14.2 热机的效率 教案 【核心素养目标】（2022新课标）

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第十四章 内能的利用
14.2 热机效率
教学目标：
1.物理观念：
（1）了解热值、热机的效率概念。
（2）了解不同热机的效率值。
（3）了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。
2.科学思维：
经历“想想议议”了解质量相等的燃料燃烧，放出的热量不同。概括出燃料的热值概念。 经历“分析燃料释放的热量分配”的过程，学习简单的定量分析方法。
3.科学探究：
通过想想议议，燃料释放的能量都到哪里去了？体会效率概念。
4.科学态度与责任：
（1）在“分析燃料释放的能量去哪里了？”过程中，感受转化成机械能的内能只是一部分，形成正确的科学观。
（2）感受自然科学的发展和先进技术的应用在推进人类社会发展的同时造成了环境污染，以利于理解可持续发展的内涵。
教学重点：建立热值、热机的效率的概念。
教学难点：理解环境污染与热机使用的关系。
教学课时：1课时
教学用具：多媒体、汽车燃料释放能量到哪里去了教学挂图。
教学互动设计：
1、 创设情景，导入新课
2023年5月30日9时31分，搭载神舟十六号载人飞船的长征二号F遥十六运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射，航天员乘组状态良好，发射取得圆满成功。
长征二号F遥十六运载火箭起飞重量（基本型）为479吨：火箭加上飞船重量约44吨，其它的都是液体推进剂。因此，火箭的90%都是液体。
飞船重量为8吨多，占船箭组合体起飞重量的六十二分之一：要把一公斤的东西送入轨道，就得消耗62公斤的火箭燃料。
长征二号F遥十六运载火箭是用什么物质作为燃料的？这些物质具有什么特点呢？通过本节内容的学习，我们就知道了。
二、新课讲授，师生互动
（一）燃料的热值
人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。现代社会，人类所用的能量很大一部分依然从燃料的燃烧中获得的。柴薪、煤、天然气都是燃料，但烧开同一壶水需要的这些燃料的质量相等不相同。
想想议议
燃料的种类很多，固体燃料有木柴、煤等，液体燃料有汽油、酒精等，气体燃料有煤气、天然气等。根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？要找出事实来支持你的观点，并进行分析。
燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。例如，燃烧1kg煤放出的热量，是燃烧1kg木柴放出的热量的两倍多。
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。常用字母q 表示。
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位是由热量的单位和质量的单位组合而成。在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，则热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
热值是燃料自身的特性。在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。
在通常情况下，燃料的热值越大，质量相等的燃料完全燃烧时放出的热量越大。
小资料 一些燃料的热值
热值是燃料本身的性质。对于某些气体燃料，热值在数值上等于在标准状态下1m3燃料完全燃烧放出的热量，单位是焦每立方米，符号是J/m3。
根据燃料的热值，我们可以计算出完全燃烧时放出的热量。
Q放=mq或Q放=Vq（q表示燃料的热值）
（二）热机的效率
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，有效利用的热量只是被水吸收的热量。高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉了。
通常的锅炉，利用效率比较低，因此在节约能源上改造的潜力很大。例如，取暖用的小型锅炉，如果把煤磨成煤粉或煤粒，从而加大氧气的接触面积，把空气吹进炉膛，就会比煤块燃烧得更充分，从而提高燃料的利用率。
想想议议
在内燃机中燃料是否完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
对于热机而言，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功，还有相当一部分能量散失了。
定义：用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。
热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。
蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。汽油机的效率为20%~30%。柴油机的效率为30%~45%。
热机的效率是热机性能的重要指标。热机效率高，在做同样多的有用功的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。
在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，是提高燃料的利用率的重要措施。
大型发电机常常利用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。这种既能供电又能供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率大大提高。
三、总结反思，超越自我
1.某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。热值是燃料本身的性质。热值的单位是焦每千克（或焦每立方米），符号是J/kg（或J/m3）。
2. 用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。提高热机效率可以节约能源，减少污染。
= / ×100%
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，提高燃料的利用率。热机的广泛使用会污染环境。
四、板书设计，整合提升
1.某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫这种燃料的热值。热值是燃料本身的性质。热值的单位是焦每千克（或焦每立方米），符号是J/kg（或J/m3）。
2. 用来所做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机效率。热机效率是热机的重要指标。效率高，性能好。提高热机效率可以节约能源，减少污染。
= / ×100%
3.在热机的能量损失中，废气带走的能量最多。设法利用废气的能量，提高燃料的利用率。热机的广泛使用会污染环境。
五、大海扬帆，尝试远航
1. 下列说法不正确的是（ ）
A. 质量相等的燃料完全燃烧放出的热量不相等
B. 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
C. 热值的单位是焦耳
D. 热值的单位是J/kg
2．下列说法不正确的是（ ）
A. 在热机中，燃料释放的能量只有一部分用来做有用功
B. 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效率
C. 热机效率是热机性能的重要指标
D. 不断改进和创新的热机 ，其热机效率可大于1
3．长征F火箭以偏二甲肼为液态燃料，这种燃料应具有较大的（ ）
A．密度
B．比热容
C．热值
D．质量
4．全球的汽车保有量已破10亿辆，每辆汽车年耗油1.8t。汽车内燃机的效率平均取30%。如果把汽车的效率提高1%，全球每年可以节约燃油是（ ）
A.180kg
B.1.8×107t
C.1.8×108t
D.1.8×109t
5．有经验的柴油机维修师，不用任何仪器，只是靠近柴油机排气管口观察和闻一下，并将手伸到排气管口附近感觉一下尾气的温度，就能初步判断这台柴油机的节能效果。在同样负荷的情况下，关于柴油机的节能效果，下列判断中正确的是（ ）
A．尾气的温度越高，柴油机越节能
B．尾气的温度越低，柴油机越节能
C．尾气的柴油味越浓，柴油机越节能
D．尾气的颜色越发黑，柴油机越节能
参考答案1.C；2.D；3.C；4.B；5.B。
六、作业：P26.T3
课外作业P26T1、T2、T4。
教学反思：
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