熱機(jī)效率教學(xué)設(shè)計(jì)

熱機(jī)效率教學(xué)設(shè)計(jì)一、學(xué)習(xí)目標(biāo)1．通過對熱機(jī)中能量轉(zhuǎn)化進(jìn)行研究，從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識熱機(jī)效率，學(xué)會從能量角度分析問題的方法。2．分析熱機(jī)中能量的流向，反向思考提高熱機(jī)效率的方法。3．了解熱機(jī)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(diǎn)1．重點(diǎn)從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識熱機(jī)效率2．難點(diǎn)從能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的角度認(rèn)識熱機(jī)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(diǎn)。（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(jī)、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(jìn)行新課的講授。（二）新課講授1．熱機(jī)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(jìn)行車檢，其中一項(xiàng)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(dá)自己的想法，之后教師再進(jìn)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?xì)浠衔锖吞碱w粒等。正常工作的汽油機(jī)，一般不能完全燃燒汽油，廢氣中一氧化碳、碳?xì)浠衔镙^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?xì)浠衔锏难b置。當(dāng)汽油機(jī)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(jī)的性能越差，物理學(xué)中用熱機(jī)的效率來描述熱機(jī)的性能。教師引導(dǎo)學(xué)生思考：結(jié)合機(jī)械效率的定義，你會怎樣對熱機(jī)的效率進(jìn)行定義？教師在學(xué)生思考、交流之后進(jìn)行總結(jié)：我們把熱機(jī)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(jī)的效率。教師出示如下圖片，表明某汽車汽油機(jī)的能量流向，并提問：圖示汽車的熱機(jī)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(jī)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(jī)能量的流向，你能提出哪些提高熱機(jī)效率的改進(jìn)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(jī)的效率表：一些熱機(jī)的效率蒸汽機(jī)4%~8%汽油機(jī)26%~40%蒸汽輪機(jī)25%~30%柴油機(jī)34%~45%燃?xì)廨啓C(jī)50%~60%噴氣發(fā)動機(jī)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(jī)效率而探索、創(chuàng)新，你認(rèn)為未來會出現(xiàn)效率100%的熱機(jī)嗎？學(xué)生：不會，由功的原理知，使用任何機(jī)械都不省功，而除了機(jī)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(jī)必然還存在熱傳遞造成的能量損失，因此熱機(jī)效率永遠(yuǎn)不會達(dá)到100%。2．改變世界的熱機(jī)教師可以播放素材視頻《發(fā)動機(jī)的歷史進(jìn)程》引入這部分內(nèi)容。從18世紀(jì)60年代開始，蒸汽機(jī)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(jìn)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(jī)的技術(shù)日趨先進(jìn)，應(yīng)用更加廣泛。熱機(jī)，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(jī)應(yīng)用實(shí)例。熱機(jī)應(yīng)用舉例：火電站里的蒸汽輪機(jī)、火車、汽車、輪船、飛機(jī)、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(jī)正逐漸被取代，如：現(xiàn)在大部分工廠使用的是電力機(jī)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(jī)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(jìn)行表述。最后，教師再進(jìn)行講授使用熱機(jī)造成的危害：（1）大氣污染：熱機(jī)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(yán)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(jī)排放的二氧化碳是引起溫室效應(yīng)的主要原因，嚴(yán)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(jī)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(hù)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(jī)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(jī)，控制和減少污染。但不能沖動地關(guān)閉全部使用熱機(jī)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(jī)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(jī)的效率，用來描述熱機(jī)的性能。2．熱機(jī)給人類文明帶來了進(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)，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(jī)的效率，下列做法不可行的是（）A．盡量減少廢氣帶走