14.4 跨学科：热机效率和环境保护 教案（表格式）2025-2026学年物理沪科版九年级全一册

第四节跨学科:热机效率和环境保护教学目标物理观念:知道热值、机械效率的概念,会查燃料的热值表,会利用热值及热机效率的公式进行简单的计算和应用;能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向,能大致说出提高热机效率的途径。科学思维:能从跨学科视角认识燃料的热值、热机效率和环境保护的意义等,了解提高热机效率的途径。科学探究:能从跨学科角度领悟提高热机效率与环境保护的关联。科学态度与责任:能认识热机对社会发展所起的作用和对环境的影响;能从能量转化的角度认识提高效率的重大意义,能为环境保护提出自己的见解;能主动关心空气质量,为环境保护、健康生活作出贡献。教学重难点教学重点:从能量转化和转移的角度认识热值和热机效率,及其简单应用。教学难点:提高对热机效率跟环境保护之间的辩证关系的认识。教学准备教师准备:课件、视频资料等。教学环节设计意图一、创设情境导入新课视频导入1:老师播放可燃冰的视频。师引导提问:可燃冰作为燃料,它有哪些优点?生:能量密度大,清洁无污染。师:由于开采技术不成熟,现在还不能大规模使用。生活中常见的燃料有哪些?燃料的共同特点是什么?燃料的燃烧本质是什么?好,带着这些疑问,开始我们今天的学习之旅。情境导入2:老师出示图片。火是人类的朋友,火的使用一直伴随着人类,促进了人类社会的发展。从原始人类学会用火那天起,一直到今天,我们人类一直靠燃烧燃料获取能量,所以说燃料是我们人类的朋友。对于我们的朋友,你了解多少呢?好,今天就让我们来认识它。学源于思,思源于疑。创造情景,引导学生带着疑问、满怀兴趣地去学习新内容二、新课讲解探究新知探究点一燃料的热值1.认识燃料燃料并不陌生,聊天式问几个问题,提示学生结合生活讨论思考。生活中常见的燃料有哪些?燃料的共同特点是什么?燃料的燃烧本质是什么?交流总结:燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、柴油等,气体燃料有煤气、天然气等;燃烧的共同特点是能够燃烧;燃料的燃烧本质是化学能转化为内能。2.热值不同地区的人们用不同的燃料来供给一个四口之家使用,所用不同燃料的月消耗量如图,分析图片并阅读课本,思考回答:不同燃料燃烧的过程有哪些相同点?同样是四口之家,若使用不同的燃料,消耗的量是否相同?说明了什么?提示:都是化学能转化为内能,放出热量。说明不同燃料释放热量的本领不同。3.指导同学阅读课本P50~51“燃料的热值”条目下内容阅读完后,回答下列问题:(1)不同燃料燃烧释放能量的能力不同(选填“相同”或“不同”),物理学中,用热值来描述燃料燃烧释放能量的能力。

(2人们把某种燃料完全燃烧释放的热量与所用燃料的质量之比,叫做这种燃料的热值,用字母q来表示,其单位为J/kg。

燃料热值的定义为q=Qmq:燃料的热值

Q:燃料完全燃烧释放的热量

m:燃料的质量,单位为内容由浅到深,认知由具体形象到理论分析,体现了学习的一般规律。这个例子比较经典,能帮助学生认识到燃料释放热量的本领实质训练学生带问题阅读自学能力、解决问题能力、协商纠错能力(3)由于气体燃料常以体积来计量,所以说对于气体燃料而言,其热值也可以采用在标准状态下某气体燃料完全燃烧放出的热量与所用该种气体燃料的体积之比,对应的单位就是J/m3,在数值上等于在标准状态下1m3的燃料完全燃烧所放出的热量。其放出热量公式相应变为Q=qV。

