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教学设计(热机的效率)


第二节
【教学目标】 知识与技能

热机的效率

1、知道在燃烧过程中燃料的化学能转化为内能; 2、知道什么是燃料的热值和单位,会查燃料热值表. 过程与方法 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、能简单计算某种燃料完全燃烧放出的热量。 3、能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向,知道什么是热机的效率。

情感态度与价值观 结合有效利用燃料的途径,使学生懂得节约和充分利用能源的重要意义. 【教学重难点】 重点是燃料热值的概念和理解,热机的效率。 难点是对热机的效率的理解。 【教学方法】 启发式教学法,自学讨论法,设疑问教学法,类比教学法。 【教学准备】或【实验准备】 课前收集的燃料的图片、多媒体课件等 【教学过程】 知识点 教师活动 学生活动 【创设情境,引入新课】 无论是烧菜做饭,还是奔驰的汽车与火车, 乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料。 即从原始 人类学会用火的那天起, 至今, 人们使用的能量 学 生 结 合 生 活 绝大部分还是通过燃料燃烧获得的, 火的利用给 讨论思考,燃料 人类社会带来了进步。 时至今日, 我们的日常生 可分为哪三种 活都离不开燃料的帮助。 例举一下生活中我们可 以使用哪些燃料烧开一壶水?这些燃料可以如 何分类? 一、燃料

1、 燃料的 分类

交流总结:燃料的种类很多,固体燃料有木柴、 煤等,液体燃料有汽油、柴油等,气体燃料有煤 气、天然气等。 生活中的燃料很多, 我们在日常生活中用来 取暖和煮饭的燃料也在发生巨大的变化,木柴、 煤炭、液化石油气、煤气、天然气等,为什么会 出现这样的变化呢? 思考: 2 、燃料燃 1、5kg 的木材和 10kg 的木材燃烧时放出的热量 烧 放 出 的 是否相同? 这说明什么? 热量与什 么 因 素 有 2、根据生活经验判断相同条件下,1kg 木柴和 1kg 煤,哪一种燃料能烧开更多的水? 关?

燃料燃烧时放 出的热量跟燃 料的质量有关 判断出一千克 煤燃烧后能烧 开更多的水。

烧开同一壶水, 用干木柴和天 3、烧开同一壶水,用干木柴和天然气所需的燃 然 气 所 需 的 燃 料多少一样吗? 料不同。 关于完全燃烧 —— 就是燃料 全部烧尽。

4、5kg 的木材完全燃烧和未完全燃烧时放出的 热量是否相同? 小结: 1 、燃料燃烧放出的热量跟什么因素有 关?(1)燃料的质量(2)燃料的种类 (3)燃料燃烧的状况(是否完全燃烧) 【体验探究,获取新知】 提出问题: 相同条件下, 1kg 木柴和 1kg 煤, 1kg 煤能烧开更多的水, 这说明不同的燃料燃烧放出 的热量不相同, 我们该怎样比较不同燃料燃烧时 二、 燃料的 这种放热性能优劣? 设计意图: 现象学生有生活经验, 能产生共 热值: 鸣。抛出矛盾,使学生有认知欲望。 类比复习: 如何比较不同的物质吸热能力的不同 呢?课本中引入比热容: 即 1kg 的某种物质温度 1.概念: 升高 1℃,所吸收的热量就是这种物质的比热 容。那么把所有的燃料都取 1kg,让他们完全燃 烧,比较它们放出的热量的多少。 定义: 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与 其质量之比, 叫作这种燃料的热值。 热值在数值 上等于 1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。

学生类比比热 容的概念建立 热值的概念。 符合:q

【交流解惑】 课本 P23“小资料”部分,你有哪些发现? 结合生活经验,谈谈你对热值的理解。

2. 热值的单 位:

热值的单位: J/kg (或 J/m3) 氢气的热值最 大。 小组讨论、交 流,并由小组长 推选代表发言

交流总结:

