率的定义：用来做________的那部分能量，与燃料________燃烧放出的能量之比，即η=________/________×100%。 8. 热机工作时的能量损失主要包括五个方面：①________带走的能量（最大损失）；②________损失的能量；③________________损失的能量；④燃料________燃烧损失的能量；⑤有用的________能。 9. 热机效率总________（大于/小于）100%，原因是热机工作过程中________是不可避免的。 10. 提高热机效率的主要措施：①使燃料______________；②尽量减少各种______________损失；③利用______________的能量（最主要措施）；④注意保养，保证良好的________，减少因克服________阻力而额外消耗的能量。 11. 热机的效率越高，在做功同样多的情况下，就消耗更________的燃料，从而节约________，减少________。所以热机的效率是热机________的重要指标。 【课堂探究三】热效率的计算 12. 热效率计算的通用公式：η=________/________×100%。其中被有效利用的热量通常用________计算，总放热通常用________或________计算。 13. 计算：用天然气灶将2kg水从20℃加热到70℃，消耗天然气0.025m³（q=4.0×10⁷ J/m³）。水吸收热量Q吸=________J；天然气放热Q放=________J；热效率η=________%。 四、例题学习 例题1：王萌同学学习了有关的热学知识后，知道了水的比热容是4.2×10³ J/(kg·℃)，她想估算一下家中每天烧水、煮饭需要的热量。于是，她仔细地记录了烧水、煮饭所需的时间，并折算成烧水问题，相当于每天将质量为30kg、初温为20℃的水烧开。（在1标准大气压下） 已知：___________________________________ 求：___________________________________ 解：___________________________________ 答：___________________________________ 我的答案：________ 例题2：小明家使用天然气灶烧水，将质量为5kg、初温为20℃的水加热到70℃，共消耗天然气0.05m³。已知水的比热容为4.2×10³ J/(kg·℃)，天然气的热值为4.0×10⁷ J/m³。求：（1）水吸收的热量；（2）天然气完全燃烧放出的热量；（3）该天然气灶烧水的热效率。 已知：___________________________________ 求：___________________________________ 解：___________________________________ 答：___________________________________ 我的答案：________ 五、课堂练习 A组·基础巩固 练习1 对于燃料的热值，下列说法中属于正确理解的是（ ） A. 燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比 B. 燃料没燃烧时就没有热值 C. 某种燃料的热值是一个确定的值，跟质量及放热无关 D. 容易燃烧的燃料热值一定大 我的答案：________ 练习2 （多选）关于热机效率，下列说法正确的是（ ） A. 热机效率越高，即热机做的有用功多 B. 热机效率越高，即热机的功率越大 C. 要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失并保证良好润滑 D. 提高热机效率，有利于环保减排 我的答案：________ 练习3 一台内燃机汽缸散热损失25%，废气带走能量30%，摩擦损耗10%，则热机效率为________。 我的答案：________ 练习4 干木柴热值1.2×10⁷ J/kg，完全燃烧0.7kg放出多少热量？全部被水吸收，能使多少kg水从20℃升到70℃？（c水=4.2×10³ J/(kg·℃)） 我的答案：________ B组·能力提高 练习5 关于热值，下列说法正确的是（ ） A. 质量越大的燃料热值越大 B. 燃料燃烧越充分热值越大 C. 燃料的热值只与燃料种类有关 D. 热值大的燃料放热一定多 我的答案：________ 解题脚手架：热效率计算 第一步·求有用热Q吸：Q吸=cm(t-t₀)=________×________×(________-________)=________J 第二步·求总放热Q放：Q放=mq（固液）或Q放=Vq（气）=________×________=________J 第三步·求效率η：η=Q吸/Q放×100%=________/________×100%=________% 第四步·答案判断：这个效率合理吗？