第14.2節(jié)《熱機(jī)的效率》教學(xué)設(shè)計(jì)【教學(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能1.理解燃料的熱值的定義，會(huì)描述熱值的物理意義。2.知道熱值是燃料的一種特性，反映的是燃料的放熱本領(lǐng)大小，僅取決于燃料的種類(lèi)。3.知道熱機(jī)的效率及定義，并能提出提高熱機(jī)效率的方法與措施。過(guò)程與方法1.通過(guò)查表，知道熱值是燃料的一種特性。2.了解熱機(jī)的效率，感悟到效率是評(píng)價(jià)投人產(chǎn)出比的基本方法，并了解不同熱機(jī)的效率值。情感、態(tài)度與價(jià)值觀(guān)了解熱機(jī)的使用對(duì)社會(huì)的貢獻(xiàn)與帶來(lái)的問(wèn)題，感受到自然科學(xué)的發(fā)展和先進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用在推進(jìn)社會(huì)發(fā)展的同時(shí)，也造成了環(huán)境污染等問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】燃料的熱值、熱機(jī)效率的理解與應(yīng)用?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】熱機(jī)效率的理解和環(huán)境保護(hù)?！緦?dǎo)入新課】（一）燃料的熱值[課件展示]火的利用給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了進(jìn)步。無(wú)論是燒菜做飯，還是奔馳的火車(chē)，乃至直人蒼穹的火箭等都離不開(kāi)燃料。人們使用的能量絕大部分是通過(guò)燃料燃燒獲得的。你知道蒸汽火車(chē)和火箭使用的燃料有什么不同嗎？不同的熱機(jī)對(duì)燃料的利用效率一樣嗎？我們這節(jié)課就來(lái)學(xué)習(xí)熱機(jī)的效率。問(wèn)題：生活中我們可以使用哪些燃料？這些燃料如何分類(lèi)？固體燃料有木柴、煤等，液體答案點(diǎn)撥：生活中經(jīng)常使用的燃料有很多可以按狀態(tài)分類(lèi)。燃料有汽油、柴油等，氣體燃料有煤氣、天然氣等。[思考討論]（1）1kg的干術(shù)柴和10kg的干木柴在完全燃燒時(shí)，放出的熱量是否相同？（2）相同條件下，1kg干木柴和1kg煤，哪種燃料能燒開(kāi)更多的水？（3）燒開(kāi)同壺水，用干木柴和用天然氣所需要燃燒的質(zhì)量一樣嗎？（4）1kg的干木柴完全燃燒和未完全燃燒時(shí)放出的熱量是否相同？答案點(diǎn)撥：（1）干術(shù)柴在完全燃燒時(shí)，木柴的質(zhì)量越大，燃燒放出的熱量越大。（2）1kg煤燃燒后能燒開(kāi)更多的水。（3）燒開(kāi)同一壺水，用干木柴和用天然氣所需要燃燒的質(zhì)量不同.用干木柴的質(zhì)量大，用天然氣的質(zhì)量小。（4）干木柴燃燒得越充分放出的熱量就越大，完全燃燒比未完全燃燒放出的熱量大?？偨Y(jié)：影響燃料燃燒放出熱量的因素：燃料的質(zhì)量、燃料的種類(lèi)、燃料燃燒的狀況。[自主學(xué)習(xí)]引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P22-P23“燃料的熱值”的內(nèi)容，學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)。1.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。2.物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。3.國(guó)際單位：焦每千克，符號(hào)是J/kg.4.固體或液體燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式為Q-qm.氣體燃料完全燃燒放出熱量的計(jì)算公式為Q=qV.（二）熱機(jī)的效率[思考討論]（1）用煤燒水時(shí)，煤能完全燃燒嗎？（2）煤燃燒放出的熱量能全部被水吸收嗎？答案點(diǎn)撥：（1）煤不能完全燃燒。（2）爐灶本身吸收一部分熱量；高溫的煙氣帶走了一部分熱量；一部分熱量直接散失掉了。水吸收的熱量只占煤燃燒放出熱量的一部分。[類(lèi)比分析]在內(nèi)燃機(jī)中燃料是否能夠完全燃燒？燃料燃燒釋放的能量都到哪里去了？思路點(diǎn)撥：熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，燃料燃燒釋放的能量只有一部分用來(lái)做有用功，還有相當(dāng)一部分能量散失掉了。[自主學(xué)習(xí)]引導(dǎo)學(xué)生閱讀課本P23-P24“熱機(jī)的效率”的內(nèi)容，學(xué)習(xí)有關(guān)的知識(shí)。1.提高燃料的利用率可以有效地做到節(jié)約能源。2.用來(lái)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(jī)的效率。[思考討論]為了合理利用能源，人們一.直都在努力地提高熱機(jī)的效率，汽油機(jī)的效率為20%-30%，柴油機(jī)的效率為30%-45%，都比蒸汽機(jī)的效率高，那么如何提高熱機(jī)的效率呢？思路點(diǎn)撥：（1）使燃料充分燃燒，節(jié)約能源、減少污染；（2）改進(jìn)熱機(jī)，減少各種能量損失，提高效率；（3）利用廢氣的能量，提高燃料的利用率?！