教科版九年级上2.3热机效率教案
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文档简介
2.3热机效率
【学习目标】
1.理解热机效率的概念。
2.了解不同热机的热机效率值。
3.了解热机的使用对社会的贡献及给环境带来的影响。
【教学重难点】
重点：理解热机效率的概念。
难点：理解环境污染与热机利用的关系。
【教学方法】
讲解法，集体讨论法。
【教学过程】
新课导入：
思考：1.我们知道汽油机用汽油做燃料、柴油机用柴油做燃料。那我们生活中经常用到的燃料还有哪些呢？
2.在内燃机燃料燃烧过程中，燃料能完全燃烧吗？除了部分能量对外做功外，燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
新课讲授：
知识点1：热机效率
燃料的有效利用：燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。
热机效率：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
（1）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
（2）提高燃料利用率的途径： ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。
②减少各种热量损失（a.加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；b.使用较好的保温材料，减少热损失）。
热机效率不可能达到100%：因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
如何提高热机效率：①使燃料充分燃烧；②尽量减少各种热量损失；③在热机的设计和制造上采用先进的技术；④注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
3.能量的转化
（1）生活中的能量：观察下面图片，说出它们都具有什么形式能量。
能量多种存在：机械能、内能、电能、化学能、光能、核能、潮汐能等。
（2）能量的转化：在一定条件下，可以从一种形式的能量转化成另一种形式的能量。
（3） 自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。
4.能量守恒定律
（1）能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（2）对能量守恒定律的理解：①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括能量转化“和能量转移”两个方面。
（3）永动机：不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
教师总结：1.要使机器持续不断地做功，就要消耗能量把低处的水抽到高处，而做机械运动的各部件间有摩擦，会有部分机械能转化为内能，一部分能量用来对外做功抽水，使流下的水不能全部抽回。
2.能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
知识点2：改变世界的热机
蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史，使世界进入了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类的第一次工业革命。
以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起，热机，从根本上改变着我们的世界。
知识点3：地球就在我们的手中
讨论：
1.热机，给人类文明带来进步的同时，给生态环境造成哪些了污染？
煤和石油的燃烧——污染了大气热机排出的二氧化碳一—引起的温室效应，影响地球表面的热平衡汽油和柴油的燃烧——排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅内燃机废气和冷却水带走的热量一—对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应的元凶之一。
2.如何保护环境？
（1)改进燃烧设备，加装消烟除尘装置（2)集中供热（3）改用气体燃料，普及煤气和天然气（4）充分开发利用污染少和无污染的新能源（5）利用绿色能源
课堂练习：
1．下列说法中正确的（ ）
A．热机的功率大，热机效率一定高
B．柴油机的吸气冲程将燃料和空气的混合气体进入气缸，柴油机的效率一定比汽油机效率高
C．热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高
D．四冲程内燃机一个工作循环中有三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成
【解答】解：
A.功率是表示物体做功快慢的物理量，热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，两者之间没有直接关系。故A错误。
B.柴油机的吸气冲程是将空气吸入气缸，而燃料是从喷油嘴喷入气缸，且效率是有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，汽油机的效率是26%﹣40%，柴油机的效率是34%﹣45%，柴油机的效率通常比汽油机高。故B错误。
C.热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，与热机单位时间内消耗的燃料多少无关。故C错误。
D.四冲程内燃机的一个工作循环中吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性来完成的。故D正确。
故选：D。
2．一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油放出的热量为1.0×109 J，其中损失的热量为6.0×108 J，则柴油机获得有用的机械能为 4.0×108 J，柴油机的效率为 40% 。
【解答】解：柴油机有效利用的能量为：W有用＝1.0×109 J﹣6.0×108 J＝4.0×108 J；
该柴油机的效率为：η＝＝×%＝40%。
故答案为：4.0×108；40%。
3．某氢能源公交车以10 m/s的速度在平直公路上匀速行驶，发动机的功率为200 kW，每行驶700 m消耗氢燃料0.2 m3，计算在这个过程中：（氢燃料的热值为1.4×108 J/m3）
（1）发动机做了多少机械功；
（2）0.2 m3的氢燃料完全燃烧放出的热量；
（3）这台公交车发动机的效率。
【解答】解：（1）由公交车以10 m/s的速度匀速行驶700 m，公交车运动的时间t＝＝＝70 s，
公交车发动机做的机械功W＝Pt＝200×103 W×70 s＝1.4×107 J；
（2）0.2 m3的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝0.2 m3×1.4×108 J/m3＝2.8×107 J；
（3）这台公交车发动机的效率η＝×100%＝×100%＝50%。
答：（1）公交车发动机做的机械功是1.4×107 J；
（2）0.2m3的氢燃料完全燃烧放出的热量是2.8×107 J；
（3）这台公交车发动机的效率是50%。
课堂小结：
作业布置：
【板书设计】
第3节热机效率
热机效率
1.定义：热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。
2.热机效率是热机性能的重要指标。
二、改变世界的热机
1.热机的使用推动了人类的第一次工业革命。
2.热机从根本上改变着我们的世界。
三、地球就在我们手中热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染。
【课后反思】
热量、燃料燃烧、热机效率等相关计算
知识点 热量的计算 燃料燃烧放热 热机效率
公式
备注 注意：物体的初温、末温和变化的温度 适用于固体、液体 适用于气体 W有指有效利用的能量，Q放指总能量
