初中物理人教版九年级全一册（2021-2022学年）14.2热机的效率 教案 （表格式）

课程基本信息
课例编号 学科 物理 年级 九 学期 第1学期
课题 热机的效率
教科书 书名： 物理 九年级 出版社： 人教版 出版日期：2012 年 6 月
教学人员
姓名 单位
授课教师
指导教师
指导教师
教学目标
教学目标：1. 知道燃料的热值和单位； 2. 知道燃烧过程中化学能转化为内能； 3. 知道炉子烧水的效率和热机的效率。 教学重点：热值的定义及其物理意义。 教学难点：理解热值的概念。
教学过程
时间 教学 环节 主要师生活动
2分钟 引入 【师】复习：（1）什么样的机械叫热机？（2）汽油机和柴油机的共同特点有哪些 （3）用于做功的内能从何而来 【生】学生思考回顾。 【师】从原始人学会用火起，和我们日常烧水做饭、到现代科技的汽车、飞机、火箭等都离不开燃料的使用。人类使用的能量绝大部分是通过燃烧燃料的方式获得的。下面我们先来了解一下燃料。
2分钟 认识 燃料 【师】我们把能够燃烧的并放出热量的物质叫做燃料 。大致可以分为三类，固体燃料、液体燃料、气体燃料。燃烧是将化学能转化为内能的过程。人类对燃料的认知和使用，大致经历了植物秸秆、木柴、煤炭、石油衍生品以及替代品这样的历程。
7分钟 理解 热值 【师】用质量相同的酒精和干木柴分别给两杯完全相同的水加热，水升高的温度相同吗 同学们可能会选择酒精，因为认为酒精燃烧放出量热可能会更多。是这样吗 让我们通过实验来比较一下。 【生】思考和预判，带着问题观看实验。 【师】探究：燃烧相同质量的酒精和干木柴，比较它们放出热量的多少。 【师】用电子秤称出质量相同的酒精和干木柴各5g。用电子秤秤出质量相同的水200g。在相同的环境中，分别用酒精和干木柴给它们加热，加热之前用温度计分别测量出水的初温度，都是28摄氏度。点燃酒精和干木柴分别加热200g的水直到燃料燃尽。当燃料燃尽时被干木柴加热的水的温度达到了62摄氏度被酒精加热的水温度达到了83摄氏度。从实验数据我们看到5g酒精燃尽，使水的温度升高了55摄氏度；5g干木柴燃尽使水温度升高了37摄氏度。这也能间接说明，在相同的环境中，质量相同的酒精与干木柴相比，酒精燃烧放出的热量多。为了比较燃料的特性,引入了“热值”这一物理量。热值的定义是：我们把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。一起看课本23页的小资料：一些燃料的热值。 从热值表中我们可以看到干木柴的热值为1.2×107J/kg。物理意义是：表示1kg的干木柴完全燃烧放出的热量为1.2×107J。而酒精的热值为3×107J/kg物理意义是：表示1kg的酒精完全燃烧所放出的热量为3×107J。所以在质量相同时酒精完全燃烧放出的热量更多。 【师】同学们都知道汽车用汽油作为燃料，但火箭却使用的是液态氢作为燃料，这是为什呢？ 【生】液态氢之所以成为火箭的燃料，首先是因为它的热值大，为1.2×108J/kg，远比其他燃料的热值大。其次，它体积小，省地方可以，使火箭装载更大的航天器。
6分钟 用炉 子烧 水的 效率 【师】利用家中的煤气灶，把质量为1kg的水，从室温加热至100℃，消耗多少煤气？实际测算。 【师】开始烧水前观察记录煤气表的示数，同时测量水的初温，为25摄氏度然后给水加热再次观察煤气表，发现示数一直在变化，说明正在消耗煤气。当水达到100摄氏度时，停止加热再次记录煤气表的示数。 【生】学生观看实验过程，并记录数据。 【师】我们可以通过计算回答这些问题。我们先来计算煤气放热，计算出放热为9.204×105J。接下来来计算一下水吸收了多少热量，计算结果是3.15×105J。我们发现Q吸远远小于Q放说明燃烧煤气放出的热量并没有被水完全吸收 。那么那些热量去哪里了呢？ 【师】我想请同学来帮我分析一下烧水时。水什么不能吸收煤气燃烧放出的全部热量？ 【生】一定是不能的首先人们在用炉子烧水时靠近炉子会感到很热，这些都是由煤气燃烧释放出散失在空气中的热量。其次容器进行热传递将热量间接传给水而这个过程势必会有一部分热量被消耗或是用于加热容器了。 【师】水吸收的热量占煤气放出热量比例有多大呢？用水吸收的热量Q吸比上燃烧煤气放出的热量Q放我们发现只有34.2% 的热量真正被水吸收了。水只吸收了小部分。大部分散失到周围的空气中，还有盛水的容器也会吸收一部分热量。 【师】水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做用炉子烧水的效率。计算公式是 等于Q有用比上Q总。 【师】提问：如何提高炉子烧水的效率 【生】学生回答：首先可以让燃料更加充分地燃烧释放更多的热量，燃料的燃烧是需要氧气的，所以可以通过增加供氧量的方式来助燃。其次燃料燃烧后放出的热量会有一部分散失，那部分的热量不能为加热所用十分浪费因此可以用更隔热的材料制造炉壁减少热量的散失提高效率。另外还可以增大炉子中被加热物体的受热面积使其更快升温缩短加热时间来提高效率。 【师】总结提高炉子烧水的效率的途径
5分钟 热机的效率 【师】同样依靠燃料燃烧提供能量的汽车飞机火箭的热机工作时，能不能将燃料所放出的热量全部用来对外做功呢？答案是否定，首先汽车废气的排出会带走大量能量、同时由于机械传动等，克服摩擦所消耗一部分能量，再有机械传热还会损失一部分能量，其中只有小部分能量真正转变为对外做功的机械能。 【师】例如一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：废气带走的能量占30％，汽缸散热损失占25％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为35% 。其中大部分能能量都以各种方式损耗了，只有少部分能量转化为有用机械能。 【师】因此热机的效率的定义就是 ：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧所释放的能量之比。公式，机械效率等于用来做有用功的能量比上燃料完全燃烧放出的能量。 字母表达为 等于 W有用比Q总 【师】热机经历了几个时代的发展，从最早的蒸汽机的效率只有6%~15%到后来的汽车的汽油机的效率只有20%~30%以及 一些重型卡车的柴油机效率为30%~45%还有飞机上的喷气式发动机50%~60%，随着科学技术的不断发展，热机的效率一直在不断的提高。想一想热机的效率为什么总小于1呢？ 【生】学生回答 【师】那有没有途径来提高热机的效率呢？ 【生】学生回答 【师】总结 提高热机效率的途径：增加供氧使燃料更充分的燃烧、以及减少热量的散失、同时在热机设计和制造上提高技术水平和使用新材料，还有保证热机运动部件良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的功。 【师】提高燃料的利用率：热机效率不高且很难提高的主要因素，是高温的废气带走了大量能量，设法利用这部分能量，尽管不能提高热机的效率，但是却能提高燃料的利用率，达到节能的目的。例如：把火力发电时产生的大量高温废气用于给居民供暖，就是一个节能的有效措施。
0.5分钟 课堂小结
0.5分钟 布置作业 1.基础性作业：请同学们完成“学生资源”中的课后练习。阅读教材第24页“STS”中的内容 2.拓展性作业：请同学们利用家中的煤气表和温度计自己测量一下煤气灶烧水的效率。
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