初中九年級物理教案：熱機效率和環境保護
教學目標
(一)知識與技能
1、建立熱值概念。知道熱值是燃料的重要特性，了解熱值的表示法和常見燃料的熱值，能利用熱值表進行有關燃料放熱的簡單計算。
2、了解熱機效率。知道熱機工作時燃料釋放能量的主要流向，知道可以怎樣提高熱機效率以及提高熱機效率的意義所在。
(二)過程與方法
通過社會調查、分組交流合作，了解熱機效率及熱機帶來的負面影響。
(三)情感態度與價值觀：
了解熱機的利用與人類社會發展的關系，并能夠簡述熱機使用產生的排放物
對環境的不良影響，培養自覺的環保意識，激發學生的社會責任感。
教學重點
燃料的熱值、熱機效率以及學生環保意識的培養。
教學難點
熱機效率的理解和環境保護。
課前準備
木柴、煙煤、焦炭、汽油、柴油、酒精、液化石油氣(打火機中裝有)等燃料樣本，多媒體課件，布置學生課前進行有關環境污染方面的社會調查。
教學過程
一、引入新課
無論是燒菜做飯，還是奔馳的汽車與火車，乃至直入蒼穹的火箭等都離不開燃料。即從原始人類學會用火的那天起，至今，人們使用的能量絕大部分還是通過燃料燃燒獲得的。那么燃料燃燒釋放的能量究竟有多少用來做了有用功?以及燃料的燃燒對環境會造成那些影響呢?今天我們一起來學習“第四節 熱機效率和環境保護”。
二、新課教學
1、課件展示：木柴取暖、煤氣燒飯、鍋爐中煤炭燃燒、內燃機車、飛機、輪船等，引出常見的燃料。
2、設疑：常見的燃料有木柴、煤炭、汽油、酒精等，在燃燒時都會釋放能量，但它們釋放能量的能力是否相同呢?如果不同，那又如何來表示它們這種能力的大小呢?
3、交流與討論：如何比較不同燃料燃燒釋放能量的能力的不同?
注：如果學生不能回答，可由教師引導：必須保證哪些量相同才能進行比較?(燃料的質量要相同，而且都要完全燃燒)。
(一)燃料的熱值
燃料的熱值：把1千克某種燃料完全燃燒釋放出的能量(熱量)叫做這種燃料的'熱值。用q表示。單位是J/kg，氣體燃料熱值單位是J/m3。
注意，質量必須是單位質量1千克，必須完全燃燒。
強調：熱值是燃料的重要特性，只和燃料的種類有關，與質量和是否完全燃燒無關。
學生查熱值表，并表述木柴、液化氣熱值的物理意義。
由熱值的定義我們知道：
1kg的干木柴完全燃燒釋放出1.2×107J的熱量;
那么質量為m kg的干木柴完全燃燒釋放出多少J的熱量，怎么計算?
m﹒q
由此得出熱值的計算公式：Q=mq 。
思考：氣體燃料通常不用質量而用體積，因此計算氣體燃料放熱時，公式應該寫成 Q=qV
例：計算4kg柴油完全燃燒釋放的熱量。
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：完全燃燒釋放的熱量為1.32×108 J。
估算練習：在圖12-26所示的情況下，所需的干木柴、煙煤和汽油。
交流與討論：在圖12-26中，實際需要的干木柴、煙煤和汽油的質量大大超過計算得出的數值，這是為什么?
(二)熱機效率
實際上熱機工作時，并不能將燃料所蘊藏的化學能全部用來對外做有用功，有很大一部分能量在工作的過程中損耗掉了。
課件展示：教材圖12-27“熱機燃料燃燒能量走向示意圖”。
由圖可知，真正能轉變為有用功的能量只是燃料燃燒所釋放能量的一部分。
熱機效率：熱機轉變為有用功的能量與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值稱為熱機效率。用η表示(即η=Q有/Q總×100%)。
過渡語：為了合理利用能源，人們一直都在努力提高熱機的效率。
自學P38第四自然段
交流與討論：如何合理利用能源，提高熱機的效率?
