熱機效率教學(xué)設(shè)計

熱機效率教學(xué)設(shè)計一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．通過對熱機中能量轉(zhuǎn)化進行研究，從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認識熱機效率，學(xué)會從能量角度分析問題的方法。2．分析熱機中能量的流向，反向思考提高熱機效率的方法。3．了解熱機發(fā)展與社會發(fā)展、環(huán)境問題的關(guān)系，學(xué)會辯證看待事物的思維方式。二、學(xué)習(xí)重、難點1．重點從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認識熱機效率2．難點從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認識熱機效率三、教學(xué)方法討論法、講授法。四、教學(xué)器材無五、教學(xué)過程（一）新課導(dǎo)入創(chuàng)設(shè)情境：你有和家人一起散步、跑步鍛煉的經(jīng)歷嗎？這時候你會選擇車來車往的馬路還是綠意盎然的公園呢？說說你選擇的理由。在學(xué)生交流完后，教師可以總結(jié)出示馬路相比公園的缺點。（1）馬路上車多，不安全；（2）汽車的尾氣污染了空氣，不利于身體健康；（3）汽車發(fā)動機、排出的尾氣等溫度高，向外傳遞熱量，車胎與地面摩擦做功會增加內(nèi)能等，使馬路溫度往往比公園高。（4）汽車會產(chǎn)生大量的噪聲。接下來，教師可以以汽車為例，進行新課的講授。（二）新課講授1．熱機效率教師出示汽車尾氣的圖片，并說明：我國規(guī)定汽車每隔一段時間，就需要進行車檢，其中一項就是對尾氣的檢測，為什么有些汽車的尾氣發(fā)黑呢？尾氣的成分能說明什么呢？在學(xué)生討論交流后，教師可以讓學(xué)生主動表達自己的想法，之后教師再進行說明：忽略汽油中的氮、硫雜質(zhì)，汽油完全燃燒的產(chǎn)物是二氧化碳和水，不完全燃燒的產(chǎn)物是一氧化碳、碳氫化合物和碳顆粒等。正常工作的汽油機，一般不能完全燃燒汽油，廢氣中一氧化碳、碳氫化合物較多，碳顆粒較少，因此汽車排氣系統(tǒng)中有處理一氧化碳和碳氫化合物的裝置。當(dāng)汽油機存在故障時，汽油不完全燃燒的程度加大，廢氣中碳顆粒含量增多，就會出現(xiàn)黑色的尾氣。教師表述：我們很容易可以知道，尾氣顏色越黑，說明該汽油機的性能越差，物理學(xué)中用熱機的效率來描述熱機的性能。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：結(jié)合機械效率的定義，你會怎樣對熱機的效率進行定義？教師在學(xué)生思考、交流之后進行總結(jié)：我們把熱機所做有用功與所用燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫做熱機的效率。教師出示如下圖片，表明某汽車汽油機的能量流向，并提問：圖示汽車的熱機效率是25%~30%，正確嗎？學(xué)生：不正確，圖示25%~30%是有用功與燃料釋放的熱量之比，熱機效率是有用功與燃料完全燃燒釋放的熱量之比。教師：結(jié)合汽車汽油機能量的流向，你能提出哪些提高熱機效率的改進方向？學(xué)生：（1）使燃料燃燒更充分；（2）減少廢氣、散熱造成的熱量損失；（3）保證良好的潤滑，減小因克服阻力而消耗的能量等。教師出示一些熱機的效率表：一些熱機的效率蒸汽機4%~8%汽油機26%~40%蒸汽輪機25%~30%柴油機34%~45%燃氣輪機50%~60%噴氣發(fā)動機50%~60%引導(dǎo)學(xué)生思考：幾百年來，人類一直在為了提高熱機效率而探索、創(chuàng)新，你認為未來會出現(xiàn)效率100%的熱機嗎？