14.2 熱機(jī)的效率【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能1、知道在燃燒過程中燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;2、知道什么是燃料的熱值和單位，會(huì)查燃料熱值表.過程與方法1、從生活中體會(huì)不同燃料燃燒釋放熱的本領(lǐng)不同，建立熱值的概念。2、能簡單計(jì)算某種燃料完全燃燒放出的熱量。3、能說出熱機(jī)工作時(shí)燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機(jī)的效率。情感態(tài)度與價(jià)值觀結(jié)合有效利用燃料的途徑，使學(xué)生懂得節(jié)約和充分利用能源的重要意義.【教學(xué)重難點(diǎn)】重點(diǎn)是燃料熱值的概念和理解，熱機(jī)的效率。難點(diǎn)是對(duì)熱機(jī)的效率的理解。【教學(xué)方法】啟發(fā)式教學(xué)法，自學(xué)討論法，設(shè)疑問教學(xué)法，類比教學(xué)法?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】或【實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備】課前收集的燃料的圖片、多媒體課件等【教學(xué)過程】知識(shí)點(diǎn)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)一、燃料1、 燃料的分類2、燃料燃燒放出的熱量與什么因素有關(guān)？二、燃料的熱值：1概念：2熱值的單位：3.燃料燃燒的放熱計(jì)算公式：三、熱機(jī)的效率1.熱效率2、熱機(jī)的效率3、提高熱機(jī)效率的途徑【創(chuàng)設(shè)情境，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(xué)會(huì)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，火的利用給人類社會(huì)帶來了進(jìn)步。時(shí)至今日，我們的日常生活都離不開燃料的幫助。例舉一下生活中我們可以使用哪些燃料燒開一壺水？這些燃料可以如何分類？交流總結(jié)：燃料的種類很多,固體燃料有木柴、煤等,液體燃料有汽油、柴油等,氣體燃料有煤氣、天然氣等。生活中的燃料很多，我們?cè)谌粘Ｉ钪杏脕砣∨椭箫埖娜剂弦苍诎l(fā)生巨大的變化，木柴、煤炭、液化石油氣、煤氣、天然氣等，為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的變化呢？思考：1、5kg的木材和10kg的木材燃燒時(shí)放出的熱量是否相同？ 這說明什么？2、根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)判斷相同條件下，1kg木柴和1kg煤，哪一種燃料能燒開更多的水？3、燒開同一壺水，用干木柴和天然氣所需的燃料多少一樣嗎？4、5kg的木材完全燃燒和未完全燃燒時(shí)放出的熱量是否相同？小結(jié)：1、燃料燃燒放出的熱量跟什么因素有關(guān)？（1）燃料的質(zhì)量（2）燃料的種類（3）燃料燃燒的狀況（是否完全燃燒）【體驗(yàn)探究，獲取新知】提出問題：相同條件下，1kg木柴和1kg煤，1kg煤能燒開更多的水，這說明不同的燃料燃燒放出的熱量不相同，我們?cè)撛鯓颖容^不同燃料燃燒時(shí)這種放熱性能優(yōu)劣？設(shè)計(jì)意圖：現(xiàn)象學(xué)生有生活經(jīng)驗(yàn)，能產(chǎn)生共鳴。拋出矛盾，使學(xué)生有認(rèn)知欲望。類比復(fù)習(xí)：如何比較不同的物質(zhì)吸熱能力的不同呢？課本中引入比熱容：即1kg的某種物質(zhì)溫度升高1，所吸收的熱量就是這種物質(zhì)的比熱容。那么把所有的燃料都取1kg，讓他們完全燃燒，比較它們放出的熱量的多少。定義：我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比，叫作這種燃料的熱值。熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。【交流解惑】課本P23“小資料”部分，你有哪些發(fā)現(xiàn)？結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn)，談?wù)勀銓?duì)熱值的理解。交流總結(jié)：（1）熱值反映了燃料本身的一種特性,只與燃料的種類有關(guān),與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒均無關(guān)系。（2）熱值的單位：J（3）不同燃料的熱值一般不同；不同燃料的熱值有時(shí)還可能相同。（4）氫氣的熱值最大。（5）氣體的熱值單位：J/m3延伸拓展：推導(dǎo)燃料完全燃燒放熱的計(jì)算公式：1、酒精的熱值是3.0107J/kg，它的物理意義是什么？1kg的酒精完全燃燒放出的熱量是3.0107J2、2kg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？