九年級人教版物理全一冊《14.2熱機的效率》教學設計一、教學分析課程性質（一）課程定位：新授課、同步課（二）課程特點：緊扣教材教材分析作為新課標下熱機的效率一節內容，是在上章熱機的基礎上，提出熱機對燃料利用效率的問題，包含燃料的熱值和熱機實際的燃料利用率。涉及各種燃料的熱值屬性和熱機的效率，是與實際生活結合緊密的一節。通過本節的學習，一方面加深學生對燃料、熱機的理解，同時提高學生對于物理學科的學習興趣。教學目標1.理解熱值的概念2.了解各種燃料的熱值3.理解熱機的效率4.掌握熱機效率的計算方法5.了解提高燃料利用率的方法學情分析學生已經在上章學習過熱機和熱機的工作過程，本節會從熱機的實際使用效率方面著手學習熱機。熱機對燃料的使用效率、提高熱機的效率對于實際生產生活有重要意義。為了計算熱機的效率，燃料燃燒釋放的能量也是必須的，因此，本節先介紹燃料的熱值，然后介紹熱機的效率。與實際生活密切相關的內容，可以給學生架起生活和書本之間的橋梁，能夠學以致用。教學重點1.熱值2.熱機的效率教學難點1.熱值2.熱機的效率二、教學過程（一）預復回顧（10min）1.某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的__________。2.熱值的單位由___________和___________組合而成。熱值的單位是__________，符號是________。3.對某些氣體燃料，熱值在數值上等于在標準狀態下1m3燃料完全燃燒放出的熱量，單位是_____________，符號是________。4.用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做____________。5.在熱機的能量損失中，_________帶走的能量最多。（二）知識梳理（10min）（三）精講精練（65min）知識點知識點1熱值（1）熱值概念某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量之比，叫做這種燃料的熱值。單位1.在國際單位制中，熱量的單位是焦耳，質量的單位是千克，則熱值的單位是焦每千克，符號是J/kg。2.對某些氣體燃料，熱值在數值上等于在標準狀態下1m3燃料完全燃燒放出的熱量，單位是焦每立方米，符號是J/m3。（2）一些燃料的熱值燃料熱值燃料熱值干木柴約1.2×107J/kg柴油4.3×107J/kg煙煤約2.9×107J/kg煤油4.6×107J/kg無煙煤約3.4×107J/kg汽油4.6×107J/kg焦炭3.0×107J/kg氫1.4×108J/kg木炭3.4×107J/kg煤氣約3.9×107J/m3酒精3.0×107J/kg沼氣約1.9×107J/m3【例1.1】火箭發動機的燃料之所以采用液態氫，是因為液態氫具有（）A.較高的燃點B.較大的凝固點C.較高的沸點 D.較大的熱值【難度】★★【練1.1】在測定汽油熱值的實驗中，記錄的實驗數據如下表所示。表中Q為汽油完全燃燒放出的熱量，m為燃燒汽油的質量。請根據表中數據寫出Q與m的關系式：______。Q/J 2.3×107 4.6×107 6.9×107 9.2×107 1.15×108 1.38×108m/kg 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0【難度】★★【例1.2】一瓶氫氣用了一半后，有關剩余部分的說法，下列正確的是（）A.質量變為原來的一半B.體積變為原來的一半C.熱值變為原來的一半D.密度不變【難度】★★【練1.2】已知甲種燃料的熱值大于乙種燃料的熱值，下列說法中正確的是（）A.甲種燃料含有的熱量比乙種燃料多B.完全燃燒一定質量的甲種燃料，剛好燒開一壺水，那么用同樣質量的乙種燃料就不能燒開這壺水C.燃燒相同質量的兩種燃料，甲種放出的熱量多D.只要通風條件好，供氧充足，乙的熱值可能大于甲的熱值【難度】★★【例1.3】關于燃料的熱值，下列說法中正確的是（）A.1kg干木柴的熱值是2kg干木柴的熱值的1/2B.