资源简介

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2.3
热机效率
教学目标:
1.知识与技能
（1）了解热机效率概念。
（2）了解不同热机的效率值。
（3）了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。
2.过程与方法
（1）经历“分析燃料释放的热量分配”的过程，学习简单的定量分析方法。
（2）通过与热机效率对比，进一步体会效率概念。感悟效率是评价投入、产出的基本方法。
3.情感态度与价值观
（1）在“分析燃料释放的热量分配”过程中，感受转化成机械能的内能只是一部分，为以后理解热学第二定律积累感性知识，以利于形成正确的科学观。
（2）感受自然科学的发展和先进技术的应用在推进人类社会发展的同时造成了环境污染，以利于理解可持续发展的内涵。
（3）通过对教科书图2-3—6的讨论，认识当前人类现代化的生活对能源的依赖和能源紧缺对人类生存的挑战，认识到节约能源和开发能源才能实现可持续发展。
教学重点：
建立热机效率的概念。
教学难点：
理解环境污染与热机使用的关系。
教学用具：
教学挂图。
教学互动设计：
一、创设情景，导入新课
我们知道在八年级已经你学习机械效率，是有用功与总功的比值叫机械效率，是评判机械性能的标志之一。在上节已经学习把燃料从汽缸的外部移到汽缸的内部，是提高燃料的利用率的一个重要措施。
提出问题：汽油机工作时，燃料在汽缸内燃烧，产生的内能全部转化成机械能吗？学生一般回答“不能”，但对进一步说明没有把握，在此基础上展开对“图2-3-2汽车内燃机能量的流向”的讨论交流。
二、新课讲授，师生互动
（一）热机效率
1、交流与讨论：热机里的能量转化
汽车排出的废气和散热所消耗的能量接近70%！对提高热机效率的研究，几百年来一直都没有停止。
热机效率：有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比——描述热机性能，效率高性能好。
公式：
阅读P30一些热机的效率
蒸汽机效率低，内燃机较高。燃气轮机效率高。
例题：一辆汽车发动机的牵引力是4×103N，每行驶10km消耗3kg汽油，这辆汽车的效率是多少？(汽油的热值是
q=4.6×107J/kg)
解：汽车行驶10km做的功W=Fs=4×103N×10×103m=4×107J
。
完全燃烧3kg汽油放出热量Q放=mq=3kg×4.6×107J/kg=1.38×108J。
汽车的效率
答：这辆汽车的效率是29%。
（二）改变世界的热机：
现代社会生活中，由于各种热机的发展和应用，交通方便快捷，各种交通工具把整个世界连在一起。
阅读课文P30图2-3-6热机为现代化描绘了一幅雄伟壮丽的画卷。
（三）地球就在我们手中
热机为人类社会发展做出了极大的贡献，同时也带来了不可小视的环境污染；进一步提高热机效率，尽可能减小环境污染。
我们的主要交通工具——汽车，已经是许多城市环境污染的主要来源。汽油和柴油的燃烧，不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车内燃机的废气和冷却水还带走了总热量的60%，对环境产生较大的污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。
废气、废热、噪声污染环境。——酸雨、温室效应，噪声危害人们身心健康。
热机的广泛应用，推进科技的进步和社会的发展；当前人类现代化的生活对能源的依赖和能源的紧缺对人类生存形成巨大挑战；节约能源和开发能源才能实现社会的持续发展。
三、板书设计，整合提升
四、大海扬帆，尝试远航
1.
为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
2.
柴油机效率比汽油机效率高，是因为（
）
A．柴油的燃烧值较大
B．柴油机点火方式为压燃式
C．柴油机内压缩空气的压强和温度比较高
D．柴油机的构造所决定
3.
大型火力发电厂里使用的热机是（
）
A．汽油机
B．柴油机
C．喷气发动机
D．蒸汽轮机或燃气轮机
4.
