14.2 热机的效率 教案 2021-2022学年人教版九年级物理

第2节　热机的效率
【教学目标】
1.从能量转化的角度认识燃料的热值,学会利用燃料的热值计算有关燃料完全燃烧时放出的热量。
2.了解热机的效率,知道提高热机效率的途径。
【教学重难点】
1.重点:利用燃料热值计算燃料完全燃烧放出的热量。
　　2.难点:对燃料热值的理解。
【课前准备】
教师:多媒体课件、火柴、铁丝、汽油、坩埚钳。
　　学生:课前收集关于各种热机效率的资料。
【教学过程】
【情境引入】
　　奇思妙想的发明“六冲程引擎”,在完成四冲程工作后,会把水注入汽缸,使水瞬间变成水蒸气,从而带动活塞运动,产生第五冲程,为汽车提供动力,第六冲程让水蒸气进入冷凝器,变成可再次注入汽缸的水。该“六冲程引擎”的优点是可节约燃料,提高热机的效率。从而引入本节课题。
【互动新授】
(一)燃料的热值
　　1.燃料:
　　教师指出:燃烧是生活中一种常见的现象,人类在原始社会就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭,在现代社会,人类所用能量绝大部分依然是从燃料的燃烧中获得的。
　　让学生阅读教材想想议议,结合生活经验举例说明常见的常规燃料并进行分类。
　　固体燃料:木柴、煤等。
　　液体燃料:汽油、柴油、酒精等。
　　气体燃料:煤气、天然气等。
　　引导学生分析燃烧过程中的能量转化,将燃料的化学能转化为内能。
　　2.热值:
　　提出问题:1 kg的煤炭和天然气,燃烧产生的热量一样多吗?哪个放出的热量更多?
　　演示实验:点燃一根火柴和一根与火柴等长等粗的沾满汽油的铁丝,观察燃烧的时间和燃烧程度。
　　学生自主学习教材内容,讨论得出:相同质量的煤炭和天然气燃烧时放出的热量是不同的,从而引入热值的概念:我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值。
　　学生自主学习了解热值的数值和单位,热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量,单位用焦每千克,符号是J/kg。出示一些燃料的热值表:
一些燃料的热值
燃料 热值 燃料 热值
干木柴 约1.2×107 J/kg 柴油 4.3×107 J/kg
烟煤 约2.9×107 J/kg 煤油 4.6×107 J/kg
无烟煤 约3.4×107 J/kg 汽油 4.6×107 J/kg
焦炭 3.0×107 J/kg 氢 1.4×108 J/kg
木炭 3.4×107 J/kg 煤气 约3.9×107 J/m3
酒精 3.0×107 J/kg 沼气 约1.9×107 J/m3
　　了解一些固体、液体、气体燃料的热值,并思考以下几个问题:
　　(1)表中哪种燃料的热值最大?哪种燃料的热值最小?
　　(2)焦炭的热值是多少?它表示的物理意义是什么?
　　(3)火箭为什么采用液态氢作燃料?
　　3.热量的计算:
　　引导学生:1 kg的焦炭完全燃烧放出的热量是3.0×107 J,计算5 kg的焦炭完全燃烧放出的热量是多少?用m表示燃料的质量,q表示燃料的热值,则质量是m的燃料完全燃烧放出的热量是Q=mq。
　　例题:15 kg的汽油完全燃烧可放出多少热量?
　　解:汽油的热值是q=4.6×107 J/kg,
　　Q放=mq=15 kg×4.6×107 J/kg=6.9×108 J。
　　(二)热机的效率
　　1.燃料的利用率:
　　学生自主学习,思考问题:
　　燃料燃烧过程中是否能将所蕴含的化学能全部释放出来?
　　当用煤烧水时,煤燃烧放出的热量是否全部被水吸收?
　　教师和学生共同分析,燃料不能有效利用的原因有:(1)燃料燃烧时很难完全燃烧。(2)燃料燃烧过程中有热量损失,即有效利用的热量比放出的热量小。
　　2.热机的效率:
　　让学生根据生活经验思考:站在正在工作的汽油机或柴油机的排气口附近时,会闻到汽油或柴油的气味,或者看见排出的黑烟,还能感觉到热。
　　师生共同分析,闻到汽油或柴油的气味或者看到冒出黑烟,是因为汽油或柴油没有完全燃烧就排放出来,感觉到热是因为热机工作时传热和排出温度较高的尾气产生的,这些热量散失要带走很大一部分能量,在热机工作过程中不可避免地存在摩擦(如活塞和汽缸之间的摩擦、各部件连接处的摩擦等),也会使能量有所损失。
　　教师说明:对于热机而言,燃料燃烧释放的能量只有一部分用来做有用功,为了反映燃料的利用率引入了热机效率的概念: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,叫作热机的效率。热机的效率是热机性能的重要指标。
　　学生阅读教材内容,了解几种热机的效率,小组讨论总结热机使用提高燃料利用率的方法:一是让燃料尽可能的充分燃烧,二是充分利用各种废气,减少热量的损失。
【课堂小结】
教师:通过今天的学习你学到了什么,有什么成功的经验和收获?
　　学生:1.知道什么是燃料的热值。
　　2.学会利用燃料的热值计算燃料完全燃烧放出的热量。
　　3.知道什么是热机的效率,知道提高热机效率的方法。
【板书设计】
第2节　热机的效率
一、燃料的热值
1.燃料的种类:固体燃料、液体燃料、气体燃料。
2.燃料的热值:
(1)定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。
(2)大小:热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
(3)单位:焦每千克,符号是J/kg。
3.热量的计算:
Q放=mq。
二、热机的效率
1.热机的效率:用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出能量之比。
2.提高热机效率的方法。