2024学年九年级物理上册 第2章 改变世界的热机2.3 热机效率教案 （新版）教科版

2024学年九年级物理上册第2章改变世界的热机2.3热机效率教案（新版）教科版主备人备课成员教学内容分析本节课的主要教学内容来自于2024学年九年级物理上册第2章“改变世界的热机”中的2.3节“热机效率”。教学内容围绕热机效率的定义、计算方法以及提高热机效率的途径展开。具体包括：理解热机效率的概念，掌握热机效率的计算公式，分析影响热机效率的因素，探讨提高热机效率的方法。

教学内容与学生已有知识的联系在于，学生在之前的学习中已经掌握了能量守恒定律、热力学第一定律等基本概念，理解了能量转换和能量损失的基本原理。在此基础上，本节课将帮助学生将这些知识应用于热机的工作过程中，通过分析热机效率的计算与影响因素，加深对能量利用效率的理解，培养学生节能减排的意识和实践能力。核心素养目标本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，具体目标如下：

1.科学理解：通过学习热机效率的概念和计算方法，使学生能够运用物理知识解释热机工作过程中的能量转换与损失，提高对热机效率影响因素的认识。

2.科学探究：培养学生运用科学方法探究影响热机效率的因素，通过实验和数据分析，提高解决问题的能力。

3.科学态度：激发学生关注能源利用和环境保护，培养节能减排的意识，增强社会责任感。

4.科学创新：鼓励学生思考提高热机效率的新方法，激发创新思维，培养创新精神。

5.科学合作：在小组讨论和实验中，培养学生团队合作精神，提高沟通与交流能力。重点难点及解决办法重点：

1.热机效率的定义及计算方法。

2.影响热机效率的因素。

3.提高热机效率的途径。

难点：

1.理解热机效率的实际意义。

2.实验操作中准确测量和计算热机效率。

解决办法及突破策略：

1.通过动画、图示和实例，直观展示热机效率的概念，帮助学生理解其实际意义。

2.采用互动讨论和实验探究相结合的方式，让学生在实践中掌握热机效率的计算方法。

3.引导学生分析实验数据，发现影响热机效率的因素，总结提高效率的途径。

4.对实验难点进行分步骤演示和指导，确保学生能够准确进行实验操作和数据处理。

5.设计对比实验，让学生观察不同条件下的热机效率变化，加深对热机效率影响因素的理解。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与策略为了实现本节课的核心素养目标，充分调动学生的学习积极性，提高课堂效率，我采用了以下教学方法和策略：

1.讲授法：以讲解热机效率的基本概念、计算方法及影响热机效率的因素为主线，为学生奠定理论基础。

2.讨论法：在讲解过程中，穿插小组讨论，让学生针对热机效率的实际意义、提高热机效率的途径等问题进行思考和交流。

3.案例研究：通过分析具体的热机工作效率案例，使学生将理论知识与实际应用相结合，提高问题分析能力。

4.项目导向学习：设计以提高热机效率为主题的项目，引导学生自主探究、团队合作，培养学生的创新能力和实践能力。

具体教学活动设计如下：

1.导入新课：通过展示热机效率的实际应用案例，引发学生对热机效率的兴趣。

2.理论讲解：采用PPT展示，结合讲授法，为学生讲解热机效率的基本概念、计算方法及影响热机效率的因素。

3.小组讨论：将学生分成小组，针对以下问题进行讨论：

a.热机效率的实际意义是什么？

b.影响热机效率的因素有哪些？

c.如何提高热机效率？

4.实验探究：组织学生进行热机效率的实验，让学生在实践中掌握热机效率的计算方法，并找出影响热机效率的因素。

a.分步骤演示实验操作，确保学生掌握实验方法。

b.引导学生观察实验现象，分析数据，总结影响热机效率的因素。

c.组织学生进行对比实验，观察不同条件下的热机效率变化。

5.项目导向学习：以小组为单位，让学生设计一个提高热机效率的方案，并进行汇报和评价。

6.总结与反思：通过课堂小结，巩固所学知识，引导学生反思自己在项目中的表现，总结经验教训。

教学媒体和资源使用：

1.PPT：展示基本概念、计算公式、实验步骤等，提高课堂视觉效果。

2.视频：播放热机效率的实际应用案例，增加学生对热机效率的直观认识。

3.在线工具：利用网络资源，为学生提供更多关于热机效率的学习资料，拓展知识面。

4.实验器材：为学生提供热机效率实验所需的器材，确保实验的顺利进行。教学过程设计1.导入新课（5分钟）

目标：引起学生对热机效率的兴趣，激发其探索欲望。

过程：

开场提问：“你们知道热机效率是什么吗？它与我们的生活有什么关系？”

