九年級上冊物理熱機教案

九年級上冊物理熱機教案1

教材分析

“熱機”是人教版九年級第十六章第四節內容，是在學生學習並初步掌握了內能、熱量、比熱容等後的一個綜合，是將物理學知識服務於社會的一個典例。雖然在新課標下的考試要求不高，僅僅是“瞭解內能的利用在人類社會發展史上的重要意義”的層次。但能很好地體現了我們現行物理教材的“從生活走向物理，從物理走向社會”、“滲透科學-技術-社會觀念”的特點。本節內容編排圖文並茂、簡潔明快、形象生動，能激發學生學習物理的興趣和求知慾，在學習中觀察、體驗，並探究物理規律，感悟科學研究方法，感受生活中處處有物理，物理存在於我們生活之中，激發學生學知識、學科技的興趣。

學生分析

九年級的學生學習物理已經一年，有一定的基礎，而且已經學習過機械效率，對比學習熱機效率應該不太難。經過幾年的教學改革，大多數學生已經能自主學習，並且小組已經相當成熟，已經建立健全了小組合作評價機制。學生自主學習、小組合作學習的意識比較強。在掌握知識上學生兩極分化嚴重，知識的應用深度不夠，所以更應當發揮小組的作用。

教學目標

知識與技能：

1、瞭解四衝程汽油機的基本工作原理。

2、從能量轉化的角度認識燃料的熱值。

3、瞭解內能的利用在人類發展史上的重要意義。

4、通過能量的轉化和轉移，認識熱機效率。

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物理熱機的效率知識點

1.物理學習中已經學習過機械效率、爐子效率等效率問題，所謂效率是指有效利用部分佔總體中的比值。熱機是利用燃料燃燒產生的內能做功的裝置，用來做有用功的部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比叫熱機的效率。

2.由於燃氣的內能一部分被排出的廢氣帶走，一部分由於機器散熱而損失，還有一部分用來克服摩擦等機械損失，用於做有用功的部分在總體中的比例不可能達到 IO0%，一般情況下：蒸汽機效率 6%～15%，汽油機的效率 20～30%，柴油機的效率 30%～45%。

3.熱機效率是熱機性能的重要指標，人們在技術上不斷改進，減小各種損耗，提高效率。在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量在總體中所佔比例，對這部分餘熱的利用是提高熱機效率的主要途徑。熱電站就是利用發電廠廢氣餘熱來供熱，既供電，又供熱，使燃料的各種利用率大大提高。

核心知識

熱機效率比較低，說明熱機中燃料完全燃燒放出的能量中用來做有用功的部分比較少，即熱機工作過程中損失的能量比較多，歸納起來有如下原因：

第一，燃料並未完全燃燒，使一部分能量白白損失掉，例如從汽車排出的氣體中我們可以嗅到汽油的味道，這說明汽油機中的汽油未完全燃燒;

第二，熱機工作的排氣衝程要將廢氣排出，而排出的氣體中還具有內能，另外氣缸壁等也會傳走一部分內能;

第三，由於熱機的各部分零件之間有摩擦，需要克服摩擦做功而消耗部分能量;

第四，曲軸獲得的機械能也未完全用來對外做功，而有一部分傳給飛輪以維持其繼續轉動，這部分雖然是機械能，但不能稱之爲有用功。

據上所述，熱機中能量損失的原因這麼多，所以熱機效率一般都比較低。

提高熱機效率的途徑

根據前面所歸納的損失能量的幾個原因，我們只要有針對性地將各種損失的部分儘可能減小，便可使效率提高。

(1)改善燃燒環境，調節油、氣比例等使燃料儘可能完全燃燒;

(2)減小各部分之間的摩擦以減小磨擦生熱的損耗;

(3)充分利用廢氣的能量，提高燃料的利用率，如利用熱電站廢氣來供熱。這種既供電又供熱的熱電站，比起一般火電站，燃料的利用率大大提高。

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教學目標

(一)知識與技能

1、建立熱值概念。知道熱值是燃料的重要特性，瞭解熱值的表示法和常見燃料的熱值，能利用熱值表進行有關燃料放熱的簡單計算。

2、瞭解熱機效率。知道熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道可以怎樣提高熱機效率以及提高熱機效率的意義所在。

