14.2《热机的效率》—人教版九年级物理全一册教学设计

课题
《热机的效率》
教材
人教版初中物理教科书第十四章第二节
授课对象
九年级第一学期学生
课时安排
1课时（45分钟）
教材内容分析
本节内容是上一节内燃机知识的延伸和拓展，通过本节课的学习，可以使学生认识到内燃机工作时，燃料燃烧放出的热量并不能全部被利用，对内能的利用有一个更全面的认识，并为下节能量的转化与守恒作好准备。本节内容由“燃料的热值”和“热机的效率”两个部分组成。
燃料的热值：燃烧是生活中常见的现象，燃料在燃烧过程中把化学能转化为内能。实际生活中质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量不一定相等，通过介绍相同质量的不同燃料完全燃烧后放出的热量，得出热值的概念，再根据定义可以确定热值的计算公式q=Qm。热值是物质的一种属性，它的大小与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等因素无关，公式变形可得到Q=mq，用于计算一定质量的某种燃料完全燃烧放出的热量，所以燃料的热值是是本节内容的一个学习重点。
热机的效率：燃料燃烧放出的热量在实际情况中不可能完全被利，为了反映燃料的利用率，可以用有效利用的能量与完全燃烧放出的能量之比，来反映燃料的利用情况。热机同样也存在能量的使用效率问题，热机效率就是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。在计算热机效率时，要分清哪些能量是有效利用的，哪些是浪费的，所以热机效率也是本节的学习重点，同样也是难点
学情分析
九年级学生通过一年对物理知识的学习，已经初步掌握了分析研究物理问题的方法和思维，在上一节《热机》的学习中，已经了解了热机的工作原理以及内燃机的构造和工作过程，且在上一单元《内能》和《比热容》的学习中，对“热量”这个词有深入的理解，使本节课的学习有一定的知识准备。但学生综合分析问题的能力还仍有不足，涉及复杂计算问题，就会表现地无从下手。
教学目标
知识和技能
从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念，指出燃料热值的物理意义及单位。
能简单计算燃料燃烧放出的热量。
能说出热机工作时燃料释放的主要流向，知道什么是热机效率。
二、过程和方法
1、通过对燃料燃烧过程的分析，归纳出燃料燃烧过程中的能量转化。
2、通过对热机中的能量转化及损失的分析，说出提高热机效率的具体措施
三、情感、态度与价值观
通过对热机中的能量转化及损失的分析，培养学生节约能源和环境保护的意识。
教学重点
燃料的热值，热机效率的计算
教学难点
热机中的能量转化，提高热机效率的具体措施
教学方法
分析法、讲述法、综合法
教学资源
教科书、图片、网络资源
教学流程设计
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计
意图
一、引入新课（6分钟）
教师：电影《十月的天空》是以NASA工程师霍默·希卡姆为原型，讲述了小镇男孩霍默曾在村民的见证下，亲自发射了自己制造的火箭，霍默在制造火箭过程中，曾被一个问题困扰：怎么才能使火箭中的热机最大程度的发挥呢？
教师：早期的人类就知道燃薪取暖，比如中国的元谋古人就留下了生活的直接证据，柴火、酒精，纯净的氢等在燃烧时放出的热量大小不同，霍默的火箭要上天绝对是需要质量很大并且燃烧能力很强的物质，这时就需要热值来表示。
学生认真思考教师提出的问题，知道发射火箭使用的燃料是氢气，因为氢气的热值较大。
运用电影故事激起学生导入，提高学生学习的自觉性和探究的主动性
新课教学（30分钟）
热值
教师：生活中常见的燃料种类有哪些？
教师：相同质量的不同燃料，它们在燃烧时放出的热量是不是相同的呢？
教师：使用不同的燃料，消耗量是不同的，是因为不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。根据实验发现1kg的煤燃烧释放出的热量是1kg木柴燃烧放出的热量的两倍多。如何比较燃料燃烧放出热量的能力呢？
教师：所有物体都取1m3,比较它们质量的多少──单位体积的某种物质的质量就是这种物质的密度。这种方法称为比值法定义物理量，是研究物理概念的一种重要方法。
教师：我们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。
教师：热值的单位符号是J/kg，读做焦每千克。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
教师：干木柴的热值约为1.2×107J/kg，物理意义是什么？
教师：3kg木材完全燃烧放出的热量是多少？
