14.3 热机的效率 教案 2026-2027学年物理人教版九年级全一册

该教案聚焦“热机的效率”核心内容，涵盖燃料的热值及热机效率两大知识点。通过拖拉机、飞机、火箭使用不同燃料的实例导入，衔接前序热机工作原理，引导学生从燃料特性过渡到能量利用效率，构建知识递进支架。 此资料突出核心素养培养，物理观念上帮助学生建立热值、热机效率概念，科学思维上通过对比不同燃料热值、分析热机能量流向图培养分析能力，科学探究中结合“烧开一壶水”实例及小组讨论提升探究能力。多样教学方法与多媒体辅助，助力学生联系生活实际，提升解决问题能力，也为教师提供结构清晰、重难点突出的教学支持。

课题 14.3 热机的效率 课型 新授课 课时 1课时（45分钟） 教材版本 人教版九年级全一册 教学方法 讲授法、讨论法、小组合作法、多媒体辅助教学法、计算练习法 教学用具 多媒体课件、燃料样品图片、热值表、能量流向图 教材分析：本节是人教版九年级全一册第十四章“内能的利用”的第3节，在学生已学习了热机的基本工作原理和内燃机四个冲程之后，进一步探讨燃料的热值和热机的效率问题。本节课是将理论知识与生活实际紧密结合的典型内容，通过引入热值概念，让学生理解不同燃料燃烧放热能力的差异，再通过热机能量流向图引出热机效率的概念，并探讨提高热机效率的方法和意义。教材设计了从生活实例出发，通过实验数据引导学生建构概念，再进行定量计算的教学思路，体现了物理学科“从生活走向物理，从物理走向社会”的课程理念。本节课还融入了环保教育和可持续发展的思想，引导学生关注能源利用效率和环境保护。 学情分析：九年级学生已经学习了热机的工作原理、内燃机的四个冲程，对能量转化有了基本的认识，具备了一定的理论基础。学生在日常生活中对燃料有丰富的感性认识，如煤气、天然气、汽油等，但对“热值”这一物理概念还比较陌生。学生已掌握了热量计算的基本方法（Q=cmΔt），这为学习燃料燃烧放热计算奠定了基础。学生对数据分析和图表阅读有一定能力，但在理解“热机效率”时可能会困惑，容易将“效率”与“功率”混淆。学生对环保问题有一定关注，这有利于在教学中融入环保教育。部分学生对科学记数法的运用还不够熟练，需要在计算练习中加强指导。 一、核心素养目标 物理观念 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。 科学思维 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，培养分析问题和解决问题的能力。 能运用热值和热机效率的知识解释生活中的相关现象，形成初步的分析概括能力。 通过对比不同燃料的热值、不同热机的效率，培养数据分析和比较思维能力。 科学探究 通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的影响，发展团队合作和交流表达能力。 通过阅读热值表、能量流向图等信息，提升信息提取和分析的科学探究能力。 能从能量流向的角度分析热机效率低下的原因，提出改进措施，体验科学探究的过程。 科学态度与责任 了解热机的利用与人类社会发展的关系，认识到科学技术对社会发展的推动作用。 培养环保意识，激发社会责任感，关注能源利用和环境保护问题。 通过了解热机发展史，感受科学技术进步的漫长历程，培养崇尚科学的态度。 二、教学重难点 教学重点：理解热值的概念和物理意义，掌握燃料完全燃烧放热的计算方法；理解热机效率的概念，知道提高热机效率的方法和意义。 教学难点：理解热值是燃料的一种特性，区分“热值”与“比热容”；能从能量转化的角度理解热机效率，分析影响热机效率的因素；能运用热量计算公式进行简单计算。 三、教学过程 （一）情境导入（3分钟） 【教师活动】同学们，请看屏幕上的几张图片：拖拉机使用的是柴油，飞机发动机使用的是航空汽油和航空煤油，而火箭助推器使用的是液氢和液氧。大家知道为什么不同的机械要用不同的燃料吗？这些燃料可以互换吗？ 拖拉机使用柴油作燃料 飞机发动机使用航空汽油 火箭助推器使用液氢液氧 【学生活动】学生观察图片并思考：“不同机械为什么要用不同的燃料？这肯定和燃料的某种特性有关。”“拖拉机用柴油、飞机用航空煤油、火箭用液氢，说明不同燃料的燃烧特性不同。” 【学生活动】学生讨论并回答：“不同燃料燃烧时放出的热量不同，所以不能随便互换。液氢的热值很大，所以火箭用它。” 【知识点】不同的燃料具有不同的燃烧特性，这与燃料的热值有关，也与热机的效率有关。 【设计意图】通过生活中常见的不同机械使用不同燃料的实例，设置悬念，激发学生的好奇心和求知欲，自然引出本节课的核心概念——热值和热机效率。 【过渡语】不同的燃料为什么会有不同的燃烧效果呢？