资源简介

14.2 热机的效率
【学习目标】
1．知道热值的含义及单位、物理意义。
2．会应用热值的概念进行简单的燃烧放热的计算。
3．知道热机效率的含义，了解热机能量的损失以及提高效率的主要途径。
4．列举热机对环境污染的方方面面。
【教学重难点】
重点：1.燃料的热值。2.热机效率。
难点：1.热值的相关计算。2.热机效率。
【教学方法】 学生自学、讨论交流法、启发式教学法。
【教学过程】
一、新课导入：
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，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的。
那么燃料燃烧释放的能量究竟有多少用来做了有用功？
二、新课讲授：
(一)燃料的热值
1．燃料的分类
教师引导学生举出生活中有哪些燃料并引导学生自主进行分类。
师生共同总结：燃料的种类很多，可以分为固体燃料、液体燃料和气体燃料。
2．燃料燃烧放出的热量与什么因素有关
教师课件上出示如下几个问题：
(1)5 kg的木材和10 kg的木材燃烧时放出的热量是否相同？这说明什么？
(2)根据生活经验判断：相同条件下，1 kg木柴和1 kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？
(3)5 kg的木材完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？
学生小组组内交流讨论。
师生共同总结：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。
3．燃料的热值
类比速度、密度定义的建立，得出热值的定义。
教师板书：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做燃料的热值。符号：q。
学生自主阅读课本P23小资料部分，结合生活经验，小组讨论，交流，并由小组长推选代表发言，谈谈对热值的理解。
师生交流总结：
(1)热值反映了燃料本身的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧无关。
(2)热值的单位：J/kg或J/m3
(3)不同燃料的热值一般不相同。
4．燃料完全燃烧的放热公式
学生自主根据对热值的物理意义的理解推导出燃料完全燃烧放热的计算公式。
教师板书：Q＝mq或Q＝Vq
学生小组讨论加深对公式的理解。
(二)热机的效率
1．热机的效率
问题探究：1 kg干木柴完全燃烧能放出1.2×107 J的热量。这些热量若全部被水吸收，可把35 kg左右的水由20 ℃烧开。实际生活中1 kg干木柴能把35 kg、20 ℃的水烧开吗？
学生讨论分析干木柴燃烧放出的能量的几种去向。
热机也有类似的情况，学生讨论分析内燃机燃料燃烧放出能量的几种去向。
学生通过类比分析理解热机的效率。
师生共同总结。
教师板书：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。
公式η＝
教师出示例题。
用煤气灶烧水时，把2 kg的水从25 ℃加热到75 ℃，燃烧了0.03 m3的煤气。设煤气完全燃烧，水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值约为4.0×107 J/m3。试求：
(1)水吸收的热量是多少？
(2)煤气灶烧水时的效率是多少？
学生通过计算加深对热效率的理解。
2．提高热机效率的途径
组织学生讨论：怎样提高燃料的利用率，减少环境污染？
学生讨论有效利用燃料的方法，探讨提高热机效率的途径。
教师板书：(1)使燃料充分燃烧；(2)尽量减少各种热损失；(3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术；(4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功。
三、课堂练习：
1．关于燃料的热值，下列说法中正确的是(　　)
A．燃料的热值越大，燃烧时达到的温度就越高
B．燃料的热值越大，燃烧时放出的热量就越多
C．燃料燃烧越充分，则燃料的热值就越大
D．燃料的热值与燃料的质量以及燃烧情况无关
【答案】D
【点拨】燃料的热值指1 kg某种燃料完全燃烧所能放出的热量，是燃料本身的一种特性，它与燃料的质量以及燃烧条件无关，而燃料燃烧时可以达到的温度与使用燃料的多少以及燃烧条件、环境情况等有关，不能说热值大可以达到的温度就高；燃烧放热的多少与燃料的质量、热值、燃烧条件等都有关，故不能说热值大放热就多；综上所述，选项A、B、C都不正确，只有D正确。
2．甲、乙两汽车，甲的汽油机效率比乙的汽油机效率高，这表明(　　)
A．甲做功比乙多
B．甲做功比乙快
C．甲消耗的汽油比乙少
D．以相同的牵引力行驶相同的路程，甲耗油比乙少
【答案】D
【点拨】热机的效率与功率、做功的多少没有必然联系。
四、课堂小结：
1．热值及其单位。
2．有效利用原料的途径。
3．热值的相关计算。
学生交流本节课的收获，相互补充，归纳出知识体系。
五、作业布置：
完成配套课后练习。
【板书设计】
14.2　热机的效率
一、燃料的热值
1．定义
2．单位：J/kg或J/m3
3．公式：Q＝mq或Q＝Vq
二、热机的效率
1．定义
2．公式：η＝
3．提高热机效率的主要途径
【课后反思】
本节课通过对热机的效率的学习，让学生了解到能源的低效率使用情况，在学习生活中认识到节约能源的必要性，增强学生们在生活中的节约能源意识。
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