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【学习目标】
1.理解热机效率的概念。
2.了解不同热机的热机效率值。
3.了解热机的使用对社会的贡献及给环境带来的影响。
【教学重难点】
重点：理解热机效率的概念。
难点：理解环境污染与热机利用的关系。
【教学方法】
讲解法，集体讨论法。
【教学过程】
新课导入：
思考：1.我们知道汽油机用汽油做燃料、柴油机用柴油做燃料。那我们生活中经常用到的燃料还有哪些呢？
2.在内燃机燃料燃烧过程中，燃料能完全燃烧吗？除了部分能量对外做功外，燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
新课讲授：
知识点1：热机效率
燃料的有效利用：燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算出的要小，而且有效利用的热量又比放出的热量要小，例如用煤烧水。
热机效率：用来做有用功的热量与燃料完全燃烧放出的热量的比值。
（1）物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
（2）提高燃料利用率的途径： ①改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧（将煤磨成煤粉，用空气吹进炉膛，使之更充分燃烧）。
②减少各种热量损失（a.加大受热面积，以减少烟尘废气带走的热量；b.使用较好的保温材料，减少热损失）。
热机效率不可能达到100%：因为热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
如何提高热机效率：①使燃料充分燃烧；②尽量减少各种热量损失；③在热机的设计和制造上采用先进的技术；④注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
3.能量的转化
（1）生活中的能量：观察下面图片，说出它们都具有什么形式能量。
能量多种存在：机械能、内能、电能、化学能、光能、核能、潮汐能等。
（2）能量的转化：在一定条件下，可以从一种形式的能量转化成另一种形式的能量。
（3） 自然界中各种形式的能，在一定条件下都可以相互转化。
4.能量守恒定律
（1）能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。
（2）对能量守恒定律的理解：①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。
②能量守恒定律包括能量转化“和能量转移”两个方面。
（3）永动机：不少人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫做永动机。然而，从没有一种永动机成功过。
教师总结：1.要使机器持续不断地做功，就要消耗能量把低处的水抽到高处，而做机械运动的各部件间有摩擦，会有部分机械能转化为内能，一部分能量用来对外做功抽水，使流下的水不能全部抽回。
2.能量守恒定律使人们认识到：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，根本不可能制造出永动机。
知识点2：改变世界的热机
蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史，使世界进入了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类的第一次工业革命。
以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起，热机，从根本上改变着我们的世界。
知识点3：地球就在我们的手中
讨论：
1.热机，给人类文明带来进步的同时，给生态环境造成哪些了污染？
煤和石油的燃烧——污染了大气热机排出的二氧化碳一—引起的温室效应，影响地球表面的热平衡汽油和柴油的燃烧——排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅内燃机废气和冷却水带走的热量一—对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应的元凶之一。
2.如何保护环境？
（1)改进燃烧设备，加装消烟除尘装置（2)集中供热（3）改用气体燃料，普及煤气和天然气（4）充分开发利用污染少和无污染的新能源（5）利用绿色能源
课堂练习：
1．下列说法中正确的（ ）
A．热机的功率大，热机效率一定高
B．柴油机的吸气冲程将燃料和空气的混合气体进入气缸，柴油机的效率一定比汽油机效率高
C．热机单位时间内消耗的燃料少，热机效率一定高
D．四冲程内燃机一个工作循环中有三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成
【解答】解：
A.功率是表示物体做功快慢的物理量，热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，两者之间没有直接关系。故A错误。
B.柴油机的吸气冲程是将空气吸入气缸，而燃料是从喷油嘴喷入气缸，且效率是有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，汽油机的效率是26%﹣40%，柴油机的效率是34%﹣45%，柴油机的效率通常比汽油机高。故B错误。
C.热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，与热机单位时间内消耗的燃料多少无关。故C错误。
D.四冲程内燃机的一个工作循环中吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是靠飞轮的惯性来完成的。故D正确。
故选：D。
2．一台柴油机完全燃烧一定质量的柴油放出的热量为1.0×109 J，其中损失的热量为6.0×108 J，则柴油机获得有用的机械能为 4.0×108 J，柴油机的效率为 40% 。
【解答】解：柴油机有效利用的能量为：W有用＝1.0×109 J﹣6.0×108 J＝4.0×108 J；
该柴油机的效率为：η＝＝×%＝40%。
故答案为：4.0×108；40%。
3．某氢能源公交车以10 m/s的速度在平直公路上匀速行驶，发动机的功率为200 kW，每行驶700 m消耗氢燃料0.2 m3，计算在这个过程中：（氢燃料的热值为1.4×108 J/m3）
（1）发动机做了多少机械功；
（2）0.2 m3的氢燃料完全燃烧放出的热量；
（3）这台公交车发动机的效率。
【解答】解：（1）由公交车以10 m/s的速度匀速行驶700 m，公交车运动的时间t＝＝＝70 s，
公交车发动机做的机械功W＝Pt＝200×103 W×70 s＝1.4×107 J；
（2）0.2 m3的氢燃料完全燃烧放出的热量Q放＝Vq＝0.2 m3×1.4×108 J/m3＝2.8×107 J；
（3）这台公交车发动机的效率η＝×100%＝×100%＝50%。
答：（1）公交车发动机做的机械功是1.4×107 J；
（2）0.2m3的氢燃料完全燃烧放出的热量是2.8×107 J；
（3）这台公交车发动机的效率是50%。
课堂小结：
作业布置：
【板书设计】
第3节热机效率
热机效率
1.定义：热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机效率。
2.热机效率是热机性能的重要指标。
二、改变世界的热机
1.热机的使用推动了人类的第一次工业革命。
2.热机从根本上改变着我们的世界。
三、地球就在我们手中热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染。
【课后反思】
热量、燃料燃烧、热机效率等相关计算
知识点 热量的计算 燃料燃烧放热 热机效率
公式
备注 注意：物体的初温、末温和变化的温度 适用于固体、液体 适用于气体 W有指有效利用的能量，Q放指总能量
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