让我们先来了解一下燃料的相关知识。 （二）知识点一：燃料（8分钟） 【教师活动】人类使用燃料的历史非常悠久，从原始社会的钻木取火，到古代的煤炭燃烧，再到现代的石油、天然气，燃料的使用推动了人类文明的进步。常见的燃料有天然气、石油、木炭、干木柴、酒精、氢气等。 天然气 石油 木炭 干木柴 酒精 氢气燃料电池 【教师活动】燃料燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，化学能转化为内能。喷气式飞机用航空煤油，而火箭大多用液氢作为燃料。火箭大多用液氢作为燃料，你知道这样做的好处吗？ 喷气式飞机用航空煤油 火箭用液氢作燃料 【学生活动】学生思考并回答：“液氢燃烧时放出的热量很大，能为火箭提供巨大的推力；液氢燃烧产物是水，无污染。” 【教师活动】燃料种类繁多，可分为固体燃料（如木柴、煤等）、液体燃料（如汽油、酒精等）、气体燃料（如煤气、天然气等）。那么，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同呢？ 固体燃料：木柴 固体燃料：煤 液体燃料：汽油 【学生活动】学生分组讨论：“我们平时烧水用天然气比用煤更省钱，说明相同质量的不同燃料放出的热量不同。” 生活实例告诉我们：同样烧开一壶水，需要干木柴最多、煤次之、天然气最少。这说明相同质量的干木柴、煤和天然气燃烧时，天然气放出的热量比煤和干木柴多。 干木柴烧水 煤烧水 天然气烧水 由此可见，燃料燃烧放出热量的多少与燃料的种类有关。燃烧1kg煤放出的热量是燃烧1kg干木柴放出热量的两倍多。为了比较不同燃料的燃烧能力，我们把不同的燃料质量都取1kg，让它们完全燃烧，比较它们放出热量的多少。 燃烧1kg煤与1kg干木柴放热比较 不同燃料质量均取1kg完全燃烧比较 【知识点】燃料燃烧是化学变化，化学能转化为内能；相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量不同，与燃料种类有关。 【重点强调】燃料燃烧放出热量的多少与两个因素有关：“1.燃料的种类（不同燃料热值不同）；”“2.燃料的质量（质量越大放热越多）；”“3.燃烧程度（完全燃烧与否）。” 【设计意图】通过图片展示和生活实例引导学生认识燃料的种类和特点，通过“烧开一壶水”的生活实例让学生直观感受不同燃料放热能力的差异，为引入热值概念做好铺垫。 【过渡语】既然不同燃料的燃烧能力不同，我们需要一个物理量来表征这种差异，这就是“热值”。 （三）知识点二：燃料的热值（12分钟） 【教师活动】热值是表征燃料燃烧能力的重要物理量。它的定义是：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。 热值的单位是焦每千克，符号为J/kg。气体燃料的热值单位是焦每立方米，符号为J/m³。“完全燃烧”是指燃料燃烧后全部变成不可燃烧物。 【教师活动】请同学们查看屏幕上的热值表。从表中可以知道：1kg干木柴完全燃烧放出1.2×10⁷J热量；1m³沼气完全燃烧放出1.9×10⁷J热量。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 【学生活动】学生查阅热值表并回答：“氢气的热值最大，为1.4×10⁸J/kg；干木柴的热值最小，为1.2×10⁷J/kg。热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关。” 【教师活动】正是因为氢气的热值大，火箭发射使用氢燃料，可以在相同质量的情况下提供更大的推力，这就是火箭选择液氢的原因。 【知识点】热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等无关。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 【教师活动】燃料完全燃烧放出的热量可以用公式计算。对于固体和液体燃料：Q放=qm；对于气体燃料：Q放=qV。 【学生活动】学生记录公式并练习：“已知某种燃料的热值q和质量m，可求Q放=qm；已知放出热量Q放和热值q，可求m=Q放/q。” 【易错提示】热值与比热容的区别：“1.热值(q)是燃料的特性，单位J/kg，表示燃料燃烧放热能力；”“2.比热容(c)是物质的特性，单位J/(kg·℃)，表示物质吸放热能力；”“3.二者都是物质的特性，但物理意义不同，不要混淆。” 【理解要点】热值的三个关键点：“1.定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比；”“2.