熱值越大的燃料，燃燒時所釋放出的熱量就越多C.熱值的單位是J/（kg?℃）D.1kg某種燃料實際燃燒時放出的熱量數值要比熱值小【難度】★★【練1.3】關于燃料的熱值，下列說法中正確的是（）A.某種燃料燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值B.甲燃料完全燃燒放出的熱量比乙燃料完全燃燒放出的熱量多，則甲燃料的熱值一定比乙燃料的熱值大C.燃料的熱值越大，則燃料燃燒時放出的熱量越多D.煙煤的熱值是2.9×107J/kg，則完全燃燒1kg的煙煤能放出2.9×107J的熱量【難度】★★知識點知識點2熱機的效率（1）熱機的效率概念用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比。舉例汽油機的效率為20%~30%柴油機的效率為30%~45%蒸汽機的效率很低，只有6%~15%（2）熱機的能量損失在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。（3）提高燃料利用率燃料的內能=有用機械能+廢氣帶走的能量+……提高燃料利用率方法舉例提高燃料釋放的內能取暖用的小型鍋爐，如果把煤磨成煤粉或煤粒，從而加大與氧氣的接觸面積，再把空氣吹進爐膛，就會比煤塊燃燒得更充分，從而提高燃料的利用率。利用廢氣走的能量熱電站，利用大型發電站的蒸汽輪機排出的廢氣來給供熱，利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。【例2.1】關于熱機效率以下幾種說法中，正確的是（）A.有用功跟燃料燃燒值的比值B.用來做有用功的那部分能量跟燃料燃燒所放出的能量之比C.用來做有用功的那部分能量跟燃料完全燃燒所放出的能量之比D.燃料完全燃燒所放出的能量跟用來做有用功的那部分能量之比【難度】★★【練2.1】下列有關熱機的說法中不正確的是（）A.熱機工作的過程是將燃料燃燒獲得的內能轉化成機械能的過程B.為了防止熱機過熱，通常用水來降溫，是利用水的比熱容大的特性C.可以采用增大熱機功率的方法來增大熱機的效率D.熱機的大量使用會造成環境污染【難度】★★【例2.2】關于熱機的效率，下列說法中正確的是（）A.熱機做的有用功越多，效率就一定越高B.熱機做功越快，效率就一定越高C.熱機做一定的有用功耗費的燃料越少，效率就一定越高D.熱機消耗的燃料越少，效率就一定越高【難度】★★【練2.2】柴油機的效率比汽油機的效率高，主要原因是（）A.柴油的熱值比汽油熱值大B.柴油機和汽油機的點火方式不同C.汽油機的做功沖程用電火花點燃方式，浪費了一部分能量D.做功沖程中柴油機汽缸內的燃氣產生的壓強和溫度比汽油機里的高【難度】★★【例2.3】要提高熱機的效率，應采取（）A.要多燃燒燃料B.提高熱機的功率C.減少各種能量損失，保證良好潤滑D.用熱值大的燃料，就能提高熱機的效率【難度】★★【練2.3】小明發現學校的老式鍋爐燒水時，白天冒出大量的黑煙，夜間煙囪經常冒出“火焰”，且燒水時鍋爐周圍的溫度很高，鍋爐的效率很低。（1）請你根據上述現象從熱學的角度分析此鍋爐效率低的原因，并提出相應的改進措施。（2）試分析在利用內能的過程中，可能會給環境帶來哪些影響？【難度】★★（四）思維升華（5min）1.熱值（1）熱值是燃料完全燃燒時放出的熱量與其質量之比，實際上燃料很難完全燃燒，“完全燃燒”是重要的限制條件。（2）熱值是燃料的一種屬性，與燃料的種類有關，與燃料是否完全燃燒、燃料的質量等無關。（3）燃料的熱值影響燃料的用途，除熱值大小之外，燃料是否容易燃燒、是否產生有害的污染物等等都是燃料選擇時重要的條件。（4）燃料燃燒釋放的熱量是熱機的能量來源，從燃料燃燒到熱機做功，是化學能轉化成機械能，或者，更詳細的說明，是化學能轉化成內能，內能再轉化成機械能的過程。2.熱機的效率（1）燃料燃燒釋放的能量=熱機做出的有用功+各種能量損失。（2）當燃料燃燒率為a，熱機效率為b，燃料熱值為c，燃料質量為d，熱機做出的有用功為a×b×c×d。（3）熱機在工作時會有很多的損失，真實情況下熱機的效率往往不高，所以熱機的效率一定小于“1”。