14.2 熱機的效率【教學目標】知識與技能1、知道在燃燒過程中燃料的化學能轉化為內能;2、知道什么是燃料的熱值和單位，會查燃料熱值表.過程與方法1、從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱的本領不同，建立熱值的概念。2、能簡單計算某種燃料完全燃燒放出的熱量。3、能說出熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道什么是熱機的效率。情感態度與價值觀結合有效利用燃料的途徑，使學生懂得節約和充分利用能源的重要意義.【教學重難點】重點是燃料熱值的概念和理解，熱機的效率。難點是對熱機的效率的理解。【教學方法】啟發式教學法，自學討論法，設疑問教學法，類比教學法。【教學準備】或【實驗準備】課前收集的燃料的圖片、多媒體課件等【教學過程】知識點教師活動學生活動一、燃料1、 燃料的分類2、燃料燃燒放出的熱量與什么因素有關？二、燃料的熱值：1概念：2熱值的單位：3.燃料燃燒的放熱計算公式：三、熱機的效率1.熱效率2、熱機的效率3、提高熱機效率的途徑【創設情境，引入新課】無論是燒菜做飯，還是奔馳的汽車與火車，乃至直入蒼穹的火箭等都離不開燃料。即從原始人類學會用火的那天起，至今，人們使用的能量絕大部分還是通過燃料燃燒獲得的，火的利用給人類社會帶來了進步。時至今日，我們的日常生活都離不開燃料的幫助。例舉一下生活中我們可以使用哪些燃料燒開一壺水？這些燃料可以如何分類？交流總結：燃料的種類很多,固體燃料有木柴、煤等,液體燃料有汽油、柴油等,氣體燃料有煤氣、天然氣等。生活中的燃料很多，我們在日常生活中用來取暖和煮飯的燃料也在發生巨大的變化，木柴、煤炭、液化石油氣、煤氣、天然氣等，為什么會出現這樣的變化呢？思考：1、5kg的木材和10kg的木材燃燒時放出的熱量是否相同？ 這說明什么？2、根據生活經驗判斷相同條件下，1kg木柴和1kg煤，哪一種燃料能燒開更多的水？3、燒開同一壺水，用干木柴和天然氣所需的燃料多少一樣嗎？4、5kg的木材完全燃燒和未完全燃燒時放出的熱量是否相同？小結：1、燃料燃燒放出的熱量跟什么因素有關？（1）燃料的質量（2）燃料的種類（3）燃料燃燒的狀況（是否完全燃燒）【體驗探究，獲取新知】提出問題：相同條件下，1kg木柴和1kg煤，1kg煤能燒開更多的水，這說明不同的燃料燃燒放出的熱量不相同，我們該怎樣比較不同燃料燃燒時這種放熱性能優劣？設計意圖：現象學生有生活經驗，能產生共鳴。拋出矛盾，使學生有認知欲望。類比復習：如何比較不同的物質吸熱能力的不同呢？課本中引入比熱容：即1kg的某種物質溫度升高1，所吸收的熱量就是這種物質的比熱容。那么把所有的燃料都取1kg，讓他們完全燃燒，比較它們放出的熱量的多少。定義：我們把某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫作這種燃料的熱值。熱值在數值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。【交流解惑】課本P23“小資料”部分，你有哪些發現？結合生活經驗，談談你對熱值的理解。交流總結：（1）熱值反映了燃料本身的一種特性,只與燃料的種類有關,與燃料的形態、質量、體積、是否完全燃燒均無關系。（2）熱值的單位：J（3）不同燃料的熱值一般不同；不同燃料的熱值有時還可能相同。（4）氫氣的熱值最大。（5）氣體的熱值單位：J/m3延伸拓展：推導燃料完全燃燒放熱的計算公式：1、酒精的熱值是3.0107J/kg，它的物理意義是什么？1kg的酒精完全燃燒放出的熱量是3.0107J2、2kg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？