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

教材分析

《热机的效率》是人教版《义务教育教科书·物理》九年级全一册第十四章“内能的利用”的第3节（2025年秋季学期启用的最新修订版教材）。本节在前两节认识能量转化和守恒、了解热机基本结构和工作原理的基础上，进一步研究燃料和热机利用能量的效率问题，主要包括燃料的热值、热机的效率和提高热机效率的途径三部分内容。教材从“烧开同一壶水，用不同燃料所需的质量不同”这一生活事实出发，建立热值的概念；再借助热机的能流图，引导学生分析燃料燃烧释放能量的去向，认识热机效率的物理意义；最后通过讨论交流，归纳提高热机效率的具体途径。

本节内容是“能量转化与能量守恒”主题的重要落点，渗透着节约能源、保护环境的可持续发展观念，也是“双碳”目标背景下培养学生科学态度与责任的良好素材，在初中热学知识体系中占有承上启下的重要地位。

教学目标

1.【物理观念】知道热值的定义、符号和单位，理解热值是燃料本身的一种特性；能用公式进行燃料燃烧放出热量的简单计算。理解热机效率的物理意义，并能进行简单计算。

2.【科学思维】经历“生活现象→物理概念”的建构过程，学会利用能流图分析热机工作时的能量分配，理解热机效率总小于1的原因。

3.【科学探究】通过计算、比较和讨论，归纳提高热机效率的途径，提升从图表和数据中获取信息、分析论证的能力。

4.【科学态度与责任】了解我国在高效内燃机、航空航天发动机等领域的技术进步，联系“双碳”目标认识节能减排的意义，树立节约能源、可持续发展的意识。

重点难点

教学重点：热值的概念及其简单计算；热机效率的理解及有关计算。

教学难点：利用能流图分析热机的能量去向，理解热机效率总小于1，并归纳提高热机效率的途径。

课时安排

1课时

教学过程

新课导入

（一）情境创设

2026年，我国航天发射持续高频进行，长征系列运载火箭一次次将卫星送入太空。火箭升空，靠的是燃料燃烧释放的内能转化为机械能。有同学提出疑问：燃料燃烧释放的能量，是不是全部都用来推动火箭升空了？一辆汽车行驶时，油箱里的汽油又“用”到哪里去了？

（二）问题激趣

（教师展示2026年长征火箭发射的图片和家用燃气灶的图片）

师：烧开同一壶水，用干木柴和用天然气，哪种燃料需要的质量更少？

生：天然气。

师：这说明不同燃料燃烧放热的“本事”不同。那么燃料的这种“本事”该怎么衡量？热机工作时，燃料的能量又损失在哪里？今天我们就带着这两个问题，学习第3节——热机的效率。（板书课题）

探究新知

任务一：认识燃料的热值

1. 想想议议

请大家结合生活经验讨论：烧开同一壶水，分别使用干木柴、烟煤和天然气，所需的质量一样吗？为什么？

【要点点拨】不一样。烧开同一壶水需要的热量相同，但不同燃料完全燃烧放出热量的能力不同：所需干木柴的质量最多，天然气最少。燃烧1 kg煤放出的热量，是燃烧1 kg干柴放出的热量的两倍多。

2. 建立热值概念

把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，用符号q表示。

热值的表达式：q＝Q放/m。固体和液体燃料热值的单位是焦每千克，符号是J/kg；气体燃料热值的单位是焦每立方米，符号是J/m3。

3. 阅读小资料：常见燃料的热值

干木柴约1.2×107 J/kg，烟煤约2.9×107 J/kg，汽油4.6×107 J/kg，柴油4.3×107 J/kg，氢1.4×108 J/kg，天然气（标准状况）约为7.1×107～8.8×107 J/m3。

【要点点拨】热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧均无关。热值在数值上等于1 kg（或1 m3）某种燃料完全燃烧放出的热量。

4. 热量的计算

由热值的表达式可得：Q放＝mq（气体燃料：Q放＝Vq）。

例题1　完全燃烧0.5 kg汽油，能放出多少热量？

【答案】Q放＝mq＝0.5 kg×4.6×107 J/kg＝2.3×107 J。

【解析】已知汽油的热值q＝4.6×107 J/kg，质量m＝0.5 kg，代入Q放＝mq即可求解，计算时注意质量必须用千克作单位。这一结果的物理意义是：0.5 kg汽油完全燃烧，放出的热量为2.3×107 J。

文本探究

任务二：认识热机的效率

1. 想想议议

在内燃机中，燃料是否完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？

【要点点拨】燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小；释放的能量中只有一部分用来做有用功，其余部分随高温烟气（废气）散失、被气缸等部件吸收，还有一部分因克服摩擦而被消耗。汽油机工作时的能量分配如图1所示。