學(xué)生：不會，由功的原理知，使用任何機械都不省功，而除了機械方面的能量損失外，只要存在溫度差就會發(fā)生熱傳遞，熱機必然還存在熱傳遞造成的能量損失，因此熱機效率永遠不會達到100%。2．改變世界的熱機教師可以播放素材視頻《發(fā)動機的歷史進程》引入這部分內(nèi)容。從18世紀60年代開始，蒸汽機的廣泛應(yīng)用結(jié)束了以人力、畜力為主要動力的漫長歷史，極大地推進了人類的第一次工業(yè)革命。之后，在科學(xué)家、工程師們的探索、創(chuàng)新下，熱機的技術(shù)日趨先進，應(yīng)用更加廣泛。熱機，從根本上改變了我們的世界。下面小組討論交流一下，看看誰能舉出更多的熱機應(yīng)用實例。熱機應(yīng)用舉例：火電站里的蒸汽輪機、火車、汽車、輪船、飛機、火箭的動力裝置等。3．地球就在我們手中教師：如果你關(guān)心前沿科技，那么就會知道，在很多領(lǐng)域，熱機正逐漸被取代，如：現(xiàn)在大部分工廠使用的是電力機械；傳統(tǒng)的火電站被核電站、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電等取代；值得中國人自豪的高鐵是用電力驅(qū)動的，而使用電力驅(qū)動的汽車也已經(jīng)出現(xiàn)等。教師提問：為什么會出現(xiàn)這種趨勢呢？是熱機有什么不足嗎？請和小組同學(xué)討論交流你的看法。教師在學(xué)生充分交流后，可以挑選小組進行表述。最后，教師再進行講授使用熱機造成的危害：（1）大氣污染：熱機的燃料包括煤、石油、汽油、柴油等，它們?nèi)紵漠a(chǎn)物包括大量氮氧化物、碳氧化物、鉛、可懸浮顆粒等，嚴重污染了大氣，危害人體的健康，如近幾年大家耳熟能詳?shù)撵F霾。（2）溫室效應(yīng)：熱機排放的二氧化碳是引起溫室效應(yīng)的主要原因，嚴重影響了地球表面的熱平衡，造成了南北極冰川熔化、海平面上升、極端天氣頻繁出現(xiàn)等危害。（3）熱污染：如汽車內(nèi)燃機的廢氣和冷卻水會還走總熱量的60%，對環(huán)境產(chǎn)生較大的熱污染，成為城市熱島現(xiàn)象的元兇之一。（4）噪聲污染：各種汽車發(fā)出的噪聲也是危害人們身心健康的公害之一。保護環(huán)境，已經(jīng)成為當(dāng)前需要解決的重要課題。你覺得人類應(yīng)該怎樣做？生活中怎樣做？關(guān)閉全部使用熱機的工廠，合理嗎？學(xué)生：利用綠色能源，研究和開發(fā)低能耗、少污染的高性能熱機，控制和減少污染。但不能沖動地關(guān)閉全部使用熱機的工廠。（三）課堂總結(jié)1．燃料燃燒放出的能量，并不能全部用來做有用功。我們把熱機所做有用功與所用燃料完全燃燒釋放的熱量之比叫做熱機的效率，用來描述熱機的性能。2．熱機給人類文明帶來了進步，也給生態(tài)環(huán)境造成了污染，包括大氣污染、溫室效應(yīng)、熱污染、噪聲污染等。（四）課堂練習(xí)1．下列有關(guān)熱機效率、燃料熱值、物體內(nèi)能、物質(zhì)的比熱容的說法中，正確的是（）A．熱機所用燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化成的內(nèi)能越多，效率越高B．天然氣燃燒越充分，其熱值越大C．同一物體，溫度越高內(nèi)能越大D．比熱容與物體質(zhì)量多少、溫度變化大小、吸熱或放熱的多少、狀態(tài)變化都無關(guān)答案：C2．一臺效率為40%的柴油機，當(dāng)輸出3.44×107J有用功時，消耗的柴油質(zhì)量是多少？（柴油的熱值是4.3×107J/kg）（）A．0.8kgB．2kgC．0.32kgD．2.8kg答案：B3．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