2024年秋初中物理九年級上冊教學(xué)設(shè)計（教案）第2節(jié) 熱機的效率（教案）

第2節(jié)熱機的效率【教學(xué)目標】一、知識目標1.從能量轉(zhuǎn)化的角度認識燃料的熱值.知道燃料熱值的物理意義及其單位.2.了解內(nèi)能的利用在人類發(fā)展史上的重要意義.3.通過能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，認識熱機效率.二、能力目標1.通過對燃料燃燒過程的分析，歸納出燃料燃燒過程中的能量轉(zhuǎn)化.2.通過對熱機中的能量轉(zhuǎn)化及損失的分析，了解提高熱機效率的具體措施.三、素養(yǎng)目標1.通過學(xué)習(xí)提高熱機效率的具體措施，幫助學(xué)生提高節(jié)能意識；初步認識科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對自然環(huán)境造成的影響，增強環(huán)保意識.2.通過燃料燃燒放出有害物質(zhì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步認識到事物都是一分為二的，培養(yǎng)學(xué)生初步的辯證的觀點，養(yǎng)成辯證看問題的良好習(xí)慣.【教學(xué)重點】燃料的熱值，熱機效率的計算.【教學(xué)難點】熱機中的能量轉(zhuǎn)化及損失，提高熱機效率的具體措施.【教具準備】多媒體課件.【教學(xué)課時】1.5課時【鞏固復(fù)習(xí)】教師引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)上一節(jié)所學(xué)內(nèi)容，并講解學(xué)生所做的課后作業(yè)（教師可針對性地挑選部分難題講解），加強學(xué)生對知識的鞏固.【新課引入】教師提問：汽油機以汽油為燃料，柴油機以柴油為燃料，現(xiàn)代火箭以液態(tài)氫為燃料，你還見到過哪些燃料？燃料在燃燒的過程中是什么能向什么能轉(zhuǎn)化？學(xué)生回答后，教師歸納指出：燃燒時是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，目前人類獲得內(nèi)能的主要途徑是燃料燃燒，下面我們就一起學(xué)習(xí)關(guān)于燃料燃燒及其利用的相關(guān)知識.【進行新課】知識點1燃料的熱值1.熱值的概念師我們知道，燃料是指在燃燒時能產(chǎn)生內(nèi)能、光能的物質(zhì).燃料的種類很多，一般可分為固體燃料（如木柴、煤等）、液體燃料（如汽油、柴油等）和氣體燃料（如氫氣、煤氣、天然氣等）.下面請同學(xué)們根據(jù)自己家里通常用到的燃料，結(jié)合平時的觀察，分析一下：你家做同樣一餐飯需要消耗多少不同的燃料？想想，相同質(zhì)量的不同燃料燃燒時放出的熱量是不是相同的？各小組的學(xué)生回憶、交流和討論，發(fā)表各自建議.最后由每組代表發(fā)言.教師收集整理得出結(jié)論：相同質(zhì)量的不同燃料燃燒放出的熱量不同.為了表示燃料的這種特性，物理學(xué)中用“熱值”這個物理量來描述.師大家再回憶下，燃料燃燒時燃燒是否完全呢？燃燒程度會不會影響放出熱量的多少呢？生：有影響，完全燃燒時放出的熱量多些，未完全燃燒時放出的熱量自然要少些.師因此，為了便于科學(xué)比較，就統(tǒng)一用燃料“完全燃燒”，而且燃料質(zhì)量取1kg，比較放出熱量多少，放出熱量多，那么它的熱值就大，反之，放出熱量就少，熱值就小.板書：熱值：（1）定義：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.熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒時放出的熱量.（2）單位：在國際單位制中，熱量的單位是焦耳，質(zhì)量的單位是千克，則熱值的單位是焦每千克，符號是J/kg.（備注：對于氣體燃料，熱值在數(shù)值上等于1m3燃料在標準狀態(tài)下完全燃燒放出的熱量，單位是焦每立方米，符號是J/m3.）