3.熱機的能量損失（1）廢氣中含有未完全燃燒的燃料，同時高溫廢氣具有大量內能，所以在熱機的能量損失中，廢氣帶走的能量最多。（2）針對機械摩擦、燃料不完全燃燒等熱機的能量損失，可以采取提高機械制造工藝、縮小燃料顆粒度使其充分燃燒等方法減少損失，提高效率。（五）隨堂演練（20min）一、選擇題【1】2012年5月27在山西太原衛星發射中心發射的風云三號氣象衛星，是我國第二代極軌氣象衛星，星上裝有十多臺有效載荷，可實現全球、全天候、多光譜、三維、定量遙感功能。運載火箭采用液態氫做為火箭的燃料，原因是液態氫具有（）A.較大的比熱容B.較低的沸點C.較大的熱值D.較高的凝固點【難度】★★【2】關于燃料燃燒時放出熱量多少，下列說法正確的是（）A.只與燃料的種類有關B.只與燃料的多少有關C.只與燃料是否完全燃燒有關D.跟以上三種因素都有關【難度】★★【3】關于q=Q/m的理解，下列說法中正確的是（）A.熱值與燃料完全燃燒放出的熱量成正比B.若燃料燃燒不充分時，部分能源將浪費掉，熱值將減小C.當燃料未燃燒時，其熱值為零D.某種燃料的熱值大小與是否充分燃燒無關【難度】★★【4】下列說法錯誤的是（）A.現階段人類所用能量，大部分來源于燃料燃燒B.熱值是表示燃料燃燒放熱能力的物理量C.燃料燃燒時化學能轉化為內能D.汽車在行駛時，發動機把油料中的化學能全部轉化成有用的機械能【難度】★★【5】關于熱值的說法，正確的是（）A.沒有燃燒的燃料，熱值等于零B.燃料完全燃燒時，它的熱值最大C.燃料燃燒時放出的熱量越多，熱值越大D.燃料的熱值與燃燒情況無關【難度】★★【6】某熱機的效率是40%，表示它每做100J的有用功（）A.需要2.5s的時間B.燃料完全燃燒放出的能量是400JC.燃料完全燃燒放出的能量是250JD.將消耗60J的無用功【難度】★★【7】甲、乙兩汽車，甲的汽油機效率比乙的汽油機效率高，這表明（）A.甲做功比乙多B.以相同的牽引力行駛相同的路程，甲耗油比乙少C.甲消耗的汽油比乙少D.甲做功比乙快【難度】★★【8】下列提高爐子效率的措施中，不正確的是（）A.把煤磨成粉，用空氣吹進爐膛B.把煤粒在爐膛里吹起來燃燒C.把爐子密封起來不與空氣接觸，盡量減小熱量損失D.用各種方法加大受熱面【難度】★★二、填空題【9】天然氣的熱值是7.5×107J/m3，完全燃燒0.4m3的天然氣能放出______J的熱量。【難度】★★三、簡答題【10】福州地熱資源豐富，溫泉洗浴就充分利用了地熱水的能量。質量為100kg的溫泉水，若溫度從70℃降低到20℃，放出的熱量是多少？若由天然氣完全燃燒供熱，這些熱量相當于節約了多少m3天然氣？（q天然氣=4.2×107J/m3，c水=4.2×103J/（kg?℃））。【難度】★★三、自我檢測一、選擇題【1】熱機效率高是指（）A.熱機的溫度高B.熱機的功率大C.熱機在單位時間內消耗的燃料少D.轉化的機械能占燃料完全燃燒時放出熱量的百分比大【難度】★★【2】煤有優質煤和劣質煤的區別，劃分優劣的主要依據是（）A.熱值B.傳熱本領C.硬度D.密度【難度】★★【3】冬天，生火爐取暖的燃料是無煙煤，它的熱值為3.4×107J/kg，當火爐燃燒了1kg這種煤，則（）A.屋子將吸收3.4×107J的熱量B.火爐放出了3.4×107J熱量C.屋子吸收的熱量小于3.4×107J熱量D.火爐放出的熱量略大于3.4×107J如果燃料沒有完全燃燒放出的熱就少于3.4×107J的熱量【難度】★★【4】三口之家分別單獨使用不同種類的燃料時平均月消耗量分別為：木柴約180kg，煙煤約70kg，煤氣約50kg，液化石油氣約為25kg。則這幾種燃料的熱值最高的是（）A.木柴 B.煙煤 C.煤氣 D.液化石油氣【難度】★★【5】下列說法正確的是（）A.燃燒值大的燃料比燃燒值小的燃料完全燃燒時放出的熱量多B.柴油機工作時，燃料燃燒每放出1焦的熱量就可得到1焦的機械能C.熱機的效率越大，它的功率就越大D.柴油機的效率一般比汽油機高，就是說完成相同的有用功，柴油機所用燃料完全燃燒放出能量比汽油機少【難度】★★【6】下列提高熱機效率的做法中，無效的是（）A.