2kg3.0x107J/kg=6.0107J3、質量為3kg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？3kg3.0107J/kg=9.0107J4、質量為mkg的酒精完全燃燒放出的熱量是多少焦？Q = mq其中m表示質量，單位是kg，q表示熱值，單位是J/kg，Q表示燃料燃燒放出的熱量，單位是J。同樣的原理，體積為V的某種燃料完全燃燒放出的熱量是多少焦？Q = Vq設計意圖：根據熱值的物理意義，去推倒燃料燃燒放熱的公式，符合學生的認知規律，學生在理解熱值的基礎上，很容易推導燃料燃燒的放熱公式。【練一練】500g汽油完全燃燒時可以放出多少熱量？解：查表可知，汽油的熱值q=4.6107J/kg m=500g=0.5kgQ=qm=4.6107J/kg0.5kg=2.3107J【想一想】提出問題：用煤氣灶燒水時，煤氣能完全燃燒嗎？煤氣燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎？分析討論：煤氣燃燒放出的熱量：1、煤氣不能完全燃燒，損失了一部分能量2、煤氣灶本身也會吸收一部分能量3、高溫的煙氣帶走了一部分能量4、還有一部分直接損失掉了5、水吸收的熱量只占煤氣放出熱量的一部分所以，在燒水的過程中，被水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出能量的比值，稱為熱效率。熱機也有類似的情況：在內燃機中，燃料燃燒產生的能量到哪里去了呢？熱機是將內能轉化為機械能的裝置，在這個情景中，真正轉變為對外做有用功的能量只占燃料燃燒時所釋放能量的一部分。所以：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。理解熱機的效率:1) 熱機效率是指熱機轉變為有用功的能量與燃料完全燃燒所擇放的能量的比值,它反映了能量的利用率,熱機性能的一個重要標志.(2) 由于熱機在工作過程中,總有能量損失,所以熱機的效率總小于1。設計意圖：學生在機械效率的基礎上建立熱效率的概念，進而建立熱機的效率，可以使學生認知更有條理性，更深刻，加深對熱機效率的理解。【練一練】某中學為學生供應開水，用鍋爐將200kg的水從25 加熱到100 ，燃燒了6kg的無煙煤。試求(1) 鍋爐內200kg的水吸收了多少熱量？(2) 6kg無煙煤完全燃燒放出的熱量是多少？(3) 此鍋爐的效率是多少？（無煙煤的熱值是3.4107J/kg【議一議】為了合理利用能源，人們一直都在努力提高熱機的效率，汽油機的效率：2030%，柴油機的效率：3045%，都比蒸汽機的效率高，那么怎樣提高熱機的效率？引導學生從節能和環保角度分析有效利用燃料的方法，探討提高熱機效率的途徑。總結：1、使燃料充分燃燒2、盡量減少各種熱量損失；3、在熱機的設計和制造上采用先進的技術；注意保養，保證良好的潤滑，減少因克服摩擦阻力而額外消耗的能量設計意圖：增強學生的環保意識，增強學生為提高熱機效率，加強環保的責任心和使命感。也體現了從物理到生活的理念。燃料的利用使人類得到大量內能,但同時造成環境污染,尤其是熱機的使用.因此,保護環境,控制和消除大氣污染是必須重視的問題,請同學們課下收集如何控制和消除大氣污染。學生結合生活討論思考，燃料可分為哪三種燃料燃燒時放出的熱量跟燃料的質量有關判斷出一千克煤燃燒后能燒開更多的水。燒開同一壺水，用干木柴和天然氣所需的燃料不同。關于完全燃燒 就是燃料全部燒盡。學生類比比熱容的概念建立熱值的概念。符合：q熱值的單位： J/kg (或J/m3)氫氣的熱值最大。小組討論、交流，并由小組長推選代表發言學生根據對熱值的物理意義的理解推導燃料燃燒放熱的計算公式。學生小組討論加深對公式的理解：1、公式計算的是燃料完全燃燒時放出的熱量2、公式中m必須用Kg為單位，V必須用m3為單位。 