14.3 热机的效率 第1课时 教学设计 2026-2027学年人教版物理九年级全一册

第3节 热机的效率 教学设计(第1课时 燃料的热值) 课题 热机的效率 课时 第1课时 授课类型 新授课 授课教师 授课时间 教材 分析 本节是第十四章第3节,共2课时,本节课为第1课时,完成"燃料的热值"部分。教材由"人类所用能量的很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的"引入,通过"想想议议"认识质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量通常是不同的,建立热值的概念,给出热值的定义、单位,并结合表14.3-1学会查用热值进行燃料放热的计算。 热值是燃料本身的一种特性,是热量计算与热机效率学习的基础;本课时还承担"为热机效率的计算提供完全燃烧放热量的方法"的功能,与上一节热机、下一课时热机的效率构成"热机消耗燃料—燃料放热—热量利用"的完整逻辑链。 热值的概念、单位及燃料放热Q=qm的计算是本课时的重点;理解"完全燃烧"的含义、辨析"热值与放热多少、质量大小无关"是本课时的难点。 学情 分析 1. 知识储备分析:学生已学习热量的概念与Q=cm t的计算,知道热机工作需要消耗煤、汽油、柴油等燃料;生活中对"汽油比木柴耐烧"有直观经验。(依据教材前置内容推断) 2. 思维能力分析:学生容易把热值与热量混淆,形成"燃料燃烧放热越多热值越大""质量大的燃料热值大"等错误认识;对"完全燃烧"这一理想化条件的意义理解不到位。(常见情形,待你确认) 3. 学习态度分析:燃料种类丰富、与生活联系紧密,学生有话可说,便于展开讨论。 核心素养 教学目标 物理观念:知道质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量通常不同;能说出热值的定义(某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比)、符号和单位(J/kg,气体燃料为J/m );能查表说出常见燃料的热值,会用Q=qm计算燃料完全燃烧放出的热量。 科学思维:经历"提出猜想—寻找事实支持—建立比值定义"的概念建构过程,体会用比值定义物理量的方法;能对"热值与热量、质量的关系"进行辨析与论证。 科学探究:能围绕"质量相等的不同燃料,燃烧时放出的热量是否相同"的问题,基于生活事实和表格数据进行分析论证。 科学态度与责任:了解我国能源结构中燃料燃烧的重要地位,关注不同燃料(如氢气热值大)的特点,体会燃料选择与节能环保的关系。 教学重点 1. 热值的概念、单位及其作为燃料特性的意义; 2. 利用热值计算燃料完全燃烧放出的热量(Q=qm)。 教学难点 1. "完全燃烧"的理想化条件与热值特性的理解(热值与是否燃烧、放热多少、质量大小无关)(常见难点,待你确认); 2. 辨析"放热越多热值越大""热值与质量有关"等错误认识。 教学方法 问题驱动法、讨论归纳法、讲练结合法 学习方法 自主学习法、比较归纳法、练习巩固法 教学准备 教师:多媒体课件(含教材图14.3-1、表14.3-1、酒精灯与坩埚燃料对比实验图片);练习题投影片。 学生:课本、练习本、计算器。 教学过程 二次备课 导入新课(5分钟) 【复习提问】热机工作时对外做功的目的是什么?消耗什么?(预设:将燃料中的化学能转化为机械能;消耗煤、汽油、柴油等燃料) 【提出问题】热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗?要回答这个问题,先要会计算燃料燃烧放出的热量。不同的燃料,放热的本领一样吗? 【引入】人类在原始社会时就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭;在现代社会,人类所用能量的很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。这节课先研究"燃料的放热本领"。 【设计意图】由热机的能量来源引出燃料放热问题,明确本课时的任务。 新课讲授(28分钟) 一、质量相等的不同燃料放热相同吗(8分钟) 【想想议议】(出示教材图14.3-1 几种燃料)燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、酒精等,气体燃料有煤气、天然气等。根据你的经验,质量相等的不同燃料,燃烧时放出的热量是否相同?要找出事实来支持你的观点,并进行分析。 (教材截图:图14.3-1 几种燃料) 【交流】(预设:烧一壶开水,用干木柴要烧一大堆,用煤球只需几个,用天然气更少——说明质量相等的不同燃料,燃烧时放出的热量通常是不同的) 【事实支持】例如,燃烧1 kg煤放出的热量,是燃烧1 kg干木柴放出热量的两倍多。 【设计意图】从生活经验出发提出猜想并用事实支持,为建立热值概念积累素材。 二、热值(12分钟) 【建立概念】我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值。