教师：请同学阅读小资料，了解一些燃料的热值。
教师：煤气的热值约为3.9×107J/m3，物理意义是什么？
教师：气体燃料的热值是指标准状态下，某种燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，且气体和温度都会影响气体的体积，所以煤气的热值的物理意义是标准状态下，1m?的煤气完全燃烧放出的热量为3.9×07J
教师：注意气体燃料的热值单位和液体、固体气体燃料的热值单位的区别。以质量为单位的燃料燃烧，热值的单位是：J/kg。以体积为单位的燃料燃烧，热值的单位是：J/m3。
【拓展延伸】
热值与密度一样，都是燃料自身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧都没有关系。
热机的效率
教师：如果用酒精燃烧放出的热量来烧水，我们一起分析一下，酒精释放的热量是不是全部都用来加热水了？如果不是，实际情况是怎样的呢？
教师：通过分析可知，水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的。
教师：热机也有类似的情况，让学生讨论分析。出示。
教师：热值反映燃料完全燃烧时放热本领的大小，热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，但在生活中，燃料很难完全燃烧。Q实际＜Q放，Q有效＜Q实际
【课件】
教师：引导学生得出热机效率的概念：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。明确热机工作过程中有能量损失，即Q有用＜Q放，η＜1。
教师：随着社会进步，科技发展，热机的效率也在不断提高。最初的蒸汽机效率只有6%～15%，目前生活中汽车常用的内燃机有汽油机和柴油机两种。汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～45%。
教师：热机的效率越高，在做功相同的情况下，消耗的燃料就越少
教师：在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。
教师，从分析热机工作过程中的能量损耗，引导学生归纳出提高热机效率途径
学生：日常生活中，常见的燃料有酒精、煤炭、木材、汽油、天然气等。
学生：相同质量的不同燃料，它们在燃烧时放出的热量不相同。
学生：可以采取比较物体密度大小的方法。
学生：把所有燃料都取1kg,让它们燃烧，比较它们放出热量的多少。
学生：1kg干木柴完全燃烧放出的热量为1.2×107J。
学生板书：Q放=mq=3kg×1.2×107J/kg =3.6×107J。
学生：1m3的煤气完全燃烧，放出热量是3.9×107J。
学生：酒精不能完全燃烧损失了一部分能量。
学生：装水的容器吸收了一部分热量。
学生：酒精灯本身也会吸收一部分热量。
学生：高温的烟气带走了一部分热量。
学生：还有一部分热量直接散失在了空气中等等。
学生：汽油在气缸内不能完全燃烧损失一部分能量，机械装置吸收一部分热量，废气带走一部分能量，由于机械传动等克服摩擦消耗一部分能量等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量有效利用的。
学生：使燃料更加充分地燃烧
学生：在设计和制造热机时，不断地改进和创新，以减少各种能量的损失。
学生：在各零件上涂上润滑油，减少机械间摩擦所损失的能量
学生：设法利用废气的能量，提高燃料的利用率
掌握燃料的热值的有关概念、公式、单位及其特性。
引导学生总结得出热效率的概念：吸收的热量占燃料完全燃烧放出热量的比值。
培养学生的总结归纳能力，拓展思维。
培养学生的环保意识
三、深化拓展（6分钟）
例1.下列关于热值的说法正确的是（　　）
A．2kg煤的热值大于1kg煤的热值
B．燃料的热值越大，燃烧放出的热量越多
C．热值与燃料完全放出的热量成正比，与燃料的质量成反比
D．燃料的热值是燃料本身的特性，与其他因素无关
【答案】D
例2. 关于热机的效率，下列说法正确的是（　　）
A．热机做的有用功越多，效率就一定越高
B．热机的功率越大，效率就一定越高
C．要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且保证良好的润滑
D．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
【答案】C
例3. 某型号专用车在车型测试中，在一段平直的公路 上匀速行驶5km,受到的阻力是3.0×103 N,消耗燃油1kg (假设燃油完全燃烧)。若燃油热值q=4×107 J/kg, 求:该专用车发动机的效率是多少?
