初中三年級(jí)上學(xué)期物理《熱機(jī)的效率》教學(xué)設(shè)計(jì)

教學(xué)設(shè)計(jì)課題熱機(jī)的效率授課班級(jí)授課教師授課時(shí)間教學(xué)目標(biāo)1、了解什么是燃料的熱值。2、正確計(jì)算燃料完全燃燒時(shí)放出熱量。3、知道如何提高熱機(jī)的效率，有節(jié)能環(huán)保意識(shí)。教學(xué)重點(diǎn)燃料的熱值、熱機(jī)的效率教學(xué)難點(diǎn)對(duì)熱機(jī)的效率的理解教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【創(chuàng)設(shè)情境引出燃料概念】首先，我們來(lái)復(fù)習(xí)一下。什么樣的機(jī)械叫熱機(jī)？那用來(lái)做功的內(nèi)能從何而來(lái)？從原始人學(xué)會(huì)用火，到我們現(xiàn)在的燒水做飯，以及現(xiàn)代科技的汽車(chē)、飛機(jī)和火箭都離不開(kāi)燃料的使用。人類(lèi)獲得的能量，絕大部分仍是通過(guò)燃燒燃料獲得的，下面我們一起來(lái)了解一下燃料。我們把能夠燃燒并放出熱量的物質(zhì)叫做燃料。大致分三類(lèi)，固體燃料、液體燃料、氣體燃料。燃燒時(shí)是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程。人類(lèi)對(duì)燃料的認(rèn)識(shí)和使用大致經(jīng)歷了怎樣的歷程？學(xué)生回答問(wèn)題：是利用內(nèi)能來(lái)工作的機(jī)械叫熱機(jī)。是燃料燃燒釋放出來(lái)的。人類(lèi)對(duì)燃料的認(rèn)識(shí)和使用大致經(jīng)歷了植物秸稈、木柴、煤炭、石油衍生品、汽油、煤油、柴油、液化氣、以及天然氣這樣的歷程。根據(jù)學(xué)生切身體會(huì)設(shè)置疑問(wèn)，調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)積極性?！驹O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)比數(shù)據(jù)】在現(xiàn)代都市，我們很難見(jiàn)到人們燒干木柴取暖和做飯，這是為什么呢？除了環(huán)保方面的原因，和燃料自身的什么原因有關(guān)嗎？同學(xué)們想一想，用質(zhì)量相同的酒精和干木柴分別給兩杯完全相同的水加熱，水升高的溫度相同嗎？通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們來(lái)比較一下。燃燒相同質(zhì)量的酒精和干木柴，比較它們放出熱量多少。首先，用電子秤稱(chēng)出質(zhì)量相同的酒精和干木柴。然后用電子秤各取質(zhì)量為200克的水。在相同的環(huán)境中，用干木柴和酒精給水加熱。用溫度計(jì)測(cè)出水的的末溫。從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中我們看到，5克酒精完全燃燒使水的溫度升高了60攝氏度，5克干木柴完全燃燒時(shí)，水的溫度升高了40攝氏度。實(shí)驗(yàn)結(jié)論，用質(zhì)量相同的酒精和干木柴分別給兩杯完全相同的水加熱。水升高的溫度不同，酒精加熱的水升高的溫度多。這也間接說(shuō)明，在相同的環(huán)境中，酒精和干木柴相比，燃燒酒精放出的熱量多。物理學(xué)最生動(dòng)、最鮮活的部分就是聯(lián)系生活、生產(chǎn)和自然現(xiàn)象。學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。培養(yǎng)的學(xué)習(xí)分析歸納能力?！纠斫鉄嶂怠繛榱吮容^燃料的特性，我們引入了熱值這一物理量。熱值的定義是，某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比叫做這種燃料的熱值。完全燃燒是指，燃料燃燒后完全變成不可燃燒物的過(guò)程。