关于热机和环境保护的说法正确的是（
）
A.热机的大量使用会造成环境污染
B.全部热机都是用汽油做燃料
C.汽车排出的尾气全部是无毒气体
D.蒸汽机一定是用蒸汽做燃料
5.
为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
参考答案：1.C；2.C；3.D；4.A；5.C。
五、
作业
1.P32T1、T2。
2.课外作业T3。
教学反思：
燃气轮是一种以空气及燃气为工作物质的旋转式热力发动机，它的结构与飞机的喷气式发动机一致，也类似蒸汽轮机，主要结构有三部分：燃气轮机、压力机和燃烧室。其工作原理为：叶轮式压缩机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在定压下进行燃烧。生成高温高压燃气进入燃气轮机膨胀做功，推动动力叶轮高速旋转，转子做功。燃气轮机具有效率高、功率大、体积小、投资省、运行成本低和寿命周期较长等优点。主要用于发电、交通和工业动力。
燃料释放内能
废气（33%—35%）
散热（30%—32%）
摩擦与辐射（7%-9%）
输出有用功（25—30%。
热机与环境
热机推进科技进步和社会发展；
废气、废热、噪声污染环境；
节约开发新能源才可持续发展。
热机效率
有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比。
热机效率
燃料释放内能
废气（33%—35%）
散热（30%—32%）
摩擦与辐射（7%-9%）
输出有用功（25—30%。
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精品试卷·第
2
页
（共
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2.3
热机效率
教科版
九年级上册
作者
高文超
教学目标
1.知识与技能
（1）了解热机效率概念。
（2）了解不同热机的效率值。
（3）了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。
2.过过程与方法
（1）经历“分析燃料释放的热量分配”的过程，学习简单的定量分析方法。
（2）通过与热机效率对比，进一步体会效率概念。感悟效率是评价投入、产出的基本方法。
教学目标
3.情感、态度与价值观
（1）在“分析燃料释放的热量分配”过程中，感受转化成机械能的内能只是一部分，为以后理解热学第二定律积累感性知识，以利于形成正确的科学观。
（2）感受自然科学的发展和先进技术的应用在推进人类社会发展的同时造成了环境污染，以利于理解可持续发展的内涵。
（3）认识当前人类现代化的生活对能源的依赖和能源紧缺对人类生存的挑战，认识到节约能源和开发能源才能实现可持续发展。
教学重点：建立热机效率的概念。
教学难点：理解环境污染与热机使用的关系。
新知导入
在人类历史上，发现内能可以做功并制造出热机，是一件了不起的大事情。可以说，工业化社会的出现与发展，在科学技术上有赖于热机的发明及改进。
进店维修
新知导入
对热机中的能量转化进行研究，可以改进热机性能、有效利用资源，减少排放污染。
新知导入
在内燃机里，燃料释放的能量都到哪里去了呢?下图表示了某汽车汽油机的能量流向，也表明了有用功在汽车运行中的分配。
新知导入
汽车汽油机的能量流向，也表明了有用功在汽车运行中的分配。
新知导入
对照此图，请和同学讨论，描述能量的变化情况。
新知导入
热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。燃料燃烧发出的能量，并不能全部用来做有用功。
热机效率：热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率（efficiency），来描述热机性能。
热机效率η＜1，是热机的重要指标。效率高，性能好。
新知导入
蒸汽机
4%~8%
蒸汽轮机
25%~30%
燃汽轮机
50%~60%
汽油机
26%~40%
柴油机
34%~45%
喷气发动机
50%~60%
新知导入
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛的应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史。
18世纪中后期，蒸汽机的应用，实现了纺织工业机械化
新知导入
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛的应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史。
18世纪末，蒸汽机广泛应用采矿业上
新知导入