展示一些关于热机效率的图片或视频片段，让学生初步感受热机效率的重要性。

简短介绍热机效率的基本概念和在生产生活中的重要性，为接下来的学习打下基础。

2.热机效率基础知识讲解（10分钟）

目标：让学生了解热机效率的基本概念、计算方法和影响因素。

过程：

讲解热机效率的定义，包括其计算公式和物理意义。

详细介绍影响热机效率的各个因素，使用图表或示意图帮助学生理解。

通过实例，让学生更好地理解热机效率在实际应用中的作用。

3.热机效率案例分析（20分钟）

目标：通过具体案例，让学生深入了解热机效率的特性和提高效率的方法。

过程：

选择几个典型的热机效率案例进行分析。

详细介绍每个案例的背景、提高热机效率的方法和实际意义。

引导学生思考这些案例对实际生活的影响，以及如何应用所学知识解决实际问题。

小组讨论：让学生分组讨论提高热机效率的未来发展或改进方向，并提出创新性的想法或建议。

4.学生小组讨论（10分钟）

目标：培养学生的合作能力和解决问题的能力。

过程：

将学生分成若干小组，每组选择一个与提高热机效率相关的主题进行深入讨论。

小组内讨论该主题的现状、挑战以及可能的解决方案。

每组选出一名代表，准备向全班展示讨论成果。

5.课堂展示与点评（15分钟）

目标：锻炼学生的表达能力，同时加深全班对热机效率的认识和理解。

过程：

各组代表依次上台展示讨论成果，包括主题的现状、挑战及解决方案。

其他学生和教师对展示内容进行提问和点评，促进互动交流。

教师总结各组的亮点和不足，并提出进一步的建议和改进方向。

6.课堂小结（5分钟）

目标：回顾本节课的主要内容，强调热机效率的重要性和意义。

过程：

简要回顾本节课的学习内容，包括热机效率的基本概念、计算方法、案例分析和小组讨论等。

强调热机效率在节能减排和环境保护中的价值和作用，鼓励学生进一步探索和应用所学知识。

布置课后作业：让学生撰写一篇关于热机效率的短文或报告，以巩固学习效果。知识点梳理1.热机效率的基本概念

-热机效率的定义：热机效率是指热机所做的有用功与所消耗的热量之比。

-热机效率的计算公式：η=W有/Q总，其中η表示热机效率，W有表示热机所做的有用功，Q总表示热机所消耗的总热量。

2.影响热机效率的因素

-热机类型：不同类型的热机具有不同的效率特点。

-工质特性：工质的性质直接影响热机的效率。

-工作温度：热机的工作温度对效率有重要影响。

-热机内部摩擦和热损失：减少内部摩擦和热损失可以提高热机效率。

3.提高热机效率的途径

-改进热机设计：优化热机结构，减少内部摩擦和热损失。

-选择合适的工质：根据热机工作条件，选择具有较高热效率的工质。

-提高热机的工作温度：提高热机的工作温度可以提高热机效率。

-回收利用余热：充分利用热机排放的余热，提高能源利用率。

4.热机效率的实际应用

-汽车发动机：热机效率与汽车燃油经济性、排放性能密切相关。

-火力发电厂：提高热机效率有助于提高发电厂的能源利用率，降低能源消耗。

-制冷设备：制冷设备中的压缩机、膨胀阀等部件的效率对整体性能有重要影响。

5.热机效率与环保

-热机效率的提高有助于减少能源消耗，降低环境污染。

-提高热机效率是实现节能减排目标的重要途径。

-热机效率的提高有助于减缓全球气候变化和能源危机。

6.热机效率的测量与计算

-实验测量热机效率：通过实验测量热机所做的有用功和消耗的热量，计算热机效率。

-理论计算热机效率：根据热力学原理，结合热机工作过程，进行热机效率的理论计算。

7.热机效率的相关案例

-蒸汽机：蒸汽机在工业革命时期的广泛应用，以及其效率提升的技术革新。

-内燃机：内燃机的发明与发展，如何通过技术进步提高热机效率。

-热泵技术：热泵在空调、供暖等领域的应用，以及提高热泵效率的技术措施。典型例题讲解例题1：计算热机效率

题目：一台热机在工作过程中，消耗了5000J的热量，对外做了2000J的功，求该热机的效率。

解答：

热机效率计算公式：η=W有/Q总

已知：W有=2000J，Q总=5000J

代入公式计算：η=2000J/5000J=0.4

所以，该热机的效率为40%。

例题2：提高热机效率

题目：某热机的效率为30%，现通过技术改进，将热机效率提高到40%。若改进后热机所做的有用功不变，求改进后热机所消耗的热量。

解答：

