《第2节 热机的效率 第1课时》示范课教学设计【初中物理人教版九年级】

2/2第2节热机的效率教学设计教学目标1．从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。2．能简单计算燃料燃烧释放出的热量。3．能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机效率。教学重难点1．燃料的热值和热机的效率。2．对热机效率的理解。教学用具酒精、纸片、烧杯、水、温度计、多媒体课件等。相关资源【知识解析】《热值》视频资源、【知识解析】《热机的效率》视频资源、【教学图片】《一些燃料的热值》图片资源等。讲授新课新课引入人类利用燃料的过程，经历了木柴、煤炭到现在的石油资源。同学们思考下这些燃料有何不同？早期的蒸汽火车为什么要用煤作燃料？可木柴可以吗？讲授新课一、燃料的热值教师提问：人类从哪里获得内能？学生讨论并回答，人们利用燃料燃烧来取暖、煮饭，热机也是利用燃料燃烧来获得动能的。燃料在燃烧过程中将化学能转化成内能。教师提问：生活中常见的燃料有哪些？学生讨论并回答，生活中常见的煤、柴草、秸秆等都属于固体燃料；汽油、柴油、酒精等都属于液体燃料；煤气、天然气都属于气体燃料。教师出示图片并提问：燃料燃烧时放出的热量的多少与哪些因素有关？学生讨论并回答，燃料燃烧时放出的热量的多少与燃料的质量、燃烧程度有关。同种燃料质量越大、燃烧越充分，放出的热量越多。燃料燃烧时放出的热量的多少还可能与燃料的种类有关。教师播放视频【知识解析】《热值》。（此图为《热值》视频资源截图）不同的内燃机会使用不同的燃料，这是不是由燃料燃烧时放出的热量不同而决定的？首先我们通过下面的实验，来比较不同燃料燃烧时放出的热量。用天平测量出10g酒精和10g碎纸片，将其分别放入两个燃烧皿中，点燃后对质量相等的水（约200g）加热，使酒精和碎纸片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。可以看出，经过酒精加热的水的温度明显高于碎纸片加热的水的温度。这说明质量相等的酒精和碎纸片燃烧时放出的热量不同。现在你知道为什么汽车会使用不同的燃料了吧？学生观看实验并讨论，质量相同的不同燃料燃烧时放出的热量不同。教师指出，不同的燃料，即使质量相同，完全燃烧放出的热量也是不同的，这个特性可以用热值表示。教师指出：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某种燃料完全燃烧放出的热量。国际单位：焦每千克，符号：J/kg；或焦每立方米，符号：J/m3。（气体燃料的单位）教师课件展示一些燃料的热值。将某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量的比值叫做这种燃料的热值。让我们来看看常见燃料的热值吧！干木柴的热值约1.2×107J/kg；烟煤的热值约2.9×107J/kg；无烟煤的热值约3.4×107J/kg；焦炭的热值3.0×107J/kg；木炭的热值3.4×107J/kg；酒精的热值3.0×107J/kg；柴油的热值约4.3×107J/kg；煤油的热值4.6×107J/kg；汽油的热值4.6×107J/kg；氢的热值1.4×108J/kg；煤气的热值约3.9×107J/m3；沼气的热值约1.9×107J/m3。从这些有关燃料热值的数据中，你有什么收获？学生讨论并回答，热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否完全燃烧无关。教师出示图片并提问：氢的热值是1.4×108J/kg，说明其物理意义。学生讨论并回答，氢的热值是1.4×108J/kg，其物理意义是1kg的氢完全燃烧释放出的热量是1.4×108J。从热值表中可知，氢的热值是最大的，说明氢燃烧释放热量的本领是最强的。氢也是密度最小的，相同条件下，它最轻。教师出示题目：计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？计算一下10m3煤气完全燃烧放出多少焦耳的热量？学生讨论并回答，氢完全燃烧放出热量=热值×质量=10×103kg×1.4×108J/kg=1.4×1012J。煤气完全燃烧放出热量=热值×体积=10m3×3.9×107J/m3=3.9×108J。