初中三年级上学期物理《热机的效率》教学设计

教学设计课题热机的效率授课班级授课教师授课时间教学目标1、了解什么是燃料的热值。2、正确计算燃料完全燃烧时放出热量。3、知道如何提高热机的效率，有节能环保意识。教学重点燃料的热值、热机的效率教学难点对热机的效率的理解教学环节教师活动学生活动设计意图【创设情境引出燃料概念】首先，我们来复习一下。什么样的机械叫热机？那用来做功的内能从何而来？从原始人学会用火，到我们现在的烧水做饭，以及现代科技的汽车、飞机和火箭都离不开燃料的使用。人类获得的能量，绝大部分仍是通过燃烧燃料获得的，下面我们一起来了解一下燃料。我们把能够燃烧并放出热量的物质叫做燃料。大致分三类，固体燃料、液体燃料、气体燃料。燃烧时是将化学能转化为内能的过程。人类对燃料的认识和使用大致经历了怎样的历程？学生回答问题：是利用内能来工作的机械叫热机。是燃料燃烧释放出来的。人类对燃料的认识和使用大致经历了植物秸秆、木柴、煤炭、石油衍生品、汽油、煤油、柴油、液化气、以及天然气这样的历程。根据学生切身体会设置疑问，调动学习积极性。【设计实验对比数据】在现代都市，我们很难见到人们烧干木柴取暖和做饭，这是为什么呢？除了环保方面的原因，和燃料自身的什么原因有关吗？同学们想一想，用质量相同的酒精和干木柴分别给两杯完全相同的水加热，水升高的温度相同吗？通过实验数据，我们来比较一下。燃烧相同质量的酒精和干木柴，比较它们放出热量多少。首先，用电子秤称出质量相同的酒精和干木柴。然后用电子秤各取质量为200克的水。在相同的环境中，用干木柴和酒精给水加热。用温度计测出水的的末温。从实验数据中我们看到，5克酒精完全燃烧使水的温度升高了60摄氏度，5克干木柴完全燃烧时，水的温度升高了40摄氏度。实验结论，用质量相同的酒精和干木柴分别给两杯完全相同的水加热。水升高的温度不同，酒精加热的水升高的温度多。这也间接说明，在相同的环境中，酒精和干木柴相比，燃烧酒精放出的热量多。物理学最生动、最鲜活的部分就是联系生活、生产和自然现象。学生分析实验数据，得出结论。培养的学习分析归纳能力。【理解热值】为了比较燃料的特性，我们引入了热值这一物理量。热值的定义是，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。完全燃烧是指，燃料燃烧后完全变成不可燃烧物的过程。公式，小q等于大Q比小m，这里大Q是燃料完全燃烧放出的热量，小m是燃料的质量，小q是热值。单位是焦每千克。热值是燃料的特性，每种燃料都有自己的热值。我们一起来看教材23页的小资料，一些燃料的热值。浏览整个热值表，我们看到表中列出了一些固体、液体和气体的热值。你有什么发现？同学们都知道，汽车大多用的是汽油作为燃料，而火箭用的却是氢作为燃料，这是为什么呢？随着科学技术的进步，我们燃料的使用也在不断发展。我们在家中烧水做饭，从原来的干木柴到现在的煤气。不仅有利于环境。还减少了燃料的浪费。给我们生活带来了极大的便利。煤气的热值约三点九乘十的七次方每立方米。它的物理意义是，表示每立方米的煤气完全燃烧，所放出的热量约为三点九乘十的七次方焦耳。那么如果我们家中用煤气灶，把质量为五千克的水从室温加热到一百摄氏度，会消耗多少煤气呢？其中氢的热值最大，干木柴的热值最小。以及最后两个气体燃料的热值的单位，不是焦每千克，而是焦每立方米。在进行相关计算时，要注意这些变化。同时我们还观察到酒精的热值比干木柴大。这也间接说明了我们刚才的实验的结论是可信的。干木柴的热值约一点二乘十的七次方焦每千克。其物理意义是，表示一千克的干木柴完全燃烧所放出的热量约为一点二乘十的七次方焦耳。因为氢的热值很大，是一点四乘十的八次方焦，每千克。在获得同样热量时，燃烧氢的质量和体积都更小。学生实际测算。首先，观察煤气表的示数。再加上之前用温度计测出水的初温为二十摄氏度。开始加热，我们再来观察煤气表的示数，发现示数正在变化，说明正在消耗煤气。当温度达到一百摄氏度时，我们停止加热，再来观察煤气表的示数。通过问题设置，让学生思考热值的含义。