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，涵盖燃料热值概念、单位及热量计算公式，热机效率定义、能量流向与提高方法。通过知识预习填空衔接燃料燃烧能量转化，以对比归纳表、课堂探究构建从热值到热机效率的知识脉络，提供解题脚手架辅助学习。 资料特色在于强化科学思维，通过热值与比热容对比表培养模型建构能力，课堂探究能量流向分析提升科学探究素养。配套习题层次分明，解题五步法指导规范计算，自我评价关注科学态度与责任，助力学生深化理解，提升课堂效率。

14.3 热机的效率 学案 一、学习目标 建立热值概念，知道热值是燃料的一种特性，能说出热值的定义、单位及物理意义。 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。 能简单计算燃料燃烧放出的热量，掌握热量计算公式Q放=qm和Q放=qV。 知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。 二、知识预习 1. 燃料基本知识 燃料燃烧是一种______变化，在燃烧过程中______能转化为______能。 常见的燃料有：______、______、______、______、______、______等。 燃料可分为三大类：______燃料（如木柴、煤）、______燃料（如汽油、酒精）、______燃料（如煤气、天然气）。 相同质量的不同燃料完全燃烧时放出的热量______。燃料燃烧放出热量的多少与燃料的______有关。 2. 燃料的热值 热值的定义：某种燃料______燃烧放出的热量与其______之比。 热值的表达式：______，其中q表示______，Q表示______，m表示______。 热值的单位：固体、液体燃料为______，气体燃料为______。 热值在数值上等于______kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 热值是燃料的一种______，只与燃料的______有关，与燃料的质量、体积、燃烧程度等______。 氢气的热值约为______J/kg，干木柴的热值约为______J/kg。 燃料完全燃烧放出的热量公式：固体、液体燃料：______；气体燃料：______。 “完全燃烧”是指燃料燃烧后全部变成不可燃烧物，此时放出的热量最______。 3. 热机的效率 热机中燃料释放的能量主要流向包括：______、散热损失、______、废气带走、燃料不能______。 热机效率是指用来做______的那部分能量，与燃料______燃烧放出的能量之比。 热机效率的公式：______，其中η表示______，W有用表示______，Q放表示______。 常见热机效率：蒸汽机约______，汽油机约______，柴油机约______。 热机效率永远______（填“小于”或“大于”）1，因为能量损失不可避免。 提高热机效率的措施：①使燃料尽可能______；②改进和创新减少______；③保养保证良好______减少摩擦。 从火车到火箭的发展历程：______→空气喷气发动机→______。火箭喷气发动机的特点是自带______和______，可在太空中工作。 三、对比归纳表 表一：不同燃料热值对比 表一：不同燃料热值对比表 燃料名称 类型 热值（J/kg或J/m³） 热值大小排序 干木柴 ______ ______ ______ 煤 ______ ______ ______ 天然气 ______ ______ ______ 氢气 ______ ______ ______ 汽油 ______ ______ ______ 表二：不同热机效率对比 表二：热机效率对比表 热机类型 效率范围 主要损失原因 优缺点 蒸汽机 ______ ______ ______ 汽油机 ______ ______ ______ 柴油机 ______ ______ ______ 四、课堂探究 探究一：热机能量流向分析 观察热机能量流向图，记录以下分析： 燃料完全燃烧释放的能量主要去向有哪些？________________________________ 其中用来做有用功的能量占比大约是多少？______ 为什么热机效率永远小于1？________________________________ 你认为哪种损失占比最大？______。你有什么改进建议？________________________________ 探究二：热值与比热容对比 热值与比热容对比表 对比项目 热值（q） 比热容（c） 物理意义 ______ ______ 单位 ______ ______ 对象 ______ ______ 公式 ______ ______ 是否是特性 ______ ______ 五、课堂练习（PPT原题） 练1：热值单位说法（选择题） 下列说法不正确的是（______） A.质量相等的燃料完全燃烧放出的热量不相等 B.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 C.热值的单位是焦耳 D.热值的单位是J/kg 你的答案：______。