公式，小q等于大Q比小m，這里大Q是燃料完全燃燒放出的熱量，小m是燃料的質(zhì)量，小q是熱值。單位是焦每千克。熱值是燃料的特性，每種燃料都有自己的熱值。我們一起來(lái)看教材23頁(yè)的小資料，一些燃料的熱值。瀏覽整個(gè)熱值表，我們看到表中列出了一些固體、液體和氣體的熱值。你有什么發(fā)現(xiàn)？同學(xué)們都知道，汽車(chē)大多用的是汽油作為燃料，而火箭用的卻是氫作為燃料，這是為什么呢？隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，我們?nèi)剂系氖褂靡苍诓粩喟l(fā)展。我們?cè)诩抑袩鲲?，從原?lái)的干木柴到現(xiàn)在的煤氣。不僅有利于環(huán)境。還減少了燃料的浪費(fèi)。給我們生活帶來(lái)了極大的便利。煤氣的熱值約三點(diǎn)九乘十的七次方每立方米。它的物理意義是，表示每立方米的煤氣完全燃燒，所放出的熱量約為三點(diǎn)九乘十的七次方焦耳。那么如果我們家中用煤氣灶，把質(zhì)量為五千克的水從室溫加熱到一百攝氏度，會(huì)消耗多少煤氣呢？其中氫的熱值最大，干木柴的熱值最小。以及最后兩個(gè)氣體燃料的熱值的單位，不是焦每千克，而是焦每立方米。在進(jìn)行相關(guān)計(jì)算時(shí)，要注意這些變化。同時(shí)我們還觀察到酒精的熱值比干木柴大。這也間接說(shuō)明了我們剛才的實(shí)驗(yàn)的結(jié)論是可信的。干木柴的熱值約一點(diǎn)二乘十的七次方焦每千克。其物理意義是，表示一千克的干木柴完全燃燒所放出的熱量約為一點(diǎn)二乘十的七次方焦耳。因?yàn)闅涞臒嶂岛艽?，是一點(diǎn)四乘十的八次方焦，每千克。在獲得同樣熱量時(shí)，燃燒氫的質(zhì)量和體積都更小。學(xué)生實(shí)際測(cè)算。首先，觀察煤氣表的示數(shù)。再加上之前用溫度計(jì)測(cè)出水的初溫為二十?dāng)z氏度。開(kāi)始加熱，我們?cè)賮?lái)觀察煤氣表的示數(shù)，發(fā)現(xiàn)示數(shù)正在變化，說(shuō)明正在消耗煤氣。當(dāng)溫度達(dá)到一百攝氏度時(shí)，我們停止加熱，再來(lái)觀察煤氣表的示數(shù)。通過(guò)問(wèn)題設(shè)置，讓學(xué)生思考熱值的含義。觀察教材小資料，讓他們分析、思考,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,掌握知識(shí),再運(yùn)用這些物理知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題,從而實(shí)現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會(huì)”的課程理念。加強(qiáng)學(xué)生對(duì)本課重點(diǎn)內(nèi)容的理解和掌握。【爐子燒水效率和熱機(jī)效率】這些煤氣能放出多少熱量？它們都被水吸收了嗎？下面我們通過(guò)計(jì)算來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。先來(lái)算一下煤氣放出的熱量？公式代入公式，結(jié)果為5.811x106焦耳。再來(lái)計(jì)算一下水吸收的熱量是多少?公式代入，結(jié)果為1.68x106焦耳。我們發(fā)現(xiàn)水吸收的熱量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于燃料燃燒放出的熱量。這些熱量去哪了呢?燒水時(shí)，水為什么不能吸收煤氣燃燒放出的全部熱?那么水吸收的熱量在煤氣放出熱量的比例有多大呢？我們用Q吸比上Q放，年計(jì)算結(jié)果為28.9%。只有一小部分熱量被水吸收了，大部分熱量散失到了空氣中以及容器上。這說(shuō)明什么呢？我們學(xué)過(guò)類(lèi)似的概念嗎？是的，和我們之前學(xué)的機(jī)械效率相似，機(jī)械效率是有用功和總功的比值。那我們就把水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做用爐子燒水的效率。