(二)過程與方法

通過社會調查、分組交流合作，瞭解熱機效率及熱機帶來的負面影響。

(三)情感態度與價值觀：

瞭解熱機的利用與人類社會發展的關係，並能夠簡述熱機使用產生的排放物

對環境的不良影響，培養自覺的環保意識，激發學生的社會責任感。

教學重點

燃料的熱值、熱機效率以及學生環保意識的培養。

教學難點

熱機效率的理解和環境保護。

課前準備

木柴、煙煤、焦炭、汽油、柴油、酒精、液化石油氣(打火機中裝有)等燃料樣本，多媒體課件，佈置學生課前進行有關環境污染方面的社會調查。

教學過程

一、引入新課

無論是燒菜做飯，還是奔馳的汽車與火車，乃至直入蒼穹的火箭等都離不開燃料。即從原始人類學會用火的那天起，至今，人們使用的能量絕大部分還是通過燃料燃燒獲得的。那麼燃料燃燒釋放的能量究竟有多少用來做了有用功?以及燃料的燃燒對環境會造成那些影響呢?今天我們一起來學習“第四節 熱機效率和環境保護”。

二、新課教學

1、課件展示：木柴取暖、煤氣燒飯、鍋爐中煤炭燃燒、內燃機車、飛機、輪船等，引出常見的燃料。

2、設疑：常見的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒精等，在燃燒時都會釋放能量，但它們釋放能量的能力是否相同呢?如果不同，那又如何來表示它們這種能力的大小呢?

3、交流與討論：如何比較不同燃料燃燒釋放能量的能力的不同?

注：如果學生不能回答，可由教師引導：必須保證哪些量相同才能進行比較?(燃料的質量要相同，而且都要完全燃燒)。

(一)燃料的熱值

燃料的熱值：把1千克某種燃料完全燃燒釋放出的能量(熱量)叫做這種燃料的熱值。用q表示。單位是J/kg，氣體燃料熱值單位是J/m3。

注意，質量必須是單位質量1千克，必須完全燃燒。

強調：熱值是燃料的重要特性，只和燃料的種類有關，與質量和是否完全燃燒無關。

學生查熱值表，並表述木柴、液化氣熱值的物理意義。

由熱值的定義我們知道：

1kg的幹木柴完全燃燒釋放出1.2×107J的熱量;

那麼質量爲m kg的幹木柴完全燃燒釋放出多少J的熱量，怎麼計算?

m﹒q

由此得出熱值的計算公式：Q=mq 。

思考：氣體燃料通常不用質量而用體積，因此計算氣體燃料放熱時，公式應該寫成 Q=qV

例：計算4kg柴油完全燃燒釋放的熱量。

解：查表可知q=3.3×107J/kg，

所以Q=mq=4 kg×3.3×107J/kg=1.32×108 J。

答：完全燃燒釋放的熱量爲1.32×108 J。

估算練習：在圖12-26所示的情況下，所需的幹木柴、煙煤和汽油。

交流與討論：在圖12-26中，實際需要的幹木柴、煙煤和汽油的質量大大超過計算得出的數值，這是爲什麼?

(二)熱機效率

實際上熱機工作時，並不能將燃料所蘊藏的化學能全部用來對外做有用功，有很大一部分能量在工作的過程中損耗掉了。

課件展示：教材圖12-27“熱機燃料燃燒能量走向示意圖”。

由圖可知，真正能轉變爲有用功的能量只是燃料燃燒所釋放能量的一部分。

熱機效率：熱機轉變爲有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱爲熱機效率。用η表示(即η=Q有/Q總×100%)。

過渡語：爲了合理利用能源，人們一直都在努力提高熱機的效率。

自學P38第四自然段

交流與討論：如何合理利用能源，提高熱機的效率?

歸納：主要途徑是減少熱機各種能量損失。

具體措施：(1)使燃料儘可能完全燃燒(煤粉、鼓風)

(2)減小機械摩擦(選用優良潤滑油)

(3)儘量簡化機械傳動部分(三角旋轉式發動機)

5、課件展示：各種熱機的效率

思考：熱機的效率能否達到100%?爲什麼?

(三)環境保護

熱機爲人類的發展做出了重大貢獻，但也帶來了一些負面影響，造成了環境污染，如噪聲污染、廢氣污染等。

課件展示：燃料燃燒造成的環境污染的有關圖片和生活場景。

交流與討論：通過上面的展示，並聯系我們的生活環境談一談：燃料燃燒對環境有哪些影響?

