九年级物理全册 第十四章 内能的利用 第二节 热机的效率教案 人教版

第二节 热机的效率教案
【教学目标】
1、知识与技能
①从能量转化的角度认识燃料的热值。
②了解内能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，认识效率。
2、过程与方法
通过学生讨论和教师讲解，了解燃料的热值和热机效率
3、情感、态度与价值观
①通过探索性实验，提高观察能力、实验操作 ( http: / / www.21cnjy.com )能力和比较、分析、概括的能力，培养和实事求是的科学态度。
②培养学生乐理探索自然现象和日常生活中的物理原理的兴趣，体现物理来源于生活，又服务于生活的道理。
【教学重点】
热值概念的理解。
【教学难点】
从能量的转化或转移的角度认识燃料的热值及热机效率。
【教学准备】
教师：木柴、烟煤、焦炭、汽油、柴油、酒精、液化石油气（打火机中装有）等燃料样本，多媒体课件
【教学过程】
主要教学过程
教学内容 教师活动 学生活动
一、复习引入新课。 ( http: / / www.21cnjy.com ) ( http: / / www.21cnjy.com ) 问： 什么是机械效率？公式是什么？（设计意图：复习机械效率的知识为这节课“热机的效率”做铺垫）[引入新课]为什么有的汽车用汽油，有的汽车用柴油，还有 ( http: / / www.21cnjy.com )的用天然气？
热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题，这一节我们就来讨论这个问题。[板书课题]第二节 热机的效率[课件展示］木柴取暖、煤气烧饭，引出常见的燃料。人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用能量的绝大部分依然是从燃料的燃烧中获得的。[提出问题] 1、家中煮饭时，主要使用的燃料有哪些？2、根据你的经验，燃烧的燃料不同，所需燃料的质量是否相同？燃料燃烧过程中能量转化有哪些？ 回答：有用功跟总功的比值。η＝W有用/W总思考，进入学习状态分组讨论，交流家中使用的主要燃料：木柴、煤、天然气、液化气。做相同的饭，燃烧木柴和煤，用量不同。能量转化：化学能转化为内能。
［设疑］：常见的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒 ( http: / / www.21cnjy.com )精等，在燃烧时都会释放能量。但它们释放能量的能力是否相同呢？如果不同，那又如何来表示它们这种能力的大小呢？［交流与讨论］：如何比较不同燃料燃烧释放能量的能力的不同？必须保证哪些量相同才能进行比较？（设计意图：让同学从生活走向物理，激发起学生的探究欲，同时引入课题。） 引导学生讨论后，引入热值这个概念燃料的质量要相同，而且都要完全燃烧。
二、新课教学1、热值定义：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、物理意义3、热量计算固体、液体：Q＝mq气体：Q=vq4、炉子的效率：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做炉子的效率5、热机的效率：热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。用η表示（即η＝W有/Q放）。 [板书] 燃料的热值
1．热值在数值上等于1千克某种燃料完全燃烧释放出的热量。单位：焦/千克。［强调］：热值是燃料的重要特性，只和燃料的种类有关，与质量和是否完全燃烧无关。问：汽油的热值为4.6×107焦/千克。其物理意义是什么？一筒汽油与半筒汽油相比，哪个热值大？
　3．物理意义：
热值直接反映了燃料的燃烧特性。热值大，反映单位质量的该种燃料完全燃烧时放出的热量多（化学能转化成的内能多）。　　干木柴热值的物理意义　　那么质量为mkg的干木柴完全燃烧释放出多少焦的热量，怎么计算？
［例题］计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。　　　　教师：这些热量若全部被水吸收，可把多少千克左右的水由20℃烧开？实际生活中1千克干木柴能把35kg20℃的水烧开吗？那是为什么呢？［交流与讨论］实际需要的干木柴质量大大超过计算得出的数值，这是为什么？［归纳总结］燃料燃烧时需氧气助燃，供氧不足是燃料不能完全燃烧的主要原因。另外，烟气也会带走大量热量，炉壁还会传走一部分热量。这样就使得真正传给水的热量仅占燃料放出热量的一小部分。当然不能烧开那么多水。
为了反映炉子对燃料的利用率，我们经常用炉子的效率来描述。
［板书］炉子的效率。
为了提高炉子的效率，人们做了种种努力，如何提高炉子的效率？目前，我国炉具的平均效率还 ( http: / / www.21cnjy.com )较低，若平均效率能提高1%。全国每年节省的燃料相当于一个大型煤矿的年产量，可见，改造炉具，提高炉子的效率具有巨大的节能潜力。
［过渡］对于热机来说，真正能转变为有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。　 ( http: / / www.21cnjy.com )引导学生由机械效率的定义得出热机效率。　　［提示］为了合理利用能源，人们一直都在努力提高热机的效率。
