(新)人教版物理九年级《第2节 热机的效率》(导学案)

第2节热机的效率课题热机的效率课型新授课
教学目标
知识与技能
1.从能量转化的角度认识燃料的热值.知道燃料热值的物理意义
及其单位.
2.了解内能的利用在人类开展史上的重要意义.
3.通过能量的转化和转移，认识热机效率.
过程与方法
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，了解提高热机效率的
具体措施.
情感、态度与
价值观
1.通过学习提高热机效率的具体措施，帮助学生提高节能意识；
初步认识科学技术的开展对自然环境造成的影响，增强环保意识.
2.通过燃料燃烧放出有害物质的学习，使学生初步认识到事物都
是一分为二的，培养学生初步的辩证的观点，养成辩证看问题的良
好习惯.
教学重点燃料的热值，热机效率的计算
教具
准备
多媒体课件
教学难点
热机中的能量转化及损失，提高
热机效率的具体措施
教学
课时
1.5课时
课前预习
1.燃料的热值
〔1〕物理学中，把某种燃料完全燃烧时放出的热量与其质量之比叫做这种燃料的热值，可用字母q表示，它是燃料的一种特性.热值在数值上等于1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量.
〔2〕热值的单位一般是焦每千克，符号是J/kg .但对于气体燃料，热值在数量上等于1m3燃料在标准状态下完全燃烧放出的热量，因此气体燃料的热值单位是焦每立方米，符号是J/m3.
〔3〕燃料燃烧的过程中，燃料储存的化学能转化为内能.
2.热机的效率
〔1〕对于热机而言，燃料释放的能量只有一局部用来做有用功，还有相当一局部能量散失了.用来做有用功的那局部能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率.
〔2〕热机的效率是热机性能的重要指标.热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少(选填“多〞或“少〞)的燃料，从而节约能源，减少污染.
〔3〕提高热机效率的途径：①尽量减小各种热量损失；②保持良好的润滑，尽量减小摩擦；③尽可能使燃料充分燃烧等.
备课笔记
稳固复习
教师引导学生复习上一节内容，并讲解布置的作业〔教师可针对性地挑选局部
难题讲解〕，加强学生对知识的稳固.
新课
导入
教师提问：汽油机以
燃料，你还见到过哪些燃
学生答复后，教师归
的主要途径是燃料燃烧，
进
行
新
课
燃料的热
1.热值的概念
师我们知道，燃料
一般可分为固体燃料〔如
氢气、煤气、天然气等〕
观察，分析一下：你家做
不同燃料燃烧时放出的热
各小组的学生回忆、
教师收集整理得出结
料的这种特性，物理学中
师大家再回忆下，燃
的多少呢？
生：有影响，完全燃
些.
师因此，为了便于
1kg，比较放出热量多少
热值就小.
板书：热值：
〔1〕定义：某种燃料
热值在数值上等于1kg某
〔2〕单位：在国际
的单位是焦每千克，符号
〔对于气体燃料，热
量，单位是焦每立方米，
〔3〕计算公式：Q
教师总结：对于热值
“热量与其质量之比〞.
①“某种燃料〞是说
同的燃料有不同的热值.由
的这种燃料完全燃烧时放
备课笔记
特别提醒：
热值是反映燃料完
2.计算时要注意燃料的种类、燃烧是否完全.
进行新课
②“完全燃烧〞的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小.
③“热量与其质量之比〞可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同.
2.热值是燃料的属性
教师引导学生阅读教材P23“小资料——一些燃料的热值〞.先让学生通过查表找出以下燃料的热值：干火柴、无烟煤、焦炭、酒精、柴油、汽油、液态氢，然后说出它们的物理意义.例如酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示的意义是酒精完全燃烧时，放出的热量与其质量之比为3.0×107J/kg.
教师鼓励学生积极发言，并继续提问：
〔1〕热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？
〔2〕火箭上为什么用液态氢作燃料？
〔3〕热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？
生：〔1〕表中热值最大的是氢〔1.4×108J/kg〕，热值最小的是干木柴〔1.2×107J/kg〕.
〔2〕火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大.
〔3〕热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值.
教师鼓励学生的答复，并进行总结和板书.
板书：热值反映了所有能燃烧的物质的一种性质，反映了不同燃料在燃烧过程中，化学能转化为内能的本领的大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均没有关系.
