2.3 热机效率教学设计- 2024-2025学年教科版九年级上册物理

第3节 热机效率 一、学习目标 1．通过对热机中能量转化进行研究，从能量转化和转移的角度认识热机效率，学会从能量角度分析问题的方法。 2．分析热机中能量的流向，反向思考提高热机效率的方法。 3．了解热机发展与社会发展、环境问题的关系，学会辩证看待事物的思维方式。 二、学习重、难点 1．重点 从能量转化和转移的角度认识热机效率 2．难点 从能量转化和转移的角度认识热机效率 三、教学方法 讨论法、讲授法。 四、教学器材 无 五、教学过程 （一）新课导入 创设情境：你有和家人一起散步、跑步锻炼的经历吗？这时候你会选择车来车往的马路还是绿意盎然的公园呢？说说你选择的理由。 在学生交流完后，教师可以总结出示马路相比公园的缺点。 （1）马路上车多，不安全； （2）汽车的尾气污染了空气，不利于身体健康； （3）汽车发动机、排出的尾气等温度高，向外传递热量，车胎与地面摩擦做功会增加内能等，使马路温度往往比公园高。 （4）汽车会产生大量的噪声。 接下来，教师可以以汽车为例，进行新课的讲授。 （二）新课讲授 1．热机效率 教师出示汽车尾气的图片，并说明：我国规定汽车每隔一段时间，就需要进行车检，其中一项就是对尾气的检测，为什么有些汽车的尾气发黑呢？尾气的成分能说明什么呢？ 在学生讨论交流后，教师可以让学生主动表达自己的想法，之后教师再进行说明： 忽略汽油中的氮、硫杂质，汽油完全燃烧的产物是二氧化碳和水，不完全燃烧的产物是一氧化碳、碳氢化合物和碳颗粒等。正常工作的汽油机，一般不能完全燃烧汽油，废气中一氧化碳、碳氢化合物较多，碳颗粒较少，因此汽车排气系统中有处理一氧化碳和碳氢化合物的装置。当汽油机存在故障时，汽油不完全燃烧的程度加大，废气中碳颗粒含量增多，就会出现黑色的尾气。 教师表述：我们很容易可以知道，尾气颜色越黑，说明该汽油机的性能越差，物理学中用热机的效率来描述热机的性能。 教师引导学生思考：结合机械效率的定义，你会怎样对热机的效率进行定义？ 教师在学生思考、交流之后进行总结：我们把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率。 教师出示如下图片，表明某汽车汽油机的能量流向，并提问：图示汽车的热机效率是25%~30%，正确吗？ 学生：不正确，图示25%~30%是有用功与燃料释放的热量之比，热机效率是有用功与燃料完全燃烧释放的热量之比。 教师：结合汽车汽油机能量的流向，你能提出哪些提高热机效率的改进方向？ 学生：（1）使燃料燃烧更充分； （2）减少废气、散热造成的热量损失； （3）保证良好的润滑，减小因克服阻力而消耗的能量等。 教师出示一些热机的效率表： 一些热机的效率 蒸汽机 4% ~ 8% 汽油机 26% ~ 40% 蒸汽轮机 25% ~ 30% 柴油机 34% ~45 % 燃气轮机 50% ~ 60% 喷气发动机 50% ~ 60% 引导学生思考：几百年来，人类一直在为了提高热机效率而探索、创新，你认为未来会出现效率100%的热机吗？ 学生：不会，由功的原理知，使用任何机械都不省功，而除了机械方面的能量损失外，只要存在温度差就会发生热传递，热机必然还存在热传递造成的能量损失，因此热机效率永远不会达到100%。 2．改变世界的热机 教师可以播放素材视频《发动机的历史进程》引入这部分内容。 从18世纪60年代开始，蒸汽机的广泛应用结束了以人力、畜力为主要动力的漫长历史，极大地推进了人类的第一次工业革命。 之后，在科学家、工程师们的探索、创新下，热机的技术日趋先进，应用更加广泛。热机，从根本上改变了我们的世界。 下面小组讨论交流一下，看看谁能举出更多的热机应用实例。 热机应用举例：火电站里的蒸汽轮机、火车、汽车、轮船、飞机、火箭的动力装置等。 3．地球就在我们手中 教师：如果你关心前沿科技，那么就会知道，在很多领域，热机正逐渐被取代，如：现在大部分工厂使用的是电力机械；传统的火电站被核电站、风力发电、太阳能发电等取代；值得中国人自豪的高铁是用电力驱动的，而使用电力驱动的汽车也已经出现等。 教师提问：为什么会出现这种趋势呢？是热机有什么不足吗？请和小组同学讨论交流你的看法。 教师在学生充分交流后，可以挑选小组进行表述。最后，教师再进行讲授使用热机造成的危害： （1）大气污染：热机的燃料包括煤、石油、汽油、柴油等，它们燃烧的产物包括大量氮氧化物、碳氧化物、铅、可悬浮颗粒等，严重污染了大气，危害人体的健康，如近几年大家耳熟能详的雾霾。 （2）温室效应：热机排放的二氧化碳是引起温室效应的主要原因，严重影响了地球表面的热平衡，造成了南北极冰川熔化、海平面上升、极端天气频繁出现等危害。 （3）热污染：如汽车内燃机的废气和冷却水会还走总热量的60%，对环境产生较大的热污染，成为城市热岛现象的元凶之一。 （4）噪声污染：各种汽车发出的噪声也是危害人们身心健康的公害之一。 保护环境，已经成为当前需要解决的重要课题。你觉得人类应该怎样做？生活中怎样做？关闭全部使用热机的工厂，合理吗？ 学生：利用绿色能源，研究和开发低能耗、少污染的高性能热机，控制和减少污染。但不能冲动地关闭全部使用热机的工厂。 （三）课堂总结 1．燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。我们把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率，用来描述热机的性能。 2．热机给人类文明带来了进步，也给生态环境造成了污染，包括大气污染、温室效应、热污染、噪声污染等。 （四）课堂练习 1．下列有关热机效率、燃料热值、物体内能、物质的比热容的说法中，正确的是（ ） A．热机所用燃料的化学能转化成的内能越多，效率越高 B．天然气燃烧越充分，其热值越大 C．同一物体，温度越高内能越大 D．比热容与物体质量多少、温度变化大小、吸热或放热的多少、状态变化都无关 答案：C 2．一台效率为40%的柴油机，当输出3.44×107 J有用功时，消耗的柴油质量是多少？（柴油的热值是4.3×107 J/kg）（ ） A．0.8 kg B．2 kg C．0.32 kg D．2.8 kg 答案：B 3．要提高热机的效率，下列做法不可行的是（ ） A．尽量减少废气带走的热量 B．尽量保持机械部件之间有良好的润滑 C．尽量减少曲轴传递给飞轮的机械能 D．尽量减少散热损失 答案：C 六、板书设计 热机效率 1．热机效率 （1）从能量角度认识热机效率 （2）热机效率的定义 2．改变世界的热机 热机与社会发展 3．地球就在我们手中 热机与环境问题 七、教学反思 学科网（北京）股份有限公司 $$