2024-2025學(xué)年滬教版初中物理九年級(jí)（上）教案 第十三章第四節(jié)熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)

第十三章內(nèi)能與熱機(jī)第四節(jié)熱機(jī)效率和環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)說(shuō)明“注重學(xué)生發(fā)展，改變學(xué)科本位”。本節(jié)闡述了有關(guān)燃料的熱值，熱機(jī)效率等物理概念，還涉及了科技發(fā)展史（熱機(jī)的發(fā)展），生物、化學(xué)知識(shí)（酸雨的形成和對(duì)生物的影響），環(huán)境保護(hù)（大氣污染）等方面的內(nèi)容。通過(guò)具體分析，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到在利用燃料內(nèi)能方面，也不可避免地會(huì)有一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移到其他方面，因此要建立熱機(jī)效率的概念，并與機(jī)械效率作聯(lián)系和類(lèi)比。使學(xué)生了解內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展對(duì)人類(lèi)進(jìn)步起到的作用，同時(shí)要使學(xué)生認(rèn)識(shí)到它給環(huán)境帶來(lái)的污染問(wèn)題。熱值和熱機(jī)的效率是本節(jié)課的重點(diǎn)。燃料的熱值是人們生活、生產(chǎn)與貿(mào)易中經(jīng)常用到的物理量。隨著現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，人均消耗能源越來(lái)越多。煤炭、天然氣、液化石油氣、汽油、柴油等燃料的價(jià)格與其熱值密切相關(guān)。為此，課標(biāo)要求學(xué)生認(rèn)識(shí)燃料的熱值。熱值反映燃料完全燃燒時(shí)放熱的多少，是表示燃料性能的重要指標(biāo)，燃料燃燒放出的熱量是熱機(jī)工作的能源，燃燒過(guò)程中存在效率和污染問(wèn)題，這些都是學(xué)生需要了解的。熱機(jī)、效率和環(huán)保等內(nèi)容承載著對(duì)學(xué)生進(jìn)行情感、態(tài)度與價(jià)值觀教育的重要功能。教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】1.能說(shuō)出熱機(jī)工作時(shí)燃料釋放能量的主要流向。2.對(duì)熱機(jī)效率有初步認(rèn)識(shí)，能大致說(shuō)出提高熱機(jī)效率的途徑?！具^(guò)程與方法】1.能舉例說(shuō)明燃料燃燒產(chǎn)生的排放物對(duì)環(huán)境的影響，能大致說(shuō)出燃料內(nèi)能的利用與人類(lèi)社會(huì)關(guān)系。2.能從科學(xué)的角度讀懂媒體對(duì)與熱機(jī)有關(guān)的環(huán)境方面的報(bào)道，培養(yǎng)自學(xué)的環(huán)保意識(shí)?！厩楦?、態(tài)度和價(jià)值觀】能了解內(nèi)能的利用和環(huán)境保護(hù)的關(guān)系，能激發(fā)起環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)燃料的熱值、熱機(jī)效率以及學(xué)生環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)。教學(xué)難點(diǎn)熱機(jī)效率的理解和環(huán)境保護(hù)。