2024-2025学年沪教版初中物理九年级（上）教案 第十三章第四节热机效率和环境保护

第十三章内能与热机第四节热机效率和环境保护设计说明“注重学生发展，改变学科本位”。本节阐述了有关燃料的热值，热机效率等物理概念，还涉及了科技发展史（热机的发展），生物、化学知识（酸雨的形成和对生物的影响），环境保护（大气污染）等方面的内容。通过具体分析，使学生认识到在利用燃料内能方面，也不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面，因此要建立热机效率的概念，并与机械效率作联系和类比。使学生了解内燃机的发展对人类进步起到的作用，同时要使学生认识到它给环境带来的污染问题。热值和热机的效率是本节课的重点。燃料的热值是人们生活、生产与贸易中经常用到的物理量。随着现代化进程的加快，人均消耗能源越来越多。煤炭、天然气、液化石油气、汽油、柴油等燃料的价格与其热值密切相关。为此，课标要求学生认识燃料的热值。热值反映燃料完全燃烧时放热的多少，是表示燃料性能的重要指标，燃料燃烧放出的热量是热机工作的能源，燃烧过程中存在效率和污染问题，这些都是学生需要了解的。热机、效率和环保等内容承载着对学生进行情感、态度与价值观教育的重要功能。教学目标【知识与技能】1.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向。2.对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的途径。【过程与方法】1.能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响，能大致说出燃料内能的利用与人类社会关系。2.能从科学的角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自学的环保意识。【情感、态度和价值观】能了解内能的利用和环境保护的关系，能激发起环境保护的意识。重点难点教学重点燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。教学难点热机效率的理解和环境保护。教学方法实验探究法教具、学具多媒体课件授课时数1课时教学过程导入新课人类在原始社会就会用火来取暖和煮饭，火的利用给人类社会带来了进步。时至今日，我们的日常生活都离不开燃料的帮助。不过随着社会的发展，我们日常生活中用来取暖和煮饭的燃料也在发生巨大的变化，木柴、煤炭、液化石油气、煤气、天然气……为什么会出现这样的变化呢？原来同样做熟一顿饭，由于利用的燃料不同，所需要的燃料的质量是不一样的，而且它们燃烧后产生的废气的影响也不相同，所以我们在选择燃料时希望选用单位质量的燃料燃烧时放出的热量多、价格低、安全、卫生、无污染，所以科学家们也在不断努力探寻着这些燃料，让我们生活得更精彩。讲授新课一、燃料的热值【投影展示】各种燃料：草木、煤炭、石油、酒精、汽油、煤气、天然气。【想一想】用质量相同煤油、酒精、纸屑烧水，相同时间内水升高的温度相同吗？这说明什么？【答案】不相同，因为不同的燃料燃烧放出的热量的本领不相同。【总结】燃料燃烧放出的热量跟燃料的质量和燃料的种类有关。大量实验表明：1.同种燃料完全燃烧时放出的热量跟它的质量成正比。2.相同质量的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量并不相等。【强调】完全燃烧——就是燃料全部烧尽的意思，即燃料的燃烧必须与充足的氧气发生完全氧化反应。【总结】1.某种燃料完全燃烧时放出的热量与所用该燃料的质量之比叫做这种燃料的热值。2.单位及符号：热值的符号：q，单位：J/kg（或J/m3【思考】我们应如何理解热值的概念？【教师点拨】1.理解时要注意关键词“完全燃烧”。2.热值的单位是焦/千克，符号为J/kg，有些燃料的热值单位用焦/米3，符号为J/m3.燃料的热值是反映燃料燃烧放热本领的物理量，是燃料本身的一种特性，不同燃料的热值一般不同，也有相同的，如汽油和煤油是不同的物质，但它们的热值都是4.6×107【思考】我们应如何理解“Q＝qm【教师点拨】1.根据热值的定义，1kg某种物质完全燃烧放出的热量为q，那么mkg这种燃料完全燃烧放出的热量应该是热值的m倍。如果用Q表示燃料完全燃烧释放的热量，用q表示热值，用2.计算时每个物理量都要用国际单位制单位，热量的单位是J，质量的单位是kg，热值的单位是3.计算的热量是燃料完全燃烧时所放出的热量。【思考】燃料燃烧时能量是如何转化的？发射火箭时为什么要使用液态氢作燃料？【教师点拨】1.在燃烧时能产生内能的物质称为燃料。燃料可分为固体燃料(如木柴、煤炭等)、液体燃料(如汽油、柴油、酒精等)和气体燃料(如氢气、煤气、天然气等)三种，人们可以从这些燃料的燃烧中获得内能，比如：用来取暖、煮饭，燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。2.在一般条件下，每千克氢气完全燃烧时，放出热量1.4×108J二、热机效率教师导入：同学们知道使用任何机械都存在效率问题，那么热机的效率是怎样的呢？【教师点拨】1.在内燃机中，由于燃料不完全燃烧，损失一小部分能量；排出废气温度较高，损失一大部分能量，还有一部分能量损失在机件向外散热及克服摩擦做功上，真正向外输出的有用机械能并不多，只占燃料所含化学能的一小部分。内燃机中能量损失图解：2.热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，叫做热机的效率。