热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 【单位】热值的单位由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中,热量的单位是焦耳,质量的单位是千克,则热值的单位是焦每千克,符号是J/kg。对某些气体燃料,其热值在数值上等于在标准状态下1 m 燃料完全燃烧放出的热量,单位是焦每立方米,符号是J/m 。 【查表认识】(出示表14.3-1 一些燃料的热值,师生共同查表)干木柴约1.2 10⁷ J/kg、烟煤约2.9 10⁷ J/kg、无烟煤约3.4 10⁷ J/kg、汽油4.6 10⁷ J/kg、柴油4.3 10⁷ J/kg、煤油4.6 10⁷ J/kg、氢气1.4 10⁸ J/kg等。 (教材截图:表14.3-1 一些燃料的热值(小资料)) 【要点强调】1. 热值是燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与是否燃烧、放热多少、质量大小无关——就像密度是物质的特性一样。2. "完全燃烧"是指燃料全部燃烧尽,这是一种理想情况;燃料很难完全燃烧,实际放出的热量往往比按热值计算出的要少(这一点下节课详细研究)。3. 氢气的热值明显大于其他常见燃料,且燃烧产物无污染,是很有发展前景的清洁燃料。 【辨析】"质量越大的燃料,热值越大"对吗?(预设:不对。热值由燃料种类决定,1 kg干木柴与10 kg干木柴的热值相同,都是约1.2 10⁷ J/kg;质量大只是完全燃烧放出的总热量多) 三、热值的计算(8分钟) 【教材例题】从表14.3-1中可以查到汽油的热值为4.6 10⁷ J/kg,所以如果给汽车加30 kg汽油,完全燃烧放出的热量为Q=qm=4.6 10⁷ J/kg 30 kg=1.38 10⁹ J。 【方法归纳】燃料完全燃烧放热公式:Q=qm(固体、液体燃料);气体燃料:Q=qV(q为热值,V为体积)。解题时先查热值,注意单位匹配(J/kg配kg,J/m 配m )。 【变式训练】如果完全燃烧质量相等的柴油,能放出多少热量?(学生计算:Q=4.3 10⁷ J/kg 30 kg=1.29 10⁹ J,比汽油少) 【设计意图】以查表—计算—辨析的序列落实热值概念,公式Q=qm与Q=cm t呼应,形成热量计算的方法体系。 课堂小结(4分钟) 【师生共同总结】 1. 质量相等的不同燃料,完全燃烧放出的热量通常不同——燃料的"放热本领"不同。 2. 热值:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比;单位J/kg(气体燃料J/m );热值是燃料的特性,只与燃料种类有关。 3. 燃料完全燃烧放热:Q=qm(气体燃料Q=qV);解题先查热值表,注意单位匹配。 4. 燃料很难完全燃烧,实际放热比按热值计算的少——"放出的热量能被完全利用吗",下节课继续研究。 课堂练习 PPT出示练习题,学生独立限时完成(8分钟),教师巡视后口答讲评。题目选自课本"练习与应用"及自编题: 1.(课本第1题)有人认为,无烟煤的热值比干木柴大,完全燃烧时无烟煤放出的热量比干木柴多。你认为呢?说说理由。 (答案要点:不正确。放出的热量Q=qm,既与热值有关,也与质量有关。无烟煤热值虽大(约3.4 10⁷ J/kg),但如果质量很小、干木柴质量很大,完全燃烧时干木柴放出的热量可以更多。只有质量相同时,热值大的燃料完全燃烧放出的热量才多。) 2.(课本第3题)如果干木柴跟煤油完全燃烧时放出的热量相等,那么干木柴的质量应该是煤油质量的几倍?请列出相关计算式来说明理由。 (答案要点:由Q=qm得m=Q/q,放热相等时质量与热值成反比:m柴/m油=q油/q柴=4.6 10⁷/1.2 10⁷≈3.8倍。) 3.(自编)完全燃烧0.5 kg的酒精,能放出多少热量?(酒精热值3.0 10⁷ J/kg) (答案要点:Q=qm=3.0 10⁷ J/kg 0.5 kg=1.5 10⁷ J。) 板书设计 第3节 热机的效率(第1课时) 一、事实:质量相等的不同燃料,完全燃烧放出的热量通常不同 二、热值q:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比 单位:J/kg(气体燃料:J/m );热值是燃料的特性,只与种类有关 三、计算:Q=qm(气体燃料Q=qV);例:30 kg汽油Q=4.6 10⁷ 30=1.38 10⁹ J 四、燃料很难完全燃烧——实际放热<按热值计算的放热(下节课) 作业设计 1. 完成课本"练习与应用"第2题:某人提着一袋质量为5 kg的大米,从1层步行至5层,每层楼的层高为3 m,他对这袋大米做了多少功?要使一定量的汽油完全燃烧放出的热量和他所做的功数值相等,则需要多少汽油?(提示:需先求出他做的功W=mgh,再由Q=qm=W求汽油质量) 2. 查表比较:完全燃烧1 m 的焦炉煤气与1 kg的氢气,哪个放出的热量多?相差多少? 3. 预习"热机的效率"部分,思考:燃料燃烧释放的热量都到哪里去了? 教学反思 学科网(北京)股份有限公司 $