142内能的利用.docx

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142内能的利用

第14章内能的利用

第二节热机的效率

1课时新授课

枣庄市第41中学刘雪艳

授课时间：

2013年9月

【教学目标】

（一）知识与技能：

1.建立热值概念。

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，知道可以怎样提高热机效率。

（二）过程与方法

燃料燃烧时能量的主要流向。

（三）情感态度价值观

增强环保意识。

【教学重点】

热机的效率及影响热机效率大小的主要因素，提高热机效率的方法和意义。

【教学难点】

热机能量流失的方向

【教学方法】：

启发教学、小组讨论、观察实验等方法

【教学准备】：

多媒体课件

【教学过程】

主要教学过程

教学内容

教师活动

学生活动

设计意图

复习提问

一．复习提问：

什么是机械效率？

引入

二．新课引入：

热机是利用燃料燃烧释放的内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题，这一节我们就来讨论这个问题。

（板书：

课题）

创始情景，激发求知欲

讲授新课

燃料分类

燃料的热值

热值是燃料本身的的一种特性，只与燃料的种类有关,与燃料的形态、体积、质量、以及是否完全燃烧均没有关系。

三．讲授新课：

（一）燃料的热值

　1、常见的燃料

　提出问题：

说到燃料燃烧，那么你所了解的燃料都有那些呢？

燃料燃烧时能量如何转化？

如果将这些燃料分类，可以怎样划分？

有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。

燃料总体上可以分为固态燃料、液态燃料和气态燃料。

（多媒体课件辅助展示各种燃料图片）

　　２．热值概念：

　　不同的燃料即使质量相同，完全燃烧放出的热量也是不同的，这个特性可以用热值表示。

引导学生自学Ｐ22课文，多媒体展示问题：

（1）什么叫燃料的热值，用什么字母表示?

（2）结合P23小资料说出固态和液态燃料的热值单位，以及气态燃料热值的单位?

（3）燃料的热值有什么物理意义?

　　（多媒体实物投影展示课本“小资料”图片，辅助讲解热值的单位及物理意义。

）

质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。

热值是燃料本身的的一种特性,即不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领的大小,它只与燃料的种类有关,与燃料的形态、体积、质量、以及是否完全燃烧均没有关系。