歸納：(1)燃料燃燒排放的煙塵，使空氣混濁，影響動植物生長。

(2)汽車等交通工具排放的尾氣：如過多二氧化碳，引起地球溫室效應，全球氣候變暖。CO能造成“煤氣中毒”，讓人缺氧致死。二氧化硫會形成酸雨，危害植物、危害莊稼，破壞生態平衡，還會腐蝕建築物……

閱讀：我國大氣環境質量標準和信息窗內容，進行環保總動員。

三、課堂小結：

1、熱值：①概念：②單位;③公式：④計算：

2、熱機效率：①概念：②提高熱機效率的途徑：具體措施：

3、保護環境，從我做起。

四、課堂練習

1、液化氣的熱值是4.9×107J/ m3，，其物理意義是 ，完全燃燒5 m3 的液化氣可以產生 J的熱量。

2、火箭常用液態氫氣作燃料，其原因是 。

3、下列關於熱值的說法正確的是( )

A、燃料不燃燒，其熱值爲零。

B、燃料不完全燃燒其熱值要變小。

C、.燃料的熱值與燃燒情況和質量無關，只與燃料種類有關。

D、燃料燃燒時放出熱量多的其熱值就大。

4、一個含0.6 kg無煙煤的蜂窩煤，能燒開5瓶水，而0.6 kg的液化氣可以供普通人家一天做飯、燒開水、洗澡用水。這樣看來不同的燃料的 不同，若q無煙煤=3.4×107J/kg，5瓶水的質量是9kg，從20℃到燒開，那麼這個煤爐的效率是 。(一個標準大氣壓下)

5、要提高熱機的效率，下列做法不可行的是( )

A、儘量減少廢氣帶走的熱量。

B、儘量保持機械部件之間有良好的潤滑。

C、儘量減少曲軸傳遞給飛輪的機械能。

D、儘量減少散熱損失。

6、煤和石油在燃燒時生成的氣體中含有大量的二氧化碳、氮氧化合物等，燃料的不完全燃燒還會產生粉塵和一氧化碳，這些 和 排放到空氣中，嚴重污染了大氣。

7、用煤炭燒開水，水實際吸收的熱量遠遠小於依照熱值計算的熱量，爲什麼?

作業設計

①一臺大型推土機的推力約爲3×104N，勻速推着土總行程達10km，消耗柴油約30.3kg,求推土機上裝的柴油機的熱機效率。

②點燃一隻無煙煤(0.6kg)，能燒開5瓶水，而點燃0.6kg的液化氣可以供普通人家燒一天的飯菜，開水還可以燒淋浴用的洗澡水。這樣看來：不同的燃料( )不相同。若q無煙煤=3.4×107J/kg，5瓶水的質量約爲9.5kg，從20℃燒開，那麼這個煤爐的熱效率是( )

板書設計

第四節 熱機效率和環境保護

一、燃料的熱值。

熱值：1千克的某種燃料完全燃燒時放出的熱量。

(1)符號：q

(2)單位：焦/千克。(J/kg)。或氣體燃料的熱值：J/m

3(3)熱值的物理意義:

(1) 公式： Q=mq或q=Q/m

二、熱機效率。

三、環境保護。

九年級上冊物理熱機教案4

【知識與能力目標】

1、理解內能可以轉化爲機械能。

2、知道熱機中能量的轉化。理解四衝程汽油機的構造和工作原理。

【過程與方法目標】 通過觀察汽油機模型和汽油機活動掛圖的演示理解汽油機的工作過程，能夠簡單描述汽油 機的四個衝程。

【情感態度價值觀目標】

1、通過觀察汽油機模型和汽油機活動掛圖的演示培養學生觀察理解問題的能力。

2、通過學習熱機的應用，激發學生的學習興趣，培養學生將科學知識應用於人類社會的意 識。

【教學重點】 理解內能可以轉 化爲機械能。

【教學難點】 汽油機四個衝程的理解。

◆ 課前準備 ◆ 1.多媒體課件。

2.實驗器材：試管、水、橡皮塞、酒精燈、火柴、汽油機模型、汽油機活動掛圖。

一、引入新課 1、複習提問：請舉例說明機械能可以轉化爲內能。 學生舉例：打氣時氣筒會發熱 用鋸子鋸木料時鋸條會發熱 2、剛纔的

事例都說明機械能可以轉化爲內能，那麼反過來想內能會轉化爲機械能嗎?

二、進行新課：

1、利用內能做功

(1)演示實驗：水蒸氣衝開橡皮塞 1

現象：在水沸騰一段時間後，橡皮塞被水蒸氣衝開。

思考： 這個實驗現象說明了什麼? 引導回答：說明了水蒸氣的內能會轉化爲橡皮塞的機械能。 師述：剛纔用酒精燈給試管中的水加熱，由於燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內能 會轉化爲機械能的效率較低。能不能把燃料移到內部去燃燒，來獲得更大的機械能?