（3）計算公式：Q放=mq或Q放=qV教師總結(jié)：對于熱值的理解，我們要抓住三個關(guān)鍵詞：“某種燃料”、“完全燃燒”、“熱量與其質(zhì)量之比”.①“某種燃料”是說明熱值與燃料的種類有關(guān).確定的燃料才有確定的熱值，不同的燃料有不同的熱值.由此可見，熱值反映了燃料的燃燒特性.熱值大，反映1kg的這種燃料完全燃燒時放出的熱量多，或者說，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能多.②“完全燃燒”的含義是燒完、燒盡.某種燃料，只有在完全燃燒時放出的熱量與質(zhì)量之比才是這種燃料的熱值，如果用沒有完全燃燒放出的熱量計算出的熱值就比實際值小.③“熱量與其質(zhì)量之比”可以理解為熱值是針對一定質(zhì)量的燃料而言的，如果同種燃料的質(zhì)量不同，則完全燃燒時放出的熱量大小不同.2.熱值是燃料的屬性教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P23《小資料》——“一些燃料的熱值”.先讓學(xué)生通過查表找出下列燃料的熱值：干火柴、無煙煤、焦炭、酒精、柴油、汽油、液態(tài)氫，然后說出它們的物理意義.例如酒精的熱值是3.0×107J/kg，它表示的意義是酒精完全燃燒時，放出的熱量與其質(zhì)量之比為3.0×107J/kg.教師鼓勵學(xué)生積極發(fā)言，并繼續(xù)提問：（1）熱值表中，熱值最大的是哪種燃料？熱值最小的是哪種燃料？（2）火箭上為什么用液態(tài)氫作燃料？（3）熱值反映了燃料的什么性質(zhì)？不同燃料的熱值一定不同嗎？學(xué)生回答：（1）表中熱值最大的是氫（1.4×108J/kg），熱值最小的是干木柴（1.2×107J/kg）.（2）火箭上用液態(tài)氫作燃料是因為氫的熱值大.（3）熱值是燃料的一種屬性，不同的燃料有不同的熱值.教師鼓勵學(xué)生的回答，并進行總結(jié)和板書.板書：熱值反映了所有能燃燒的物質(zhì)的一種性質(zhì)，反映了不同燃料在燃燒過程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)的大小，也就是說，它是燃料本身的一種特性，它只與燃料的種類有關(guān)，與燃料的形態(tài)、質(zhì)量、體積、是否完全燃燒均沒有關(guān)系.例題1（多媒體展示）甲、乙兩種燃料完全燃燒時，甲放出的熱量較多，那么（）A.甲燃料的熱值一定大于乙燃料的熱值B.甲燃料的質(zhì)量一定大于乙燃料的質(zhì)量C.甲燃料的質(zhì)量和熱值都比乙燃料的大D.甲燃料的熱值可能比乙燃料的熱值小解析：Q放的大小與質(zhì)量m和燃料的熱值q都有關(guān)，即Q放=mq，因此，甲放出的熱量較多，其質(zhì)量和熱值不一定大，但是質(zhì)量和燃料熱值的乘積一定大，故應(yīng)選D.答案：D例題2教師用多媒體展示練習(xí)冊中對應(yīng)題目，并針對性地講解.例題3（多媒體展示）在一次物理實驗中，共燃燒酒精42g,如果酒精完全燃燒，則能釋放多少熱量？這些熱量被10kg的水完全吸收，水的溫度能上升多少攝氏度？［酒精的熱值q=3.0×107J/kg，水的比熱容c=4.2×103J/（kg·℃）］即酒精完全燃燒釋放的熱量是1.26×106J；水的溫度能上升30℃.課堂演練完成本課時對應(yīng)課堂練習(xí).知識點2熱機的效率1.燃料的利用率師我們知道，在用煤、煤氣或天然氣給盛水的壺?zé)畷r，燃料燃燒放出的熱量不是被水全部吸收，有一部分被壺、爐灶吸收，有一部分散失到周圍的空氣中，再加上燃料不可能完全燃燒.也就是說，燃料的利用率只是一部分.下面我們就一起來認識“燃料的利用率”.（教師還可以利用畫餅狀示意圖的方法來形象表示燃料燃燒放出熱量、散失熱量、未燃燒的燃料所占的比例，以加深學(xué)生對燃料利用率的理解）板書：（1）燃料的利用率就是用來做有用功的能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比.