2021学年第2节 热机的效率教案设计

14.2 热机的效率

教学目标

【知识与能力】

1.知道什么是燃料的热值及其单位的意义,会查燃料热值表。

2.会计算某种燃料完全燃烧放出的热量。

3.知道热机的效率。

4.了解提高效率的途径。

【过程与方法】

通过与机械效率的对比了解热机的效率，知道机械效率是评价投入、产出比的基本方法，并了解不同热机的效率值。

【情感态度价值观】

了解热机的使用对社会的贡献和带来的环境污染，感受到自然科学的发展和先进技术的应用在推进社会发展的同时，也造成了环境污染。

教学重难点

【教学重点】

掌握热值的概念和单位、根据热值的定义计算燃料燃烧时放出的热量。

【教学难点】  

理解热机效率。          

教学过程

情境导入

多媒体播放视频:神舟系列火箭发射。

问题：为什么发射火箭上天要用氢做燃料？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？这节课我们就来研究这个问题。

一、燃料的热值

◆探究活动1：日常生活中常用到的燃料有哪些？

分析燃料燃烧过程中的能量转化：  

燃料燃烧的过程是化学能转变为内能的过程。

◆探究活动2：燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。

1.燃料的热值

（1）定义：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。

定义式：。

（2）物理意义：干木柴的热值是1.2×107J/kg，其物理意义为1kg干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107J。

（3）热值的单位：焦每千克(J/kg)。

（4）说明——气体燃料的热值

对某些气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，叫做这种气体燃料的热值，其定义式为，热值在数值上等于在标准状态下1m3的燃料完全燃烧放出的热量，单位为焦每立方米；符号：J/m3。

2．了解燃料的热值表

几种燃料的热值/(J·kg-1)

问题1：氢的热值是多少?其物理意义是什么?

回答1：氢的热值是1.4×108 J/kg；其物理意义是：1 kg的氢完全燃烧放出的热量是1.4×108 J。

问题2：汽油的热值是多少?其物理意义是什么?

回答2：汽油的热值是4.6×107 J/kg；其物理意义是：1 kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107 J。

热值是物质本身的一种性质,它与物体的质量、形状、体积、位置、温度、吸收或放出热量的多少等因素都无关，是反映燃料优劣的重要指标。

不同物质的热值一般不同，所以热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与形态、质量、体积无关。

3．有关燃料燃烧放热的计算

燃料放出热量的公式：Q＝mq或Q＝Vq。

二、热机的效率

◆探究活动3：

讨论交流：

热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功呢？

1．定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比。（）

2．公式：

η=×100%

3．说明：

(1)热机的效率是热机性能的重要指标；

(2)各种热机的效率：

  蒸汽机：6%～15%

  汽油机：20﹪～30%

  柴油机：30%～45%

飞机上的喷气式发动机：50%～60%

◆探究活动4：怎样提高热机的效率？

使燃料充分燃烧；

尽量减少各种热量损失；

在热机的设计和制造上采用先进的技术。

4.提高热机效率的途径

（1）提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；

（2）改进热机，减少各种能量损失；

（3）充分利用废气的能量；

（4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。

板书设计

热机的效率

一、燃料的热值

定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。

单位：J/kg或J/m3　

公式：Q放＝mq或Q放＝Vq

二、热机的效率

定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。

公式：η＝。

提高燃料利用率的重要措施

随堂练习

1．煤油的热值是4.6×107J/kg，将质量4kg的煤油完全燃烧放出的热量是 1.84×108 J,如果将煤油倒掉一半,它的热值为4.6×107 J/kg。

2．关于燃料和燃料的热值，以下说法正确的是（ 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，燃烧煤放出的热量比燃烧干木柴放出的热量一定多
D．为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料

3．关于热机的效率，下列说法中正确的是（　　C　）

A．热机做的有用功越多，效率一定越高　

B．热机消耗的燃料越少，效率一定越高

C．热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高

D．热机做功越快，效率一定越高

4.小洋家煮饭、烧水使用的是管道天然气，已知天然气的热值为4.2×107J／m3，放出的热量有50％被有效利用，现要将质量为4kg，初温为25℃的水加热到100℃，需要完全燃烧多少立方米的天然气？

解：在一个标准大气压下，水吸收的热量

Q吸=cm（t﹣t0）

=4.2×103 J/（kg•℃）×4 kg×（100℃﹣25℃）

=1.26×106 J。

天然气完全燃烧放出的热量：

烧开这壶水需要天然气的体积：