2kg3.0x107J/kg=6.0107J3、質(zhì)量為3kg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？3kg3.0107J/kg=9.0107J4、質(zhì)量為mkg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？Q = mq其中m表示質(zhì)量，單位是kg，q表示熱值，單位是J/kg，Q表示燃料燃燒放出的熱量，單位是J。同樣的原理，體積為V的某種燃料完全燃燒放出的熱量是多少焦？Q = Vq設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)熱值的物理意義，去推倒燃料燃燒放熱的公式，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，學(xué)生在理解熱值的基礎(chǔ)上，很容易推導(dǎo)燃料燃燒的放熱公式。【練一練】500g汽油完全燃燒時(shí)可以放出多少熱量？解：查表可知，汽油的熱值q=4.6107J/kg m=500g=0.5kgQ=qm=4.6107J/kg0.5kg=2.3107J【想一想】提出問題：用煤氣灶燒水時(shí)，煤氣能完全燃燒嗎？煤氣燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎？分析討論：煤氣燃燒放出的熱量：1、煤氣不能完全燃燒，損失了一部分能量2、煤氣灶本身也會(huì)吸收一部分能量3、高溫的煙氣帶走了一部分能量4、還有一部分直接損失掉了5、水吸收的熱量只占煤氣放出熱量的一部分所以，在燒水的過程中，被水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出能量的比值，稱為熱效率。熱機(jī)也有類似的情況：在內(nèi)燃機(jī)中，燃料燃燒產(chǎn)生的能量到哪里去了呢？熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，在這個(gè)情景中，真正轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)外做有用功的能量只占燃料燃燒時(shí)所釋放能量的一部分。所以：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機(jī)的效率。理解熱機(jī)的效率:1) 熱機(jī)效率是指熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒所擇放的能量的比值,它反映了能量的利用率,熱機(jī)性能的一個(gè)重要標(biāo)志.(2) 由于熱機(jī)在工作過程中,總有能量損失,所以熱機(jī)的效率總小于1。設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生在機(jī)械效率的基礎(chǔ)上建立熱效率的概念，進(jìn)而建立熱機(jī)的效率，可以使學(xué)生認(rèn)知更有條理性，更深刻，加深對(duì)熱機(jī)效率的理解。【練一練】某中學(xué)為學(xué)生供應(yīng)開水，用鍋爐將200kg的水從25 加熱到100 ，燃燒了6kg的無煙煤。試求(1) 鍋爐內(nèi)200kg的水吸收了多少熱量？(2) 6kg無煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？(3) 此鍋爐的效率是多少？（無煙煤的熱值是3.4107J/kg【議一議】為了合理利用能源，人們一直都在努力提高熱機(jī)的效率，汽油機(jī)的效率：2030%，柴油機(jī)的效率：3045%，都比蒸汽機(jī)的效率高，那么怎樣提高熱機(jī)的效率？引導(dǎo)學(xué)生從節(jié)能和環(huán)保角度分析有效利用燃料的方法，探討提高熱機(jī)效率的途徑?？偨Y(jié)：1、使燃料充分燃燒2、盡量減少各種熱量損失；3、在熱機(jī)的設(shè)計(jì)和制造上采用先進(jìn)的技術(shù)；注意保養(yǎng)，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量設(shè)計(jì)意圖：增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生為提高熱機(jī)效率，加強(qiáng)環(huán)保的責(zé)任心和使命感。也體現(xiàn)了從物理到生活的理念。燃料的利用使人類得到大量內(nèi)能,但同時(shí)造成環(huán)境污染,尤其是熱機(jī)的使用.因此,保護(hù)環(huán)境,控制和消除大氣污染是必須重視的問題,請(qǐng)同學(xué)們課下收集如何控制和消除大氣污染。學(xué)生結(jié)合生活討論思考，燃料可分為哪三種燃料燃燒時(shí)放出的熱量跟燃料的質(zhì)量有關(guān)判斷出一千克煤燃燒后能燒開更多的水。燒開同一壺水，用干木柴和天然氣所需的燃料不同。關(guān)于完全燃燒 就是燃料全部燒盡。學(xué)生類比比熱容的概念建立熱值的概念。符合：q熱值的單位： J/kg (或J/m3)氫氣的熱值最大。小組討論、交流，并由小組長推選代表發(fā)言學(xué)生根據(jù)對(duì)熱值的物理意義的理解推導(dǎo)燃料燃燒放熱的計(jì)算公式。