初中三年級上學期物理《熱機的效率》教學設(shè)計

教學設(shè)計課題熱機的效率授課班級授課教師授課時間教學目標1、了解什么是燃料的熱值。2、正確計算燃料完全燃燒時放出熱量。3、知道如何提高熱機的效率，有節(jié)能環(huán)保意識。教學重點燃料的熱值、熱機的效率教學難點對熱機的效率的理解教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設(shè)計意圖【創(chuàng)設(shè)情境引出燃料概念】首先，我們來復習一下。什么樣的機械叫熱機？那用來做功的內(nèi)能從何而來？從原始人學會用火，到我們現(xiàn)在的燒水做飯，以及現(xiàn)代科技的汽車、飛機和火箭都離不開燃料的使用。人類獲得的能量，絕大部分仍是通過燃燒燃料獲得的，下面我們一起來了解一下燃料。我們把能夠燃燒并放出熱量的物質(zhì)叫做燃料。大致分三類，固體燃料、液體燃料、氣體燃料。燃燒時是將化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。人類對燃料的認識和使用大致經(jīng)歷了怎樣的歷程？學生回答問題：是利用內(nèi)能來工作的機械叫熱機。是燃料燃燒釋放出來的。人類對燃料的認識和使用大致經(jīng)歷了植物秸稈、木柴、煤炭、石油衍生品、汽油、煤油、柴油、液化氣、以及天然氣這樣的歷程。根據(jù)學生切身體會設(shè)置疑問，調(diào)動學習積極性?！驹O(shè)計實驗對比數(shù)據(jù)】在現(xiàn)代都市，我們很難見到人們燒干木柴取暖和做飯，這是為什么呢？除了環(huán)保方面的原因，和燃料自身的什么原因有關(guān)嗎？同學們想一想，用質(zhì)量相同的酒精和干木柴分別給兩杯完全相同的水加熱，水升高的溫度相同嗎？通過實驗數(shù)據(jù)，我們來比較一下。燃燒相同質(zhì)量的酒精和干木柴，比較它們放出熱量多少。首先，用電子秤稱出質(zhì)量相同的酒精和干木柴。然后用電子秤各取質(zhì)量為200克的水。在相同的環(huán)境中，用干木柴和酒精給水加熱。用溫度計測出水的的末溫。從實驗數(shù)據(jù)中我們看到，5克酒精完全燃燒使水的溫度升高了60攝氏度，5克干木柴完全燃燒時，水的溫度升高了40攝氏度。實驗結(jié)論，用質(zhì)量相同的酒精和干木柴分別給兩杯完全相同的水加熱。水升高的溫度不同，酒精加熱的水升高的溫度多。這也間接說明，在相同的環(huán)境中，酒精和干木柴相比，燃燒酒精放出的熱量多。物理學最生動、最鮮活的部分就是聯(lián)系生活、生產(chǎn)和自然現(xiàn)象。學生分析實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。培養(yǎng)的學習分析歸納能力?！纠斫鉄嶂怠繛榱吮容^燃料的特性，我們引入了熱值這一物理量。熱值的定義是，某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質(zhì)量之比叫做這種燃料的熱值。完全燃燒是指，燃料燃燒后完全變成不可燃燒物的過程。公式，小q等于大Q比小m，這里大Q是燃料完全燃燒放出的熱量，小m是燃料的質(zhì)量，小q是熱值。單位是焦每千克。熱值是燃料的特性，每種燃料都有自己的熱值。我們一起來看教材23頁的小資料，一些燃料的熱值。瀏覽整個熱值表，我們看到表中列出了一些固體、液體和氣體的熱值。你有什么發(fā)現(xiàn)？同學們都知道，汽車大多用的是汽油作為燃料，而火箭用的卻是氫作為燃料，這是為什么呢？隨著科學技術(shù)的進步，我們?nèi)剂系氖褂靡苍诓粩喟l(fā)展。我們在家中燒水做飯，從原來的干木柴到現(xiàn)在的煤氣。不僅有利于環(huán)境。還減少了燃料的浪費。給我們生活帶來了極大的便利。煤氣的熱值約三點九乘十的七次方每立方米。它的物理意義是，表示每立方米的煤氣完全燃燒，所放出的熱量約為三點九乘十的七次方焦耳。那么如果我們家中用煤氣灶，把質(zhì)量為五千克的水從室溫加熱到一百攝氏度，會消耗多少煤氣呢？其中氫的熱值最大，干木柴的熱值最小。以及最后兩個氣體燃料的熱值的單位，不是焦每千克，而是焦每立方米。在進行相關(guān)計算時，要注意這些變化。同時我們還觀察到酒精的熱值比干木柴大。這也間接說明了我們剛才的實驗的結(jié)論是可信的。干木柴的熱值約一點二乘十的七次方焦每千克。其物理意義是，表示一千克的干木柴完全燃燒所放出的熱量約為一點二乘十的七次方焦耳。因為氫的熱值很大，是一點四乘十的八次方焦，每千克。在獲得同樣熱量時，燃燒氫的質(zhì)量和體積都更小。學生實際測算。首先，觀察煤氣表的示數(shù)。