公式Q有用比上Q總，Q有用是指有效利用的熱量，Q總是指燃料完全燃燒放出的熱量。因此提高燃料的效率顯得尤為重要。請(qǐng)同學(xué)們思考，有哪些途徑可以提高爐子燒水的效率?請(qǐng)同學(xué)來(lái)回答一下，可以從以下幾個(gè)方面來(lái)進(jìn)行考慮？那么同樣靠燃燒燃料獲得能量的汽車(chē)、飛機(jī)、火箭，他們的熱機(jī)工作時(shí)，能不能將燃料所放出的熱量全部用來(lái)對(duì)外做功呢？那我們就把用來(lái)做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機(jī)的效率。公式為，熱機(jī)效率等于用來(lái)做有用功的能量比上燃料完全燃燒放出的能量，n=W有/Q總。加熱前煤氣表的示數(shù)為835.336立方米，水加熱到100℃時(shí)，煤氣表的示數(shù)為835.485立方米。通過(guò)計(jì)算消耗了0.149立方米煤氣。一定是不能的，首先靠近爐子時(shí)感覺(jué)到很熱，這些熱就不是用來(lái)加熱水散失的熱，其次加熱內(nèi)流體，需要通過(guò)容器進(jìn)行熱傳遞，也會(huì)散失一部分熱量，所以無(wú)論怎樣，煤氣放出的熱量都不能夠被水全部吸收。首先，可以讓燃料充分的燃燒，釋放更多的熱量，而燃料的燃燒是需要氧氣的，所以可以通過(guò)增加供氧量的方式來(lái)增加助燃。其次，燃料燃燒后放出的熱量會(huì)有一部分散失，大部分熱量不能用于加熱，因此可以用于更加隔熱的材料制造爐壁，減少熱量的散失，提高效率。另外還可以增大受爐子的熱面積，使其更快升溫，縮短加熱時(shí)間，提高效率。.首先排出的廢氣會(huì)帶走大量能量，以及機(jī)械傳動(dòng)、克服摩擦?xí)牡哪芰?，只有一少部分能量?huì)轉(zhuǎn)化成有用機(jī)械能。新的課程標(biāo)準(zhǔn)中科學(xué)探究部分有問(wèn)題、證據(jù)、解釋、交流的要素。這里通過(guò)數(shù)據(jù)分析，讓建立證據(jù)意識(shí)。經(jīng)歷效率的概念建立過(guò)程，形成節(jié)能環(huán)保的意識(shí)?！咎岣邿釞C(jī)效率的方法】熱機(jī)經(jīng)歷了幾個(gè)時(shí)代的發(fā)展，從最早的蒸汽機(jī)效率只有10%左右到后來(lái)汽油機(jī)的效率為20%左右以及重型卡車(chē)柴油機(jī)的效率為30%左右。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，熱機(jī)的效率也在不斷的提高。那為什么熱機(jī)的效率總小于一呢?請(qǐng)同學(xué)來(lái)回答一下。那么，有哪些途徑可以提高熱機(jī)的效率？請(qǐng)同學(xué)來(lái)回答一下。熱機(jī)的效率不高，且很難提高。主要是因?yàn)榕懦龅母邷貜U氣走了大量能量。設(shè)法利用這部分能量，雖然不能提高熱機(jī)的效率，但能提高燃料的利用率，達(dá)到節(jié)能的目的。由定義式可知，熱機(jī)的效率是用來(lái)做有用功的能量與燃料完全燃燒釋放出來(lái)的熱量之比，在熱機(jī)工作時(shí)，零件之間的摩擦，以及機(jī)器對(duì)外的散熱，都會(huì)損耗一部分能量，而這部分能量并沒(méi)有用來(lái)做有用功。所以W有就一定比Q總小，比值也就小于一了。提高熱機(jī)效率的方法有四種。①使燃料充分燃燒。②盡量減少各種熱量損失。③在熱機(jī)設(shè)計(jì)和制造上提高技術(shù)水平和使用新材料。④保證良好的潤(rùn)滑，減少因摩擦額外消耗的功。通過(guò)列舉生活實(shí)例，使學(xué)生懂得把物理知識(shí)與生活實(shí)際相結(jié)合。通過(guò)提高熱機(jī)效率方法的總結(jié)，提升學(xué)生的邏輯思維能力。【拓展小結(jié)】好了同學(xué)們，今天可內(nèi)容我們就全部學(xué)完了，我們來(lái)簡(jiǎn)單梳理一下。通過(guò)學(xué)習(xí)，我們知道了，那內(nèi)能是通過(guò)燃料燃燒獲得的。還了解了不同燃料放熱的能力有差別，這種差別在物理