观察教材小资料，让他们分析、思考,发现规律,掌握知识,再运用这些物理知识分析解决实际问题,从而实现“从生活走向物理,从物理走向社会”的课程理念。加强学生对本课重点内容的理解和掌握。【炉子烧水效率和热机效率】这些煤气能放出多少热量？它们都被水吸收了吗？下面我们通过计算来回答这个问题。先来算一下煤气放出的热量？公式代入公式，结果为5.811x106焦耳。再来计算一下水吸收的热量是多少?公式代入，结果为1.68x106焦耳。我们发现水吸收的热量远远小于燃料燃烧放出的热量。这些热量去哪了呢?烧水时，水为什么不能吸收煤气燃烧放出的全部热?那么水吸收的热量在煤气放出热量的比例有多大呢？我们用Q吸比上Q放，年计算结果为28.9%。只有一小部分热量被水吸收了，大部分热量散失到了空气中以及容器上。这说明什么呢？我们学过类似的概念吗？是的，和我们之前学的机械效率相似，机械效率是有用功和总功的比值。那我们就把水吸收的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做用炉子烧水的效率。公式Q有用比上Q总，Q有用是指有效利用的热量，Q总是指燃料完全燃烧放出的热量。因此提高燃料的效率显得尤为重要。请同学们思考，有哪些途径可以提高炉子烧水的效率?请同学来回答一下，可以从以下几个方面来进行考虑？那么同样靠燃烧燃料获得能量的汽车、飞机、火箭，他们的热机工作时，能不能将燃料所放出的热量全部用来对外做功呢？那我们就把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。公式为，热机效率等于用来做有用功的能量比上燃料完全燃烧放出的能量，n=W有/Q总。加热前煤气表的示数为835.336立方米，水加热到100℃时，煤气表的示数为835.485立方米。通过计算消耗了0.149立方米煤气。一定是不能的，首先靠近炉子时感觉到很热，这些热就不是用来加热水散失的热，其次加热内流体，需要通过容器进行热传递，也会散失一部分热量，所以无论怎样，煤气放出的热量都不能够被水全部吸收。首先，可以让燃料充分的燃烧，释放更多的热量，而燃料的燃烧是需要氧气的，所以可以通过增加供氧量的方式来增加助燃。其次，燃料燃烧后放出的热量会有一部分散失，大部分热量不能用于加热，因此可以用于更加隔热的材料制造炉壁，减少热量的散失，提高效率。另外还可以增大受炉子的热面积，使其更快升温，缩短加热时间，提高效率。.首先排出的废气会带走大量能量，以及机械传动、克服摩擦会消耗的能量，只有一少部分能量会转化成有用机械能。新的课程标准中科学探究部分有问题、证据、解释、交流的要素。这里通过数据分析，让建立证据意识。经历效率的概念建立过程，形成节能环保的意识。【提高热机效率的方法】热机经历了几个时代的发展，从最早的蒸汽机效率只有10%左右到后来汽油机的效率为20%左右以及重型卡车柴油机的效率为30%左右。随着科学技术的不断进步，热机的效率也在不断的提高。那为什么热机的效率总小于一呢?请同学来回答一下。那么，有哪些途径可以提高热机的效率？请同学来回答一下。热机的效率不高，且很难提高。主要是因为排出的高温废气走了大量能量。设法利用这部分能量，虽然不能提高热机的效率，但能提高燃料的利用率，达到节能的目的。由定义式可知，热机的效率是用来做有用功的能量与燃料完全燃烧释放出来的热量之比，在热机工作时，零件之间的摩擦，以及机器对外的散热，都会损耗一部分能量，而这部分能量并没有用来做有用功。所以W有就一定比Q总小，比值也就小于一了。提高热机效率的方法有四种。①使燃料充分燃烧。②尽量减少各种热量损失。③在热机设计和制造上提高技术水平和使用新材料。④保证良好的润滑，减少因摩擦额外消耗的功。通过列举生活实例，使学生懂得把物理知识与生活实际相结合。通过提高热机效率方法的总结，提升学生的逻辑思维能力。【拓展小结】好了同学们，今天可内容我们就全部学完了，我们来简单梳理一下。通过学习，我们知道了，那内能是通过燃料燃烧获得的。还了解了不同燃料放热的能力有差别，这种差别在物理