初中九年级物理教案：热机效率和环境保护
时间：2021-08-31教学目标
(一)知识与技能
1、建立热值概念。知道热值是燃料的重要特性，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料放热的简单计算。
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以及提高热机效率的意义所在。
(二)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。
(三)情感态度与价值观：
了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物
对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。
教学重点
燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。
教学难点
热机效率的理解和环境保护。
课前准备
木柴、烟煤、焦炭、汽油、柴油、酒精、液化石油气(打火机中装有)等燃料样本，多媒体课件，布置学生课前进行有关环境污染方面的社会调查。
教学过程
一、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?以及燃料的燃烧对环境会造成那些影响呢?今天我们一起来学习“第四节 热机效率和环境保护”。
二、新课教学
1、课件展示：木柴取暖、煤气烧饭、锅炉中煤炭燃烧、内燃机车、飞机、轮船等，引出常见的燃料。
2、设疑：常见的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒精等，在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢?如果不同，那又如何来表示它们这种能力的大小呢?
3、交流与讨论：如何比较不同燃料燃烧释放能量的能力的不同?
注：如果学生不能回答，可由教师引导：必须保证哪些量相同才能进行比较?(燃料的质量要相同，而且都要完全燃烧)。
(一)燃料的热值
燃料的热值：把1千克某种燃料完全燃烧释放出的能量(热量)叫做这种燃料的热值。用q表示。单位是J/kg，气体燃料热值单位是J/m3。
注意，质量必须是单位质量1千克，必须完全燃烧。
强调：热值是燃料的重要特性，只和燃料的种类有关，与质量和是否完全燃烧无关。
学生查热值表，并表述木柴、液化气热值的物理意义。
由热值的定义我们知道：
1kg的干木柴完全燃烧释放出1.2×107J的'热量;
那么质量为m kg的干木柴完全燃烧释放出多少J的热量，怎么计算?
m﹒q
由此得出热值的计算公式：Q=mq 。
思考：气体燃料通常不用质量而用体积，因此计算气体燃料放热时，公式应该写成 Q=qV
例：计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。
解：查表可知q=3.3×107J/kg，
所以Q=mq=4 kg×3.3×107J/kg=1.32×108 J。
答：完全燃烧释放的热量为1.32×108 J。
估算练习：在图12-26所示的情况下，所需的干木柴、烟煤和汽油。
交流与讨论：在图12-26中，实际需要的干木柴、烟煤和汽油的质量大大超过计算得出的数值，这是为什么?
(二)热机效率
实际上热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，有很大一部分能量在工作的过程中损耗掉了。
课件展示：教材图12-27“热机燃料燃烧能量走向示意图”。
由图可知，真正能转变为有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。
热机效率：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(即η=Q有/Q总×100%)。
过渡语：为了合理利用能源，人们一直都在努力提高热机的效率。
自学P38第四自然段
交流与讨论：如何合理利用能源，提高热机的效率?
归纳：主要途径是减少热机各种能量损失。
具体措施：(1)使燃料尽可能完全燃烧(煤粉、鼓风)
(2)减小机械摩擦(选用优良润滑油)
(3)尽量简化机械传动部分(三角旋转式发动机)
5、课件展示：各种热机的效率
思考：热机的效率能否达到100%?为什么?
(三)环境保护
热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了一些负面影响，造成了环境污染，如噪声污染、废气污染等。
课件展示：燃料燃烧造成的环境污染的有关图片和生活场景。
交流与讨论：通过上面的展示，并联系我们的生活环境谈一谈：燃料燃烧对环境有哪些影响?
归纳：(1)燃料燃烧排放的烟尘，使空气混浊，影响动植物生长。
(2)汽车等交通工具排放的尾气：如过多二氧化碳，引起地球温室效应，全球气候变暖。CO能造成“煤气中毒”，让人缺氧致死。二氧化硫会形成酸雨，危害植物、危害庄稼，破坏生态平衡，还会腐蚀建筑物……
阅读：我国大气环境质量标准和信息窗内容，进行环保总动员。
三、课堂小结：
1、热值：①概念：②单位;③公式：④计算：
2、热机效率：①概念：②提高热机效率的途径：具体措施：
3、保护环境，从我做起。
四、课堂练习
1、液化气的热值是4.9×107J/ m3，，其物理意义是 ，完全燃烧5 m3 的液化气可以产生 J的热量。
2、火箭常用液态氢气作燃料，其原因是 。
3、下列关于热值的说法正确的是( )
A、燃料不燃烧，其热值为零。
B、燃料不完全燃烧其热值要变小。
C、.燃料的热值与燃烧情况和质量无关，只与燃料种类有关。
D、 燃料燃烧时放出热量多的其热值就大。
4、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，若q无烟煤=3.4×107J/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)
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、煤和石油在燃烧时生成的气体中含有大量的二氧化碳、氮氧化合物等，燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，这些 和 排放到空气中，严重污染了大气。
7、用煤炭烧开水，水实际吸收的热量远远小于依照热值计算的热量，为什么?
作业设计
①一台大型推土机的推力约为3×104N，匀速推着土总行程达10km，消耗柴油约30.3kg,求推土机上装的柴油机的热机效率。
②点燃一只无烟煤(0.6kg)，能烧开5瓶水，而点燃0.6kg的液化气可以供普通人家烧一天的饭菜，开水还可以烧淋浴用的洗澡水。这样看来：不同的燃料( )不相同。若q无烟煤=3.4×107J/kg，5瓶水的质量约为9.5kg，从20℃烧开，那么这个煤炉的热效率是( )
板书设计
第四节 热机效率和环境保护
一、燃料的热值。
热值：1千克的某种燃料完全燃烧时放出的热量。
(1)符号：q
(2)单位：焦/千克。(J/kg)。或气体燃料的热值：J/m3
(3)热值的物理意义:
(1) 公式： Q=mq或q=Q/m
二、热机效率。
三、环境保护。
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