13.4 热机效率与环境保护 教案

第十三章 内能与热机
第四节 热机效率与环境保护
【教学任务分析】
教学目标 知识与技能 1．建立热值概念．知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料．的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算．
2．了解热机效率．知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在．
过程与方法 1．通过生活经验及具体事例定性探究得到不同燃料燃烧释放能量的能力不同，类比速度、压强等学习燃料的热值．
2．通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响．
情感态度与价值观 1．通过比较不同燃料燃烧释放能量的能力不同的探究活动，激发学生对科学的求知欲．
2．了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感．
重点 燃料的热值概念的建立及燃料完全燃烧释放热量的简单计算．
难点 对热值和热机效率的理解．
【教学环节安排】
环 节 教 学 问 题 设 计 教学活动设计 问题最佳
解决方案
创设情境 展示飞机、汽车、火箭、燃煤火车等儿童卡片，它们工作时都需要燃烧燃料，生活中你还见过哪些燃料？它们燃烧时都能不断的释放能量吗？释放能量的能力相同吗？
教师提出问题，学生口答，教师展示各种燃料标本：秸秆、木柴、煤炭、汽油、柴油、液化石油气（打火机中有）等．根据学生的猜想引入课题．

自主学习 1．人们燃烧燃料可获得__________，该过程的能量转化是_________________________．
2．不同燃料燃烧释放能量的能力 (相同或不同)，物理学中，用 来描述燃料燃烧释放能量的能力．
3．把1kg某种燃料_________________叫做这种燃料的热值，它的单位是________，它的公式Q=________．汽油的燃烧值是4.6×107J/kg，表示______________________________．热值是燃料的一种_____性，它只跟燃料的________有关．
4．热机转变为有用功的能量与
的比值称为热机效率．热机效率_________100％．(大于或小于) ．热机在工作时的各种能量损失是____________、___________、____________和_______________．
教师出示导学提纲，学生利用课前或课上5分钟左右的时间预习本节内容，并完成导学提纲．遇到不会的题目可讨论解决．
答案：
1．能量 内能转化为机械能
2．不同 燃料的热值
3．完全燃烧释放的能量（或热量） J Q=mq 1kg汽油完全燃烧释放的热量为4.6×107J 特 种类
4．燃料完全燃烧释放的热量 小于 燃料很难完全燃烧 机械传动时克服摩擦所消耗的能量 废气排出带走的能量 机械传热损失的能量

合作共建 知识点1：燃料的热值
问题1：各种燃料都储存着什么能呢？燃料燃烧过程中能量如何转化？
小结：燃料燃烧过程化学能转化为内能．
问题2：相同质量的不同燃料释放能量的多少相同吗? 不同燃料燃烧释放能量的能力一样吗?
教师出示：
（1）0.6kg无烟煤完全燃烧只能烧开5瓶水，而0．6kg的液化气完全燃烧可以烧一天饭菜、开水以及还可以烧淋浴的洗澡水．
（2）普通的一个家庭一个月平均要用无烟煤75kg，改用液化石油气就只需15kg，农村烧大灶的话每月需干木柴150kg．
小结：（1）相同质量的不同燃料完全燃烧释放的能量是不相等的；
（2）不同燃料燃烧释放能量的能力是不同的．
问题3：物理学中用哪个物理量来描述“不同燃料燃烧释放能量的能力的不同”呢?如何定义？这是什么定义方法呢？以前学过的哪些物理量是用这种方法定义的？
表格：
名称
速度
密度
压强
功率
热值
描述
定义
符号
单位
公式
练习：
1．木炭的热值是3．4×l07J/kg，它的物理意义是 ．
2．计算4kg柴油完全燃烧释放的热量．
问题4：王刚认为“燃料的质量越大，热值越大
因为燃料越多，燃烧放热越多”；李华认为“燃料燃烧越充分，热值越大”，他们说的是否正确？为什么？ 你还学过哪些物理量是特性呢？
小结：（1）燃料的热值是燃料的一种重要特性，只决定燃料的种类，与质量和燃烧情况等无关．
（2）密度、比热容、热值都是物质的特性．
练习：
1．一箱汽油用掉一半以后，它的热值 （变小、不变、变大），它的质量变为原来的 ，3kg汽油完全燃烧释放的热量是
J．
2．关于燃料的热值，下列说法中正确的是( )
A．燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高
B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
C．燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大
D．燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关
知识点2：热机效率
问题1：根据你的生活经验，你认为燃料能否完全燃烧? 热机工作时，燃烧释放的能量能全部对外做有用功吗? 你认为热机工作时有哪些能量损失呢？
小结：（1）真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料完全燃烧时所释放能量的一部分．
（2）热机中燃料燃烧所释放能量的主要走向：燃料很难完全燃烧，燃料的化学能不能完全释放；由于机械传动等，克服摩擦所消耗的能量；废弃排出所带走的能量；机械传热损失的能量．
问题2：什么是热机效率？热机的效率能达到100％吗?为什么?
小结：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．热机的效率一定小于100％，因为能量损失永远存在．
问题3：为了合理利用能源，人们一直都在努力提高热机的效率，如何提高?
小结：主要途径是减少热机工作中的各种能量损失，首先要减少燃烧过程中的热量损失，其次要尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料，减小摩擦，以减少机械损失．
练习：
为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高效率的是（　　）
A．尽量使燃料充分燃烧
B．尽量增加热机的工作时间
C．尽量减少废气带走的热量
D．尽量减少热机部件间的摩擦
知识点3：环境保护
问题1：热机的使用促进了人类的发展，联系我们的生活环境谈一谈，燃料燃烧对环境有哪些影响？
小结：环境污染主要包括：废气污染和噪声污染．
问题2：结合生活实际谈谈：为了保护环境，应该怎样从我做起？
练习：
农作物的秸秆是一种宝贵的资源，但不少农民在收割后为了方便，在农田里大量焚烧秸秆，其害处是 和 (举出两个)．