多媒体逐步给出相关概念同步板书。

1、定义：

在物理学中，把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。

（板书）

2、单位：

J/kg（固液燃料）或者J/m3（气态燃料）（板书）

3、公式：

Q=mq或者Q=Vq（板书）

4、物理意义：

表示1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量。

小组内思考讨论，燃料举例并分类。

回答问题：

燃料燃烧将化学能

自学课文，小组内讨论，回答问题。

适当笔记

通过小组讨论的合作学习方式，拓展学生知识面，争强合作能力，有效的打开思路，活跃思维。

燃料热值部分由学生自学结合小组合作学习的方式来处理，有利于学习的缓冲，加上教师的精讲点拨，直至接受程度不同的学生都能够达成目标。

热机的效率

热机的能量损失：

1.燃料未能完全燃。

2.废气和散热带走一部分内能。

3.克服摩擦做功

热机效率的定义

公式

课堂练习

提高热机效率的措施：

1.让燃料尽可能充分燃烧。

2.减少内能的损失。

3.减小各部分之间的摩擦。

（二）热机的效率：

1、热机的能量损失

教师：

一辆汽车从身旁驶过，有时根据人的嗅觉就能知道它的发动机是汽油机还是柴油机。

这是为什么？

学生：

因为它们排出的气体的味道不同。

教师：

说得很对。

但你们想过没有，排出的气体中仍有汽油或柴油味这说明了什么？

学生：

说明汽油或柴油并未完全燃烧。

教师：

既然燃料没有完全燃烧，就说明有一部分能量被白白地损失掉了。

板书：

二、热机的能量损失

（1）燃料未能完全燃烧

教师：

再想想，除此之外还有些什么损失？

学生：

排出的气体中还具有内能。

教师：

有人曾用汽车的尾气加热饭菜就说明了这一点。

除此之外，气缸壁等也会传走一部分内能。

板书：

（2）废气和散热带走一部分内能

（多媒体同步播放内燃机排放尾气的视频或者图片，辅助讲解热机的能量损失）

教师：

以上这些都是没有转化成机械能的内能。

那么曲轴获得的机械能是不是全部做了有用功？

学生：

不是，有一部分要传给飞轮以维持其继续转动。

教师：

除此之外，由于各零部件之间有摩擦，曲轴还需克服摩擦做功。

板书：

（3）克服摩擦做功

（多媒体同步展示飞轮及内燃机带动机车运转的动态视频或者图片，辅助讲解飞轮以及摩擦所消耗的机械能）

２、热机的效率

由于以上原因，真正用来做有用功的能量只占燃烧燃料所能提供能量的一部分。

所占比例的大小，也就成了热机性能的标志。

为此，我们再介绍一个新的概念：

（辅以能流图讲解更加直观，易于理解）

（板书：

）三、热机效率：

1、概念：

热机所做的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，用热机效率来描述热机的性能。

2、公式：

η=Q有用/Q总或η=W有用/Q总

练习：

例1：

在观察水的沸腾实验中，用酒精灯将杯中230g，60°C的热水加热到沸腾，共用去2.5g的酒精，问：

酒精完全燃烧所释放的热量中有百分之几被水吸收？

解：

酒精完全燃烧产生的热量：

Q1=m酒精q酒精

=3.0×107J/kg×2.5×10-3Kg

=7.5×104J

水吸收的热量：

Q2=c水m水△t水

=4.2×103J/（kg·°C）×250×10-3kg×40°C

=4.2×104J

η=Q2/Q1=4.2×104J/7.5×104J=56﹪

答：

略。

例2：

一台内燃机工作时,燃料不完全燃烧损失热量5%,汽缸散热损失25%,废气带走热量为30%,摩擦等机械损耗占10%,则它的机械效率是。

答案：

30%

例3:

燃烧5×10-3kg柴油能够做有用功为66000J,已知柴油的热值q=3.3×107J/kg,求：

此柴油机的效率是多大？

解：

Q放=mq

=5×10-3kg×3.3×107J/kg

=1.65×105J

η=W有用/Q总

=66000J/1.65×105J

=40%

答：

略。

３.提高热机效率的措施

热机效率是热机性能的一个重要指标。

热机的各种损失中，废气占最多，应减小废气的能量损失。

由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。

（参阅几种热机的效率，内燃机的能流图以及火电站的能流图，多媒体展示图片）

　　教师：

热机是人类使用的主要动力机。

尽管它的效率还不高。

我们仍然离不了它。

问题的关键是如何改进和提高它的性能。

经过上面的分析，谁能归纳一下改进热机的总体设想？

　　板书：

３、如何提高热机的效率

　　学生：

改善燃料的燃烧条件，让燃料尽可能充分燃烧。

减少内能的损失。

学生：

减小各部分之间的摩擦，使运动部件润滑良好。

教师：

让其尽可能完全燃烧，可通过改善燃烧环境，调节油、气比例等来实现。

为了减小摩擦需要经常保养机器，适当调节各零部件间间隙，并注意保持润滑等。

另外还应下决心关停一些冒黑烟、耗能大的热机，以提高热机的整体水平。

（板书）：

（１）让燃料尽可能充分燃烧。

（２）减少内能的损失。

（３）减小各部分之间的摩擦。

教师：

提高热机的效率，并非易事，需要解决的问题还很多，甚至每前进一步都要付出艰苦的努力，不过我们相信，随着科学技术的飞速发展，以及新能源的不断开发，热机的性能一定会得到较大提高。

我们也期待着现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才，为人类研制出更新更好的热机。

提问：

（1）看24页的一般热机效率，不同的热机的效率一般不同，那么想一下热机效率会不会达到100﹪？

学生：

不会

（2）机械效率和热机效率是不是一回事？

教师：

用机械做功时，有用功和总功的比值叫做机械效率，热机的燃料释放出的能量用来开动热机，这些热量不会用来全部做有用功也就是不会用来全部开动热机，那么有用的热量与总的热量之比就是热劲效率。