【例1】甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量较多，那么〔〕
A.甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值
B.甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量
C.甲燃料的质量和热值都比乙燃料的大
D.甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小
解析：Q放的大小与质量m和燃料的热值q都有关，即Q放=mq，因此，甲放出的热量较多，其质量和热值不一定大，但是质量和燃料热值的乘积一定大，故应选D.
答案：D
【例2】在一次物理实验中，共燃烧酒精42g，如果酒精完全燃烧，则能释放多少热量？这些热量被10kg的水完全吸收，水的温度能上升多少摄氏度？［酒精的热值q=3.0×107J/kg，水的比热容c=4.2×103J/〔kg·℃〕］
解：Q放＝mq＝42×10-3kg×3.0×107J/kg=1.26×106J，
由Q放＝Q吸＝cmΔt得：∆6
3
1.2610J
30
4.210J/kg?10kg
吸＝℃，
（℃）
Q
t
cm
⨯
==
⨯⨯
即酒精完全燃烧释放的热量是1.26×106J；水的温度能上升30℃.
进行新课加上燃料不可能完全燃烧.也就是说，燃料的利用率只是一局
部.下面我们就一起来认识“燃料的利用率〞.
〔教师还可以利用画扇形图的方法来形象表示燃料燃烧
放出热量、散失热量、未燃烧的燃料所占的比例，以加深学生
对燃料利用率的理解〕
板书：〔1〕燃料的利用率就是有效利用的热量与燃料完全
燃烧放出的热量之比.
〔2〕公式：η100%
有
放
Q
Q
=⨯
师我们知道通常的锅炉，燃料的利用率都比较低，例如取暖用的小型锅炉，我
们应该如何采取措施来提高燃料的利用率呢？请同学们分组讨论后积极发言.
生1：可以让燃料尽可能地充分燃烧，如把煤块磨成煤粉或煤粒，用鼓风机吹
进炉膛.
生2：可以减少各种热量损失，如加大与氧气的接触面积或加大受热面积，减
少烟气带走的热量.
教师鼓励学生的答复，并进行总结和板书.
板书：提高燃料利用率的方法：
〔1〕让燃料尽可能地充分燃烧；
〔2〕减少各种热量损失.
2.热机的效率
师前一节课时，我们学习了热机，我们知道热机也是利用燃料燃烧时产生的内
能来做功的，那么热机燃烧汽油或柴油时释放的能量是
否被充分利用来做功了呢？
生：当然没有.
师那能量都到哪里去了？大家可通过查阅资料，
交流和讨论等多种形式去了解.
教师总结：热机的各种能量损失中，废气带走的能
量最多，其次是散热损失、机械摩擦损失等.而用来做有用功的能量只有一小局部.
通常汽油机的效率为20%至30%，柴油机的效率为30%至45%.
板书：〔1〕热机的效率就是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧释放出的能
量之比.
〔2〕公式：η100%
有
放
W
Q
=⨯
师热机的效率是热机性能的重要指标.热机的效率高，在做功同样多的情况下，
就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染.在设计和制造热机时，我们要不断改
进和创新，以减少各种能量损失，提高效率.下面就请同学们积极发言，说出具体措
施.
生1：在热机的能量损失中，废气带走的能量最多.我们可以设法利用这些废气
的能量.
生2：热机在运行过程中，机器间的摩擦消耗了局部能量，我们可以通过加润
滑油的方式来减小摩擦.
生3：尽可能地使燃料充分燃烧.
备课笔记
知识拓展：
由于燃料很难完全
燃烧，燃料燃烧放出的热
量散失较多，所以热机做
有用功的能量只是燃料
燃烧放出热量的一局部，
热机的效率总小于1.
进
行
新
课
教师鼓励学生的答复
板书：提高热机效率
〔1〕尽量减小各种
〔2〕保持良好的润
〔3〕尽可能使燃料
教师引导学生阅读教
有关火箭开展史的介绍和
方面的教育〕
【课堂交流、小结与
师同学们，我们通
生1：通过学习，我
多少与燃料种类、燃烧程
生2：热值是燃料的
燃烧状况无关.
生3：根据热值的物
完全燃烧放出的热量为1
热量为Q放=mq.
生4：热机的燃料利
散热损失、机械摩擦损失
……
特别提醒：
功率是表示物体做功快慢的物理量，而效率是指用来做有用功的那局部能量跟燃料完全燃烧放出的能量之比，反映的是能量利用率的问题.
布置作业：教师引导学生课后完本钱课时对应练习，并预习下一课时内容.
第二课时
一、明确目标：
1、知道几个力的共同作用效果可以用一个力来代替，这个力就是那几个力的合力．
2、能举例说明什么是力的合成．
3、知道同一直线上方向相同和相反的两个力的合成方法．
二、自主预习：
1、几个力共同作用在一个物体上时，它们的作用效果可以用一个力来代替，这个力称为那几个力的。

