14.3 热机的效率 学案 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

该初中物理学案聚焦“热机的效率”核心知识点，涵盖燃料的热值（定义、单位、计算）与热机效率（能量损失、定义式、提高方法）。通过煤气灶烧水实验导入，先计算燃料燃烧放热与水吸热，分析能量流向，衔接比热容知识，为热机效率学习搭建阶梯，配套解题脚手架梳理计算步骤。 资料以实验探究为载体，通过数据处理培养科学思维，对比归纳表区分比热容与热值强化物理观念，课堂自测结合生活实例提升应用能力。助力学生构建能量观念，提升科学探究与问题解决能力，落实新课标核心素养要求。

14.3 热机的效率 学案 人教版 九年级物理全一册 第十四章 第3节 班级 姓名 小组 日期 一、学习目标 1. 从能量转化的角度认识燃料的热值，知道燃料热值的物理意义及其单位。 2. 能用Q=qm或Q=qV计算燃料完全燃烧放出的热量。 3. 能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机的效率，知道如何提高热机效率。 4. 能用η=Q吸/Q放×100%计算简单的热效率问题。 二、知识点一：燃料的热值 （一）知识填空 1. 燃料按物态分为：__________燃料（如__________）、__________燃料（如__________）、__________燃料（如__________）。 2. 燃料燃烧过程中的能量转化：_________→_________。 3. 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，用符号_________表示。 4. 单位：固体、液体燃料用_________，气体燃料用_________。 5. 物理意义：数值上等于_________kg某种燃料_________ 燃烧放出的热量。 6. 计算公式：固体/液体燃料Q=_________，气体燃料Q=_________。 7. 热值是燃料的一种_________，只与燃料的_________ 有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧_________ （有关/无关）。 8. 热值与比热容的区别：_______是描述“燃料燃烧”的属性，_______是描述“物质吸放热”的属性。 9. 氢的热值为_________ J/kg，目前所有燃料中最_________ （高/低）。火箭用氢做燃料的三大优势：①_________ 高；②氢质量_________ ，有效载荷_________；③燃烧产物是_________ ，无污染。 三、煤气灶烧水实验与能量流向分析 （一）实验计算填空 已知：煤气的热值q=3.9×10⁷ J/m³，煤气消耗量V=0.0236m³，水的质量m=1kg，比热容c=4.2×10³ J/(kg·℃)，Δt=100℃-25℃=75℃。 （1）Q放 = _________×_________ = 3.9×10⁷ J/m³ × 0.0236m³ = _________ J （2）Q吸 = _________ × _________ × _________ = 4.2×10³ J/(kg·℃) × 1kg × 75℃ = _________ J （3）煤气灶热效率η = Q吸/Q放×100% = _________ / _________ × 100% ≈ _________% （二）能量流向填空 煤气灶中燃料释放的能量分为四部分： ①水吸收的热量（_________ 能量） ②燃料没有_________ 燃烧损失的能量 ③被_________ 等吸收的热量 ④_________ 到空气中的能量 四、知识点二：热机的效率 （一）内燃机能量损失填空 内燃机能量损失四大渠道： ①燃料不能_________ 燃烧（损失一部分能量） ②_________ 损失（一部分能量以热量形式散失到空气中） ③克服机器的_________ （消耗一部分能量） ④_________ 带走的能量（这是最_________ 的损失） 只有一小部分变成了有用的_________。 （二）热机效率填空 ①定义：用来做_________ 的那部分能量，与燃料_________ 燃烧放出的能量之比。 ②定义式：η = _________ / _________ × 100% ③物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的_________ 的高低，是热机_________ 的重要指标。 ④所有热机的效率都_________1（小于/等于/大于）。 （三）常见热机效率表格 热机种类 效率范围 蒸汽机 汽油机 柴油机 （四）提高热机效率的方法（对应四大损失渠道） ①提高燃料_________ ，使燃料_________ 燃烧； ②_________ 热机，减少各种能量损失； ③保证良好的_________ ，减少因摩擦额外消耗的能量； ④设法利用_________ 中的能量。 