教师提出问题并演示实验（演示燃烧秸杆和酒精），学生观察实验并回答．
教师展示材料并提出问题，学生小组交流讨论，教师巡视，收集各组的讨论结果，并且给以指导和鼓励，教师提问，学生回答，学生回答不完全的，其他学生补充．
教师提出问题，小组同学互相讨论，并类比速度的定义方法得出燃料的热值的定义．
学生看课本，独立填表，教师提问，学生口答．
教师出示练习题，学生独立解答，以巩固所学知识．
答案：
1．1kg木炭完全燃烧放出的热量为3．4×l07J．
2．Q=mq
=4kg×3．3×l07J/kg
=1．32×l08J
教师提出问题，学生根据热值的定义思考讨论，分析出他们的说法是错误的，进一步分析得到热值的大小与燃料的质量、燃烧情况无关，只与燃料的种类有关．
教师出示练习题，学生根据所学知识，快速独立解答题目，以巩固所学知识．
答案：
1．不变 一半 1.38×l08J
2．D
教师逐个提出问题，学生交流、讨论、，回答，并说出依据，如：当一辆摩托车从面前疾驰而过的时候，我会从摩托车的排气筒后看到黑烟、闻到汽油味、感觉到热风等．教师引导学生说出热机中燃料燃烧所释放能量的主要走向．
学生类比机械效率的概念，归纳出热机效率的定义，教师适时引导．
教师提出问题，小组同学根据热机中燃料燃烧所释放能量的主要走向进行讨论，让学生充分的展示交流，教师引导学生总结得出论．
教师出示习题，学生独立完成．
答案：B
教师提出问题，小组同学互相讨论，学生充分进行展示交流，教师引导学生总结得出结论．
学生自由发言．
教师出示习题，学生口答．
答案：大气污染 能源浪费等
智能应用 例题：学校在室温20℃时，每天向学生供100kg开水．烧这些水若分别用干木柴、烟煤、汽油三种燃料，在完全燃烧的情况下，需多少kg干木柴?多少kg烟煤?多少kg汽油?(设燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收) 教师出示例题，学生讨论、交流，寻找解决思路．教师讲解时要分析清燃料燃烧放热，而水吸收燃料燃烧所放的热（无能量损失）．所以先用Q＝cm△t求出100kg、20℃的水升高到100℃时吸收的热量，即燃料完全燃烧放出的热量，再依据Q＝mq求出燃料的质量．教师板书求干木柴质量的做法，求烟煤、汽油的质量学生独立完成。
诊断评价
1．焦碳的热值是3.0×lO7J/kg，其物理意义是______________________完全燃烧2kg的焦碳放出的热量为__________________J．
2．热机是把 能转化为 能的机械，在热机里，转变为 的能量和燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率，热机效率　　　　100％．
3．在我国实施的西气东输工程中，西部地区天然气被输送到缺乏能源的东部地区，天然气与煤相比，从热学角度分析，它突出的优点是____________；从环保角度分析，它突出的优点是_____________(天然气、煤的热值分别为1.14×108J／kg、3×107J／kg)
4．关于对公式q＝Ｑ／ｍ的理解正确的是（ ）
A．热值与燃料完全燃烧时释放的能量成正比
B．热值与质量成反比
C．热值与燃料的质量成反比，与燃料完全燃烧时释放的能量成正比
D．热值的大小由燃料本身决定，与质量和热量无关
5．小明家使用的是瓶装液化气，用燃气灶烧水，燃烧0.2kg的液化气，可使5kg的水从20℃升高到100℃．已知水的比热容为4．2×103J／(kg·℃)，煤气的热值为4．0×107J/kg．求：
(1)0.2kg液化气完全燃烧放出的热量；
(2)水吸收的热量；
(3)燃气灶烧水的效率．

教师出示诊断评价题，学生独立完成，教师出示答案，学生自我批改．教师搜集学生做题信息，查漏补缺，学生认真听讲，加深理解．
答案:
1．1kg焦炭完全燃烧释放的能量为3.0×l07J 6×l07J
2．内 机械 有用功
3．天然气的热值高
污染小
4．D
5．
（1）Q放=mq=0.2kg×4.0×107J=8×106J
（2）Q吸 =cm（t – t0 ）
=4.2×103Ｊ/（kg·℃）×5kg×(100℃－20℃)
=1.68×106J
(3)

作业设计 课后作业1、2题
3．太阳能是一种清洁，无污染的理想能源，太阳能热水器里有200kg的水，在阳光的照射下，温度上升40℃，求：
（1）水吸收了多少热量？
（2）这些热量相当于完全燃烧多少液化石油气放出的热量？

教后反思
4
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