（2）公式：η=Q有Q放×100%師我們知道通常的鍋爐，燃料的利用率都比較低，例如取暖用的小型鍋爐，我們應(yīng)該如何采取措施來提高燃料的利用率呢？請同學(xué)們分組討論后積極發(fā)言.生1：可以讓燃料盡可能地充分燃燒，如把煤塊磨成煤粉或煤粒，用鼓風(fēng)機吹進爐膛.生2：可以減少各種熱量損失，如加大與氧氣的接觸面積（或加大受熱面積），減少煙氣帶走的熱量.教師鼓勵學(xué)生的回答，并進行總結(jié)和板書.板書：提高燃料利用率的方法：（1）讓燃料盡可能地充分燃燒；（2）減少各種熱量損失.2.熱機的效率師前一節(jié)課時，我們學(xué)習(xí)了熱機，我們知道熱機也是利用燃料燃燒時產(chǎn)生的內(nèi)能來做功的，那么熱機燃燒汽油或柴油時釋放的能量是否被充分利用來做功了呢？生：當然沒有.師那能量都到哪里去了？大家可通過查閱資料，交流和討論等多種形式去了解.教師總結(jié)：熱機的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多，其次是散熱損失、機械摩擦損失等.而用來做有用功的能量只有一小部分.通常汽油機的效率為20%至30%，柴油機的效率為30%至45%.板書：（1）熱機的效率就是指用來做有用功的能量與燃料完全燃燒釋放出的能量之比.（2）公式：η=W有/W總×100%師熱機的效率是熱機性能的重要指標.熱機的效率高，在做功同樣多的情況下，就消耗更少的燃料，從而節(jié)約能源，減少污染.在設(shè)計和制造熱機時，我們要不斷改進和創(chuàng)新，以減少各種能量損失，提高效率.下面就請同學(xué)們積極發(fā)言，說出具體措施.生1:在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多.我們可以設(shè)法利用這些廢氣的能量.生2：熱機在運行過程中，機器間的摩擦消耗了部分能量，我們可以通過加潤滑油的方式來減小摩擦.生3：盡可能地使燃料充分燃燒.教師鼓勵學(xué)生的回答，并進行總結(jié)和板書.板書：提高熱機效率的途徑：（1）盡量減小各種熱量損失；（2）保持良好的潤滑，盡量減小摩擦；（3）盡可能使燃料充分燃燒等.3.熱機與環(huán)境教師通過播放音像資料來具體介紹我國每年消耗燃料的數(shù)量，以及我國的燃料利用率的情況和燃料燃燒造成的環(huán)境污染情況.引導(dǎo)學(xué)生思考我們在利用熱機的時候，給環(huán)境造成了哪些危害.（教師也可以組織學(xué)生進行一些社會調(diào)查或舉辦一些關(guān)于環(huán)境污染的討論會，對為什么要強制實行舊車淘汰制，汽車的尾氣要進行定期檢查，并且要加裝凈化裝置等問題進行討論，還可以觀看電視和報紙關(guān)于當天空氣質(zhì)量的報道，讓學(xué)生盡量接觸一些生動具體的的實際問題，對環(huán)保產(chǎn)生緊迫感和責(zé)任感，增強學(xué)生的環(huán)保意識，也可以讓學(xué)生討論燃料利用的利與弊，使學(xué)生初步養(yǎng)成辯證看待問題的習(xí)慣，正確對待科技進步給人類社會帶來的正面和負面影響.例題4（多媒體展示）如圖所示為內(nèi)燃機的能量流向圖，熱機效率η等于（）解析：從圖中可以看出，在內(nèi)燃機中，燃料完全燃燒產(chǎn)生的能量中，由于排出的廢氣溫度較高，損失一部分能量；由于機件向外散熱及克服摩擦做功損失一部分能量，真正向外輸出的有用機械能只占燃料所含化學(xué)能的一部分.故熱機的效率等于做有用功的能量（圖中E4）與燃料完全燃燒時所釋放的能量的比值，即：η=E4/E1×100%，故B正確.答案：B例題5（多媒體展示）為了響應(yīng)國家“節(jié)能減排”的號召，同學(xué)們討論家用汽車的節(jié)能方法，你認為下列方法不合理的是（）A.開車過程中不宜頻繁地急加油和急剎車B.定期清理汽車后備箱中的不常用物品，減小汽車負載C.夏天開車開空調(diào)時，空調(diào)的溫度不宜過低D.