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛的应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史。
用蒸汽轮机发电的火电站
新知导入
从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛的应用，结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史。
用蒸汽轮机发电的火电站
新知导入
机械化工业如雨后春笋，使进入了以“火”为动力的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类第一次工业革命。
几百年来，为了提高热机效率，科学家、工程师们以极大的热情去探索、创新，技术日趋先进，应用更加广泛。今天，各种火电站和热电站里，蒸汽机正在将煤炭、天然气和石油转化为电能。
新知导入
以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起。热机，从根本上改变着我们的世界。
以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村”
新知导入
以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起。热机，从根本上改变着我们的世界。
以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村”
新知导入
热机，给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染。
火力发电厂
炼钢厂
拥堵的交通
新知导入
电站和工厂在依靠煤和石油的燃烧获取能量的同时，也严重污染了大气。而热机排出的二氧化碳所引起的温室效应，对地球表面的热平衡有较大影响。
火力发电厂
炼钢厂
拥堵的交通
新知导入
电站和工厂在依靠煤和石油的燃烧获取能量的同时，也严重污染了大气。而热机排出的二氧化碳所引起的温室效应，对地球表面的热平衡有较大影响。
火力发电厂
冒烟交通工具
新知导入
我们的主要交通工具——汽车，已经是许多城市环境污染的主要来源。汽油和柴油的燃烧，不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车内燃机的废气和冷却水还带走了总热量的60%，对环境产生较大的污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。
新知导入
我们的主要交通工具——汽车，汽油和柴油的燃烧，排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车内燃机的废气和冷却水还带走了总热量的60%，对环境产生较大的污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。
新知导入
我们的主要交通工具——汽车，汽油和柴油的燃烧，排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，汽车内燃机的废气和冷却水还带走了总热量的60%，对环境产生较大的污染，成为城市热岛效应的元凶之一。此外，各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。
新知导入
保护环境，已经成为当前要解决的重要课题。随着科技的进步，人类已有能力利用绿色能源，研究和开发低能耗、少污染的高性能热机，控制和减少污染。
新知导入
习题P32T3
某型号的汽车在车型测试中，在一段平直的公路上以80km/h的速度匀速行驶了6km，消耗汽油1.5L。已知汽油的密度为ρ汽油=0.7×103kg/m3，汽油的热值q汽油=4.5×107J/kg。假设燃油完全燃料，汽油机的效率为40%，则该型号汽车在此速度行驶的过程中，受到的阻力是多大？
新知导入
习题解：消耗汽油1.5L的质量m=ρ汽油V
=0.7×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.05kg
。
燃烧1.2kg汽油释放的热量Q放=mq汽油
=1.05kg×4.5×107J/kg=4.725×107J。
所做有用功W=ηQ放=40%×4.725×107J=1.89×107J。
行驶6km受到牵引力
汽车匀速行驶，它受平衡力作用。阻力与牵引力相等是3.15×103N。
课堂练习
1.为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
C
课堂练习
2.柴油机效率比汽油机效率高，是因为（
）
A．柴油的燃烧值较大
B．柴油机点火方式为压燃式
C．柴油机内压缩空气的压强和温度比较高
D．柴油机的构造所决定
C
课堂练习
3.