设改进前热机所消耗的热量为Q1，改进后热机所消耗的热量为Q2。

已知：η1=30%，η2=40%，W有不变

由热机效率计算公式可得：

η1=W有/Q1，η2=W有/Q2

联立两式，可得：Q2=W有/η2=W有/0.4

由于改进后热机效率提高，故Q2<Q1。

答：改进后热机所消耗的热量小于改进前。

例题3：分析影响热机效率的因素

题目：一台热机在运行过程中，由于某种原因导致热机内部摩擦增加，请分析这种情况对热机效率的影响。

解答：

热机内部摩擦增加，会导致热机消耗的热量增加，而有用功不变。

由热机效率计算公式可知，η=W有/Q总。

当Q总增加时，若W有不变，则η减小。

所以，热机内部摩擦增加会导致热机效率降低。

例题4：热机效率的实际应用

题目：一辆汽车的发动机效率为25%，行驶100km消耗了10L汽油。若提高发动机效率至30%，求行驶相同距离所需消耗的汽油量。

解答：

已知：η1=25%，η2=30%，行驶距离s=100km，汽油消耗量V1=10L

设提高效率后消耗的汽油量为V2。

由热机效率计算公式可得：

η1=W有/(q×V1)，η2=W有/(q×V2)

其中，q为单位体积汽油的热值。

联立两式，可得：V2=W有/(q×η2)=W有/(q×0.3)

由于η2>η1，故V2<V1。

答：提高发动机效率至30%后，行驶100km所需消耗的汽油量小于10L。

例题5：热机效率的综合计算

题目：一台热机消耗了8kg的水蒸气，水蒸气的比热容为2.1×10^3J/(kg·℃)，初温为500℃，末温为250℃。求该热机的效率。

解答：

已知：m=8kg，c=2.1×10^3J/(kg·℃)，T1=500℃，T2=250℃

计算水蒸气放出的热量Q放：

Q放=m×c×(T1-T2)=8kg×2.1×10^3J/(kg·℃)×(500℃-250℃)=5.04×10^6J

假设热机所做的有用功为W有，热机效率为η。

由热机效率计算公式可得：

η=W有/Q放

要求出W有，需要知道热机所做的具体有用功。

答：该热机效率的计算需已知热机所做的有用功。反思改进措施教学特色创新：

1.采用案例分析法，通过具体的热机效率案例，让学生深入了解热机效率的特性和提高效率的方法。案例的选择贴近学生生活，提高学生的学习兴趣和参与度。

2.组织学生进行小组讨论，培养学生的合作能力和解决问题的能力。讨论的主题与热机效率的实际应用紧密相关，促使学生将理论知识与实际问题相结合。

存在主要问题：

1.在教学组织方面，课堂时间的分配不够合理，导致部分教学内容讲解不够深入，学生的理解不够透彻。

2.在教学方法上，缺乏有效的课堂互动，学生的参与度和积极性有待提高。

3.在教学评价方面，评价方式较为单一，主要以考试成绩为主，缺乏对学生综合素质和能力的全面评价。

改进措施：

1.优化课堂时间分配，合理规划教学内容和活动时间，确保每个知识点都有充分的讲解和讨论时间。

2.增加课堂互动环节，采用提问、小组讨论、实验探究等多种形式，激发学生的学习兴趣和主动性。

3.丰富评价方式，除了考试成绩外，还可以考虑学生的课堂表现、小组合作、实验操作等多种评价因素，更全面地评价学生的学习成果和能力。教学评价与反馈1.课堂表现：学生在课堂上的参与度和积极性较高，能够积极参与提问和讨论，表现出对热机效率知识的兴趣和好奇心。在实验探究环节，学生能够认真观察实验现象，积极思考并总结实验结果，显示出较强的实践能力。

2.小组讨论成果展示：学生在小组讨论中表现出良好的团队合作精神，能够积极分享自己的观点和想法，并倾听他人的意见。讨论成果展示时，学生能够清晰地表达自己的观点，并提供相应的论据和实例来支持自己的观点。

3.随堂测试：随堂测试结果显示学生对热机效率的基本概念、计算方法和影响因素掌握较好。大部分学生能够正确回答问题，显示出对知识点的理解和应用能力。

4.实验报告：学生在实验报告中的写作能力较好，能够准确描述实验过程、观察结果和数据分析。报告中的图表绘制清晰，数据记录准确，反映出学生良好的实验操作和数据处理能力。

5.教师评价与反馈：教师对学生的学习表现给予肯定，认为学生在课堂上的积极参与和合作精神值得表扬。同时，教师也指出学生在某些知识点上的理解不够深入，需要进一步加强练习和思考。教师鼓励学生在今后的学习中继续努力，提高自己的物理学科核心素养。板书设计-热机效率的定义：热机效率是指热机