(1) 热值反映了燃料本身的一种特性,只与燃料 的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否 完全燃烧均无关系。 (2)热值的单位:J/kg (3)不同燃料的热值一般不同;不同燃料的热 值有时还可能相同。 (4)氢气的热值最大。 (5)气体的热值单位:J/m3 延伸拓展:推导燃料完全燃烧放热的计算公式: 7 3. 燃 料 燃 1、酒精的热值是 3.0×10 J/kg,它的物理意义 烧 的 放 热 是什么? 7 计算公式: 1kg 的酒精完全燃烧放出的热量是 3.0×10 J 2、2kg 的酒精完全燃烧放出的热量是多少焦? 2kg×3.0x107J/kg=6.0×107J 3、质量为 3kg 的酒精完全燃烧放出的热量是多 少焦? 3kg×3.0×107J/kg=9.0×107J 4、质量为 mkg 的酒精完全燃烧放出的热量是多 少焦? Q = mq 其中 m 表示质量,单位是 kg,q 表示热值, 单位是 J/kg, Q 表示燃料燃烧放出的热量, 单位 是 J。 同样的原理, 体积为 V 的某种燃料完全燃烧放出 的热量是多少焦? Q = Vq

学生根据对热 值的物理意义 的理解推导燃 料燃烧放热的 计算公式。

学生小组讨论 加深对公式的 理解: 1 、公式计算的 是燃料完全燃 烧时放出的热 量 2、公式中 m 必 须用 Kg 为单位, V 必须用 m3 为单 位。 3、热值 q 与燃 料质量和放热 设计意图: 根据热值的物理意义, 去推倒燃 的 多 少 没 有 关 料燃烧放热的公式, 符合学生的认知规律, 学生 系,它是反映燃 在理解热值的基础上, 很容易推导燃料燃烧的放

热公式。 【练一练】

料优劣的物理 属性

500g 汽油完全燃烧时可以放出多少热量? 三、 热机的 解:查表可知,汽油的热值 q=4.6 × 107J/kg 效率 学生练习 m=500g=0.5kg

Q=qm=4.6×107J/kg×0.5kg=2.3×107J
【想一想】 提出问题:用煤气灶烧水时,煤气能完全燃烧 吗?煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗? 1.热效率 分析讨论:煤气燃烧放出的热量: 1、煤气不能完全燃烧,损失了一部分能量 2、煤气灶本身也会吸收一部分能量 3、高温的烟气带走了一部分能量 4、还有一部分直接损失掉了 5、水吸收的热量只占煤气放出热量的一部分 学生讨论,分析 煤气燃烧放出 能量的几种去 向,然后个别回 答。

学生通过分析 所以,在烧水的过程中,被水吸收的热量与燃 理解热效率 料完全燃烧放出能量的比值,称为热效率。

热机也有类似的情况: 在内燃机中, 燃料燃烧产生的能量到哪里去 了呢?

学生讨论,分析 内燃机燃料燃 烧放出能量的 几种去向 2 、热机的 效率 热机是将内能转化为机械能的装置, 在这个 情景中, 真正转变为对外做有用功的能量只占燃 料燃烧时所释放能量的一部分。 所以: 用来做有用功的那部分能量,与燃料完 全燃烧放出的能量之比,叫做热机的效率。 学生通过类比 分析理解热机

的效率

理解热机的效率: 1) 热机效率是指热机转变为有用功的能量与 燃料完全燃烧所择放的能量的比值,它反映了 能量的利用率,热机性能的一个重要标志. (2) 由于热机在工作过程中,总有能量损失,所 以热机的效率总小于 1。 设计意图: 学生在机械效率的基础上建立热 效率的概念, 进而建立热机的效率, 可以使学生 认知更有条理性, 更深刻, 加深对热机效率的理 解。 【练一练】 某中学为学生供应开水, 用锅炉将 200kg 的水从 25 ℃加热到 100 ℃ ,燃烧了 6kg 的无烟煤。 试求 (1) 锅炉内 200kg 的水吸收了多少热量? (2) 6kg 无烟煤完全燃烧放出的热量是多少? (3) 此锅炉的效率是多少?(无烟煤的热值是 3.4×107J/kg 【议一议】 为了合理利用能源,人们一直都在努力提高 热机的效率,汽油机的效率:20~30%,柴油机 的效率:30~45%,都比蒸汽机的效率高, 那么怎样提高热机的效率? 引导学生从节能和环保角度分析有效利用燃 3 、提高热 料的方法,探讨提高热机效率的途径。 机效率的 途径 总结: 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; 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 设计意图: 增强学生的环保意识, 增强学生 为提高热机效率,加强环保的责任心和使命感。 也体现了从物理到生活的理念。 燃料的利用使人类得到大量内能,但同时造成环 境污染 ,尤其是热机的使用 . 因此, 保护环境 ,控 制和消除大气污染是必须重视的问题,请同学们 课下收集如何控制和消除大气污染。 回顾本节课的探究过程。 设计意图: 小结不仅要总结知识, 更重要的

