2017年秋九年级物理全册15.2热机的效率导学案新人教版.docx

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发展史上的重要意义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发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部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了.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 ，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：尽量减小各种热量损失；保持良好的润滑，尽量减小摩擦；尽可能使燃料充分燃烧等.备课笔记巩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部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.新课导入教师提问：汽油机以汽油为燃料，柴油机以柴油为燃料，现代火箭以液态氢为燃料，你还见到过哪些燃料？燃料在燃烧的过程中是什么能向什么能转化？学生回答后，教师归纳指出：燃烧时是化学能转化为内能，目前人类获得内能的主要途径是燃料燃烧，下面我们就一起学习关于燃料燃烧及其利用的相关知识.进行新课 燃料的热值1.热值的概念师 我们知道，燃料是指在燃烧时能产生内能、光能的物质.燃料的种类很多，一般可分为固体燃料（如木柴、煤等）、液体燃料（如汽油、柴油等）和气体燃料（如氢气、煤气、天然气等）.下面请同学们根据自己家里通常用到的燃料，结合平时的观察，分析一下：你家做同样一餐饭需要消耗多少不同的燃料？想想，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量是不是相同的？各小组的学生回忆、交流和讨论，发表各自建议.最后由每组代表发言.教师收集整理得出结论：相同质量的不同燃料燃烧放出的热量不同.为了表示燃料的这种特性，物理学中用“热值”这个物理量来描述.师 大家再回忆下，燃料燃烧时燃烧是否完全呢？燃烧程度会不会影响放出热量的多少呢？生：有影响，完全燃烧时放出的热量多些，未完全燃烧时放出的热量自然要少些.师 因此，为了便于科学比较，就统一用燃料“完全燃烧”，而且燃料质量取1kg，比较放出热量多少，放出热量多，那么它的热值就大，反之，放出热量就少，热值就小.板书：热值：（1）定义：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.热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量.（2）单位：在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg.（备注：对于气体燃料，热值在数值上等于1m3燃料在标准状态下完全燃烧放出的热量，单位是焦每立方米，符号是J/m3）（3）计算公式：Q放=mq或Q放=qV教师总结：对于热值的理解，我们要抓住三个关键词：“某种燃料”、“完全燃烧”、“热量与其质量之比”.“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关.确定的燃料才有确定的热值，不同的燃料有不同的热值.由此可见，热值反映了燃料的燃烧特性.热值大，反映1kg的这种燃料完全燃烧时放出的热量多，或者说，化学能转化成的内能多.备课笔记特别提醒：热值是反映燃料完全燃烧释放热量本领大小的物理量，所谓“完全燃烧”只是一个理想的燃烧过程，在实际中是难以实现的，所以理论的计算与实际有较大的差异.易错提醒：1.只有燃料燃烧时放热，才能用Q放=mq计算，不要与物体温度降低时放热公式混淆.2.计算时要注意燃料的种类、燃烧是否完全.进行新课“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.“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下列燃料的热值：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3.0107J/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3.0107J/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（1.4108J/kg），热值最小的是干木柴（1.2107J/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.教师鼓励学生的回答，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=3.0107J/kg，水的比热容c=4.2103J/（kg）解：Q放mq4210-3kg3.0107J/kg=1.26106J，由Q放Q吸cmt得：即酒精完全燃烧释放的热量是1.26106J；水的温度能上升30. 热机的效率1.燃料的利用率师 我们知道，在用煤、煤气或天然气给盛水的壶烧水时，燃料燃烧放出的热量不是被水全部吸收，有一部分被壶、炉灶吸收，有一部分散失到周围的空气中，再备课笔记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部分.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）燃料的利用率就是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比.（2）公式：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.教师鼓励学生的回答，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部分.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：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部分能量，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部分，热机的效率总小于1.进行新课教师鼓励学生的回答，并进行总结和板书.板书：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.教师引导学生阅读教材P25STS从火车到火箭短文.（通过有关火箭发展史的介绍和火箭应用方面知识的学习，使学生受到良好的热爱科学等方面的教育）【课堂交流、小结与拓展】师 同学们，我们通过本节课的学习，你们都有哪些收获呢？请相互交流、讨论.生1：通过学习，我知道了不同的燃料燃烧时放出的热量不同，放出的热量的多少与燃料种类、燃烧程度有关.生2：热值是燃料的一种属性，每种燃料都有自己的热值，它与质量、体积、燃烧状况无关.生3：根据热值的物理意义，如干木柴的热值q为1.2107J/kg，即1kg干木柴完全燃烧放出的热量为1.2107J，那么，质量为mkg的干木柴完全燃烧可以放出的热量为Q放=mq.生4：热机的燃料利用率很低，燃料燃烧时释放的能量有多种去向：废气带走、散热损失、机械摩擦损失，而真正用来做有用功的能量只占很少一部分.教学板书课堂小结同学们，我们通过本节课的学习，收获了不少知识.我们认识了燃料的热值、燃料的利用率和热机的效率，我们进一步学习了提高热机效率的方法，知道了环境保护的重要意义.为了人类生存环境的健康持续和谐发展，我们必须树立节能和环保意识，倡导低碳生活.好，谢谢大家！备课笔记特别提醒：进行热值相关计算时要特别注意单位的统一.教材习题解答想想议议（P22）燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等.根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？要找出事实来支持你的观点，并进行分析. 解：相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不同的.因为在家中烧水时，烧开同样一壶水需要的木柴质量多，而用煤气质量却很少，这说明相同质量的木柴和煤气燃烧时放出的热量是不同的.想想议议（P24）在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？解：内燃机中的燃料不能完全燃烧，燃料燃烧释放的能量除了提供有用的机械能外，还有散热损失的能量、机械摩擦损失的能量和排出的废气带走的能量.动手动脑学物理（P26）1.汽油的热值为4.6107J/kg.这个数值究竟有多大？有人通过一个具体例子来认识汽油热值的大小：一个60kg的人，从大厦的1楼步行至第11楼（走了10层楼），每层楼的层高为3m，他克服重力做了多少焦耳的功？如果汽油完全燃烧获得热量的焦耳数和这些功相等，需要汽油的质量是多少？这大约相当于生活中什么物体的质量？解：克服重力做功W=Gh=m人gh=60kg10N/kg30m=1.8104J；汽油完全燃烧放热Q放=W=m汽油q，需要汽油的质量相当于6根火柴的质量.（一根火柴质量约65mg，其他物体合理即可）2.如果燃烧干木柴跟燃烧煤油放出的热量相等，干木柴的质量应该等于煤油质量的几倍？请列出相关计算式来说明理由.解：因为Q放=m木柴q木柴=m煤油q煤油，查出q木柴=1.2107J/kg，q煤油=4.6107J/kg，所以即干木柴的质量应该等于煤油质量的3.83倍.3.全球汽车保有量在迅速增长，截至2011年，全球处于使用状态的汽车数量已突破10亿辆.每辆汽车每年耗油1.8t，汽车内燃机的效率平均值取30%.如果能把内燃机效率提高1%，全球每年可以节约多少燃油？解：效率提高前后每辆汽车需要消耗的有用能量相等，所以30%Q总前=（30%+1%）Q总后，则30%m前q=31m后q，1.742t，10亿辆汽车节省的汽油质量为109（1.8-1.742）t=5.8107t.4.提高热机的效率具有哪些积极意义？请你列出一个回答问题的提纲，不必展开陈述.解：节约能源、减少环境污染等.（解答本题可从节约能源及减少环境污染等方面来考虑，答案合理即可）备课笔记特别提醒：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部分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.难题解答【例3】为了响应国家“节能减排”的号召，同学们讨论家