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究法教具、學(xué)具多媒體課件授課時(shí)數(shù)1課時(shí)教學(xué)過(guò)程導(dǎo)入新課人類(lèi)在原始社會(huì)就會(huì)用火來(lái)取暖和煮飯，火的利用給人類(lèi)社會(huì)帶來(lái)了進(jìn)步。時(shí)至今日，我們的日常生活都離不開(kāi)燃料的幫助。不過(guò)隨著社會(huì)的發(fā)展，我們?nèi)粘Ｉ钪杏脕?lái)取暖和煮飯的燃料也在發(fā)生巨大的變化，木柴、煤炭、液化石油氣、煤氣、天然氣……為什么會(huì)出現(xiàn)這樣的變化呢？原來(lái)同樣做熟一頓飯，由于利用的燃料不同，所需要的燃料的質(zhì)量是不一樣的，而且它們?nèi)紵螽a(chǎn)生的廢氣的影響也不相同，所以我們?cè)谶x擇燃料時(shí)希望選用單位質(zhì)量的燃料燃燒時(shí)放出的熱量多、價(jià)格低、安全、衛(wèi)生、無(wú)污染，所以科學(xué)家們也在不斷努力探尋著這些燃料，讓我們生活得更精彩。講授新課一、燃料的熱值【投影展示】各種燃料：草木、煤炭、石油、酒精、汽油、煤氣、天然氣?！鞠胍幌搿坑觅|(zhì)量相同煤油、酒精、紙屑燒水，相同時(shí)間內(nèi)水升高的溫度相同嗎？這說(shuō)明什么？【答案】不相同，因?yàn)椴煌娜剂先紵懦龅臒崃康谋绢I(lǐng)不相同?！究偨Y(jié)】燃料燃燒放出的熱量跟燃料的質(zhì)量和燃料的種類(lèi)有關(guān)。大量實(shí)驗(yàn)表明：1.同種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量跟它的質(zhì)量成正比。2.相同質(zhì)量的不同燃料，在完全燃燒時(shí)放出的熱量并不相等?！緩?qiáng)調(diào)】完全燃燒——就是燃料全部燒盡的意思，即燃料的燃燒必須與充足的氧氣發(fā)生完全氧化反應(yīng)。【總結(jié)】1.某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量與所用該燃料的質(zhì)量之比叫做這種燃料的熱值。2.單位及符號(hào)：熱值的符號(hào)：q，單位：J/kg（或J/m3【思考】我們應(yīng)如何理解熱值的概念？【教師點(diǎn)撥】1.理解時(shí)要注意關(guān)鍵詞“完全燃燒”。2.熱值的單位是焦/千克，符號(hào)為J/kg，有些燃料的熱值單位用焦/米3，符號(hào)為J/m3.燃料的熱值是反映燃料燃燒放熱本領(lǐng)的物理量，是燃料本身的一種特性，不同燃料的熱值一般不同，也有相同的，如汽油和煤油是不同的物質(zhì)，但它們的熱值都是4.6×107【思考】我們應(yīng)如何理解“Q＝qm【教師點(diǎn)撥】1.根據(jù)熱值的定義，1kg某種物質(zhì)完全燃燒放出的熱量為q，那么mkg這種燃料完全燃燒放出的熱量應(yīng)該是熱值的m倍。如果用Q表示燃料完全燃燒釋放的熱量，用q表示熱值，用2.計(jì)算時(shí)每個(gè)物理量都要用國(guó)際單位制單位，熱量的單位是J，質(zhì)量的單位是kg，熱值的單位是3.計(jì)算的熱量是燃料完全燃燒時(shí)所放出的熱量。【思考】燃料燃燒時(shí)能量是如何轉(zhuǎn)化的？發(fā)射火箭時(shí)為什么要使用液態(tài)氫作燃料？【教師點(diǎn)撥】1.在燃燒時(shí)能產(chǎn)生內(nèi)能的物質(zhì)稱(chēng)為燃料。燃料可分為固體燃料(如木柴、煤炭等)、液體燃料(如汽油、柴油、酒精等)和氣體燃料(如氫氣、煤氣、天然氣等)三種，人們可以從這些燃料的燃燒中獲得內(nèi)能，比如：用來(lái)取暖、煮飯，燃料燃燒的過(guò)程是化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程。2.在一般條件下，每千克氫氣完全燃燒時(shí)，放出熱量1.4×108J二、熱機(jī)效率教師導(dǎo)入：同學(xué)們知道使用任何機(jī)械都存在效率問(wèn)題，那么熱機(jī)的效率是怎樣的呢？