駕車長期低速行駛解析：頻繁的急加油和急剎車都會造成汽油的浪費，所以要盡量避免這種駕駛方法，A說法合理；清理汽車后備箱中的不常用物品，可以減小汽車的阻力，行駛時可以節(jié)約耗油量，B說法合理；如果天氣不是很熱就不用開空調(diào)，即使開時也不要讓溫度過低，C說法合理；駕車在上坡時低速行駛以增大牽引力，而當在平路上行駛時還要以適當?shù)乃俣刃旭?，這樣可以節(jié)約耗油量，D說法錯誤，故選D.答案：D例題6（多媒體展示）天然氣在我市廣泛使用，已知天然氣的熱值為7.0×107J/m3,完全燃燒0.05m3天然氣可以放出多少焦的熱量？這些熱量若只有42%被水吸收，則可以使常溫下5kg的水溫度上升多少攝氏度？教師引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材P25頁STS《從火車到火箭》短文.（通過有關(guān)火箭發(fā)展史的介紹和火箭應(yīng)用方面知識的學(xué)習(xí)，使學(xué)生受到良好的愛國主義和熱愛科學(xué)等方面的教育）課堂演練完成本課時對應(yīng)課堂練習(xí).【課堂交流、小結(jié)與延展】師同學(xué)們，我們通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你們都有哪些收獲呢？請相互交流、討論.生1：通過學(xué)習(xí)，我知道了不同的燃料燃燒時放出的熱量不同，放出的熱量的多少與燃料種類、燃燒程度有關(guān).生2：熱值是燃料的一種屬性，每種燃料都有自己的熱值，它與質(zhì)量、體積、燃燒狀況無關(guān).生3：根據(jù)熱值的物理意義，如干木柴的熱值q為1.2×107J/kg，即1kg干木柴完全燃燒放出的熱量為1.2×107J，那么，質(zhì)量為mkg的干木柴完全燃燒可以放出的熱量為Q放=mq.生4：熱機的燃料利用率很低，燃料燃燒時釋放的能量有多種去向：廢氣帶走、散熱損失、機械摩擦損失，而真正用來做有用功的能量只占很少一部分.……【教師結(jié)束語】同學(xué)們，我們通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，收獲了不少知識.我們認識了燃料的熱值、燃料的利用率和熱機的效率，我們進一步學(xué)習(xí)了提高熱機效率的方法，知道了環(huán)境保護的重要意義.為了人類生存環(huán)境的健康持續(xù)和諧發(fā)展，我們必須樹立節(jié)能和環(huán)保意識，倡導(dǎo)低碳生活.好，謝謝大家！課后作業(yè)完成本課時對應(yīng)課后練習(xí).1.在幫助學(xué)生理解熱值概念時，可以課前讓學(xué)生做社會實踐調(diào)查：家庭（農(nóng)村）爐灶的變化及燃料使用的變化，體會相同質(zhì)量的不同燃料在燃燒時釋放的熱量有明顯差異.認識不同燃料的熱值不同，并由此引導(dǎo)學(xué)生分析、討論如何有效提高燃料的利用率.2.有效利用燃料是節(jié)約能源、保護環(huán)境的重要措施，講解這個問題是為了強調(diào)節(jié)約能源、注意環(huán)保的重要性，對學(xué)生進行節(jié)能教育，關(guān)于保護環(huán)境問題，通過這部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，一方面是為了提高學(xué)生的環(huán)保意識，另一方面要讓學(xué)生辯證地看待科學(xué)進步對人類社會的影響，使學(xué)生初步認識到事物都是一分為二的，培養(yǎng)學(xué)生初步的辯證唯物主義的觀點，養(yǎng)成辯證看問題的良好習(xí)慣.熱機與環(huán)境燃料很難完全燒盡，大多數(shù)燃料又都含有一定的雜質(zhì)，因此燃燒后會留有灰燼等廢棄物.這些廢棄物不僅占用地面，而且會污染環(huán)境.燃料燃燒不僅生成二氧化碳，還會生成一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等氣體和一些粉塵.飄浮在空氣中的粉塵會影響人和動物的呼吸系統(tǒng)正常工作，還會降低光照，影響植物的光合作用，影響動植物生長.二氧化碳本身是無毒的，但研究認為二氧化碳排