学生：热值是燃料自身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、都没有关系，所以A、B、C错误，D正确。
学生：热机效率是做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，因为不知道燃料完全燃烧放出的热量的多少，所以不能确定热机效率一定越高，A错误。功率是表示物体运动快慢的物理量，与热机效率是两个完全不同的概念，B、D错误。要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且保证良好的润滑，C正确。
学生板书：
通过讲解例题，让学生基本上学会应用公式并解题。
课堂小结（3分钟）
教师：
通过这节课你学到了什么？
燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？
如何提高热机的效率？这样做又有哪些积极意义？
学生总结所学知识，认识到热值是物质的一种物理属性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否完全燃烧等无关；知道提高热机效率的几种方法。
通过总结巩固知识。
四、课后作业
完成教材26页的“动手动脑学物理”。
按要求做完
知识巩固
教学评价
评价指标
达到等级
评价期望标准
一级
二级
完全达到
大部分达到
基本达到
部分达到
教学设计
教学目标
√
1.教学目标明确、具体，符合课程标准(教学大纲)的要求，切合学生实际。
2.各知识点的学习目标层次合理，分类准确，描述语句具有可测量性。
3.密切结合学科特点，注意情感目标的建立。
教学内容
√
1.教学内容的选择符合课程标准(教学大纲)的要求。
2.按照科学的分类，对教学内容进行正确地分析。重点、难点的确定符合学生的当前水平，解决措施有力、切实可行。
3.根据学科的知识和能力结构确定知识点;各知识点布局合理，衔接自然。
4.根据学科特点，注意到思想教育的内容。
教学媒体
√
1.教学媒体的选择符合优化原则，注意到多媒体组合应用。
2.所选媒体适合表现各自知识点的教学内容，对教学能起到深化作用。
3.教学媒体的使用目标(在教学中的作用)明确，使用方式有助于学生的学习。
4.板书设计规范、合理，能紧密结合学科特点，有一定的艺术性。
教学过程
目标实施
√
1.整节课围绕目标进行教学。
2.在教学过程中，对各知识点的学习目标是否达到，能及时进行检则。
内容处理
√
1.在课堂教学中，对各个环节、各知识点占用的时间分配合理，总体掌握准确。
2.分清主次，重点突出;抓住关键，突破难点。
能力培养
√
1.注意对学生的智力、技能和创造能力的培养。
2.指导学生掌握学习方法，培养学生的自主学习能力。
教学效果
达标程度
√
1.形成性测试中，大部分同学反应积极，回答问题勇跃。
2.回答问题正确率高达90%以上。
3.课外作业完成顺利，单元测验合格率在95%以上。
板书设计
第二节 热机的效率
一、热值
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
单位：焦每千克（J/kg）
公式：q=Q放m
物理意义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
二、热机的效率
定义：有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。
公式：η=Q有用Q放×100%
提高热机效率的主要途径：减少能量损失
教学反思
本节课我通过创设情境启发、引导，比如霍默造火箭的故事、人类使用过的燃料种类。学生能自主探究、思考、讨论、交流学习成果。新课程注重学生的主动学习，发挥学生的主体作用，因此，本课在教学上充分发挥学生的主观能动性，并与实践相结合，通过自己的探索加上教师的引导，使学生探究一步步走向深入，从中体会到探究的乐趣、知识的魅力、应用的价值，开阔学生视野，锻炼学生思维。
不足之处：本节课还不能把传统实验和多媒体教学手段有机结合，发挥其最佳效果，对学生能力培养还不够，通过这次督导充分显示多媒体在教学中的重要作用，我们要以这次检查为动力不断学习，转变课堂教学观念，适应新课程改革的理念，不断提高教学质量。