五、知识框架小结 一、燃料的热值 定义：某种燃料_________ 燃烧放出的热量与其_________ 之比，符号_________ 单位：固/液用_________ ，气体用_________ 计算：Q=_________ （固/液），Q=_________ （气） 二、热机的效率 定义式：η = _________ × 100% 四大损失：①_________ ②_________ ③_________ ④_________ 常见效率：蒸汽机_________，汽油机_________，柴油机_________ 提高方法：①_________ ②_________ ③_________ ④_________ 三、从火车到火箭 发展脉络：_________ →_________ →_________ →_________ 六、对比归纳表 物理量 符号 定义 单位 公式 属性解释 比热容 热值 七、课堂自测 练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．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关 D．容易燃烧的燃料热值一定大 你的答案：__________ 练2 下列提高热机效率的方法中，不可行的是（　　） A．减少各种热损失 B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦 C．充分利用废气的能量，如建热电站 D．采取少消耗总能量的办法 你的答案：__________ 理由：_____________________________________________ 练3 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）Q放 = ________________________________________ （2）Q吸 = ________________________________________ （3）η = ________________________________________ 八、解题脚手架：热效率计算通用步骤 步骤一：根据燃料类型选择公式，求出Q放。 固体/液体燃料：Q放=_________ （单位：m用_________ ，q用_________ ） 气体燃料：Q放=_________ （单位：V用_________ ，q用_________ ） 步骤二：根据问题情境求出“有用能量”。 烧水/加热液体时：Q吸=_________ （其中Δt = _________ ） 热机做功时：W有用=Fs或W有用=Pt 步骤三：η = 有用能量 / 总能量 × 100% = _________ × 100% 注意：η<1，结果用百分数表示。 九、自我评价 本节课我学会了：_____________________________________________ 我还不太理解的地方：_______________________________ 我觉得这节课最有意思的是：___________________________ 参考答案 二、知识点一：燃料的热值 1. 固体（木柴、煤）、液体（汽油、柴油）、气体（煤气、天然气）。2. 化学能→内能。3. 完全，质量，q。4. J/kg，J/m³。5. 1，完全。6. qm，qV。7. 属性，种类，无关。8. 热值，比热容。9. 1.4×10⁸，高；①热值 ②小，大 ③水。 三、煤气灶烧水实验 （一）（1）q×V，9.204×10⁵。（2）c×m×Δt，3.15×10⁵。（3）3.15×10⁵/9.204×10⁵，34.2。 （二）①有用 ②完全 ③容器（煤气灶壁、水壶） ④散失。 四、知识点二：热机的效率 （一）①完全 ②散热 ③摩擦 ④废气，大，机械能。 （二）①有用功，完全。②W有用/Q放。③利用率，性能。④小于。 （三）蒸汽机6%～15%，汽油机20%～40%，柴油机30%～45%。 （四）①利用率，充分。②改进。③润滑。④废气。 五、知识框架小结 完全，质量，q，J/kg，J/m³，qm，qV，W有用/Q放，不完全燃烧、散热、摩擦、废气，6%～15%，20%～40%，30%～45%，充分燃烧、改进热机、润滑减摩、利用废气，蒸汽机→内燃机→汽轮机→喗气发动机。 六、对比归纳表参考答案 比热容：c，单位质量物质温度升高1℃吸收的热量，J/(kg·℃)，Q=cmΔt，是物质的属性。 热值：q，某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，J/kg或J/m³，Q=qm或Q=qV，是燃料的属性。 七、课堂自测 练1：C。解析：热值是燃料的属性，只与种类有关，与质量、燃烧条件无关。 练2：D。解析：提高效率要提高能量利用率，而非减少总能量投入。“少消耗总能量”只减少了Q放，不能提高η。 练3：（1）Q放=Vq=1m³×3.2×10⁷ J/m³=3.2×10⁷ J。（2）Q吸=cm(t-t₀)=4.2×10³ J/(kg·℃)×100kg×(50℃-20℃)=1.26×10⁷ J。（3）η=Q吸/Q放×100%=1.26×10⁷/3.2×10⁷×100%≈39.4%。 八、解题脚手架 步骤一：qm，kg，J/kg；qV，m³，J/m³。步骤二：cmΔt，t-t₀。步骤三：Q吸/Q放（或W有用/Q放）。 学科网（北京）股份有限公司 $