如果几个力的大小和方向，求合力的大小和方向，称为。

2、沿同一直线作用的两个同方向的力，其合力方向不变，大小是这两个力的大小之。

沿同一直线作用的两个反方向的力，其合力方向与其中较的力的方向一致，大小是这两个力的大小
之。

3、教室内悬挂的电灯受力和力，这两个力的合力为，电灯处于静止状态。

三、合作探究：
探究活动一：理解合力的概念
1、观察教材中图
7-26，并提出问
题：请分别说出
提水桶的力和
拉车的力各是
几个？
_____________
_____________
____________
2、一个大人提水桶
孩共同提水桶的力的效果相同吗？
_________________________________
3、两头毛驴拉车的力与一匹马拉车的力的效果相同吗？
_______ ______________________
4、总结合力和力的合成概念:
合力:_________________________________________________.
力的合成：______________________________________________________.
探究活动二：同一直线上二力的合成
●设计实验
以橡皮筋为研究对象，使橡皮筋的一端固定，先用两个力〔同一直线上〕作用在橡皮筋的另一端，使其沿某一方向伸长至某一点，再用一个力作用于该端，并使它也沿该方向伸长至该点，以保证这一个力的作用效果与刚刚的两个力共同的作用效果相同。

比较这一个力与刚刚的两个力之间的关系。

●进行实验
1、先把白纸用图钉固定在水平木板上，再用图钉
将带有两个细绳套的橡皮筋的一端也固定在木板上，
如图12－1所示。

2、用两个弹簧测力计分别钩住橡皮筋上的两个细
绳套，用适当的力朝同一个方向将橡皮筋拉到某一位
置O，在白纸上记下O的位置并将两个力的大小记录
在表12－１中。

图12－1
3、换用一个弹簧测力计将橡皮筋朝同一个方向也拉到Ｏ点，记录下弹簧测力计的拉力大小并填入表12－１中。

表12－1 同一直线上同方向二力的合成
力的大小F/N 方向用两个弹簧测力计拉F1=F1+F2=同向
F2=
用一个弹簧测力计拉F=
4、用两个弹簧测力计分别钩住橡皮筋上的两个细绳套，
用适当的力朝相反方向将橡皮筋拉到某一位置Ｏ′，如图
12－２，在白纸上记下Ｏ′的位置并将两个力的大小记录
在表12－２中。

5、换用一个弹簧测力计将橡皮筋也拉到Ｏ′点，
记录下弹簧测力计的拉力大小并填入表12－２中。

图12－２
力的大小F/N 方向用两个弹簧测力计拉F′1= F′1+F′2= 反向
F′2=
用一个弹簧测力计拉F′=
●分析与论证
通过探究以及整理分析数据，可知：沿同一直线作用的两个同方向的力，其合力方向，大小是这两个力的；沿同一直线作用的两个反方向的力，其合力方向。

，大小是这两个力的
●评估
实验中两个拉动橡皮筋的力的方向不要产生夹角，应保持在同一直线上，并且保持测力计拉杆与木板平行，观察时不仅要注意观察记录合力的大小，也要注意观察记录合力的方向。

●交流
各小组成员比照实践活动，互相交流后再思考：假设同一条直线上的多个力作用在同一物体上，该怎样合成呢？
四、当堂反响：
1、作用在同一直线上的两个力，合力为12 N，假设其中一个力的大小为15 N，则另一个力的大小为________．
2、向下抛出质量为5 kg的物体，它所受的重力是________N．假设物体在竖直下落的过程中，受到的阻力为3 N，它所受的合力大小是________N，合力的方向________．
3、同一直线上的两个力F1和F2作用在同一物体上，F1＝20 N，F2＝30 N．它们的合力可能是〔〕
A．大小为50 N，
方向与F1相反B．大小为50 N，方向与F2相反
C．大小为10 N，方向与F1相同D．大小为10 N，方向与F2相同
4、一个物体受到同一直线上的两个力的作用，其合力的大小是120 N，其中一个力的大小是150 N，那么另一个力的大小可能是〔〕
A．270 NB．230 NC．80 N D．30N
五、拓展提升：
1、以下关于同一直线上两个力与它的合力大小的说法中，正确的选项是〔〕
A、合力的大小等于两个力的大小相加
B、两个力的合力一定大于其中任何一个力
C、两个力的合力不可能小于两力之差
D 、两个力的合力不可能大于两力之和
2、同一直线上的两个力的合力为1000N，其中一个力的大小为400N，则另一个力的大小
〔〕
A、一定是600N
B、可能等于600N
C、可能等于1400N
D、可能大于1400N:学科网]
3、水平面上一个物体分别受到向左F1和向右F2两个力的作用，开始时F1小于F2，当向左的力逐渐变大时，物体所受水平方向合力的大小〔〕
A、不断变大
B、不断变小
C、先变大后变小
D、先变小后变大
4、把一个重为2N的苹果竖直向上抛出，苹果在空中受到重力和空气阻力的作用。