单位：J/kg（固体、液体燃料）或J/m³（气体燃料）；”“3.热值只与燃料种类有关，与质量、体积、完全燃烧与否无关。” 【实验注意】热值测定实验注意事项：“1.燃料必须完全燃烧，否则测得的热值会偏低；”“2.实验装置要有良好的保温措施，减少热量损失；”“3.实验室中测定热值时要使用氧弹热量计，确保燃料完全燃烧并减少损失。” 【设计意图】通过热值表的阅读和公式的建构，让学生掌握热值的概念、单位和计算方法，为后续学习热机效率奠定基础。 【过渡语】掌握了热值的知识后，我们来看看热机在实际工作中是否能将燃料的能量全部利用起来呢？ （四）知识点三：热机的效率（12分钟） 【教师活动】在实际应用中，锅炉烧水时燃料能被完全利用吗？实际上，高温烟气会带走大量热量、燃料很难完全燃烧、一部分热量直接散失掉。请看屏幕上的能量流向图。 锅炉烧水时燃料能量流向图 【学生活动】学生观察能量流向图并回答：“燃料释放的能量不能全部被利用，大部分能量被浪费了。高温烟气带走的热量、散失的热量、不完全燃烧损失都是浪费。” 【教师活动】为了提高燃料的利用率，我们可以采取一些措施：（1）改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧（如将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛）；（2）减少各种热量损失：加大受热面积减少烟尘废气带走的热量；使用较好的保温材料减少热损失。 同样的道理，热机在工作过程中也存在能量损失。让我们看看热机中燃料内能的流向图。 热机中燃料内能的流向图 【学生活动】学生观察流向图并分析：“燃料完全燃烧释放的能量中，只有一小部分转化为有用的机械能，其余都损失了。”“损失包括：散热损失、克服摩擦、废气带走、燃料不能完全燃烧等。” 【教师活动】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。热机效率是衡量热机性能的重要指标。 常见热机的效率如下：蒸汽机6%~15%，汽油机20%~40%，柴油机30%~45%。可以看到，不同类型热机的效率差异很大。 蒸汽机效率约6%~15% 汽油机效率约20%~40% 柴油机效率约30%~45% 【教师活动】提高热机效率的措施有哪些呢？①使燃料尽可能充分燃烧；②改进和创新减少能量损失；③保养保证良好润滑减少摩擦。 【教师活动】从火车到火箭，热机经历了漫长的发展历程：内燃机（汽油、柴油机）→空气喷气发动机（20世纪40年代）→火箭喷气发动机（自带燃料和氧化剂）。 空气喷气发动机 火箭喷气发动机 火箭发射 【学生活动】学生讨论并总结：“热机效率永远小于1，因为能量损失不可避免。提高热机效率可以节约能源、减少污染。”“从蒸汽机到火箭，热机效率不断提高，体现了科学技术的进步。” 【知识点】热机效率是有用功与燃料完全燃烧放出能量之比，永远小于1；提高效率的方法包括充分燃烧、减少损失、良好润滑等。 【重点强调】热机效率的三个核心要点：“1.热机效率永远小于1，不可能达到100%；”“2.影响热机效率的因素：燃料不完全燃烧、废气带走热量、散热损失、摩擦损失；”“3.提高热机效率的意义：节约能源、减少排放、保护环境。” 【知识拓展】从火车到火箭的发展史：“蒸汽机时代（约18世纪）→内燃机时代（约19世纪末）→喷气发动机时代（20世纪中叶）→火箭时代（现代）。”“火箭喷气发动机的特点：自带燃料和氧化剂，可在太空中工作。” 【判断技巧】判断热机效率相关说法的方法：“1.热机效率不可能大于或等于1（或100%）；”“2.热机效率与热机功率是两个不同概念，不能混淆；”“3.改进和创新可以提高热机效率，但不能让效率达到100%。” 【设计意图】通过能量流向图的分析，让学生直观理解热机效率的含义和影响因素，并通过热机发展史引导学生感受科学技术进步的重要性。 【过渡语】理解了热值和热机效率的概念后，让我们通过练习来检测学习效果。 （五）课堂练习（5分钟） 【教师活动】请同学们完成以下三道练习题，注意仔细审题，认真思考。 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 【教师活动】这道题考查热值的单位。热值的单位是J/kg或J/m³，而不是焦耳（J）。焦耳是热量、能量和功的单位。所以选项C的说法是不正确的。答案为C。 【学生活动】学生独立完成选择并讨论：“热值单位是J/kg，不是J，选C。”“A选项正确，因为不同燃料热值不同；B选项是热值的定义；D选项正确。” 【知识点】热值的单位是J/kg（固体、液体燃料）或J/m³（气体燃料），而焦耳（J）是热量的单位。 