［交流与讨论］：如何合理利用能源，提高热机的效率？　　[继续深入] (1)热机的能量损失教师：一辆汽车从身旁驶过，有时根据人的嗅觉就能知道它的发动机是汽油机还是柴油机。这是为什么？　 说得很对。但你们想过没有，排出的气体中仍有汽油或柴油味这说明了什么？既然燃料没有完全燃烧，就说明有一部分能量被白白地损失掉了热机的能量损失　　1．燃料未能完全燃烧　　除此之外还有些什么损失？　　　　有人曾用汽车的尾气加热饭菜就说明了这一点。除此之外，气缸壁等也会传走一部分内能。2．废气和散热带走一部分内能　　教师：以上这些都是没有转化成机械能的内能。那么曲轴获得的机械能是不是全部做了有用功？除此之外，由于各零部件之间有摩擦，曲轴还需克服摩擦做功。　3．克服摩擦做功　(2)热机的效率由于以上原因，真正用来做有用功的能量只占燃烧燃料所能提供能量的一部分。所占比例的大小，也就成了热机性能的标志。　　由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。　　教师：热机是人类使用的主要动力机。 ( http: / / www.21cnjy.com )尽管它的效率还不高。我们仍然离不了它。问题的关键是如何改进和提高它的性能。经过上面的分析，谁能归纳一下改进热机的总体设想？提高热机的效率，并非易事，需要解决的问题还很多，甚至每前进一步都要付出艰苦的努力，不过我们相信，随着科学技术的飞速发展，以及新能源的不断开发，热机的性能一定会得到较大提高。我们也期待着现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才，为人类研制出更新更好的热 生：由此引导学生给热值下定义。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。用q表示。单位是J/kg，气体燃料热值单位是J/m3。1千克汽油完全燃烧放出4.6×107焦的热量。一样大。1千克干木柴完全燃烧放出1.2×107焦的热量。得出热值的计算公式：Q＝mq气体燃料通常不用质量而用体积，因此计算气体燃料放热时，公式应该写成：Q=mq解：查表可知q＝3.3×107J/kg，Q＝mq＝4kg×3.3×107J/kg＝1.32×108 J。计算：35kg根据生活经验知道：不能。讨论：燃料很难完全燃烧，放出的热量比按热值计算的热量小，有热量的散失。炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做炉子的效率利用课前收集的资料：1、增加供氧量。如用风箱、吹风机就起了这一作用。
2、炉壁选用隔热材料。
3、增大受热面积。
观察回答定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比，叫做热机效率。用η表示（即η＝W有/Q放）。学生讨论总结主要途径是减少热机各种能量损失。因为它们排出的气体的味道不同说明汽油或柴油并未完全燃烧。　　学生：排出的气体中还具有内能。不是，有一部分要传给飞轮以维持其继续转动。提高热机的效率：（1）使燃料尽可能完全燃烧（2）减小机械摩擦（选用优良润滑油）（3）尽量简化机械传动部分
三、盘点收获 引导学生总结收获，师生共同解决存在的问题　　 学生讨论发言，梳理本节知识要点
四、课堂检测 发检测题，并巡视检查。 完成检测题（见附件1）
五、布置作业 课后完成（见附件2）
【板书设计】
　　 §14.2热机的效率
　　(一)　燃料的热值
　　1、定义：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。用q表示。
　　2、单位：J/kg（固体、液体）　J/ m3（气体）
　　3、公式：Q＝mq（或Q＝Vq）
　　4、计算：
　　（二）热机效率
　　1、定义：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。用η表示。
　　2、公式：η＝W有/Q放
　　3、提高热机效率的主要途径：减少热机各种能量

【教学反思】
一、案例的“亮点”
1、九年级学生有一定的生活经验，引 ( http: / / www.21cnjy.com )入时提出问题：家中煮饭时，主要使用的燃料有哪些？根据你的经验，燃烧的燃料不同，所需燃料的质量是否相同？贴近学生生活，学生容易回答，通过讨论得出热值的定义。
2、由家中烧水实际需要的干木柴质量大大超过计算得出的数值，得出炉子的效率，通过炉子的效率引出热机的效率。
3、让学生课前收集资料：提高炉子的效率的方法、提高热机效率的方法，既培养了学生搜集资料的能力又调动了学习的积极性。
三、教学中易出现的问题
对于燃料的热值和质量无关，和燃烧情况无关，个别学生不太理解。
附件1：
【练习补偿、检测成果】：
1、一个成年人参加一次长跑，身体消耗的能量为6.6×10 6J，这些能量相当于完全燃烧0.55kg的干木柴才能得到。则干木柴的热值为 ，如果用掉一半后，干木柴的热值将变为 。
【答案】1. 2×10 7J/kg 1.2×10 7J/kg
2、以下提高热机效率的方法中，错误的是（　　）
A．尽量减小热机功率 B．尽量使燃料充分燃烧
C．保证转动部分良好的润滑 D．尽量减少各种热散失
【答案】A
3、甲、乙两台热机，甲的效率比乙的低，其含义是（　　）
A．甲热机消耗的燃料多 B．甲热机比乙热机做功少
C．甲热机的功率比乙热机的小 D．做相同的有用功，甲损失的能量比乙损失的多。
【答案】 D
4、已知干木柴的热值是1.2×10 ( http: / / www.21cnjy.com )7 J/kg，完全燃烧0.7 kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20 ℃升高到70 ℃？已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃).
【答案】8.4×106 J；40kg
5、2009年4月15日零时16分，我国在西昌卫星发射中心用“长征三号丙”运载火箭，成功将第二颗北斗导航卫星送入预定轨道。“长征三号丙”运载火箭采用液态氢做为火箭的燃料，原因是液态氢具有（ ）
A．较大的比热容 B．较低的沸点 C．较大的热值 D．较高的凝固点
【答案】C
附件2：
【作业布置】：
1、某中学为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已 ( http: / / www.21cnjy.com )知焦炭的热值是3×107J/kg，现完全燃烧了4.2kg的焦炭，放出的热量 设该热量有25%被水吸收，能将 kg的水从25℃加热到100℃。[已知C水=4.2×107J/（kg·℃）]。
【答案】12.6×107 J 100