九年级物理第十四章☞第2节♥《热机的效率》(教学案)

九年级物理第十四章

【教学设计思路】

本节内容由“燃料的热值”和“热机的效率”两个部分构成。本节教材内容准备用一个课时完成。

热值一般因实验误差太大无法做定量的探究，可以做定性的比较。教材从生活中学生熟悉的情景切入教学，真实自然，符合学生的认知规律，让学生认识到不同的燃料燃烧释放热的能力是不一样的，从而构建出热值的概念，从生活走向物理。对热值概念的建立，是初中阶段又一个用比值法定义的物理量。可以借助前面学习过的比值法定义速度、密度的方法，引导学生分析思考，让学生自己总结出热值的概念。

教材未直接给出燃料完全燃烧的计算，在教学中不进行过难的补充。但后续内容有热效率的学习和计算，对燃料燃烧放出热量的计算有所涉及。应让学生在理解热值概念的基础上，推导归纳燃料完全燃烧的放热公式：Q=mq 或Q=vq，只要求简单直接应用公式，或只作一次公式变形的应用，重在对公式物理意义的理解，不进行繁难的计算。

学生对日常生活中的热效率问题比较熟悉，可以先讨论生活中的热效率再过渡到热机效率。使知识的过渡相对平稳，不至出现难度较大提升的情况。利用教材中热机的能流图启发学生思考，引导学生分析，得出热机效率的概念。然后联系实际情况，简单分析了提高热机效率的方法，从物理走向社会。

比值法定义物理量是整个初中物理教学中应该重点训练学生掌握的一种研究问题物理的方法。利用能流图分析问题学生还是首次接触，应帮助学生提高观察能力和分析能力。本节的另一个较大特点是理论紧密联系实际，要注意引导学生细致的分析问题，养成认真观察体会的习惯和缜密的思维形式。

【教学目标】

1．从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念。

2．能简单计算燃料燃烧放出的热量。

3．能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道什么是热机效率。

【教学重点】

燃料的热值和热机的效率。

【教学难点】

对热机效率的理解。

【教学器材】

图片、多媒体课件

【教学过程】

一、引入新课

教师：生活中常见的燃料种类有哪些？

学生：日常生活中，常见的燃料有煤、木柴、液化气、煤气、酒精、汽油、柴油，在农村还有烧农作物的秸秆，有些地区还有用牛粪作为燃料的。

教师：一个普通家庭一个月烧水、做饭等等，请同学们尝试估计，如果用刚才所列举的燃料，各需要几千克？

学生：如果是用煤（蜂窝煤）做燃料，大约需要煤90kg。

学生：如果是用木材做燃料，大约需要木材200kg。

学生：如果是用液化气做燃料，大约需要液化气30kg。

学生：如果是用秸秆做燃料，大约需要秸秆200kg。

二、新课教学

（一）热值

教师：使用不同的燃料，消耗量是不同的，是因为不同的燃料燃烧释放热量的能力是不一样的。根据实验发现1kg的煤燃烧释放出的热量是1kg木柴燃烧放出的热量的两倍多。如何比较燃料燃烧放出热量的能力呢？

学生：可以采取比较物体密度大小的方法。

教师：所有物体都取1m3,比较它们质量的多少──单位体积的某种物质的质量就是这种物质的密度。这种方法称为比值法定义物理量，是研究物理概念的一种重要方法。

学生：把所有燃料都取1kg,让它们燃烧，比较它们放出热量的多少。

教师：我们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。热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。

教师：在用煤烧火时，会发现烧完后，还会有残留的煤块。用酒精烧火时，能闻到酒精的气味，说明有一部分酒精还没有燃烧就散发到了空气中等。这些情况都称为不完全燃烧（无论因为化学原因还是物理原因，意思是指燃料的燃烧产物中还含有某些可燃物质的燃烧），在实际中燃料都很难做到完全燃烧。但在对热值的定义中是指燃料完全燃烧放出的热量，是实际燃烧中很难达到的一种状态。

教师：热值的单位符号是J/kg，读做焦每千克。

教师：请同学阅读小资料，了解一些燃料的热值。

教师：汽油的热值是4.6×107J/kg，物理意义是什么？

学生：1kg的汽油完全燃烧，放出热量是4.6×107J。

教师：煤气的热值约为3.9×107J/m3，物理意义是什么？

学生：1m3的煤气完全燃烧，放出热量是3.9×107J。

教师：注意气体燃料的热值单位和液体、固体气体燃料的热值单位的区别。以质量为单位的燃料燃烧，热值的单位是：J/kg。以体积为单位的燃料燃烧，热值的单位是：J/m3。

教师：2kg的汽油完全燃烧放出的热量是多少焦？

学生板书：2kg×4.6×107J/kg = 9.2×107J

教师：3kg的汽油完全燃烧放出的热量是多少焦？

学生板书：3kg×4.6×107J/kg = 1.4×108J

教师：质量为m的某种燃料完全燃烧放出的热量是多少焦？

学生：m×4.6×107J/kg

教师：用q表示热值，m表示质量，Q表示燃料燃烧放出的热量。燃料燃烧释放热量的公式写为Q=mq。热值q的单位是J/kg，m的单位是kg，Q的单位是J。

教师：体积为v的某种燃料完全燃烧放出的热量计算公式应该怎样表式？

学生：体积为v的某种燃料完全燃烧放出的热量计算    Q=vq   

v表示体积，单位是m3。q表示热值，单位是J/ m3。Q表示燃料燃烧放出的热量，单位是J。

例题： 2kg的酒精完全燃烧释放出的热量是多少？

板书：

已知：m=2kg、q酒=3×107J/(kg·℃)

求：Q放

解：Q放= mq酒=2kg×3×107J/(kg·℃)=6×107J

答：2kg的酒精完全燃烧释放出的热量是6×107J

（二）热机的效率

教师：如果用酒精燃烧放出的热量来烧水，我们一起分析一下，酒精释放的热量是不是全部都用来加热水了？如果不是，实际情况是怎样的呢？

学生：酒精不能完全燃烧损失了一部分能量。

学生：装水的容器吸收了一部分热量。

学生：酒精灯本身也会吸收一部分热量。

学生：高温的烟气带走了一部分热量。

学生：还有一部分热量直接散失在了空气中等等。

教师：通过分析可知，水吸收的热量只占煤气完全燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的。引导学生总结得出热效率的概念：吸收的热量占燃料完全燃烧放出热量的比值。

教师：热机也有类似的情况，让学生讨论分析。出示。

学生：汽油在气缸内不能完全燃烧损失了一部分能量，机械装置吸收了一部分热量，废气带走了一部分能量，由于机械传动等克服摩擦消耗一部分能量等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量有效利用的。

课件：热机能流图2

教师：引导学生得出热机效率的概念：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。

教师：生活中汽车常用的内燃机有汽油机和柴油机两种。汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率为30%～45%。

教师：在设计和制造热机时，要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率。

例题：一台大型推土机的推力约为3×104N，匀速推着土总行程达2km，消耗柴油约4.66kg,求推土机上装的柴油机的热机效率。

板书：已知：F=3×104N    S=2km=2×103m    m=4.66kg  q柴油 =4.3×107J/(kg·℃)

求：η

解:W有用=FS=3×104N×2×103m=6×107J

W有= Q放= mq柴油=4.66kg×4.3×107J/(kg·℃)=2×108J

答：这台柴油机热效率为30%。

教师：引导学生做出本节课的小结。

学生：学习了热值的概念，了解了热机的效率。

三、布置作业

完成教材26页的“动手动脑学物理”。

四、板书设计

(略)

五、教学反思

(略)