【教師點(diǎn)撥】1.在內(nèi)燃機(jī)中，由于燃料不完全燃燒，損失一小部分能量；排出廢氣溫度較高，損失一大部分能量，還有一部分能量損失在機(jī)件向外散熱及克服摩擦做功上，真正向外輸出的有用機(jī)械能并不多，只占燃料所含化學(xué)能的一小部分。內(nèi)燃機(jī)中能量損失圖解：2.熱機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中，對(duì)外做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，叫做熱機(jī)的效率。3.公式：η4.熱機(jī)的效率是衡量熱機(jī)性能好壞的一個(gè)重要參數(shù)，兩輛同樣的汽車(chē)以相同的速度行駛相同的路程，即做同樣多的有用功，效率高的耗油量小。5.由于熱機(jī)在工作過(guò)程中總有能量損失，所以熱機(jī)的效率總小于1，汽油機(jī)的效率為20%～30%，柴油機(jī)的效率可達(dá)30%～40%。柴油機(jī)的效率比汽油機(jī)的效率高，這主要是因?yàn)椴裼蜋C(jī)的構(gòu)造和工作過(guò)程與汽油機(jī)有所不同，因?yàn)椴裼蜋C(jī)在壓縮沖程中的壓縮比比汽油機(jī)更大。6.提高熱機(jī)效率的主要途徑(1)使燃料充分燃燒；(2)盡量減少各種熱損失；(3)在熱機(jī)的設(shè)計(jì)和制造上，采用先進(jìn)的技術(shù)；(4)使用時(shí)，注意保養(yǎng)，保證良好的潤(rùn)滑，合理調(diào)整運(yùn)動(dòng)零件之間的間隙，減小因克服摩擦阻力而額外消耗的功?！舅伎肌繜釞C(jī)的效率能達(dá)到100%嗎？為什么？三、環(huán)境保護(hù)學(xué)生思考回答下列問(wèn)題.1.熱機(jī)的使用給人類(lèi)帶來(lái)了什么？2.為什么燃料燃燒會(huì)造成環(huán)境污染？3.環(huán)境污染有何危害？4.熱機(jī)排出的廢氣含有哪些有害物質(zhì)？5.熱機(jī)造成的環(huán)境污染有哪些？6.如何正確地處理熱機(jī)的利用與環(huán)境保護(hù)的關(guān)系？學(xué)生回答后教師訂正：1.人們利用熱機(jī)給人類(lèi)文明帶來(lái)了巨大的進(jìn)步，促進(jìn)了人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展，但在利用熱機(jī)的同時(shí)，帶來(lái)了環(huán)境污染，給人類(lèi)生存造成了嚴(yán)重的威脅。2.燃料中有雜質(zhì)，致使燃燒生成二氧化硫等有害物質(zhì)；燃燒時(shí)的高溫還會(huì)促使氮氧化合物的生成；燃燒不完全會(huì)產(chǎn)生粉塵和一氧化碳。3.影響人類(lèi)健康；影響植物正常生長(zhǎng)；影響全球氣候；大氣中的二氧化硫和氮氧化合物經(jīng)化學(xué)反應(yīng)后溶于水會(huì)產(chǎn)生酸雨。4.含有鉛、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物質(zhì)。5.熱機(jī)造成的環(huán)境污染(1)廢氣污染：熱機(jī)在工作過(guò)程中都要排放廢氣，這些廢氣含有鉛、二氧化硫、二氧化碳等物質(zhì)，嚴(yán)重污染空氣，有害于人類(lèi)健康和動(dòng)植物的正常生長(zhǎng)，產(chǎn)生的酸雨有害于農(nóng)、林、漁業(yè)。導(dǎo)致城市空氣污染的主要原因是各種車(chē)輛排放的廢氣，導(dǎo)致環(huán)境污染的主要原因是燃料燃燒后的廢氣、廢渣以及各種廢液的排放。(2)噪聲污染：熱機(jī)以及熱機(jī)帶動(dòng)的機(jī)器產(chǎn)生的噪聲是環(huán)境污染的又一方面。6.