(2)介紹書中的實驗：酒精燃氣衝開蓋子 學生看書中的內容，瞭解這個實驗的做法及實驗現象。 理解：這個實驗說明了酒精燃氣的內能快速轉化爲蓋子的機械能。 理解：這個實驗說明了把燃料移到容器的內部去燃燒，可以獲得更大的機械能。

2、蒸汽機 蒸汽機是最早的熱機。

(1)熱機的原理：將燃料燃燒時放出的內能轉化爲機械能的機器。

(2)熱機是熱力發動機的簡稱。

(3)閱讀：物理在線，瞭解熱機的發展史 蒸汽機――內燃機――噴氣發動機――火箭發動機 3、形形色色的熱機—汽油機 的工作過程

(1)今天我們來學習熱機中的內燃機的代表：汽油機。 內燃機：燃料在氣缸內燃燒的熱機。汽油機是最常見的內燃機，以汽油爲燃料。

(2)構造(觀看活動掛圖，邊指示邊講解) 。

進氣門，排氣門，火花塞，汽缸，活塞，連桿，曲軸。

(介紹名稱的同時，介紹各部分的功能) 。

(3)衝程：活塞從氣缸一端運動到另一端叫 做一個衝程。

(4)工作原理。 (結合活動掛圖的演示) (講解時提醒學生注意觀察活塞的運動方向、氣門的開閉、連桿、曲軸的運動情況) 內燃機的工作過程以一個循環爲一個單元，一個循環又分爲四個衝程。 開始工作前，活塞位於氣缸上端，進、排氣門均關閉。工作時，活塞由上向下運動，進 氣門打開，排氣門仍關閉。由於缸內體積增大，壓強減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣 缸。這是第一個衝程，吸氣衝程。 活塞運動到最下端，就開始轉爲向上運動。這時進氣門、排氣門都關閉，混合氣體被強 行壓縮，使氣體的溫度升高，壓強增大。此時 是機械能轉化爲內能。這是第二個衝程，壓 縮衝程。 壓縮結束時雖然溫度較高，但未能達到燃料的燃點。在壓縮衝程結束的瞬間，火花塞產 生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓氣體，高溫高壓燃氣推動活塞由上向下運動，通 過連桿帶動曲軸轉動。實現了內能向機械能的轉化。這是第三個衝程，做功衝 程。 2 做功衝程結束，活塞繼續由下向上運動，進氣門關閉，排氣門打開，燃燒後的廢氣被活 塞推出缸外。這是最後一個衝程，排氣衝程。 此後，活塞又由上向下運動，從此進入下一輪循環。

(5)重點強調能的轉化。 在壓縮衝程中活塞向上運動壓縮汽缸中汽油和空氣的混合 氣，機械能轉化爲內能。 在做功衝程燃氣對活塞做功，內能轉化爲機械能。 其餘三個衝程靠消耗飛輪的慣性來完成。

(6)熱機的啓動 熱機不能自行啓動。開始 運轉時，要靠外力使飛輪和曲軸轉動起來，由曲軸通過連桿 帶動活塞運動，以後內燃機才能自己工作。

(7)熱機的應用 汽油機比較輕巧，常用在汽車、飛機和小型農業機械上面。柴油比較便宜，但柴油機比 較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機、坦克上面。

4、教師介紹

(1)噴氣發動機

(2)火箭發動機

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教材分析：

本節教材講解四衝程汽油機的基本工作原理，並從能量轉化的角度認識燃料的熱值，對內能的利用在人類發展史上的重要意義，以及熱機效率都有闡述。 教學目標： 1.知識與技能

●瞭解四衝程汽油機的基本工作原理. ●從能量轉化的角度認識燃料的熱值.

●瞭解內能的利用在人類發展史上的重要意義. ●通過能量的轉化和轉移，認識熱機效率. 2.過程與方法

●通過演示實驗使學生了解可以利用內能來做功.

●利用動畫、圖片或模型講解四衝程汽油機的基本結構和工作原理. ●通過閱讀“科學世界”瞭解現代汽車的一些常識. ●通過學生討論瞭解燃料的熱值和熱機效率. 3.情感態度與價值觀

●通過演示實驗培養學生觀察和分析問題的能力. ●通過閱讀“科學世界”擴展學生的知識面. 教學重點與難點：

重點：汽油機的工作原理及能的轉化過程，燃料的熱值. 難點：熱機中的能量轉化及損失，瞭解熱機效率. 教學器材：酒精燈、試管 教學課時：1時 教學過程：

引入新課

用酒精燈給試管中的水加熱，由於燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內能的利用率較低。能不能把燃料移到內部去燃燒，來獲得更大的動力?