可见研究的问题是不一样的，不过研究问题的思想是一样的，都反映的是性能的好坏，机械效率是机械做功的性能的好坏，热机效率是热机性能好坏的标志。

思考讨论，回答问题，

同步简要笔记

小组内合作学习

观察思考

观察思考

观察图片思考

同步简要笔记

思考讨论完成习题，并规范写出解题过程。

根据讲解或者集体评议修改自己的答案，简要笔记。

结合图片思考讨论，小组内合作学习

简要笔记

思考答问

根据学生生活中常见现象提出问题，有助于学生打开思路，帮助理解知识。

合作学习也可以起到集思广益的作用，比较节省课时资源，课堂效率大大提高。

动态视频的展示，或者是相关图片的介绍能够帮助学生理解知识，拉近认知与物理实际间的距离，直观而且有效。

先讲热机的能量损失再讲热机的效率，符合中学生的认知特点。

这样处理知识，能够很好的实现难点的突破。

在讲解完毕“热机能量损失”的基础上结合能流图讲解，加上新课伊始已经复习过机械效率，顺理成章得出热机效率概念。

比较符合学生的认知特点。

规范计算题解题步骤，以及简洁清晰的写出计算过程，是中学生的必备能力点之一。

同时养成良好的答题习惯，保持卷面工整清洁，是中考成功的必备条件之一，需要从日常点滴入手。

这儿对于规范的书写解题过程显得尤为必要，但是耗时不宜过多。

由于前面两个环节已经讲的比较透彻，本环节教师不必过多讲解，只需要将问题提出，然后交给学生思考就好。

讨论时可以根据学生情况适当点拨，同时要关注余下的课时资源，不可用时过多。

类比学习法能够增强学生对于热机效率的理解。

内能与环境

4．内能对环境的影响。

（1）废气污染（CO、SO、酸雨）

（2）噪声污染。

5．保护环境，减小污染措施。

（1）改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置。

（热电联产集中供热设备）

（2）提高内能的综合利用率。

把直接烧煤、燃油改为烧其工业副产品；把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。

　（3）充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。

我国政府历来重视环境问题，把发展经济与保护环境放到了同等重要的位置。

只要我们大家都能像重视生命一样重视环境，责无旁贷地承担起保护环境的义务，难题也就变得不难了，就一定能使天更蓝、水更清。

本部分的处理属于拓展性内容，可以根据课堂具体情况添加，也可以作为课下实践性作业。

目的在于延伸课堂知识，增强运用能力。

课堂小结

引导学生将本节课内容总结。

达标检测

1.燃烧甲、乙两种燃料，甲放出的热量比乙多，则（）

A、甲的质量一定大B、甲的热值一定大C、甲的比热容一定大D、条件不足无法判断

2.下面现象中，属于内能转化为机械能的现象是（）

　A、两决块相互摩擦，冰块熔化B、水蒸汽推动活塞做功

　C、压缩气体，温度升高D、用太阳灶烧水

3.煤的热值大于干木柴的热值，这里是指（）

A、煤比干木柴含有的热量多一些

B、烧煤比烧干木柴产生的温度高一些

C、烧煤比烧干木烧产生的热量多一些

D、要使它们放出相同的热量，烧煤用的质量较少

4.两种燃料的热值之比为2:

1，它们的质量之比为1:

4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为（）

A.1:

2B.2:

1C.8:

1D.4:

1

5.为了提高热机效率，可采取的措施是（）

A．采用热值高的燃料B．降低热机功率

C．保证良好的润滑减少摩擦D．以上措施都可以

6.燃料的燃烧是一种________变化；在燃烧过程中，燃料的________能转化为_________能。

7.10千克汽油完全燃烧放出4.6×108J的热量，则汽油的热值为_________J/Kg。

8.无烟煤的热值是3.4×107J/Kg，表示的意义是。

如要获得1.7×108J的量，需要完全燃烧Kg无烟煤。

9.一台柴油机的热机效率为25%，表示的意思是那部分能量在能量中占。

用这台柴油机工作时，完全燃烧2Kg的柴油可做有用功J。

（柴油的热值为3.3×107J/Kg）

答案：

1.D

2.B

3.D

4.A

5.C

6.化学化学内

7.4.6×107J

8.1kg无烟煤完全燃烧放出的热量是3.4×107J5

9.用来做有用功的燃料完全燃烧放出的25%1.65×107J

布置作业

1.课下阅读课本P25STS“从火车到火箭”

2.实践作业：

课下调查研究“提高热机效率的积极意义”。

板

书

设

计

１４.２热机的效率

一、燃料的热值：

1.燃烧将化学能转化为热能。

2.热值定义：

在物理学中，把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。

3..单位：

J/kg（固、液态燃料）或者J/m3（气态燃料）

4.公式：

Q=mq或者Q=Vq

5.物理意义：

表示1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量。

二、热机的能量损失：

1.燃料未能完全燃烧

2.废气和散热带走一部分内能

3.克服摩擦做功

三、热机效率：

1.概念：

热机所做的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，用热机效率来描述热机的性能。

2.公式：

η=Q有用/Q总或η=W有用/Q总

3.如何提高热机的效率

（1）让燃料尽可能充分燃烧。

（2）减少内能的损失。

（3）减小各部分之间的摩擦。

教学反思

本节课内容教学中有多个环节是放手给学生的，比如热值相关概念、热机效率定义的得出和课堂反馈练习等环节，这些学生自主学习的环节每个班级情况是会有些差别，课前的设计尽管考虑到了，但是个别班级授课会出现过分延时的情况，应当节省课时资源。

根本原因在于问题的设置，指向性应当更明确。

二本节课有师生互动的环节（热机的能量损失和如何提高热机的效率）不需要发散拓展太多，能够收放适当效果最好，并不是发散的越多越好。

本节课的课件媒体资源尽量以图片为主，能够反映热机的动态工作过程就好，过多的视频会分散学生的注意力，对于知识的关注度会受影响。

资源的选择上，实用性是首要条件。