【核心素养目标】14.2热机效率（教学设计）—初中物理人教版九年级全一册

热机效率
【学情分析】
学生已具备一定的动手实验能力和运用所学知识解决简单实际问题的能力，已基本能够运用观察、分析、归纳、比较等科学方法来探求新知识。本节课中学生对热机在日常生活中的应用已有感性认识，有一定的知识储备，但是还不能较好的理解和诠释热机的效率。教学过程设计了许多相关课件和视频，可以由此引起学生探究的兴趣进入新课。
【教学目标】
1.物理观念：
（1）知道热值、热机的效率概念。
（2）通过公式计算燃料燃烧释放的热量。
（3）了解不同热机的效率值，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。
【重点难点】
重点：建立热值、热机的效率的概念。
难点：理解环境污染与热机使用的关系。
【新课导入】
无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的，火的利用给人类社会带来了进步。时至今日，我们的日常生活都离不开燃料的帮助。例举一下生活中我们可以使用哪些燃料烧开一壶水？这些燃料可以如何分类？
【新课讲解】
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却不相同。
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？试着让学生依照生活经验论述观点。
燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。例如，燃烧1 kg煤放出的热量，是燃烧1 kg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。
二、热量的计算
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）
三、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。