学生通过计算 加深对热效率 的理解。

学生讨论有效 利用燃料的方 法,探讨提高热 机效率的途径。

根据板书提示 谈谈本节课的

知识梳理

课堂检测

布置作业

是将本节课研究问题的方法及思维程序提炼出 收 获 。 相 互 补 来, 学生学会这些方法并体会到它们在解决问题 充,归纳出知识 中的作用,从而实现教学的真正目的。 体系。 独立自主完成 见附件 检测。小组长批 改并汇总给学 习委员。 自制蒸汽轮机。 设计意图: 真正的课堂在生活中, 让物理知 识很好在生活中得以运用。

【板书设计】

第十四章

第二节

热机的效率

(一) 燃料的热值 1、定义:某种燃料完全燃烧放出的热 量与燃料的质量的比值叫做这种燃料 的热值。用 q 表示。 2 、 单 位 : J/kg ( 固 体 、 液 体 ) J/ m3(气体) 3、公式:Q=mq(或 Q=Vq) 4、计算 (二)热机效率 1、定义:热机转变为有用功的能量与 燃料完全燃烧所释放的能量的比值称 为热机效率。 用η表示。 2、公式:η=W 有/Q 放×100% 3、提高热机效率的主要途径: 减少热机各种能量损失

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【教学反思】 通过教学,使学生从生活中体会不同燃料完全燃烧释放热能的特征,建构 起燃料的热值概念。依据燃料热值表中资料数据和燃料燃烧放热与燃料质量和 热值的关系进行简单计算。了解热机工作时释放热量的主要流向,初步认识热 机效率,大致了解提高热机效率的途径。了解热机在现代社会中的广泛应用, 及造成的环保问题。 本节课热值的比值定义的建立类比了比热容的概念建立, 热效率及热机的效 率是在类比机械效率的基础上建立的,这种利用类比的方法建立概念,有利于学 生对新概念的理解,同时也加深了对原有概念的理解和掌握。 不足:在教学过程中也暴露了很多问题,比如,学生现在大都是独生子女, 生活自理能力有待提高。对于燃料的认识很少,生活经验太少。 【附件】课堂练习 1、实验表明:质量相等的不同燃料,完全燃烧所放出的热量一般是 (相同/ 不相同)。 2、现代火箭用液态氢作燃料,是因为它具有( ) A.较大的比热 B.较低的沸点 C.较大的热值 D.较高的凝固点 3、煤油的热值大于酒精的热值,下列说法中正确的是( ) A.煤油比酒精含有的热量多 B. 燃烧相同质量的煤油和酒精,煤油放出的热量要多些 C. 完全燃烧相同质量的煤油和酒精,利用煤油刚好能烧开一壶水,那么利用 酒精则不能烧开这壶水(热效率相同的条件下) D.通风条件好,供氧越充足,两种燃料的热值就越大 4、下列说法中正确的是( ) A.燃料的热值越大,燃烧时放出的热量就越多 B. 燃料的热值越小,完全燃烧单位质量的该燃料放出的热量越少 C. 燃料的热值越小,放出相等的热量时,燃料用量越少 D. 燃料燃烧的越充分,其热值就越大 5、要提高热机的效率,下列做法不可行的是( ) A.尽量减少废气带走的热量。 B.尽量保持机械部件之间有良好的润滑。 C.尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能。 D.尽量减少散热损失。 6、一个含 0.6 kg 无烟煤的蜂窝煤,能烧开 5 瓶水,而 0.6 kg 的液化气可以供 普通人家一天做饭、烧开水、洗澡用水。这样看来不同的燃料的 不同, 7 若 q 无烟煤=3.4×10 J/kg,5 瓶水的质量是 9kg,从 20℃到烧开,那么这个煤炉 的效率是 。(一个标准大气压下) 7、在一次某新型号的汽车测试中,让汽车在一段平直的公路上匀速行驶 4.8km, 受到的阻力是 3.0×103N,消耗汽油 1.2kg(假设汽油完全燃烧)。汽油的热 值为 q=4×107J/kg,求: (1)在测试中,汽车牵引力所做的功 W; (2)该型号汽车的热机效率η 。 附答案: 1、不相同 2、C
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3、C 4、B 5、C 6、热值 14.82% 7、(1)1.44×107 J (2)30%
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