菊n堂小結(jié)】【課堂檢測(cè)】1．將一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的（）A．熱值、密度和比熱容都不變 B．熱值、密度、比熱容都變?yōu)樵瓉?lái)的三分之二 C．熱值變?yōu)樵瓉?lái)的三分之二，密度、比熱容不變 D．熱值不變，密度、比熱容變?yōu)樵瓉?lái)的三分之二【解析】密度、比熱容、燃料的熱值都屬于物質(zhì)的特性，它們的大小與物體的質(zhì)量和體積均無(wú)關(guān)系，將一瓶酒精用去三分之一，剩余酒精的密度、比熱容、熱值都不變，故A正確、BCD錯(cuò)。故選：A。2．小明和小華學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，他們一起設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究煤油和菜籽油熱值的大小關(guān)系。他們組裝了如圖所示的裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性，下列措施不合理的是（）A．兩杯水的質(zhì)量應(yīng)相等 B．兩杯水的初溫應(yīng)相等 C．兩種燃料質(zhì)量應(yīng)相等 D．燃料燃燒時(shí)間應(yīng)相等【解析】由于燃料燃燒釋放的熱量既與燃料的質(zhì)量多少有關(guān)，又與燃料的熱值大小有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)控制燃料的質(zhì)量相同，即煤油和菜籽油的質(zhì)量相同；由于水吸收熱量后升高的溫度受水的質(zhì)量的影響，所以在實(shí)驗(yàn)中還應(yīng)控制水的質(zhì)量和水的初溫相等，故D符合題意。故選：D。3．小麗為了測(cè)試汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率，開(kāi)車(chē)以60km/h的平均速度行駛了120km，用去汽油25L，已知汽油的密度為0.7×103kg/m3，熱值為4.6×107J/kg，發(fā)動(dòng)機(jī)的功率為32.2kW，則該汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率為（）A．23.6% B．28.8% C．36.5% D．38%【解析】汽車(chē)行駛的速度v＝60km/h，由v＝可得，汽車(chē)行駛時(shí)間：t＝＝＝2h＝7200s，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)汽車(chē)做的功：W＝Pt＝32.2×103W×7200s＝2.3184×108J，汽油完全燃燒放出的熱量：Q放＝mq＝ρVq＝0.7×103kg/m3×25×10﹣3m3×4.6×107J/kg＝8.05×108J；汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的效率：η＝＝＝28.8%。故選：B。4．甲種燃料的熱值大于乙種燃料的熱值，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲種燃料含的熱量多，乙種燃料含的熱量少 B．甲種燃料含的內(nèi)能多，乙種燃料含的內(nèi)能少 C．完全燃燒同質(zhì)量的甲、乙兩種燃料，甲燃料放出的熱量多 D．完全燃燒同質(zhì)量的甲、乙兩種燃料，乙燃料放出的熱量多【解析】A、沒(méi)有熱傳遞，不能說(shuō)物體含有熱量的多少，故A錯(cuò)誤；B、內(nèi)能的大小和物體的質(zhì)量、溫度有關(guān)，和燃料的熱值無(wú)關(guān)，故B錯(cuò)誤；CD、甲種燃料的熱值大于乙種燃料的熱值，完全燃燒同質(zhì)量的甲、乙兩種燃料，甲燃料放出的熱量多，故C正確、D錯(cuò)；故選：C。5．甲種燃料的熱值小于乙種燃料的熱值，下列說(shuō)法正確的是（）A．甲種燃料比乙種燃料的熱量少 B．完全燃燒mkg乙種燃料，剛好燒開(kāi)一壺水，那么用mkg甲種燃料也能燒開(kāi)這壺水C．完全燃燒相同質(zhì)量的兩種燃料，乙種燃料放出的熱量多 D．通風(fēng)條件越好，供氧越充足，兩種燃料的熱值越大【解析】A、熱量是一個(gè)過(guò)程量，不能說(shuō)物體含有熱量的多少，所以甲種燃料的熱值小于乙種燃料的熱值，不能說(shuō)甲種燃料比乙種燃料的熱量少，故A不正確；B、根據(jù)Q＝mq可知，相同質(zhì)量的甲乙兩種燃料，乙種燃料完全燃燒放出的熱量比甲種燃料完全燃燒放出的熱量多，所以mkg乙種燃料剛好燒開(kāi)一壺水，則mkg甲種燃料不能燒開(kāi)這壺水，故B不正確；C、根據(jù)Q＝mq可知，相同質(zhì)量的甲乙兩種燃料，乙種燃料完全燃燒放出的熱量比甲種燃料完全燃燒放出的熱量多，故C正確；D、熱值是燃料的一種特性，它只與燃料的種類(lèi)有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、燃燒程度等均無(wú)關(guān)，故D不正確。故選：C。6．熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的一個(gè)重要指標(biāo)，下面關(guān)于熱機(jī)效率的敘述不正確的是（）A．在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，就有可能使熱機(jī)效率達(dá)到100% B．