再加上之前用溫度計測出水的初溫為二十攝氏度。開始加熱，我們再來觀察煤氣表的示數(shù)，發(fā)現(xiàn)示數(shù)正在變化，說明正在消耗煤氣。當溫度達到一百攝氏度時，我們停止加熱，再來觀察煤氣表的示數(shù)。通過問題設(shè)置，讓學生思考熱值的含義。觀察教材小資料，讓他們分析、思考,發(fā)現(xiàn)規(guī)律,掌握知識,再運用這些物理知識分析解決實際問題,從而實現(xiàn)“從生活走向物理,從物理走向社會”的課程理念。加強學生對本課重點內(nèi)容的理解和掌握?！緺t子燒水效率和熱機效率】這些煤氣能放出多少熱量？它們都被水吸收了嗎？下面我們通過計算來回答這個問題。先來算一下煤氣放出的熱量？公式代入公式，結(jié)果為5.811x106焦耳。再來計算一下水吸收的熱量是多少?公式代入，結(jié)果為1.68x106焦耳。我們發(fā)現(xiàn)水吸收的熱量遠遠小于燃料燃燒放出的熱量。這些熱量去哪了呢?燒水時，水為什么不能吸收煤氣燃燒放出的全部熱?那么水吸收的熱量在煤氣放出熱量的比例有多大呢？我們用Q吸比上Q放，年計算結(jié)果為28.9%。只有一小部分熱量被水吸收了，大部分熱量散失到了空氣中以及容器上。這說明什么呢？我們學過類似的概念嗎？是的，和我們之前學的機械效率相似，機械效率是有用功和總功的比值。那我們就把水吸收的熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做用爐子燒水的效率。公式Q有用比上Q總，Q有用是指有效利用的熱量，Q總是指燃料完全燃燒放出的熱量。因此提高燃料的效率顯得尤為重要。請同學們思考，有哪些途徑可以提高爐子燒水的效率?請同學來回答一下，可以從以下幾個方面來進行考慮？那么同樣靠燃燒燃料獲得能量的汽車、飛機、火箭，他們的熱機工作時，能不能將燃料所放出的熱量全部用來對外做功呢？那我們就把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，叫做熱機的效率。公式為，熱機效率等于用來做有用功的能量比上燃料完全燃燒放出的能量，n=W有/Q總。加熱前煤氣表的示數(shù)為835.336立方米，水加熱到100℃時，煤氣表的示數(shù)為835.485立方米。通過計算消耗了0.149立方米煤氣。一定是不能的，首先靠近爐子時感覺到很熱，這些熱就不是用來加熱水散失的熱，其次加熱內(nèi)流體，需要通過容器進行熱傳遞，也會散失一部分熱量，所以無論怎樣，煤氣放出的熱量都不能夠被水全部吸收。首先，可以讓燃料充分的燃燒，釋放更多的熱量，而燃料的燃燒是需要氧氣的，所以可以通過增加供氧量的方式來增加助燃。其次，燃料燃燒后放出的熱量會有一部分散失，大部分熱量不能用于加熱，因此可以用于更加隔熱的材料制造爐壁，減少熱量的散失，提高效率。另外還可以增大受爐子的熱面積，使其更快升溫，縮短加熱時間，提高效率。.首先排出的廢氣會帶走大量能量，以及機械傳動、克服摩擦會消耗的能量，只有一少部分能量會轉(zhuǎn)化成有用機械能。新的課程標準中科學探究部分有問題、證據(jù)、解釋、交流的要素。這里通過數(shù)據(jù)分析，讓建立證據(jù)意識。經(jīng)歷效率的概念建立過程，形成節(jié)能環(huán)保的意識?！咎岣邿釞C效率的方法】熱機經(jīng)歷了幾個時代的發(fā)展，從最早的蒸汽機效率只有10%左右到后來汽油機的效率為20%左右以及重型卡車柴油機的效率為30%左右。隨著科學技術(shù)的不斷進步，熱機的效率也在不斷的提高。那為什么熱機的效率總小于一呢?請同學來回答一下。那么，有哪些途徑可以提高熱機的效率？請同學來回答一下。熱機的效率不高，且很難提高。主要是因為排出的高溫廢氣走了大量能量。設(shè)法利用這部分能量，雖然不能提高熱機的效率，但能提高燃料的利用率，達到節(jié)能的目的。由定義式可知，熱機的效率是用來做有用功的能量與燃料完全燃燒釋放出來的熱量之比，在熱機工作時，零件之間的摩擦，以及機器對外的散熱，都會損耗一部分能量，而這部分能量并沒有用來做有用功。所以W有就一定比Q總小，比值也就小于一了。提高熱機效率的方法有四種。①使燃料充分燃燒。②盡量減少各種熱量損失。③在熱機設(shè)計和制造上提高技術(shù)水平和使用新材料。④保證良好的潤滑，減少因摩擦額外消耗的功。通過列舉生活實例，使學生懂得把物理知識與生活實際相結(jié)合。通過提高熱機效率方法的總結(jié)，提升學生的邏輯思維能力?！就卣剐〗Y(jié)】好了同學們，今天可內(nèi)容我們就全部學完了，我們來簡單梳理一下。通過學習，我們知道了，那內(nèi)能是通過燃料燃燒獲得的。還了解了不同燃料放熱的能力有差別，這種差別在物理