初中物理第十三章 内能与热机第四节 热机效率和环境保护教学设计

第四节　热机效率和环境保护

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.建立热值的概念。知道热值是燃料燃烧放热的特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃烧放热的简单计算。

2.了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道怎样提高热机效率，及提高热机效率的意义。

3.了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能简述热机的使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识。

【过程与方法】

通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响。

【情感·态度·价值观】

培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。

◇教学重难点◇

【教学重点】

燃料的热值、热机效率。

【教学难点】

热机燃料能量的走向、提高热机效率的途径、热机的应用与环境的关系。

◇教学过程◇

一、新课导入

“神舟系列飞船”的发射标志着我国已经成为航天大国。飞船发射时，需要消耗巨大的能量，为此，发射飞船的火箭常用液态氢作燃料，你知道为什么要用液态氢作燃料吗?

二、教学步骤

探究点1　燃料的热值

[阅读课本]P50“燃料的热值”。

[思考]燃料在燃烧过程中，能量是怎样进行转化的?

[提示]燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。

[思考]燃料的热值是什么?其单位是什么?

[提示]某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。热值用字母q表示，单位是“J/kg”或“J/m3”。

[小组讨论]酒精的热值是3.0×107 J/kg，煤气的热值是1.8×107 J/m3，它们分别表示的意思是什么?

[分析]酒精的热值是3.0×107 J/kg，表示1 kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107 J。

煤气的热值是1.8×107 J/m3，表示1 m3的煤气完全燃烧放出的热量是1.8×107 J。

[思考]燃料热值的大小等于什么?

[提示]燃料的热值等于1 kg这种燃料完全燃烧放出的热量。

[小组讨论]某种燃料的热值是一定的吗?燃料的热值与什么有关?

[归纳提升]燃料的热值是燃料本身的一种性质，它的大小取决于物质的种类，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。热值与燃料的质量及燃烧条件(是否完全燃烧)无关。

[思考]怎样计算气体燃料燃烧放出的热量?

[提示]Q=mq用于计算固体和液体燃料燃烧放出的热量，Q=Vq用于计算气体燃料燃烧放出的热量。

探究点2　热机效率

[阅读课本]P51“热机效率”。

[小组讨论]燃料燃烧释放的能量有几个走向?从中你有什么发现?

[分析](1)燃料燃烧释放的能量有5个走向:①部分燃料未完全燃烧;②克服摩擦消耗能量;③废气排出带走能量;④机械传热损失能量;⑤转化为对外做有用功的能量。

(2)真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。

[思考]什么是热机效率?怎样计算热机效率的大小?

[提示](1)热机运转中，对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。

(2)热机效率的公式:η=×100%。

[思考]热机效率的特点是什么?为什么?

[提示]热机效率的特点是总小于1，原因是燃料不能完全燃烧、废气排出带走能量、克服摩擦消耗能量、机械传热损失能量，没办法将全部能量都用来做功。

[小组讨论]怎样提高热机的效率?

[分析]提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种能量损失。首先要减少燃烧过程中的热量损失，其次是要尽量简化机械传动部分，并选用优良的润滑材料减小摩擦，以减少能量损失。

[思考]汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率为30%~40%，为什么柴油机的效率比汽油机的高?

[提示]柴油机的效率比汽油机的高，原因是在做功冲程中，柴油机的燃气对活塞的压强大于汽油机的燃气对活塞的压强，在相等的时间内，柴油机的燃气对活塞做的功大于汽油机的燃气对活塞做的功。

探究点3　环境保护

[阅读课本]P52“环境保护”。

[思考]热机对环境的污染有哪些?

[提示]热机对环境的污染有以下几个方面:

(1)烟尘污染:排放的烟尘使大气十分浑浊。

(2)酸雨污染:排放的二氧化硫和氮氧化合物与空气中的水结合成酸雨，破坏土壤结构，使土壤酸化、损坏建筑物、危害植物使林木降低抗病能力、在酸性湖泊中鱼的种类和数量大大减少。

(3)噪声污染:热机及带动的机器产生的声音会对环境形成噪声污染。

(4)温室效应:燃料燃烧产生的二氧化碳，使大气中二氧化碳的浓度逐年增加，以致引起“温室效应”，使地球的温度上升。

[小组讨论]如何保护我们生存的环境?

[分析]保护我们生存的环境的措施:①改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;②集中供热;③改用气体燃料，普及煤气和天然气;④充分开发利用污染少和无污染的新能源;⑤在内燃机排气管上安装消音器，减小噪声污染;⑥大力植树种草;⑦加强立法，加强环卫部分的执法力度。对工厂和交通工具要强制达标排放。

三、板书设计

第四节　热机效率和环境保护

1.燃料的热值

(1)概念

(2)单位

(3)公式

(4)物理意义

2.热机效率

(1)概念

(2)公式

(3)特点

(4)提高热机效率的途径

3.环境保护

◇教学反思◇

　　联系生活实际，让学生列举自己知道的燃料，在此基础上比较燃料的优劣，自然渗入比较的思想，因用而取，恰到好处，建立燃料热值的概念，培养了学生的逻辑推理能力。在原来机械效率的基础上，引入热机效率，过渡自然，符合学生认知规律。