初中人教版第十四章 内能的利用第2节 热机的效率学案设计

14．2　热机的效率

【学习目标】

1．从能量转化的角度认识热值，并能进行相关的计算。

2．通过能量的转化与转移，认识效率，能计算热机的效率。

【重点难点】

1．认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。

2．认识热机的效率，能计算热机的效率。

学习内容一：燃料的热值

学习指导：阅读课本P22－P23的文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。

【自学检测】

1．某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。

2．热值的单位由热量与质量的单位组合而成，在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，所以热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。

3．酒精的热值是3.0×107_J/kg，它的物理意义是：1 kg酒精完全燃烧所放出来的热量是3.0×107_J。

【合作探究】教师巡视辅导。

1．说一说：在我们的家庭中，会使用哪些燃料？

答：煤、液化气、木柴等。

2．根据我们的生活经验想一想：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，所消耗的燃料的质量是一样多吗？

答：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，消耗的燃料的质量是不同的；

这说明什么？

答：这说明，不同的燃料，燃烧后放出的热量是不同的。

3．在物理学中，我们用热值的概念来表示这种差异。这种下定义的方法叫“比值法”。

4．阅读P23第二段的内容，归纳一下利用燃料的热值和质量，来计算燃料完全燃烧所放出热量的公式。(用Q放表示放出的热量，q代表燃料的热值，m代表燃料的质量)

答：Q放＝qm

5．如果是气体燃料，公式又是什么样的？

答：Q放＝qV

6．请写出这二个公式的推导式。

答：m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V。

7．在实际的燃烧过程中，燃料能否充分燃烧？如果不能则燃料的热值是否会发生变化？

答：热值是一个理论值，只有燃料充分燃烧，放出的热量才等于利用上述公式计算得出的热量。因为燃料不可能完全燃烧，所以放出的热量会比理论值稍小。但燃料的热值不会改变。

【展示交流】

请学生利用热值公式完成P26第1、2题，注意计算格式。

【精讲点拨】

1．热值只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧，燃料的质量、体积均无关系。

2．在计算燃料燃烧放出的热量时，热值与质量的单位必须是国际单位，计算的结果才是J，同理，在计算气体燃料燃烧放出的热量的时候，热值的单位应为J/m3，体积的单位应为m3，计算的结果才是J。

3．利用推导式m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V可以求出对应的燃料的质量、体积、热值 。

【即时练习】

1．关于燃料的热值，以下说法中正确的是( A )

A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况无关

B. 容易燃烧的燃料，热值一定大

C. 煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多

D．放出热量多，热值就大

2. 一桶煤油用掉了一半，则剩下的煤油( D )

A. 密度和热值不变，比热容减为原来的一半

B. 比热容和密度不变，热值减为原来的一半

C. 热值和比热容不变，密度减为原来的一半

D. 密度、热值和比热容都不变

学习内容二：热机效率

学习指导：阅读课本P23－P24文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。

【自学检测】

1．对于热机而言，燃料释放的能量一部分用来做功，一部分散失了。用来做有用功的那一部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机效率。

2．蒸汽机的效率只有6_%～15_%，汽油机的效率可以达到20_%～30_%，柴油机的效率可以达到30_%～40_%。

3．设法利用废气带走的热量，是提高燃料利用率的重要措施。

【合作探究】教师巡视辅导。

1．我们在用煤气烧水的时候，煤气能否充分燃烧，煤气燃烧放出的热量能否都被水吸收？

答：煤气不能充分燃烧，燃烧放出的热也不能完全被水吸收。

2．阅读课本P24“想想议议”，回答相关问题。

答 ：燃料燃烧放出的热量，一部分直接散失到空气中去， 一部分被废气带走，只有一小部分用来做有用功了。

3．在八年级，我们学习了机械效率，那么我们能不能用类似的方法来计算出内燃机的效率呢？在内燃机的效率问题中，什么相当于有用功？什么相当于总功？推导出相关公式。

答：内燃机对外做的功相当于有用功，燃料完全燃烧放出的热量相当于总功。

η＝W有用/Q放

4．在问题1中，如果要计算煤气烧水时的效率，公式是什么样的？讨论后推导之。

答：η＝Q吸/Q放

5．热机的效率是热机性能的重要指标，提高热机效率有何意义，怎样提高热机效率？

答：提高热机效率可以节省燃料，减少污染。提高热机效率的方法：1.尽量使燃料充分燃烧；2.设法利用废气带走的热量 。

6．阅读P25“从火车到火箭”，了解人类运输工具的进步。

【展示交流】教师掌握情况。

【精讲点拨】

1．为了提高热机的效率，在大型火力发电站，人们常常利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。

2．在计算热机效率的时候，一般先利用公式Q放＝qm 或Q放＝qV 计算出燃料完全燃烧放出的热(这相当于机械效率中的总功) 再利用W有用/Q放＝η 或Q吸/Q放＝η计算出热机的效率。

【即时练习】

1．完成课本P26第3、4题。

2．据估计，全国一年可产生城市生活垃圾约5.6×108 t，焚烧生活垃圾释放的热量为我所用，是综合利用垃圾的一种方法。若燃烧1 t生活垃圾可以放出1.176×1010 J的热量，问：(1)这些热量相当于完全燃烧多少焦碳产生的热量？(2)这些热量可以将多少 kg的水由20 ℃加热到沸腾？

答：(1)m＝＝392 kg　(2)m＝＝3.5×104 kg

【当堂练习】见训练案基础部分