3、熱值q與燃料質量和放熱的多少沒有關系，它是反映燃料優劣的物理屬性學生練習學生討論，分析煤氣燃燒放出能量的幾種去向，然后個別回答。學生通過分析理解熱效率學生討論，分析內燃機燃料燃燒放出能量的幾種去向學生通過類比分析理解熱機的效率學生通過計算加深對熱效率的理解。學生討論有效利用燃料的方法，探討提高熱機效率的途徑。知識梳理回顧本節課的探究過程。設計意圖：小結不僅要總結知識，更重要的是將本節課研究問題的方法及思維程序提煉出來，學生學會這些方法并體會到它們在解決問題中的作用，從而實現教學的真正目的。根據板書提示談談本節課的收獲。相互補充，歸納出知識體系。課堂檢測布置作業自制蒸汽輪機。設計意圖：真正的課堂在生活中，讓物理知識很好在生活中得以運用。【板書設計】 第十四章 第二節 熱機的效率8(一)燃料的熱值 1、定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質量的比值叫做這種燃料的熱值。用q表示。 2、單位：J/kg（固體、液體） J/ m3（氣體） 3、公式：Qmq（或QVq） 4、計算（二）熱機效率1、定義：熱機轉變為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機效率。用表示。2、公式：W有/Q放1003、提高熱機效率的主要途徑：減少熱機各種能量損失【教學反思】通過教學，使學生從生活中體會不同燃料完全燃燒釋放熱能的特征，建構起燃料的熱值概念。依據燃料熱值表中資料數據和燃料燃燒放熱與燃料質量和熱值的關系進行簡單計算。了解熱機工作時釋放熱量的主要流向，初步認識熱機效率，大致了解提高熱機效率的途徑。了解熱機在現代社會中的廣泛應用，及造成的環保問題。本節課熱值的比值定義的建立類比了比熱容的概念建立，熱效率及熱機的效率是在類比機械效率的基礎上建立的，這種利用類比的方法建立概念，有利于學生對新概念的理解，同時也加深了對原有概念的理解和掌握。不足：在教學過程中也暴露了很多問題，比如，學生現在大都是獨生子女，生活自理能力有待提高。對于燃料的認識很少，生活經驗太少。【附件】課堂練習1、實驗表明:質量相等的不同燃料,完全燃燒所放出的熱量一般是 (相同/不相同)。2、現代火箭用液態氫作燃料，是因為它具有( ) A較大的比熱 B較低的沸點 C較大的熱值 D較高的凝固點3、煤油的熱值大于酒精的熱值，下列說法中正確的是（ ）A煤油比酒精含有的熱量多B. 燃燒相同質量的煤油和酒精，煤油放出的熱量要多些C. 完全燃燒相同質量的煤油和酒精，利用煤油剛好能燒開一壺水，那么利用酒精則不能燒開這壺水（熱效率相同的條件下）D.通風條件好，供氧越充足，兩種燃料的熱值就越大4、下列說法中正確的是（ ）A燃料的熱值越大，燃燒時放出的熱量就越多B. 燃料的熱值越小，完全燃燒單位質量的該燃料放出的熱量越少C. 燃料的熱值越小，放出相等的熱量時，燃料用量越少D. 燃料燃燒的越充分，其熱值就越大5、要提高熱機的效率，下列做法不可行的是（）A.盡量減少廢氣帶走的熱量。B.盡量保持機械部件之間有良好的潤滑。C.盡量減少曲軸傳遞給飛輪的機械能。D.盡量減少散熱損失。6、一個含0.6 kg無煙煤的蜂窩煤，能燒開5瓶水，而0.6 kg的液化氣可以供普通人家一天做飯、燒開水、洗澡用水。這樣看來不同的燃料的不同，若q無煙煤=3.4107J/kg，5瓶水的質量是9kg，從20到燒開，那么這個煤爐的效率是。（一個標準大氣壓下）7、在一次某新型號的汽車測試中，讓汽車在一段平直的公路上勻速行駛4.8km，受到的阻力是3.0103N，消耗汽油1.2kg（假設汽油完全燃燒）。汽油的熱值為q=4107J/kg，求：（1）在測試中，汽車牽引力所做的功W；（2）該型號汽車的熱機效率。附答案：1、 不相同2、 C3、 C4、 B5、 C6、 熱值 14.82% 7、 （1）1.44107 J(2)30%10