歸納：主要途徑是減少熱機各種能量損失。
具體措施：(1)使燃料盡可能完全燃燒(煤粉、鼓風)
(2)減小機械摩擦(選用優良潤滑油)
(3)盡量簡化機械傳動部分(三角旋轉式發動機)
5、課件展示：各種熱機的效率
思考：熱機的效率能否達到100%?為什么?
(三)環境保護
熱機為人類的發展做出了重大貢獻，但也帶來了一些負面影響，造成了環境污染，如噪聲污染、廢氣污染等。
課件展示：燃料燃燒造成的環境污染的有關圖片和生活場景。
交流與討論：通過上面的展示，并聯系我們的生活環境談一談：燃料燃燒對環境有哪些影響?
歸納：(1)燃料燃燒排放的煙塵，使空氣混濁，影響動植物生長。
(2)汽車等交通工具排放的尾氣：如過多二氧化碳，引起地球溫室效應，全球氣候變暖。CO能造成“煤氣中毒”，讓人缺氧致死。二氧化硫會形成酸雨，危害植物、危害莊稼，破壞生態平衡，還會腐蝕建筑物……
閱讀：我國大氣環境質量標準和信息窗內容，進行環保總動員。
三、課堂小結：
1、熱值：①概念：②單位;③公式：④計算：
2、熱機效率：①概念：②提高熱機效率的途徑：具體措施：
3、保護環境，從我做起。
四、課堂練習
1、液化氣的熱值是4.9×107J/ m3，，其物理意義是 ，完全燃燒5 m3 的液化氣可以產生 J的熱量。
2、火箭常用液態氫氣作燃料，其原因是 。
3、下列關于熱值的說法正確的是( )
A、燃料不燃燒，其熱值為零。
B、燃料不完全燃燒其熱值要變小。
C、.燃料的熱值與燃燒情況和質量無關，只與燃料種類有關。
D、 燃料燃燒時放出熱量多的其熱值就大。
4、一個含0.6 kg無煙煤的蜂窩煤，能燒開5瓶水，而0.6 kg的液化氣可以供普通人家一天做飯、燒開水、洗澡用水。這樣看來不同的燃料的 不同，若q無煙煤=3.4×107J/kg，5瓶水的質量是9kg，從20℃到燒開，那么這個煤爐的效率是 。(一個標準大氣壓下)
5、要提高熱機的效率，下列做法不可行的是( )
A、盡量減少廢氣帶走的熱量。
B、盡量保持機械部件之間有良好的潤滑。
C、盡量減少曲軸傳遞給飛輪的機械能。
D、盡量減少散熱損失。
6、煤和石油在燃燒時生成的氣體中含有大量的二氧化碳、氮氧化合物等，燃料的不完全燃燒還會產生粉塵和一氧化碳，這些 和 排放到空氣中，嚴重污染了大氣。
7、用煤炭燒開水，水實際吸收的熱量遠遠小于依照熱值計算的熱量，為什么?
作業設計
①一臺大型推土機的推力約為3×104N，勻速推著土總行程達10km，消耗柴油約30.3kg,求推土機上裝的柴油機的熱機效率。
②點燃一只無煙煤(0.6kg)，能燒開5瓶水，而點燃0.6kg的液化氣可以供普通人家燒一天的飯菜，開水還可以燒淋浴用的洗澡水。這樣看來：不同的燃料( )不相同。若q無煙煤=3.4×107J/kg，5瓶水的質量約為9.5kg，從20℃燒開，那么這個煤爐的熱效率是( )
板書設計
第四節 熱機效率和環境保護
一、燃料的熱值。
熱值：1千克的某種燃料完全燃燒時放出的熱量。
(1)符號：q
(2)單位：焦/千克。(J/kg)。或氣體燃料的熱值：J/m3
(3)熱值的物理意義:
(1) 公式： Q=mq或q=Q/m
二、熱機效率。
三、環境保護。
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