假设苹果在上升和下降过程中所受合力的大小分别为F1、F2，则〔〕
A、F1可能小于F2
B、F1可能等于F2
C、F1一定等于F2
D、F1一定大于F2
5、研究同一直线上方向相同的两个力合成的实验如下列图，
实验过程中，需要同时用力F1、F2拉弹簧和单独用力F拉弹簧，这
两次拉弹簧应使弹簧的下端到达的位置〔先填“不同〞
或“相同〞〕．
6、小明和小红用向上的力共同提起一桶水，桶和水共重200N，小明的拉力为120N，小红的拉力为90N，那么这桶水所受的合力大小为N，方向．
7、用8N竖直向下的力把重5N的木块紧紧压在地面上，地面受到的压力是N；如果用同样大小的力把同样重的木块紧紧压在天花板上，天花板受到木块的压力是N．
8、F1、F2为同一直线上的两个力，它们的合力为F，以下关于F1、F2和F的大小及关系的说法中，正确的选项是〔〕
A、F不可能为零
B、F一定大于F1，也大于F2
C、F一定大于F1、F2中较小的那个力
D、F可能比F1、F2都小
9、竖直上抛一个小球，小球上升和下降时受到空气阻力作用，阻力小于小球重力且不变，假设小球上升时受到的合力是F1，下降时受到的合力是F2，则F1 F2〔填“大于〞“小于〞或“等于〞〕
10、一个物体始终只受到两个力F1和F2的作用，一开始物体处于静止状态，且F1=F2。

在t1时间内保持F1不变，只改变F2的大小，此过程中物体所受合力的方向始终与F1方向相同。

如图12-3中可以表示F2大小随时间变化的图像是〔〕
11、一个质量为50千克的人，站在水平地面上，人受哪些力的作用？这些力的合力多大？
12、一个重为1千克的物体，要测出其受到的重力，现只有两个完全相同的弹簧测力计，每个的量程都是5N，能利用它们来测量这个物体受到的重力吗？说出你的方法．[
1、两个小孩能提起一桶水，一个大人同样能提起这桶水，这现象说明________．
2、作用在同一直线上的两个力，假设两力的方向相同，其中一个力的大小为15 N，则另一个力的大小为12 N，合力为________．假设两力的方向相反，其中一个力的大小为15 N，则另一个力的大小为12 N，合力为________．
科§网
3、放在水平桌面上的木块受到5N水平向左的拉力作用和8N水平向右的拉力作用而运动，其效果可用一个大小为N，方向的力来代替，这个力是它们的．
4、图中，甲同学用力100N，乙同学用力200N 〔二力在同一直线上〕，则：在〔1〕图中，合力为N，方向；在图〔2〕中，合力为N，方向．
5、一群人和一头大象拔河．设在拔河过程中大象和人群的拉力都是2×104，则绳所受的合力
F1
F2 F
是N．
6、物体在水平方向受到两个力的作用，该两个力的合力如图1所示，F1＝35 N，方向向右，则另一个力F2的大小和方向是〔〕
A．15 N，向右B．55 N，向右
C．15 N，向左D．55 N，向左
7、一个物体受到同一直线上的两个力的作用，其合力的大小是120 N，其中一个力的大小是150 N，那么另一个力的大小可能是〔〕
A．270 N B．230 N C．80 N D．30N
8、一辆小车重200 N，放在光滑水平地面上，甲用50 N水平力向东拉，
乙用30 N的水平力向东推，求这辆小车在水平方向所受的合力大小和方向．
质疑与反思：。