10.5 调查燃料的利用及其对环境的影响（教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 教学 目标 物理观念 知道燃料的热值并会简单地计算；了解不同燃料的利用率和热机效率；调查燃料的利用及其对环境的影响。 科学思维 引导学生运用观察、分析、归纳等方法，调查燃料利用与环境保护的关系，提高跨学科知识整合能力。 科学探究 通过调查家用燃料的利用，培养学生提出问题、设计方案、实施调查、分析数据等科学探究能力。 科学态度 与责任 培养学生关注社会、关注家用燃料使用对环境的影响，提高合理使用燃料和节能减排的环保意识。 教材 分析 本节围绕燃料热值、与热机效率展开，是能量转化与守恒在热学中的具体体现，承上启下衔接内能与机械能，突出定量分析核思维；知识体系涵盖定义、单位、应用及环保延伸；教材以生活燃料引入，结合图表、示意图和拓展阅读，呈现直观；难点在于区分热值本质（属性）与热量（过程量）、理解效率的比值意义； 教学宜用对比实验（如等质量酒精与干木柴加热水）、数据读表、能量流向图解和永动机思辨活动；目标定位为建立物理量模型、发展能量观与可持续发展意识；通过热值计算、效率估算及环保措施讨论可有效达成素养目标 学情分析 学生此前已学过热量、能量转化与守恒等知识，具备一定的能量认知基础。该阶段学生逻辑思维正从具象向抽象过渡，能理解能量分配的大致走向，但对抽象的比值定义类概念的深层含义易混淆，且对能量损耗的实际场景感知不足。本内容重难点为热值的物理意义、热机效率的计算与提升途径，要求学生能区分固液与气体热值的不同表述，结合能量走向图理解热机效率的本质，同时树立节能与环保的意识。 教学重点 1.通过定义式，理解燃料热值的概念及其单位。 2.结合热机能量走向示意图，掌握热机效率的计算方法 教学难点 1.理解热值定义式中“完全燃烧”的含义及其实际应用。 2.分析热机能量损失的原因及提高热机效率的具体措施。 教学 器材 不同的燃料、水、煤油、酒精、完全相同的烧杯、秒表、完全相同的搅拌器、相同的温度计、铁架台等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 柴草、煤、天然气等都是生活中常用的燃料。不同燃料之间有什么特性差异?燃料的利用对人类社会发展有什么意义?对环境有什么影响呢？ 本节课我们将一起来探究这个问题。 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、认识常见的燃料 1. 燃料 【提问】你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？ 【总结】（1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等； 液体燃料有汽油、柴油、酒精等； 气体燃料有煤气、天然气等。 （2）燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。 2. 燃料的热值 （1）研究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？ 【提问】根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。 【分析】经验告诉我们，由于燃料的成分不同，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比干木柴多得多。 【实验方法】 将质量相同的酒精与蜡烛完全燃尽，比较初温、质量相同的水温高低（将水温高低转换为热量多少），水温越高（即水吸收的热量越多），放热本领越大。 ① 称取质量、初温相同的水放入相同的烧杯中。 ② 称取总质量m相同的酒精灯和蜡烛灯。 ③ 分别点燃酒精灯和蜡烛灯，将燃料完全燃尽。 ④ 当酒精灯和蜡烛灯刚好完全燃尽熄灭时，记录此时水的温度。 【结论】燃烧的质量m相同时，放出的热量Q越多，燃料燃烧放热的本领越大。 放出的热量Q相同时，燃烧的质量m越少，燃料燃烧放热的本领越大。 不同燃料的放热本领是不相同的。为了表示燃料的这种属性，我们引入了热值这个物理量。 （2）燃料的热值 ①热值的定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q表示。 ②热值的计算公式：q= Q表示放出的热量，单位是焦（J）； m表示固、液体燃料的质量，单位是千克（kg）； q表示热值，单位是焦/千克（J/kg）。 ③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 ④燃料燃烧放出热量的计算： Q放=qm ⑤气体燃料的热值：q= V表示气体燃料的体积，单位是米3（m3）； Q表示放出的热量，单位是焦（J）； q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3 （J/m3 ）。 （3）常见燃料的热值表 【提问】①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？ ②火箭上为什么用液态氢作燃料？ ③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？ 