學(xué)生小組討論加深對(duì)公式的理解：1、公式計(jì)算的是燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量2、公式中m必須用Kg為單位，V必須用m3為單位。 3、熱值q與燃料質(zhì)量和放熱的多少?zèng)]有關(guān)系，它是反映燃料優(yōu)劣的物理屬性學(xué)生練習(xí)學(xué)生討論，分析煤氣燃燒放出能量的幾種去向，然后個(gè)別回答。學(xué)生通過分析理解熱效率學(xué)生討論，分析內(nèi)燃機(jī)燃料燃燒放出能量的幾種去向?qū)W生通過類比分析理解熱機(jī)的效率學(xué)生通過計(jì)算加深對(duì)熱效率的理解。學(xué)生討論有效利用燃料的方法，探討提高熱機(jī)效率的途徑。知識(shí)梳理回顧本節(jié)課的探究過程。設(shè)計(jì)意圖：小結(jié)不僅要總結(jié)知識(shí)，更重要的是將本節(jié)課研究問題的方法及思維程序提煉出來，學(xué)生學(xué)會(huì)這些方法并體會(huì)到它們?cè)诮鉀Q問題中的作用，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)的真正目的。根據(jù)板書提示談?wù)劚竟?jié)課的收獲。相互補(bǔ)充，歸納出知識(shí)體系。課堂檢測布置作業(yè)自制蒸汽輪機(jī)。設(shè)計(jì)意圖：真正的課堂在生活中，讓物理知識(shí)很好在生活中得以運(yùn)用。【板書設(shè)計(jì)】 第十四章 第二節(jié) 熱機(jī)的效率8(一)燃料的熱值 1、定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質(zhì)量的比值叫做這種燃料的熱值。用q表示。 2、單位：J/kg（固體、液體） J/ m3（氣體） 3、公式：Qmq（或QVq） 4、計(jì)算（二）熱機(jī)效率1、定義：熱機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪芰颗c燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機(jī)效率。用表示。2、公式：W有/Q放1003、提高熱機(jī)效率的主要途徑：減少熱機(jī)各種能量損失【教學(xué)反思】通過教學(xué)，使學(xué)生從生活中體會(huì)不同燃料完全燃燒釋放熱能的特征，建構(gòu)起燃料的熱值概念。依據(jù)燃料熱值表中資料數(shù)據(jù)和燃料燃燒放熱與燃料質(zhì)量和熱值的關(guān)系進(jìn)行簡單計(jì)算。了解熱機(jī)工作時(shí)釋放熱量的主要流向，初步認(rèn)識(shí)熱機(jī)效率，大致了解提高熱機(jī)效率的途徑。了解熱機(jī)在現(xiàn)代社會(huì)中的廣泛應(yīng)用，及造成的環(huán)保問題。本節(jié)課熱值的比值定義的建立類比了比熱容的概念建立，熱效率及熱機(jī)的效率是在類比機(jī)械效率的基礎(chǔ)上建立的，這種利用類比的方法建立概念，有利于學(xué)生對(duì)新概念的理解，同時(shí)也加深了對(duì)原有概念的理解和掌握。不足：在教學(xué)過程中也暴露了很多問題，比如，學(xué)生現(xiàn)在大都是獨(dú)生子女，生活自理能力有待提高。對(duì)于燃料的認(rèn)識(shí)很少，生活經(jīng)驗(yàn)太少。【附件】課堂練習(xí)1、實(shí)驗(yàn)表明:質(zhì)量相等的不同燃料,完全燃燒所放出的熱量一般是 (相同/不相同)。2、現(xiàn)代火箭用液態(tài)氫作燃料，是因?yàn)樗哂? ) A較大的比熱 B較低的沸點(diǎn) C較大的熱值 D較高的凝固點(diǎn)3、煤油的熱值大于酒精的熱值，下列說法中正確的是（ ）A煤油比酒精含有的熱量多B. 燃燒相同質(zhì)量的煤油和酒精，煤油放出的熱量要多些C. 完全燃燒相同質(zhì)量的煤油和酒精，利用煤油剛好能燒開一壺水，那么利用酒精則不能燒開這壺水（熱效率相同的條件下）D.通風(fēng)條件好，供氧越充足，兩種燃料的熱值就越大4、下列說法中正確的是（ ）A燃料的熱值越大，燃燒時(shí)放出的熱量就越多B. 燃料的熱值越小，完全燃燒單位質(zhì)量的該燃料放出的熱量越少C. 燃料的熱值越小，放出相等的熱量時(shí)，燃料用量越少D. 燃料燃燒的越充分，其熱值就越大5、要提高熱機(jī)的效率，下列做法不可行的是（）A.盡量減少廢氣帶走的熱量。B.盡量保持機(jī)械部件之間有良好的潤滑。C.盡量減少曲軸傳遞給飛輪的機(jī)械能。D.盡量減少散熱損失。6、一個(gè)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=3.4107J/kg，5瓶水的質(zhì)量是9kg，從20到燒開，那么這個(gè)煤爐的效率是。（一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）7、在一次某新型號(hào)的汽車測試中，讓汽車在一段平直的公路上勻速行駛4.8km，受到的阻力是3.0103N，消耗汽油1.2kg（假設(shè)汽油完全燃燒）。汽油的熱值為q=4107J/kg，求：（1）在測試中，汽車牽引力所做的功W；（2）該型號(hào)汽車的熱機(jī)效率。附答案：1、 不相同2、 C3、 C4、 B5、 C6、 熱值 14.82% 7、 （1）1.44107 J(2)30%10