沪科版（2024）九年级全册第四节 热机效率和环境保护教案设计

这是一份沪科版（2024）九年级全册第四节 热机效率和环境保护教案设计，共4页。教案主要包含了教学过程，能量走向，热机效率计算公式，讨论分析各种效率问题，环境保护，小结等内容，欢迎下载使用。
教学目标
知识与技能：
1、建立热值概念。知道热值是燃料的重要特性，了解热值的表示法和常见燃料的热值，能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算。
2、了解热机效率。知道热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道可以怎样提高热机效率以及提高热机效率的意义所在。
过程与方法：通过社会调查、分组交流合作，了解热机效率及热机带来的负面影响。
情感态度与价值观：了解热机的利用与人类社会发展的关系，并能够简述热机使用产生的排放物对环境的不良影响，培养自觉的环保意识，激发学生的社会责任感。
教学重难点
燃料的热值、热机效率以及学生环保意识的培养。
热机效率的理解和环境保护。
三、教学过程：
引入：
上节课我们学习了汽油机以及柴油机的工作过程，以及区别，下面请同学们回顾两个问题：
在汽油机的四个冲程里，推动机械运转的的是哪个冲程？
这个冲程中能量是怎么转化的？
既然做功冲程中，最终是要转化成机械能，推动机械做功，那么消耗的能量中到底有多少真正转化成了机械能，损失了多少，就显得尤为重要。今天我们以家用小汽车为例，一起来讨论一下热机效率与环境保护问题。（板书：13.5热机效率与环境保护）
首先我们来讨论第一个问题
一、能量走向
1.以家用小汽车为例，你认为热机工作时，能不能将燃料所蕴藏的能量全部用来对外做有用功（也就是推动小汽车前进）呢？不能
2.那燃料的能量除了转化为机械能推动汽车前进之外，还有哪些走向？它们都去哪儿了？
由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只燃料燃烧时所释放能量的一部分。
二、热机效率计算公式
热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧释放的能量的比值称为热机效率，即：
（板书：一、热机效率： η=WQ×100%）
对小汽车来说，W有 就是推动机车前进所做的功Q放 就是燃料完全燃烧释放的热量。（板书：对小汽车：W有 ：机械功 Q放 ：燃料放热）
简单来讲，小汽车的热机效率就是真正推动汽车前进做的功占了总能量的多少比例。下面我们以小汽车为例来计算一辆汽车的热机效率。
三、初略计算小汽车的热机效率
一辆家用小汽车在马路上以某一速度匀速行驶时，汽车的牵引力为1200N,每百公里耗汽油大约为8kg，则该小汽车的热机效率为多少？
分析与解答：
1.我们重点需要找那几个方面的条件？
推动汽车前进做的功和燃料完全燃烧释放的能量
2.如何计算推动汽车前进做的功？
机械功：W=FS=1200N×100000m=1.2×108J
3.如何计算燃料完全燃烧释放的能量？
生活中常用的燃料种类很多，但相同质量的各种燃料完全燃烧时释放的热量是不同的，为了方便比较，我们把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做燃料的热值。热值的符号：q 单位：J/kg（J/m3）。我们一起来看看书上的值表。（板书：二、热值： q 单位：J/kg（J/m3）
我们找到汽油：4.6×107J/kg。（板书：例如：汽油热值：q=4.6×107J/kg）它代表的物理意义是：每千克的汽油完全燃烧时释放的热量是4.6×107J。
（若同学们说不出，可多举几个例子来理解热值的物理意义。）
由于燃料的热值和价格不同，我们生活中一般会综合考虑来选用合适的燃料：比如火力发电一般用煤，汽车等机械一般用汽油或者柴油，煮饭用液化气，天然气，煤气等，氢气热值虽然很高，但价格比较贵，所以常用在航天上。
那么我们回到小汽车的热机效率上来，该汽车消耗8kg汽油，完全燃烧释放的热量应该怎么计算？（板书：三、燃料完全燃烧释放热量：Q=mq）
燃料完全燃烧释放的热量：Q=mq=4.6×107J/kg×8kg=3.68×108J
小汽车的热机效率：η=WQ×100%=1.2×1083.68×108×100%=32.6%
通过计算，我们发现其实汽油机的效率比我们想象的要低的多。课本上也给我们介绍了几种机械的效率，比如：蒸汽机效率只有8%--15%，汽油机效率20%--30%，柴油机效率稍高点，有30%--40%。
课堂练习：课本P53 1-3 P54本章练习 第 4 题
［交流与讨论］：如何合理利用能源，提高热机的效率？
后学生归纳：主要途径是减少热机各种能量损失。
具体措施：
（1）使燃料尽可能完全燃烧（煤粉、鼓风）
（2）减小机械摩擦（选用优良润滑油）
（3）尽量简化机械传动部分
四、讨论分析各种效率问题
效率问题-----能量的定向转移或转化率。带同学逐个讨论分析，了解初中物理涉及的各类效率问题，达到举一反三的目的，加深对效率的理解。
五、环境保护
前面介绍的这些新型技术为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题，如何提高燃料利用率，减少环境污染已经成为迫在眉睫的问题了。（介绍污染情况）
如何保护我们的环境？（板书：四、环境保护）
改进燃烧设备，加装消烟除尘装置;
集中供热；
改用气体燃料，普及煤气和天然气；
充分开发利用污染少和无污染的新能源。
六、小结
板书设计：13.5热机效率与环境保护
一、热机效率： η=WQ×100%
对小汽车：W有 ：机械功 Q放 ：燃料放热
二、热值： q 单位：J/kg（J/m3）
例如：汽油热值：q=4.6×107J/kg
三、燃料完全燃烧释放热量：Q=mq
四、环境保护