初中物理人教版九年级全册第十四章 内能的利用第2节 热机的效率教学设计

这是一份初中物理人教版九年级全册第十四章 内能的利用第2节 热机的效率教学设计，共7页。教案主要包含了教学目标，教学重难点，教学过程等内容，欢迎下载使用。

一、教学目标
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念；
2.知道热值的单位和定义式，能简单计算燃料燃烧放出的热量；
3.了解热机中能量走向及热散失的途径，知道什么是热机效率，能提出提高热机效率的方法。
二、教学重难点
重点：燃料的热值，热机效率；
难点：热值的相关计算，热机效率。
三、教学过程
【新课导入】
[情境导入]课件展示图片：日常生活中的燃料

木柴 煤炭 汽油

酒精 天然气 氢气
[情境导入]图片介绍：
1.燃料是指可以燃烧的物质。
2.燃料按不同的标准可分为不同的类型，常见的是按物理状态分类，可分为固体燃料（木柴、煤炭等）、液体燃料（汽油、酒精等）和气体燃料（天然气、氢气等）。
3.燃料在燃烧时是将化学能转化为内能。
[提出问题]燃料种类很多，火箭大多用液氢作为燃料，你知道这是为什么吗？
[教学板书]第十四章 内能的利用 第2节 热机的效率
【新知探究】
（一）燃料的热值
[提出问题]不同燃料的放热本领相同吗？怎么比较它们谁的放热本领强呢？
[思考交流]结合生活经验，思考以下问题：
1.1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？
不同，完全燃烧时放出的热量较多。
2.1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？
不同，10kg的干木柴燃烧时放出的热量较多。
3.相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？
煤能烧开的水更多。
[总结说明]经验告诉我们，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比柴多得多。我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
[知识板书]一、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，叫做这种燃料的热值。
2.物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
3.单位： 国际单位：焦每千克，符号：J/kg
4.符号：q
5.公式：q=；燃料燃烧放出热量的计算公式：Q放=qm
6.补充：固体燃料、液体燃料的热值以“J/kg”为单位，而气体燃料的热值以“J/m3”为单位，因此，计算公式略有差异：Q=qm适用于固体、液体燃料放热计算，Q=qV适用于气体燃料的放热计算，其中V为气体燃料的体积。
[课件展示]对热值的理解：
1.热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成内能的本领大小；
2.“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽。燃料只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小；
3.“热量与其质量之比”是指同一燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比就是其热值，是不变的，所以燃料完全燃烧时放出的热量与其质量成正比。
[交流讨论]课件展示一些燃料的热值，交流讨论得出结论并展示：
1. 热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量或体积、是否燃烧、是否完全燃烧无关。
2. 不同燃料的热值一般不同。
3. 氢的热值最大：所以火箭大多用液氢作为燃料。
（二）热机的效率
1.燃料的利用率（以煤炉为例）：
散失
45%
有效利用
40%
[课件展示]煤炉烧水时燃料的热量走向情况
未燃烧
15%
[分析说明]（1）燃料（煤）很难完全燃烧（未燃烧），放出的热量往往比按热值计算出的要小。（2）高温的烟气带走一部分热量（散失）。（3）被水吸收的热量。（有效利用）
[课件展示]结论：用煤炉烧水时，燃料的利用率比较低。
[课件展示]燃料的利用率：η=×100%
[交流讨论]提高燃料的利用率的方法，并课件展示：
（1）把煤块磨成煤粒或煤粉，加大与氧气的接触面积。
（2）把空气吹进炉膛，增加氧气量，使燃烧更充分。
2.热机的效率：
[课件展示]：[想想议议]内燃机中燃料释放的能量都到哪里去了？
（1）燃料未完全燃烧，损失部分能量。
（2）散热消耗部分能量。
（3）废气带走部分能量（废气带走的能量占很大一部分）。
（4）克服摩擦消耗部分能量。
（5）对外做的机械功（有用功）。
[课件展示]热机的效率：
1.定义：热机用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比。
2.公式：η=×100%
3.物理意义：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热机的效率是热机性能的一个重要指标。
4.常见热机效率：蒸汽机的效率：6~15%；汽油机的效率：20~30%；柴油机的效率：30~45%。
[课件展示]：[交流讨论]热机的效率能否达到100%？
不能。因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，热机中可用于做有用功的能量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，且这部分能量远远小于燃料完全燃烧所放出的总能量，所以与总能量的比值必然小于1，即热机效率总小于100%。
[交流讨论]提高燃料的利用率的方法：
（1）使燃料充分燃烧。
（2）尽量减少各种热量损失。
（3）在热机的设计和制造上采用先进的技术。
（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
[课件展示]【课堂小结】
[课件展示]【课堂训练】
1.煤油的热值为4.6×107J/kg，下列说法正确的是（ D ）
A．2kg的煤油比1kg的煤油的热值大
B．如果煤油未完全燃烧，热值变小
C．1kg煤油温度升高1℃需要吸收4.6×107J的热量
D．完全燃烧1kg煤油可放出4.6×107J的热量
2.关于热机的效率，下列说法正确的是（ A ）
A．使燃料燃烧更充分，可以提高热机的效率
B．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越多
C．热机的效率越高说明做功越快
D．热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是由于机械摩擦损失的
3.提高汽油机效率最有效的做法是（ A ）
A．减小机械间的摩擦 B．把火花塞改为喷油嘴
C．加大进入汽缸的油量 D．改烧热值更高的氢气
4.如图所示，此时是汽油机的做功冲程，若该汽油机的转速是3000r/min，则1s内汽油机对外做功25次。已知汽油的热值是4.6×107J/kg，完全燃烧5g汽油所释放的热量是2.3×105J，若汽车获得的机械能是9.2×104J，则此汽油机效率为40%。
5.随着科技的发展，氢燃料新能源公交车慢慢在投放使用.氢燃料具有清洁无污染、效率高等优点，被认为是21世纪最理想的能源。[c水=4.2×103J/（kg•℃）、q氢=1.4×108J/kg]求：
（1）质量为0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量。
（2）若这些热量全部被质量为200kg，温度为15℃的水吸收，求水升高的温度。
（3）如果氢燃料公交车以140kW恒定功率匀速直线行驶，其效率为60%，则燃烧0.3kg的氢燃料可使公交车行驶多少时间？
解：（1）0.3kg的氢燃料完全燃烧放出的热量：
Q=mq氢=0.3kg×1.4×108J/kg=4.2×107J。
（2）水吸收的热量：Q吸=Q放=4.2×107J，
由Q吸=cmΔt得水升高温度：
Δt===50℃。
（3）由题知公交车所做的功：
W=ηQ放=60%×4.2×107J=2.52×107J，
由P=得公交车行驶时间：
t===180s。
6.弘毅家的燃气灶使用的是热值为4.2×107J/m3的燃气，烧水时燃气完全燃烧放出热量的60%被水吸收。在标准大气压下，弘毅用燃气灶加热质量1kg、温度为15℃的水，实际燃烧了0.015m3的燃气。求：
（1）燃气完全燃烧放出的热量。
（2）水升高的温度。
解：（1）燃气完全燃烧放出的热量：Q放=qV=4.2×107J/m3×0.015m3=6.3×105J。
（2）因为烧水时燃气完全燃烧放出热量的60%被水吸收，则水吸收的热量：
Q吸=Q放×60%=6.3×105J×60%=3.78×105J，
由Q吸=cmΔt可得：Δt===90℃，
水末温为15℃+90℃=105℃＞100℃，由于标准气压下水的沸点是100℃，所以水升高的温度：Δt=100℃-15℃=85℃。
【课后作业】