4.查常见燃料的热值表,酒精的热值为3.0×107J/kg,其物理意义是:1kg酒精在完全燃烧时放出的热量是3.0×107J。

5.老师点拨强调:热值是燃料的重要特性,只和燃料的种类有关,与质量和燃烧情况无关。6.补充例题(1)老师用多媒体投放小华在爷爷家主动做家务,通过燃烧木柴来烧水,烧开一壶水用了2kg干木柴,问这些干木柴完全燃烧放出多少热量?(2)同学们充分讨论后,再独立写出计算过程。(3)老师找一部分同学投影展示,师生共同作出评价,老师适时强调。(4)反思交流①干木柴能不能完全燃烧?理由是什么?提示:不能;有烟雾,有灰烬。②干木柴放出的热量能不能100%被水全部吸收?为什么?提示:不能;周围空气、炉体、壶体都要吸收一部分。探究点二热机效率老师导学提问:燃料燃烧转化的内能在加热物体时不能被全部吸收,这些内能在通过热机做功时,能不能全部转化为有用功呢?阅读课本P51~52“热机效率”条目下内容。1.热机燃料的能量走向示意图(1)老师用图片让同学复述能量走向:(2)讨论图中有用的走向是⑤,没有用而浪费的是①②③④。

(3)结论:热机工作时真正转变为对外做有用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分。2.热机效率(1)定义:热机运转中,做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值称为热机效率。它反映了能量的利用率,是热机性能的一个重要标志。

老师跟同学共同整理定义式η=W有用Q放(2)思考讨论:热机效率能不能达到100%?原因是什么?(3)请上网查询了解蒸汽机、汽油机、柴油机以及喷气式飞机发动机的效率各是多少?老师要适时点拨,强调表述的准确性热机燃料的能量走向是理解热机效率的基础和关键,也是认识提高热机效率的出发点,重点分析、概括帮学生理解前因后果,掌握起来事半功倍3.提高热机效率(1)结合热机燃料的能量走向,师生共同分析提高热机效率的途径热机燃料的

能量走向部分燃料未完全燃烧(2)达成共识:主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。具体措施:①减少燃烧过程中的热量损失;②尽量简化机械传动部分;③选用优良的润滑材料,减小摩擦。4.拓展探究:“永动机”能实现吗?(1)分析课本图14—24中的永动机,或搜集其他类型的永动机设计,或自己畅想永动机设计。(2)大家一起分析各种永动机的可行性。(3)结论:因为能量是守恒的,而机械本身并不能创生能量,因此不消耗能量却一直对外做功的永动机是不存在的。探究点三环境保护热机为人类的发展作出了重大贡献,但也带来了许多环境污染问题。保护环境,控制和消除大气污染是我们必须重视的问题。1.思考交流(1)老师出示图片,启发学生思考:热机工作时会带来哪些环境污染问题?(2)观看应对空气污染的视频。(3)交流:生活中我们可以采取哪些措施来减少热机对环境的污染?2.阅读课本P53学科综合“探究空气质量”部分,按要求完成一份关于如何净化空气、保护环境的调研报告,提出相关的改进建议。提示:(1)变分散为集中供热,提高燃料利用率。(2)改进燃烧装置,加装消烟除尘设备,以减少烟尘排放。(3)推广、普及“清洁能源”。(4)种植绿色植物,净化空气。拓展内容,处理时机、处理方式、理解深度等皆可灵活把握跨学科体现,重在思想教育,切实让学生潜意识中形成环保理念,能辩证看待热机使用跟环境保护的关系三、归纳概括课堂小结学生讨论发言,梳理本节知识要点,老师随时补充。(“课堂小结”内容见PPT课件)培养学生归纳总结的意识和能力板书设计第四节跨学科:热机效率和环境保护一、热值1.概念:某种燃料完全燃烧放的热量与所用燃料的质量之比。2.单位:J/kg或J/m33.热量计算式:Q=mq或Q=qV二、热机效率1.热机消耗燃料的能量走向分析。2.概念:热机运转中,做有用功与燃料完全燃烧所释放能量的比值。3.计算公式:η=W有用Q4.η<1三、热机使用与环境保护教学反思本教学设计大量使用了视频资料和生活场景,包括课堂引入利用了新闻视频材料和烧水的生活场景,教学过程中也尽量地使用我们身边的事例,我们熟悉的生活场景和体现这些方面的视频,使得这个课堂显得非常贴近生活,既增加了学生的学习兴趣,又加强了物理知识跟生活的联系。重点内容突出,本节课两个重要的概念,热值和热机的效率,采用了各种方法、各种手段来突出它们的重要地位。在讲热值时,从概念的提出,热值的理解,热值的应用都用了相当大的篇幅。热机的