【回答】①表中热值最大的是氢，热值1.4×108J/kg，热值最小的是干木柴，热值1.2×107J/kg. ②火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大. ③热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值. 【播放视频】——《燃料的热值》 【例题1】 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 【例题2】秸秆可以回收加工制成秸秆煤，已知秸秆煤的热值q秸秆煤=2.1×107J/kg，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3。求： （1）完全燃烧0.5kg的秸秆煤放出的热量？ （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积？ 列举出生活中常见的一些燃料并进行分类。 交流讨论并列举事例说明相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的。 进行实验，知道相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的。 运用与密度类比的方法建立热值的概念。 了解热值的定义、计算、单位及物理意义。 观察热值表，思考回答老师所提问题。 做例题1并回答，理解热值的概念。 做例题2并回答，会计算燃料燃烧释放热量的问题。 学习新课 二、了解燃料的利用效率 1. 日常生活中的热效率 【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗? 【分析讨论】用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 如图所示： 【分析讨论】引导学生总结得出热效率的概念： 吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。 ①热效率（炉子、燃气灶的热效率等） η = = ②提高锅炉中燃料热效率的方法： 一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等； 二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 【例题3】（25-26九年级上·江苏镇江·期末）用煤气灶把质量为，初温为的水加热至，共消耗了煤气。此过程水吸收的热量为________J，煤气完全燃烧放出的热量为________J，煤气灶烧水的效率为_______。已知水的比热容是，煤气的热值为。 2. 热机的效率 【提问】在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？ （1）热机能量流向示意图 【分析能量的流向】汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦要消耗一部分能量；机械装置自身吸收一部分能量，等等。 所以真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。 （2）热机的效率 ①定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧释放的热量之比，叫作热机的效率。 ②公式： η= 或 η= ③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 （3）一些热机的效率 蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机的效率比蒸汽机的高，汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率为30%~45%。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量. 大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 （2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 4.实践活动： 请选择一种热机作为研究对象。查阅资料： （1）了解该热机的发展历程。 （2）热机效率情况和效率提升的途径。 （3）热机的特点和适用的场合。 （4）思考社会生产力水平及科学技术的进步对这种热机发展的影响。 （5）热机的发展对人们生产生活的影响。 完成以上调查报告，并与同学交流。 【播放视频】——《热机的效率》 【例题4】如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min，消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率为2.25×107W。（航空燃油的热值为4×107J/kg）求： （1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）飞机在航行过程中的阻力是多少？ （3）发动机的效率是多少？ 思考问题，初步建立生活中加热效率的概念。 做例题3，会运用热值、热效率进行有关计算。 根据能流图分析：知道有用的机械能只占其中的一部分，知道损失的能量的流向。在此基础上建立热机效率的概念。 观看视频，了解提高热机效率的主要途径。 做例题4并进行展示，会运用热值、机械功和热机效率进行有关计算。 学习新课 三、调查燃料的利用对环境的影响 1.燃料利用的优点 燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。 2.燃料利用的危害 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫等有害气体，在燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳。这些烟尘、废气是大气污染的主要来源。 3.大气污染的危害：危害人体健康，影响植物的正常生长。 4.能源利用措施：我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。 ①加强立法，控制人为污染； ②改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放； ③推广、普及“环保型能源”； ④提高燃料利用率； ⑤种植绿色植物，净化空气。 【例题5】下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机的效率能达到100% B．热机的大量使用不会造成环境污染 C．使用热值更高的燃料，可以有效提高热机的效率 D．改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染 观看视频，了解燃料利用的优点、危害以及如何减少这些危害。 做例题5并进行展示，知道热机和环境保护的关系。 课 堂 练 习 1．火箭喷气发动机多采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的（     ） A．燃点 B．沸点 C．密度 D．热值 2．关于燃料的热值，以下说法正确的是（     ） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 B．5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多 3．如图所示为甲、乙两种燃料完全燃烧时放出的热量Q与其质量m的关系。下列有关说法正确的是（　　） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．乙燃料的热值随着质量的增大而增大 C．完全燃烧放出相同的热量时，所需乙燃料的质量大 D．燃料的热值越大，燃烧的效率越高 4．如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（     ） A．有用机械能所占比例最大 B．废气带走的能量占比为25% C．该汽油机的效率为35% D．减少机械摩擦能提高汽油机效率 5．关于热机的效率，下列说法正确的是（     ） A．热机的效率越高，做功越快B．燃烧更多的燃料可以提高热机的效率 C．减少热损失可以提高热机的效率D．改进技术，可以使热机的效率达到100% 6．下列关于提高家用汽车汽油机热机效率的积极意义，说法错误的是（     ） A．可以降低日常出行的燃油消耗成本 B．能完全消除汽车行驶过程中产生的噪声 C．减少燃油燃烧的能量浪费，节约能源 D．降低尾气中未完全燃烧的污染物排放，利于环保 7．用天然气灶烧水，将10 kg 的水从20升高50。已知水的比热容，天然气的热值q=3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量Q吸。 (2)天然气完全燃烧放出的热量有 60% 被水吸收，燃料完全燃烧放出的热量Q放。 (3)需要完全燃烧多少m3的天然气。 板 书 设 计 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 1.燃料的热值 · （1）定义：燃料完全燃烧释放的热量与质量之比，单位J/kg（气体燃料单位J/m³）。 · （2）公式：q=Q/m=Q/V （q为热值，Q为热量，m为质量）。 · （3）物理意义：反映燃料燃烧放热能力的强弱。 2.热机效率 · （1）定义：有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值。 · （2）提高方法：减少燃烧热量损失、优化机械传动、减小摩擦。 3.环境保护 · （1）问题：热机使用导致大气污染、酸雨等。 · （2）措施：节能减排，发展绿色能源。 课 堂 小 结 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 作 业 1. 完成课后作业：“自我检测”。 2. 配套同步分层作业。 