教师指出，我们可以用公式来表示燃料完全燃烧放出热量的多少。Q放=mq或Q放=Vq二、热机的效率1．热机的效率教师出示图片并提问：在实际利用燃料时，燃料能够完全燃烧吗？放出的热量能够全部利用吗？学生讨论并回答：在实际利用燃料时，燃料很难完全燃烧，而且放出的热量散失的很多，不能被完全利用，有效利用的只是其中一部分。教师出示图片并介绍：我们把有效利用的热量与完全燃烧（理想情况下）放出的热量的比值叫做燃料的利用率。教师播放视频《热机的效率》。汽车、轮船、挖土机、火箭，它们都是依靠内燃机中的燃料燃烧，将内能转化为机械能获得能量来工作的，燃料全部都用来做功了吗？在内燃机中燃料是否完全燃烧？燃料燃烧释放的能量除了用来转化为机械能，还有别的去向吗？【知识解析】《热机的效率》。（此图为《热机的效率》视频资源截图）学生观看视频后讨论，热机在工作过程中造成能量损失的因素有：1．燃料很难全部燃烧；2．排出的废气带走能量；3．热机部件要散热；4．克服运转机件之间的摩擦消耗能量。教师指出：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。η=Q有/Q放=W有/Q放。Q有：用来做有用功的那部分能量；Q放：燃料完全燃烧放出的能量。热机的效率η总小于1。让我们来看看一些热机的效率，蒸汽机的效率4%-8%；蒸汽轮机的效率25%-30%；燃气轮机的效率50%-60%；汽油机的效率26%-40%；柴油机的效率34%-45%；喷气发动机的效率50%-60%。2．提高热机的效率的方法教师提问：如何提高热机的效率，节约能源，减少污染？学生讨论并回答：提高热机的效率的主要途径：（1）在热机的设计和制造上，采用先进的技术；（2）尽可能使燃料充分燃烧；（3）尽量减少各种热量损失(利用废气来供热)；（4）使用时注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。教师出示图片并提问：在热机的各种能量损失中，废气带走的能量最多，怎样设法利用废弃的能量，提高燃料的利用率？学生讨论。教师介绍：热电站是利用蒸汽机的废气来供热的。这种既供电又供热的热电厂，比一般火电厂来，虽然没有提高蒸汽机的效率，但却提高了燃料的利用率。典型例题例1下列关于热值的说法正确的是（）A．2kg煤的热值大于1kg煤的热值 B．燃料热值越大，燃烧放出的热量越多 C．燃料燃烧不完全时热值变小 D．燃料的热值是燃料本身的一种特性，与其它因素无关解析：A选项，燃料的热值仅与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，故A错误。B选项，燃料的热值越大，只有在相同质量并且完全燃烧的情况下，放出的热量才越多，质量少、燃烧不完全放出的热量就少，故B错误。C选项，热值与燃料是否完全燃烧无关，故C错误。D选项，热值是燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与其他因素无关，故D正确。答案：D例2热机的效率是热机性能的重要指标。国产奇瑞E4T15B发动机的效率为37%，某发动机的效率为33%。如果上述两款发动机工作时汽油均完全燃烧，下列表述正确的是（）A．奇瑞E4T15B发动机消耗1kg汽油获得的有用功更多 B．奇瑞E4T15B发动机消耗1kg汽油释放的内能更多 C．奇瑞E4T15B发动机消耗1kg汽油散失的内能更多 D．奇瑞E4T15B发动机工作时消耗的燃料一定更少解析：国产奇瑞E4T15B发动机的效率为37%，某发动机的效率为33%，即国产奇瑞E4T15B发动机的效率高，有用功占总功的比例高。A选项，奇瑞E4T5B发动机消耗1kg汽油获得的有用功更多，即消耗相同的燃料，奇瑞E4T5B做的有用功越多，则有用功占总功的比例越高，即效率越高，故A正确。B选项，根据Q＝mq知，发动机完全燃烧1kg汽油释放的内能相同，故B错误。C选项，奇瑞E4T15B发动机的效率高，有用功占总功的比例越高，散失的内能少，故C错误。D选项，奇瑞E4T15B发动机的效率高，是有用功占总功的比例越高，但工作时消耗的燃料不一定更少，故D错误。答案：A课堂小结一、燃料的热值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。2．单位：焦每千克，符号：J/kg；或焦每立方米，符号：J/m3。二、热机的效率