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 【教师活动】这道题考查热机效率的概念。热机效率永远小于1，不可能大于1或100%。因为燃料完全燃烧释放的能量中，总有一部分能量损失。所以选项D的说法是不正确的。答案为D。 【学生活动】学生思考并回答：“热机效率永远小于1，因为能量损失不可避免。选D。”“A、B、C选项均为正确说法。” 【知识点】热机效率永远小于1（或100%），不可能大于或等于1，这是由能量转化的基本规律决定的。 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=2kg，q=2.7×10⁷J/kg Q放=mq=2kg×2.7×10⁷J/kg=5.4×10⁷J 答：这些烟煤完全燃烧放出5.4×10⁷J的热量。 【教师活动】这道题考查燃料完全燃烧放热的计算。需要注意：①公式Q放=qm中的各物理量单位要统一；②计算结果要用科学记数法表示。 【学生活动】学生独立计算并检查：“已知m=2kg，q=2.7×10⁷J/kg，代入公式Q放=qm=2×2.7×10⁷=5.4×10⁷J。” 【判断技巧】燃料完全燃烧放热计算三步走：“1.明确已知条件（质量m、热值q）并确认单位统一；”“2.代入公式Q放=qm进行计算；”“3.用科学记数法表示结果，并写出答案。” 【设计意图】通过三道不同类型的练习题，检测学生对热值单位、热机效率概念和热量计算的掌握情况，强化学习效果。 （六）课堂小结（5分钟） 【教师活动】今天我们学习了三个主要知识点：燃料的种类和特点、燃料的热值、热机的效率。请同学们回顾一下本节课的主要内容。 本节课的核心知识包括：一是燃料燃烧是化学变化，化学能转化为内能，不同燃料的燃烧能力不同；二是热值概念，包括定义、公式、单位及其物理意义，以及热量计算公式Q放=qm和Q放=qV；三是热机效率的概念、影响因素和提高措施。 热值是表征燃料燃烧能力的物理量，它只与燃料的种类有关。热值的单位是J/kg（固体、液体）或J/m³（气体）。通过公式Q放=qm可以计算燃料完全燃烧放出的热量。 热机效率是衡量热机性能的重要指标，它表示有用功与燃料完全燃烧放出能量之比。热机效率永远小于1，提高热机效率可以节约能源、减少环境污染。 【学生活动】学生回顾并总结：“本节课学习了燃料的种类、热值的定义和计算、热机效率的概念和提高方法。”“热值是燃料的特性，只与种类有关；热机效率永远小于1。” 【学生活动】学生自我检测：“我能说出热值的定义和单位吗？我能用Q放=qm计算吗？我能说出热机效率的含义吗？我知道怎样提高热机效率吗？” 【知识点】本节课知识框架：燃料→热值（定义、公式、单位、计算）→热机效率（概念、影响因素、提高措施）。 【设计意图】通过课堂小结，帮助学生梳理本节课的知识框架，强化对热值、热机效率等核心概念的理解和记忆。 本节课从生活实例出发，通过“烧开一壶水”的现象引入热值概念，再通过能量流向图引出热机效率，最后通过计算练习强化应用。整个教学过程层层递进，符合学生的认知规律。 在今后的学习中，同学们要注意将热值、比热容、热机效率等概念进行对比区分，避免混淆。同时，要将所学知识与生活实际联系起来，关注能源利用和环境保护问题。 四、板书设计 一、燃料 ①燃料种类：固体、液体、气体 ②燃烧本质：化学变化，化学能→内能 ③相同质量不同燃料放热不同 二、燃料的热值 ①定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比 ②公式：q=Q/m；Q放=qm；Q放=qV（气体） ③单位：J/kg（固、液）；J/m³（气） ④热值是燃料的特性，只与种类有关 三、热机的效率 ①定义：有用功与燃料完全燃烧放出能量之比 ②公式：η=W有用/Q放 ③热机效率永远小于1 ④提高措施：充分燃烧、减少损失、良好润滑 四、从火车到火箭 内燃机→空气喷气发动机→火箭喷气发动机 火箭喷气发动机：自带燃料和氧化剂，可在太空中工作 五、教学反思 本节课以“热机的效率”为主线，通过情境导入、燃料认识、热值概念建构、热机效率探究、课堂练习、课堂小结等环节，引导学生从生活实例出发，通过数据对比建构概念，再进行定量计算。教学过程中是否充分调动了学生的积极性？学生是否能够理解热值与比热容的区别？是否能从能量流向的角度理解热机效率？是否通过热值表的阅读培养了学生的数据分析能力？是否在计算练习中强化了公式的应用？是否融入了环保教育和可持续发展的理念？是否帮助学生建立了“提高能源利用效率”的意识？是否各个环节之间的过渡自然流畅？教学时间分配是否合理？如何更好地帮助学生理解“热值”“热机效率”等抽象概念，还需要在今后的教学中进一步探索。 学科网（北京）股份有限公司 $