保證良好的潤滑B.盡量減少各種熱損失C.提高燃油的質量D.減少因克服摩擦而額外消耗的功【難度】★★【7】在熱機工作過程中的各類能量損失中（）A.散熱損失的熱量最多B.燃料不完全燃燒帶走的熱量最多C.克服摩擦損失的能量最多D.廢氣帶走的能量最多【難度】★★【8】關于熱機的效率，下列說法中正確的是（）A.已經有熱機的效率達到100%B.熱機的效率在不久的將來就會達到l00%C.熱機的效率都在8%～45%之間D.隨著技術的進步，熱機的效率還會進一步提高【難度】★★二、填空題【9】王陽家最近開通了天然氣，細心的他發現同樣條件下燒開同一壺水比過去用液化氣所用時間短了，這主要是由于兩種燃料的______不同；完全燃燒0.5m3的天然氣放出的熱量是______J。（q天然氣=4×107J/m3）【難度】★★【10】燃料的熱值（1）燃料燃燒過程：把燃料的______能轉化為______能。（2）燃料的熱值：1kg的某種燃料______燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。符號：______；單位：______。（3）燃料的熱值是燃料的一種特性，同種燃料的熱值相同，酒精的熱值是3.0×107J/kg，表示的物理意義是______的酒精完全燃燒所放出的熱量是______。（4）燃料燃燒放出熱量計算：Q=______，變形式：m=______；q=______。【難度】★★【11】物質熱值（J?kg-1）干木柴 約1.2×107煤油 4.6×107木炭 3.4×107煤氣 約3.9×107J/m3表中給出了幾種燃料的熱值，完全燃燒2m3煤氣，可以放出______J的熱量。【難度】★★【12】“低碳生活”是當今社會所倡導的綠色生活方式.利用太陽能將2000kg的水從15℃加熱到50℃，可以少燃燒多少煙煤？[設煙煤完全燃燒煙煤的熱值為2.94×107J/kgC水=4.2×103J/（kg?℃）]【難度】★★【13】“西氣東輸”工程中，某同學所在的地區終于用上了天然氣.利用星期天，某班物理活動小組的同學們開展了一次社會實踐活動，對目前普遍使用的生活燃料進行社會調查。同學們通過查閱資料、詢問當地居民等方式，得到如下調查結果：燃料 煤 煤氣 天然氣熱值 3.0×107J/kg 3.9×107J/m3 7.8×107J/m3毒性 無 有 無燃燒性 不易 輕易 輕易對環境影響 大面積煙塵污染 大量的有害氣體 少量二氧化碳排放價格 0.85元/kg 2.8元/m3 5.00元/m3（1）如某用戶平均每個月燃燒燃料獲取的能量為1.56×109J。以天然氣為燃料時，每月至少需支出多少燃料費用？（2）根據上表提供的信息，從節能、環保和安全的角度考慮，你會建議使用哪種燃料？說出三條理由。【難度】★★【14】內燃機工作時，燃料的能量轉化為：有用的機械能、廢氣的內能、機械損失和散熱損失。某汽油機的能量損失所占的百分率是：廢氣內能35%，散熱損失30%，機械損失10%，則該汽油機的熱機效率是______。【難度】★★【15】如圖所示，是汽油機的______沖程，有一臺汽油機在一個工作循環中消耗了10g的汽油（熱值為4.6×107J/kg），若其效率是30%，則一個工作循環中輸出的有用機械能為______J。【難度】★★【16】隨著人民生活水平的提高，汽車已在家庭逐步普及。小明通過查詢得知：一輛某型號的汽車在額定功率下行駛時單位時間內的能量流向圖。（1）從能量轉化角度看，其中“摩擦損耗”的這部分能量轉化成______能。（2）若將汽車轉化為有用功的能量與輸入發動機的能量的比值定義為“能量轉化效率”，則該發動機的能餐轉化效率η為______。【難度】★★【17】小東通過查閱相關資料，收集了一些熱機的效率如下表：一些熱機的熱機效率蒸汽機 4%-8%蒸汽輪機 25%-30%燃氣輪機 50%-60%汽油機 26%-40%表中數據顯示出熱機的效率普遍偏低，你認為熱機效率較低的主要原因有：①______；②______。要提高熱機效率就必須減少熱機工作中的各種能量損失