減少熱機(jī)造成的環(huán)境污染的措施(1)減少熱機(jī)廢氣中的有害物質(zhì)，如使用無(wú)鉛汽油；(2)控制廢氣排放的總量；(3)充分開(kāi)發(fā)、利用污染少和無(wú)污染的能源，如使用太陽(yáng)能汽車(chē)；(4)在內(nèi)燃機(jī)排氣管上安裝消聲器，以減少噪聲污染。課堂小結(jié)一、燃料的熱值1.某種燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量與所用該燃料的質(zhì)量之比叫做這種燃料的熱值。2.單位及符號(hào)：熱值的符號(hào)：q，單位：J/kg（或J/m33.公式：Q二、熱機(jī)效率1.對(duì)外做的有用功與燃料完全燃燒所釋放的能量的比值，叫做熱機(jī)的效率。2.公式：η三、環(huán)境保護(hù)1.環(huán)境污染2.防治措施當(dāng)堂達(dá)標(biāo)1.關(guān)于燃料和熱值，以下說(shuō)法中正確的是（）A.燃料的熱值與燃料的質(zhì)量無(wú)關(guān)B.容易燃燒的燃料，熱值一定大C.煤的熱值大于干木柴的熱值，燃燒煤放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多D.為了提高鍋爐的效率，一定要用熱值高的燃料答案：A2.以下關(guān)于熱值、內(nèi)能和熱量的說(shuō)法中，正確的是（）A.酒精燈內(nèi)的酒精用去一半后，酒精的熱值減小B.溫度相同的物體含熱量也相等C.熱量總是從內(nèi)能大的物體傳遞給內(nèi)能小的物體D.一塊0℃的冰熔化成0答案：D3.下列提高熱機(jī)效率的方法中，不可行的是（）A.減少各種熱損失B.加潤(rùn)滑油減少機(jī)器各部件之間的摩擦C.充分利用廢氣的能量，如建熱電站D.采取少消耗總能量的辦法答案：D4.汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)是典型的熱機(jī)，隨著生活水平的提高，汽車(chē)已逐漸進(jìn)入百姓家庭，為人們的出行帶來(lái)了方便，但汽車(chē)尾氣的排放對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，下列控制汽車(chē)尾氣的污染的措施中，不可行的是()A.制定嚴(yán)格排放標(biāo)準(zhǔn)B.推廣無(wú)鉛汽油C.發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)D.淘汰汽車(chē)答案：D5.下列措施中，不能提高熱機(jī)效率的是()A.改善燃燒條件，使燃料充分燃燒B.采用新技術(shù)盡量減少各種熱量損失C.保證良好的潤(rùn)滑，減少傳動(dòng)部分的摩擦D.選用熱值較大的燃料答案：D6.干木柴的熱值是1.2×107J/kg，它的物理意義是__________________。如完全燃燒答案：1kg干木柴完全燃燒放出的熱量是7.有一箱木炭，其質(zhì)量是10kg，木炭熱值為3.4×107J/kg。答案：3.4×108.一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行時(shí)各種能量損耗大致為：氣缸散熱損失占25％，廢氣帶走的能量占30％，摩擦等機(jī)械損耗占10％答案：35%9.某校教師組織興趣小組調(diào)查學(xué)校使用的幾種爐灶的能量利用效率。他們發(fā)現(xiàn)學(xué)校的一個(gè)老式鍋爐燒水時(shí)，經(jīng)常冒出大量的黑煙，且燒水時(shí)鍋爐周?chē)臏囟群芨?，鍋爐的效率很低。請(qǐng)你根據(jù)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象分析此鍋爐效率低的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。答案：①鍋爐冒出大量的黑煙，煤不能完全燃燒；②鍋爐周?chē)臏囟群芨?，說(shuō)明向周?chē)⑹У臒崃刻?。改進(jìn)