進行新課

內燃機：燃料在氣缸內燃燒的熱機 (1)汽油機

最常見的內燃機，以汽油或柴油爲燃料，分別叫做汽油機和柴油機我們首先介紹汽油機 ①構造(出示模型或掛圖。邊指示邊講解)。

進氣門，排氣門，火花塞，氣缸，活塞，連桿，曲軸。(介紹名稱的同時，介紹各部分的功能)

衝程：活塞從氣缸一端運動到另一端叫做一個衝程 ②工作原理。

(邊動作邊講解，並提醒學生注意觀察活塞、氣門、連桿、曲軸的動作情況)

內燃機的工作過程以一個循環爲一個單元，一個循環又分爲四個衝程 開始工作前，活塞位於氣缸上端，進、排氣門均關閉。工作時，活

塞由上向下運動，進氣門打開，排氣門仍關閉。由於缸內體積增大，壓強減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣缸。這是第一個衝程 活塞運動到最下端，就開始轉爲向上運動。這時進氣門、排氣門都關閉，混合氣體被強行壓縮，使氣體的溫度升高，壓強增大。這是第二個衝程

壓縮結束時雖然溫度較高，但未能達到燃料的燃點。在壓縮衝程結束的瞬間，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓氣體，高溫高壓燃氣推動活塞由上向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動。實現了內能向機械能的轉化。這是第三個衝程

做功衝程結束，活塞繼續由下向上運動，進氣門關閉，排氣門打開，燃燒後的廢氣被活塞推出缸外。這是最後一個衝程

此後，活塞又由上向下運動，從此進入下一輪循環。 ③能的轉化。

教師：汽車在開動前，是如何使內燃機起動的?學生回答後總結：通過外力先使飛輪和曲軸轉動起來，由曲軸通過連桿帶動活塞運動，消耗機械能來幫助內燃機完成吸氣、壓縮兩個衝程內燃機一旦開始做功，內能就會轉化成曲軸的機械能。這時曲軸獲得的機械能一部分通過做功，一部分通過飛輪(與曲軸相連的質量較大的輪子)保存起來。然後依靠飛輪的慣性再反過來向外輸出帶動曲軸轉動，靠消耗飛輪的機械能完成排氣以及下一循環的吸氣、壓縮。這樣內燃機就可連續工作下去了。

(2)柴油機

柴油機與汽油機有共同的地方，也有不同之處。

①柴油機與汽油機的相同點：都是內燃機;一個工作循環都要經歷四個衝程 ②柴油機與汽油機的不同點：

構造方面：柴油機沒有火花塞，而在相應位置上安裝的是噴油嘴;

工作過程上：吸入的氣體不同(汽油機吸入的是什麼?柴油機吸入的只是空氣); 壓縮情況不同(問：汽油機壓縮衝程末溫度、壓強多大?柴油機壓縮衝程末，氣體體積要小得多。所以壓強更大，溫度更高，這個溫度早已超過了柴油的燃點);

點火方式不同(汽油機靠火花塞點火。柴油機由於壓縮氣體溫度已超過柴油燃點，從噴油嘴噴入霧狀柴油便可立即燃燒。這種方式稱爲壓燃式);

用途方面：柴油機比汽油機便宜，但汽油機一般比柴油機輕巧，所以汽油機通常用在飛機、小汽車、摩托車及一些小型農用機械上。而柴油機一般用在艦船、載重汽車、拖拉機、坦克以及發電機等大型設備上。 小 結：

1、四衝程汽油機的基本工作原理.

2、燃料的熱值.

3、內能的利用在人類發展史上的重要意義 板書設計：

第四節 熱機

一、汽油機

1、構造：

2、工作原理：

3、能的轉化：

二、柴油機

1、柴油機與汽油機的相同點：

都是內燃機;一個工作循環都要經歷四個衝程

2、柴油機與汽油機的不同點： (1)構造方面：

(2)工作過程上：壓縮情況不同點火方式不同 (3)用途方面： 作 業：

(l)簡述四衝程內燃機的工作過程。 (2)回答下列問題：

①內燃機的四個衝程順序能顛倒嗎?爲什麼?

②內燃機一個工作循環活塞往復運動幾次?曲軸轉動幾周? 教學後記：

本節主要是對汽油機和柴油機的工作原理、構造的學習，同時，使學生知道燃料的熱值，讓學生明白節約能量的重要性。