效率________（大于/小于）100%，因为总有________损失。效率越高说明________利用越充分。 六、课堂小结 本节课我学会了：_______________________________________________ 我还不太理解的地方：___________________________________________ 我觉得最有意思的是：___________________________________________ 七、课后作业 1. 1. 完成课本第十四章第3节课后练习题。 2. 2. 调研题：回家观察家里使用什么燃料烧水做饭（天然气/电磁炉/煤气/柴火？），记录加热一壶水（约2kg）从常温到沸腾所用的时间和燃料消耗量，粗略估算热效率。下次课分享。 3. 3. 拓展阅读：查阅资料，了解热电联产技术如何提高能源利用效率——发电厂的废热去了哪里？ 参考答案 一、热值对比表答案 干木柴：1.2×10⁷J/kg；煤：约3×10⁷J/kg，火力发电/工业锅炉；汽油：约4.6×10⁷J/kg，汽车；天然气：1kg完全燃烧放热约4.4×10⁷J；氢：1.4×10⁸J/kg，1kg氢完全燃烧放热1.4×10⁸J，火箭。 二、实验记录表答案 转化法；水和燃料；水温升高（温度计示数差）；水温升高多的热值大/消耗燃料少的热值大。误差：热散失/燃料燃烧不完全/温度计读数误差/水未均匀受热。 三、课堂探究填空答案 【课堂探究一】燃料的热值 答案 完全、质量、焦每千克、J/kg、焦每立方米、J/m³、1kg、完全、3.0×10⁷J、特性、种类、质量、燃烧、完全燃烧、mq、Vq、1.5×10⁷、3.0×10⁶、不变、氢、火箭 【课堂探究二】热机的效率 答案 有用功、完全、W有用、Q放、废气、散热、摩擦等机械损耗、不完全、机械、小于、热损失、充分燃烧、热量、废气、润滑、摩擦、少、资源、污染、性能 【课堂探究三】热效率的计算 答案 Q吸、Q放、Q吸=cmΔt、Q放=mq、Q放=Vq、4.2×10³×2×50=4.2×10⁵、0.025×4×10⁷=1×10⁶、4.2×10⁵/1×10⁶×100%=42 四、例题学习答案 例题1答案 答案：（1）1.008×10⁷J （2）16.8% （3）煤炭没有完全燃烧、热量散失到空气中 （4）污染环境 解析：（1）Q吸=cm(t-t₀)=4.2×10³×30×(100-20)=4.2×10³×30×80=1.008×10⁷J。（2）Q放=m煤q=2kg×3×10⁷J/kg=6×10⁷J；η=Q吸/Q放×100%=1.008×10⁷/6×10⁷×100%=16.8%。说明家用煤炉效率极低，大部分热量都散失了！（3）效率低的原因：①煤炭不能完全燃烧（有未燃尽的碳粒）；②大量热通过烟气散失到空气中；③煤炉保温不好，四周散热严重。（4）除效率低外，家用燃煤最大问题是污染环境——产生SO₂、CO、粉尘等大气污染物。 例题2答案 答案：（1）1.05×10⁶J （2）2×10⁶J （3）52.5% 解析：（1）Q吸=cm(t-t₀)=4.2×10³×5×(70-20)=4.2×10³×5×50=1.05×10⁶J。（2）Q放=Vq=0.05×4.0×10⁷=2×10⁶J（天然气是气体燃料，用体积公式！）。（3）η=Q吸/Q放×100%=1.05×10⁶/2×10⁶×100%=52.5%。与PPT例题的煤炉效率16.8%对比——天然气灶效率远高于煤炉，因为气体燃料燃烧更充分、烟气损失更少。 变式训练答案：热效率不变。因为热效率η=Q吸/Q放×100%=(cmΔt)/(Vq)×100%，质量m增大一倍时Q吸和燃料消耗量同比增大（实际需烧更多气），但理论上如果燃料用量也翻倍，效率不变。实际上家用灶功率固定，烧更多水需要更长时间，散热损失会增大，效率反而可能略降。 五、课堂练习答案 A组·基础巩固 练习1答案：C；解析：热值是燃料特性，只与种类有关。 练习2答案：CD；解析：效率不等于有用功多少也不等于功率大小。减少损失+环保减排。 练习3答案：35%；解析：100%-25%-30%-10%=35%。 练习4答案：8.4×10⁶J；40kg；解析：Q放=mq=8.4×10⁶J；m水=8.4×10⁶/(4.2×10³×50)=40kg。 B组·能力提高 练习5答案：C；解析：热值是燃料特性，只与种类有关，与质量、燃烧情况无关。Q放=mq，放热多不一定热值大（还看质量）。 学科网（北京）股份有限公司 $