3.公式：η4.热机的效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，两辆同样的汽车以相同的速度行驶相同的路程，即做同样多的有用功，效率高的耗油量小。5.由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1，汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率可达30%～40%。柴油机的效率比汽油机的效率高，这主要是因为柴油机的构造和工作过程与汽油机有所不同，因为柴油机在压缩冲程中的压缩比比汽油机更大。6.提高热机效率的主要途径(1)使燃料充分燃烧；(2)尽量减少各种热损失；(3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术；(4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。【思考】热机的效率能达到100%吗？为什么？三、环境保护学生思考回答下列问题.1.热机的使用给人类带来了什么？2.为什么燃料燃烧会造成环境污染？3.环境污染有何危害？4.热机排出的废气含有哪些有害物质？5.热机造成的环境污染有哪些？6.如何正确地处理热机的利用与环境保护的关系？学生回答后教师订正：1.人们利用热机给人类文明带来了巨大的进步，促进了人类社会的发展，但在利用热机的同时，带来了环境污染，给人类生存造成了严重的威胁。2.燃料中有杂质，致使燃烧生成二氧化硫等有害物质；燃烧时的高温还会促使氮氧化合物的生成；燃烧不完全会产生粉尘和一氧化碳。3.影响人类健康；影响植物正常生长；影响全球气候；大气中的二氧化硫和氮氧化合物经化学反应后溶于水会产生酸雨。4.含有铅、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物质。5.热机造成的环境污染(1)废气污染：热机在工作过程中都要排放废气，这些废气含有铅、二氧化硫、二氧化碳等物质，严重污染空气，有害于人类健康和动植物的正常生长，产生的酸雨有害于农、林、渔业。导致城市空气污染的主要原因是各种车辆排放的废气，导致环境污染的主要原因是燃料燃烧后的废气、废渣以及各种废液的排放。(2)噪声污染：热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。6.减少热机造成的环境污染的措施(1)减少热机废气中的有害物质，如使用无铅汽油；(2)控制废气排放的总量；(3)充分开发、利用污染少和无污染的能源，如使用太阳能汽车；(4)在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。课堂小结一、燃料的热值1.某种燃料完全燃烧时放出的热量与所用该燃料的质量之比叫做这种燃料的热值。2.单位及符号：热值的符号：q，单位：J/kg（或J/m33.公式：Q二、热机效率1.对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值，叫做热机的效率。2.公式：η三、环境保护1.环境污染2.防治措施当堂达标1.关于燃料和热值，以下说法中正确的是（）A.燃料的热值与燃料的质量无关B.容易燃烧的燃料，热值一定大C.煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多D.为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料答案：A2.以下关于热值、内能和热量的说法中，正确的是（）A.酒精灯内的酒精用去一半后，酒精的热值减小B.温度相同的物体含热量也相等C.热量总是从内能大的物体传递给内能小的物体D.一块0℃的冰熔化成0答案：D3.下列提高热机效率的方法中，不可行的是（）A.减少各种热损失B.加润滑油减少机器各部件之间的摩擦C.充分利用废气的能量，如建热电站D.采取少消耗总能量的办法答案：D4.汽车发动机是典型的热机，随着生活水平的提高，汽车已逐渐进入百姓家庭，为人们的出行带来了方便，但汽车尾气的排放对环境造成了严重的破坏，下列控制汽车尾气的污染的措施中，不可行的是()A.制定严格排放标准B.推广无铅汽油C.发展电动汽车D.淘汰汽车答案：D5.下列措施中，不能提高热机效率的是()A.改善燃烧条件，使燃料充分燃烧B.采用新技术尽量减少各种热量损失C.保证良好的润滑，减少传动部分的摩擦D.选用热值较大的燃料答案：D6.干木柴的热值是1.2×107J/kg，它的物理意义是__________________。如完全燃烧答案：1kg干木柴完全燃烧放出的热量是7.有一箱木炭，其质量是10kg，木炭热值为3.4×107J/kg。答案：3.4×108.一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：气缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％答案：35%9.某校教师组织兴趣小组调查学校使用的几种炉灶的能量利用效率。他们发现学校的一个老式锅炉烧水时，经常冒出大量的黑烟，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因，并提出相应的改进措施。答案：①锅炉冒出大量的黑烟，煤不能完全燃烧；②锅炉周围的温度很高，说明向周围散失的热量太多。改进