兩輛型號(hào)相同的小汽車(chē)，以相同的速度行駛相同的路程，耗油量小的那輛車(chē)效率較高 C．在使用上要正確使用，注意保養(yǎng)，可提高效率 D．在熱機(jī)的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施【解析】A、在設(shè)計(jì)和制造上，要不斷改進(jìn)和革新，以減少各種能量損失，熱機(jī)效率相應(yīng)提高，但不可能達(dá)到100%．此選項(xiàng)錯(cuò)誤；B、兩輛型號(hào)相同的小汽車(chē)，以相同的速度行駛相同的路程，做的有用功相同，耗油量小的那輛車(chē)效率較高。此選項(xiàng)正確；C、在使用上要正確使用，注意保養(yǎng)，減少摩擦消耗的能量。此選項(xiàng)正確；D、在熱機(jī)的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設(shè)法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施。此選項(xiàng)正確。故選：A。7．一臺(tái)單缸四沖程汽油機(jī)，飛輪的轉(zhuǎn)速為1800r/min，該汽油機(jī)每分鐘做功900次，如圖所示的汽油機(jī)正處于壓縮沖程，在此過(guò)程中燃?xì)獾膬?nèi)能增加（選填“增加”、“減小”或“不變”）【解析】（1）四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為1800r/min，一個(gè)工作循環(huán)飛輪轉(zhuǎn)2圈，做功1次，所以飛輪轉(zhuǎn)18000圈，共做功＝900次。（2）如圖所示，汽油機(jī)的進(jìn)氣門(mén)、排氣門(mén)均關(guān)閉，且活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以該沖程屬于壓縮沖程，此沖程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能，燃?xì)獾膬?nèi)能增加。故答案為：900；壓縮；增加。8．如圖所示是道路維修時(shí)常用的路面鉆機(jī)（俗稱(chēng)“啄木鳥(niǎo)”），該機(jī)械利用壓縮氣體推動(dòng)活塞將鉆頭打入路面。氣體推動(dòng)活塞時(shí)是將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能；“啄木鳥(niǎo)”中用到了柴油機(jī)，若其機(jī)械效率是40%，則完全燃燒50kg柴油對(duì)外做的有用功是8.6×108J（柴油的熱值是4.3×107J/kg）?！窘馕觥浚?）氣體推動(dòng)活塞，氣體對(duì)活塞做功，氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能；（2）完全燃燒50kg柴油產(chǎn)生的熱量Q放＝qm＝4.3×107J/kg×50kg＝2.15×109J；∵η＝∴柴油對(duì)外做的有用功：W有用＝Q放η＝2.15×109J×40%＝8.6×108J。故答案為：氣體的內(nèi)；活塞的機(jī)械；8.6×108。9．學(xué)習(xí)了燃料的熱值后，一位同學(xué)自己設(shè)計(jì)了一個(gè)比較煤油和菜籽油熱值大小關(guān)系的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，他組裝了如圖甲、乙所示的兩套規(guī)格完全相同的裝置。（1）圖甲中，在安裝、調(diào)整實(shí)驗(yàn)器材時(shí)，科學(xué)合理的順序是：先調(diào)整固定（A/B）的位置；（2）為保證實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠性，該實(shí)驗(yàn)還需要的測(cè)量器材是天平，在本實(shí)驗(yàn)中使用該器材目的有①確保兩燒杯中水的質(zhì)量相等；②確保煤油和菜籽油質(zhì)量相等。（3）當(dāng)油料都燃盡時(shí)，發(fā)現(xiàn)甲杯中水的溫度較高，則煤油和菜籽油兩種油料中，煤油的熱值較大。【解析】（1）為了利用酒精燈的外焰給燒杯充分加熱，安裝器材時(shí)需要先固定B的位置，然后再調(diào)整A的位置，并且不要碰到燒杯壁和燒杯底；（2）要比較酒精和菜籽油的熱值，需要燃燒相同質(zhì)量的酒精和菜籽油，需要用天平來(lái)測(cè)量；此實(shí)驗(yàn)中使用天平的目的是：①確保兩燒杯中水的質(zhì)量相等；②確保煤油和菜籽油質(zhì)量相等；（3）分析表格數(shù)據(jù)可知，甲杯水的溫度升高的較快，即甲酒精燈燃燒產(chǎn)生的熱量多，所以其熱值大。故答案為：（1）B；（2）天平；①確保兩燒杯中水的質(zhì)量相等；②確保煤油和菜籽油質(zhì)量相等；（3）煤油。10．今年5月18日，我國(guó)在世界上第一次對(duì)可燃冰實(shí)現(xiàn)安全可控開(kāi)采。假設(shè)1m3可燃冰分解后，可釋放出約180m3天然氣，（已知q天然氣＝3×107J/m3，在1標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下）．求：（1）1m3可燃冰釋放出的天然氣完全燃燒，放出的熱量是多少？（2）若這些熱量用來(lái)加熱水，50%的熱量被水吸收，可將初溫為20攝氏度，質(zhì)量為2×104kg的水加熱到多少℃？【解析