教学反思 本节课围绕燃料的热值与热机效率展开，通过定义推导、数据读表、能量流向分析及永动机辨析，落实物理观念与科学思维目标；教学基本达成课标“理解能量转化与守恒”“认识能源利用与环境关系”的要求，成功之处在于联系生活实例（如酸雨、低碳发展）强化社会责任意识，实验数据与图表分析培养了学生信息提取能力；不足在于热值单位J/kg与J/m³的适用情境辨析不深，热机效率计算缺乏分层练习。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 教学 目标 物理观念 知道燃料的热值并会简单地计算；了解不同燃料的利用率和热机效率；调查燃料的利用及其对环境的影响。 科学思维 引导学生运用观察、分析、归纳等方法，调查燃料利用与环境保护的关系，提高跨学科知识整合能力。 科学探究 通过调查家用燃料的利用，培养学生提出问题、设计方案、实施调查、分析数据等科学探究能力。 科学态度 与责任 培养学生关注社会、关注家用燃料使用对环境的影响，提高合理使用燃料和节能减排的环保意识。 教材 分析 本节围绕燃料热值、与热机效率展开，是能量转化与守恒在热学中的具体体现，承上启下衔接内能与机械能，突出定量分析核思维；知识体系涵盖定义、单位、应用及环保延伸；教材以生活燃料引入，结合图表、示意图和拓展阅读，呈现直观；难点在于区分热值本质（属性）与热量（过程量）、理解效率的比值意义； 教学宜用对比实验（如等质量酒精与干木柴加热水）、数据读表、能量流向图解和永动机思辨活动；目标定位为建立物理量模型、发展能量观与可持续发展意识；通过热值计算、效率估算及环保措施讨论可有效达成素养目标 学情分析 学生此前已学过热量、能量转化与守恒等知识，具备一定的能量认知基础。该阶段学生逻辑思维正从具象向抽象过渡，能理解能量分配的大致走向，但对抽象的比值定义类概念的深层含义易混淆，且对能量损耗的实际场景感知不足。本内容重难点为热值的物理意义、热机效率的计算与提升途径，要求学生能区分固液与气体热值的不同表述，结合能量走向图理解热机效率的本质，同时树立节能与环保的意识。 教学重点 1.通过定义式，理解燃料热值的概念及其单位。 2.结合热机能量走向示意图，掌握热机效率的计算方法 教学难点 1.理解热值定义式中“完全燃烧”的含义及其实际应用。 2.分析热机能量损失的原因及提高热机效率的具体措施。 教学 器材 不同的燃料、水、煤油、酒精、完全相同的烧杯、秒表、完全相同的搅拌器、相同的温度计、铁架台等。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 柴草、煤、天然气等都是生活中常用的燃料。不同燃料之间有什么特性差异?燃料的利用对人类社会发展有什么意义?对环境有什么影响呢？ 本节课我们将一起来探究这个问题。 思考并回答问题，进入情景。 学习新课 一、认识常见的燃料 1. 燃料 【提问】你能说出常用的一些燃料吗？燃料燃烧时能量发生怎样的转化？ 【总结】（1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等； 液体燃料有汽油、柴油、酒精等； 气体燃料有煤气、天然气等。 （2）燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。 2. 燃料的热值 （1）研究相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是否相同？ 【提问】根据你的经验，相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不是相同？有哪些事实来支持你的观点，进行交流列举。 【分析】经验告诉我们，由于燃料的成分不同，等质量的煤和干木柴，充分燃烧，煤放出的热量要比干木柴多得多。 【实验方法】 将质量相同的酒精与蜡烛完全燃尽，比较初温、质量相同的水温高低（将水温高低转换为热量多少），水温越高（即水吸收的热量越多），放热本领越大。 ① 称取质量、初温相同的水放入相同的烧杯中。 ② 称取总质量m相同的酒精灯和蜡烛灯。 ③ 分别点燃酒精灯和蜡烛灯，将燃料完全燃尽。 ④ 当酒精灯和蜡烛灯刚好完全燃尽熄灭时，记录此时水的温度。 【结论】燃烧的质量m相同时，放出的热量Q越多，燃料燃烧放热的本领越大。 放出的热量Q相同时，燃烧的质量m越少，燃料燃烧放热的本领越大。 不同燃料的放热本领是不相同的。为了表示燃料的这种属性，我们引入了热值这个物理量。 （2）燃料的热值 ①热值的定义：把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用字母q表示。 ②热值的计算公式：q= Q表示放出的热量，单位是焦（J）； m表示固、液体燃料的质量，单位是千克（kg）； q表示热值，单位是焦/千克（J/kg）。 ③热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值为3.4×107J/kg，它表示1kg木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J。同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同。 ④燃料燃烧放出热量的计算： Q放=qm ⑤气体燃料的热值：q= V表示气体燃料的体积，单位是米3（m3）； Q表示放出的热量，单位是焦（J）； q表示气体燃料的热值，单位使用焦/米3 （J/m3 ）。 （3）常见燃料的热值表 【提问】①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？ ②火箭上为什么用液态氢作燃料？ ③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？ 【回答】①表中热值最大的是氢，热值1.4×108J/kg，热值最小的是干木柴，热值1.2×107J/kg. ②火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大. ③热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值. 【播放视频】——《燃料的热值》 【例题1】 关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（　　） A．没有燃烧的燃料，其热值等于零 B．燃料的热值与其质量和燃烧状态无关 C．燃料完全燃烧时，它的热值最大 D．燃料燃烧时温度越高，放出的热量越多 【答案】B 【详解】ABC.1kg某种燃料完全燃烧放出的能量，叫做这种燃料的热值，热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故AC错误，B正确； D.由Q=mq可知，燃料燃烧放出的热量与热值和质量有关，与温度无关，故D错误。 故选B。 【例题2】秸秆可以回收加工制成秸秆煤，已知秸秆煤的热值q秸秆煤=2.1×107J/kg，天然气的热值q天然气=4.2×107J/m3。求： （1）完全燃烧0.5kg的秸秆煤放出的热量？ （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积？ 【答案】（1）1.05×107J；（2）0.25m3 【详解】（1）完全燃烧秸秆煤放出的热量 Q放=m煤q秸秆煤=0.5kg×2.1×107J/kg=1.05×107J （2）这些热量相当于完全燃烧天然气的体积为 列举出生活中常见的一些燃料并进行分类。 交流讨论并列举事例说明相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的。 进行实验，知道相同质量的不同燃料，燃烧时放出的热量是不相同的。 运用与密度类比的方法建立热值的概念。 了解热值的定义、计算、单位及物理意义。 观察热值表，思考回答老师所提问题。 做例题1并回答，理解热值的概念。 做例题2并回答，会计算燃料燃烧释放热量的问题。 学习新课 二、了解燃料的利用效率 1. 日常生活中的热效率 【提出问题】用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗? 【分析讨论】用煤气灶、锅炉、煤炉等烧水时，燃料不能完全燃烧利用，具体原因是多样的。例如，燃料不能完全燃烧而损失了一部分能量，装水的容器吸收了一部分能量、灶体本身也会吸收一部分能量，高温的烟气带走了一部分能量，还有一部分能量直接散失掉了，水吸收的热量只占燃料燃烧放出热量的一部分，只有水吸收的热量才是有效利用的部分。 如图所示： 【分析讨论】引导学生总结得出热效率的概念： 吸收的能量占燃料完全燃烧放出能量的比值。 ①热效率（炉子、燃气灶的热效率等） η = = ②提高锅炉中燃料热效率的方法： 一、让燃料尽可能充分燃烧，如将煤研磨成粉状，加大进风量等； 二、减少热量损失，如加大有效受热面积等。 【例题3】（25-26九年级上·江苏镇江·期末）用煤气灶把质量为，初温为的水加热至，共消耗了煤气。此过程水吸收的热量为________J，煤气完全燃烧放出的热量为________J，煤气灶烧水的效率为_______。已知水的比热容是，煤气的热值为。 【答案】 50% 【详解】[1]根据可得，此过程中水吸收的热量 [2]根据公式，其中煤气的质量，则煤气完全燃烧放出的热量 [3]根据热效率公式可得，该煤气灶烧水的效率 2. 热机的效率 【提问】在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？ （1）热机能量流向示意图 【分析能量的流向】汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；废气带走了一部分能量；热机自身对外散热，带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦要消耗一部分能量；机械装置自身吸收一部分能量，等等。 所以真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。 （2）热机的效率 ①定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧释放的热量之比，叫作热机的效率。 ②公式： η= 或 η= ③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，节约能源。 （3）一些热机的效率 蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机的效率比蒸汽机的高，汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率为30%~45%。 3. 提高热机效率的主要途径 （1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量. 大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 （2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术。 （3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 4.实践活动： 请选择一种热机作为研究对象。查阅资料： （1）了解该热机的发展历程。 （2）热机效率情况和效率提升的途径。 （3）热机的特点和适用的场合。 （4）思考社会生产力水平及科学技术的进步对这种热机发展的影响。 （5）热机的发展对人们生产生活的影响。 完成以上调查报告，并与同学交流。 【播放视频】——《热机的效率》 【例题4】如图所示是我国自行设计研制的AG600全状态新构型灭火飞机。若该飞机以270km/h的速度匀速直线航行20min，消耗航空燃油1.35t，飞机发动机的功率为2.25×107W。（航空燃油的热值为4×107J/kg）求： （1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是多少？ （2）飞机在航行过程中的阻力是多少？ （3）发动机的效率是多少？ 【答案】（1）5.4×1010J；（2）3×105N；（3）50% 【详解】（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量 Q放=mq=1.35×103kg×4×107J/kg=5.4×1010J （2）飞机航行20min牵引力做功 W=Pt=2.25×107W×20×60s=2.7×1010J 飞机运动的路程 飞机受到的牵引力 因为飞机做匀速直线运动，受到牵引力和阻力是平衡力，所以飞机受到的阻力 f=F=3×105N （3）发动机的效率 答：（1）消耗的航空燃油完全燃烧放出的热量是5.4×1010J； （2）飞机在航行过程中的阻力是3×105N； （3）发动机的效率是50%。 思考问题，初步建立生活中加热效率的概念。 做例题3，会运用热值、热效率进行有关计算。 根据能流图分析：知道有用的机械能只占其中的一部分，知道损失的能量的流向。在此基础上建立热机效率的概念。 观看视频，了解提高热机效率的主要途径。 做例题4并进行展示，会运用热值、机械功和热机效率进行有关计算。 学习新课 三、调查燃料的利用对环境的影响 1.燃料利用的优点 燃料的利用改善了人类的生活，促进了社会的发展。 2.燃料利用的危害 煤、石油等燃料往往含有杂质，在燃烧时会产生二氧化硫等有害气体，在燃烧不充分时，还会产生烟尘和一氧化碳。这些烟尘、废气是大气污染的主要来源。 3.大气污染的危害：危害人体健康，影响植物的正常生长。 4.能源利用措施：我们既要有效地利用能源，又要很好地控制和减弱能源的利用对环境的不利影响。 ①加强立法，控制人为污染； ②改进燃烧装置，加装消烟除尘设备，以减少烟尘排放； ③推广、普及“环保型能源”； ④提高燃料利用率； ⑤种植绿色植物，净化空气。 【例题5】下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机的效率能达到100% B．热机的大量使用不会造成环境污染 C．使用热值更高的燃料，可以有效提高热机的效率 D．改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染 【答案】D 【详解】A．热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，效率不可能达到100%，故A错误； B．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故B错误； C．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，与燃料的热值高低无关，而是与燃料是否充分燃烧、克服机械摩擦做的功等因素有关，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，故C错误； D．改进热机性能，可以增大有效利用的能量，减少排放污染，提高热机的效率，故D正确。 故选D。 观看视频，了解燃料利用的优点、危害以及如何减少这些危害。 做例题5并进行展示，知道热机和环境保护的关系。 课 堂 练 习 1．火箭喷气发动机多采用液态氢作为燃料，原因是液态氢具有较大的（     ） A．燃点 B．沸点 C．密度 D．热值 【答案】D 【详解】火箭工作需要燃料燃烧释放大量内能转化为机械能，根据，相同质量的燃料完全燃烧时，热值越大，放出的热量越多，液态氢热值大，能满足火箭的能量需求。故选D。 2．关于燃料的热值，以下说法正确的是（     ） A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小 B．