你的理由：________________________________ 练2：热机效率说法（选择题） 下列说法不正确的是（______） A.在热机中燃料释放的能量只有一部分用来做有用功 B.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效率 C.热机效率是热机性能的重要指标 D.不断改进和创新的热机，其热机效率可大于1 你的答案：______。你的理由：________________________________ 练3：烟煤完全燃烧放热计算（计算题） 小明某次用火炉烧水时，共消耗了2kg的烟煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少焦的热量？（烟煤的热值q=2.7×10⁷J/kg） 解：已知：m=______kg，q=______J/kg 由公式Q放=______=______×______=______J 答：这些烟煤完全燃烧放出______J的热量。 六、解题脚手架 脚手架：燃料完全燃烧放热计算五步法 第一步：______（明确已知条件：燃料质量m、燃料热值q） 第二步：______（确认单位统一，质量用kg，热值用J/kg或J/m³） 第三步：______（选择合适公式：固、液体用Q放=qm，气体用Q放=qV） 第四步：______（代入数据进行计算） 第五步：______（用科学记数法表示结果，并写出答案） 七、自我评价 1. 本节课我学会了：_______________________________________________ 2. 我还不太理解的地方：_______________________________________________ 3. 我觉得这节课最有趣的内容是：_______________________________________________ 4. 我能说出热值的定义和单位吗？______（选填“能”或“还需要练习”） 5. 我能用Q放=qm计算燃料燃烧放出的热量吗？______（选填“能”或“还需要练习”） 6. 我能说出热机效率的定义和影响因素吗？______（选填“能”或“还需要练习”） 7. 我能区分热值与比热容吗？______（选填“能”或“还需要练习”） 8. 我能说出提高热机效率的三种方法吗？______（选填“能”或“还需要练习”） 9. 我关注能源利用效率和环境保护问题吗？______（选填“是”或“还需要加强”） 10. 对本节课内容的整体掌握程度（1—5分）：______分 === 参考答案 === 一、知识预习填空答案 1. 燃料基本知识：化学 / 化学 / 内 / 天然气 / 石油 / 木炭 / 干木柴 / 酒精 / 氢气 / 固体 / 液体 / 气体 / 不同 / 种类 2. 燃料的热值：完全 / 质量 / q=Q/m / 热值 / 放出的热量 / 质量 / J/kg / J/m³ / 1 / 特性 / 种类 / 无关 / 1.4×10⁸ / 1.2×10⁷ / Q放=qm / Q放=qV / 大 3. 热机的效率：有用的机械能 / 克服摩擦 / 完全燃烧 / 有用功 / 完全 / η=W有用/Q放 / 热机效率 / 有用功 / 燃料完全燃烧放出的能量 / 6%~15% / 20%~40% / 30%~45% / 小于 / 充分燃烧 / 能量损失 / 润滑 / 内燃机 / 火箭喷气发动机 / 燃料 / 氧化剂 二、对比归纳表答案 表一：干木柴：固体 / 1.2×10⁷ / 4；煤：固体 / 约2.9×10⁷ / 3；天然气：气体 / 约4.4×10⁷J/m³ / 2；氢气：气体 / 1.4×10⁸ / 1；汽油：液体 / 约4.6×10⁷ / 2。 表二：蒸汽机：6%~15% / 散热、废气损失大 / 结构简单但效率低；汽油机：20%~40% / 废气带走热量、散热 / 效率较高但污染较大；柴油机：30%~45% / 废气带走热量、摩擦损失 / 效率高、节能。 三、课堂探究答案 探究一：燃料释放能量的主要去向：有用的机械能、散热损失、废气带走、摩擦损失、不完全燃烧损失；有用功占比约20%~45%；热机效率永远小于1是因为能量转化过程中总会有部分能量损失，这是不可避免的；废气带走的热量占比最大。 探究二对比表：热值：表示燃料燃烧放热能力 / J/kg或J/m³ / 燃料 / q=Q/m / 是；比热容：表示物质吸放热能力 / J/(kg·℃) / 物质 / c=Q/(mΔt) / 是。 四、课堂练习答案 练1：答案C。理由：热值的单位是J/kg或J/m³，而焦耳（J）是热量、能量和功的单位，不是热值的单位。 练2：答案D。理由：热机效率永远小于1，不可能大于或等于1。因为燃料完全燃烧释放的能量中总有一部分能量损失，无论怎样改进和创新都不可能让热机效率大于1。 练3：已知m=2kg，q=2.7×10⁷J/kg；由公式Q放=qm=2×2.7×10⁷=5.4×10⁷J；答：这些烟煤完全燃烧放出5.4×10⁷J的热量。 五、解题脚手架答案 明确已知条件 / 确认单位统一 / 选择合适公式 / 代入数据计算 / 科学记数法表示结果并写答案 六、自我评价（参考） 根据个人实际情况填写，不设标准答案。 学科网（北京）股份有限公司 $