大型火力发电厂里使用的热机是（
）
A．汽油机
B．柴油机
C．喷气发动机
D．蒸汽轮机或燃气轮机
D
课堂练习
4.关于热机和环境保护的说法正确的是（
）
A.热机的大量使用会造成环境污染
B.全部热机都是用汽油做燃料
C.汽车排出的尾气全部是无毒气体
D.蒸汽机一定是用蒸汽做燃料
A
课堂练习
5.为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
C
课堂总结
一、热机里能量转化：转化有用功约40%；废气、散热损失能量约60%
热机效率：所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比。
二、改变世界的热机：蒸汽机——推动第一次工业革命；今天，蒸汽轮正将煤炭、天然气、石油转化为电能；以热机为动力汽车、火车、轮船和飞机将世界连在一起。
三、地球就在我们手中：热机废气、废热、噪声三大污染：大气——氮氧、碳氧化物和铅；热污染——城市热岛效应；噪声——危害健康。利用绿色能源;研究、开发低能耗、少污染的高性能热机,控制和减少污染。
板书设计
一、热机里能量转化：转化有用功约40%；废气、散热损失能量约60%
热机效率：所做有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比。
二、改变世界的热机：蒸汽机——推动了第一次工业革命；今天，蒸汽轮正将煤炭、天然气、石油转化为电能；以热机为动力汽车、火车、轮船和飞机将世界连在一起。
三、地球就在我们手中：热机有废气、废热、噪声三大污染：大气——氮氧、碳氧化物和铅；热污染——城市热岛效应；噪声——危害健康。利用绿色能源;研究、开发低能耗、少污染的高性能热机,控制和减少污染。
作业布置
1.
P32T1、T2
2.课外作业：P32T3。
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第二章
改变世界的热机
2.3
热机效率
导学目标：
1.
了解热机效率概念。
2.
了解不同热机的效率值。
3．了解热机的使用对社会的贡献和给环境带来的影响。
重点：建立热机效率的概念。
难点：理解环境污染与热机使用的关系
导学方法：分析法、讨论法
课
时：1课时
导学过程
课前导学
1．对热机中能量转化进行研究，可以改进热机性能，有效利用
、减少排放
。
2．热机一般是通过燃料的______
__来做功的。燃料燃烧放出的能量，并不是全部用来做
功。
3．热机所做
与所用的燃料完全燃烧释放的热量
叫做热机效率。
4．各种火电站和热电站里，
正将煤炭、天然气和石油转化为
能。
课堂导学
一、热机效率
1．对热机中能量转化进行研究，可以改进热机性能，有效利用
、减少排放
。
2．热机一般是通过燃料的______
__来做功的。燃料燃烧放出的能量，并不是全部用来做
功。
3．热机所做
与所用的燃料完全燃烧释放的热量
叫做热机效率。
二、改变世界的热机
4.从18世纪60年代开始，
在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到广泛的应用，结束了乙人力、蓄力为主要动力的漫长历史。使世界进入以“火”为动力的“蒸汽机时代”，极大地推动了人类的第
次工业革命。
5．各种火电站和热电站里，
正将煤炭、天然气和石油转化为
能。
三、地球就在我们的手中
6．热机，给人类文明带来了
，也给生态环境造成
。
7．汽油和柴油燃烧排放了大量______
__、碳氧化物和铅，汽车内燃机的
气和冷却水带走总热量的
。
教师引导、学生归纳小结
课堂练习
1.
为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
2.
柴油机效率比汽油机效率高，是因为（
）
A．柴油的燃烧值较大
B．柴油机点火方式为压燃式
C．柴油机内压缩空气的压强和温度比较高
D．柴油机的构造所决定
3.
大型火力发电厂里使用的热机是（
）
A．汽油机
B．柴油机
C．喷气发动机
D．蒸汽轮机或燃气轮机
4.
关于热机和环境保护的说法正确的是（
）
A.热机的大量使用会造成环境污染
B.全部热机都是用汽油做燃料
C.汽车排出的尾气全部是无毒气体
D.蒸汽机一定是用蒸汽做燃料
5.
为了提高热机效率，应尽可能做到（
）
A．采用优质燃料
B．降低热机功率
C．减少热机的各种热损失，保持良好的润滑
D．避免使用热机
课后反思
参考答案：
课前导学：
1．资源、污染。2.燃烧、有用。3.
有用功、之比。
4．蒸汽轮机、电。
课堂导学
1.
资源、污染。2.燃烧、有用。3.
有用功、之比。
4.
蒸汽机、一。
5．蒸汽轮机、电。
6．进步、污染。7.氮氧化物、废、60%。
课堂练习：
1.C；2.C；3.D；4.A；5.C。
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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