5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多 【答案】B 【详解】ABC．热值是燃料的特性，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、是否燃烧、是否完全燃烧等均无关，故AC错误，B正确； D．由可知，燃料完全燃烧放出的热量与热值、质量均有关，不知燃料质量的大小，无法比较放出热量多少，故D错误。 故选B。 3．如图所示为甲、乙两种燃料完全燃烧时放出的热量Q与其质量m的关系。下列有关说法正确的是（　　） A．甲燃料的热值小于乙燃料的热值 B．乙燃料的热值随着质量的增大而增大 C．完全燃烧放出相同的热量时，所需乙燃料的质量大 D．燃料的热值越大，燃烧的效率越高 【答案】C 【详解】A．由题图可知，当燃料的质量相同时，两种燃料完全燃烧时释放的热量，根据可知，，故A错误； B．热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，与其质量和燃烧是否充分无关，故B错误； C．当完全燃烧放出的热量时，因，根据可知，，故C正确； D．燃料的热值越大，在质量相同时燃料完全燃烧放出的热量越多，但有效利用的热量不一定越多，即燃烧的效率不一定越高，故D错误。 故选C。 4．如图是某汽油机的主要能量流向和相关参数图，下列说法正确的是（     ） A．有用机械能所占比例最大 B．废气带走的能量占比为25% C．该汽油机的效率为35% D．减少机械摩擦能提高汽油机效率 【答案】D 【详解】ABC．由图可知，机械自身消耗能量占比为35%，废气带走能量占比为40%。汽油机的效率等于有用机械能占比，即 ，故ABC错误； D．减少机械摩擦，就可以减少机械自身消耗的额外能量，在燃料燃烧总能量不变的情况下，有用机械能的占比会提升，因此能提高汽油机效率，故D正确。 故选D。 5．关于热机的效率，下列说法正确的是（     ） A．热机的效率越高，做功越快B．燃烧更多的燃料可以提高热机的效率 C．减少热损失可以提高热机的效率D．改进技术，可以使热机的效率达到100% 【答案】C 【详解】热机效率公式为。 A. 做功快慢是功率的物理意义，热机效率与功率无必然关联，故A错误； B. 燃烧更多燃料仅会增大总放热，效率为比值，与燃料燃烧总量无关，故B错误； C. 减少热损失时，相同下有用功增大，由可知效率升高，故C正确； D. 热机工作时必然存在废气散热、摩擦损耗等额外能量损失，始终小于，效率不可能达到100%，故D错误。 故选C。 6．下列关于提高家用汽车汽油机热机效率的积极意义，说法错误的是（     ） A．可以降低日常出行的燃油消耗成本 B．能完全消除汽车行驶过程中产生的噪声 C．减少燃油燃烧的能量浪费，节约能源 D．降低尾气中未完全燃烧的污染物排放，利于环保 【答案】B 【详解】A．热机效率提升后，相同有用功下消耗的燃油更少，能直接降低出行成本，故A正确； B．提高热机效率只能减少能量损耗，无法完全消除汽车运行的机械噪声，故B错误； C．提高热机效率能让更多燃油内能转化为机械能，减少能量浪费，节约能源，故C正确； D．效率提升会让燃料燃烧更充分，减少尾气中有害污染物的排放，助力节能减排、保护环境，故D正确。 本题选错误的选项，因此选B。 7．用天然气灶烧水，将10 kg 的水从20升高50。已知水的比热容，天然气的热值q=3.5×107J/m3。求： (1)水吸收的热量Q吸。 (2)天然气完全燃烧放出的热量有 60% 被水吸收，燃料完全燃烧放出的热量Q放。 (3)需要完全燃烧多少m3的天然气。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）由题可得，水吸收的热量 （2）由可得，燃料完全燃烧放出的热量 （3）由可得，需要完全燃烧的天然气体积为 板 书 设 计 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 1.燃料的热值 · （1）定义：燃料完全燃烧释放的热量与质量之比，单位J/kg（气体燃料单位J/m³）。 · （2）公式：q=Q/m=Q/V （q为热值，Q为热量，m为质量）。 · （3）物理意义：反映燃料燃烧放热能力的强弱。 2.热机效率 · （1）定义：有用功与燃料完全燃烧释放能量的比值。 · （2）提高方法：减少燃烧热量损失、优化机械传动、减小摩擦。 3.环境保护 · （1）问题：热机使用导致大气污染、酸雨等。 · （2）措施：节能减排，发展绿色能源。 课 堂 小 结 第5节 调查燃料的利用及其对环境的影响 作 业 1. 完成课后作业：“自我检测”。 2. 配套同步分层作业。 教学反思 本节课围绕燃料的热值与热机效率展开，通过定义推导、数据读表、能量流向分析及永动机辨析，落实物理观念与科学思维目标；教学基本达成课标“理解能量转化与守恒”“认识能源利用与环境关系”的要求，成功之处在于联系生活实例（如酸雨、低碳发展）强化社会责任意识，实验数据与图表分析培养了学生信息提取能力；不足在于热值单位J/kg与J/m³的适用情境辨析不深，热机效率计算缺乏分层练习。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $