升初三暑假教案第5讲热机效率教师版.docx
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升初三暑假教案第5讲热机效率教师版
个性化教学辅导教案
学生姓名
年级
初三
学科
物理
上课时间
教师姓名
课题
热机效率
教学目标
教学过程
教师活动
学生
活动
1.12年5月，日本科学家开发出制作单层硅分子薄膜技术，如图所示：
在硅板表面覆盖陶瓷薄层，持续加热一段时间后，硅板中的硅分子居然能穿透陶瓷薄层从而形成单层硅分子薄膜．加热使得硅分子穿透陶瓷薄膜，这说明：
答案：
温度越高，分子热运动越剧烈
2.小明学习分子动理论后，先在试管底部装一半红墨水，再在水面上注满酒精，加盖密封后静置，30日后再观察，现象如图所示．小明做的实验说明和．
答案：
分子在做无规则运动；分子间存在间隙
3.如图所示，隔着石棉网同时加热两规格相同的试管，试管中分别装有质量相同、初温均为20℃的煤油和水．若加热时间相同，则煤油和水吸收的热量（填“相同”或“不同”）；若煤油和水的温度都升高到40℃，则需加热较长的时间．（c水＞c煤油）
答案：
相同水
4.烈日炎炎，中午海滩上的沙子热得烫脚，海水却非常凉爽，这是因为水的比热容 （选填“大于”、“等于”或“小于”）沙子的比热容．质量为2kg的水温度升高10℃时，吸收的热量是 J．[（c水=4.2×103J/（kg•℃）]．
答案：
大于8.4×104
5.如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，下列说法正确的是（ A ）
A．该图表示的是压缩冲程
B．该冲程是内能转化为机械能的过程
C．该冲程中气缸内气体分子运动剧烈程度减弱
D．该冲程中主要是通过热传递的方式改变气缸内物质的内能
6.如图所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硒化棉，用力把活塞迅速下压，棉花就会立即燃烧．根据该实验现象，下列结论正确的是（ A ）
A．棉花燃烧过程是化学能转化为内能
B．活塞下压过程中，气体的内能减小
C．气体容易被压缩，是因为气体分子间距离较小
D．活塞下压过程的能量转化形式与热机做功冲程能量转化相同
【学习目标】
1.知道热值是燃料的重要特性
2.了解热值的表示法和常见燃料的热值
3.能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算
4.了解热机效率
5.知道可以怎样提高热机效率
【预学指导1】阅读教材P22-P25热机的效率部分内容（用时5分钟），划出不明白的地方，思考以下问题（用时5分钟）：
1.什么是热值？
2.如何计算燃料燃烧放出的热量？
3.什么是热机效率？
4.如何提高热机效率？
教师引导学生解决教材P22-P25的问题与练习（用时5分钟）
学生独立解决教材P26的问题与练习（用时5分钟）
【知识梳理】教师引导学生画出本节内容的思维导图（用时5分钟）
【达标运用】
1．下列关于热值的说法正确的是（ ）
A．燃料燃烧越充分热值越大
B．2kg的煤完全燃烧比1kg的煤完全燃烧热值大
C．1kg煤燃烧放出3×105J的热量，则煤的热值为3×105J/kg
D．热值是燃料的一种属性与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同
2．氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点，火箭中运用了液态氢做燃料．已知氢气的热值为1.4×108J/m3，表示的意义是 ．完全燃烧5m3氢气放出的热量是 J．若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值 （填“增大”“减小”或“不变”）．
3．一辆汽车牵引力是4000N，行驶10km，消耗3kg的汽油，这辆车的效率是多少？
（汽油的热值是4.6×107J/kg）
对应的知识点：
第一题①热值②热值的概念
第二题①热值②热值的计算
第三题①燃料的燃烧②热机效率
精讲1热值
学习目标：
掌握热值
目标分解：
1.知道热值是燃料的重要特性
2.了解热值的表示法和常见燃料的热值
3.理解热值的概念
【教学活动】教师讲解：
无论是烧菜做饭，还是奔驰的汽车与火车，乃至直入苍穹的火箭等都离不开燃料．即从原始人类学会用火的那天起，至今，人们使用的能量绝大部分还是通过燃料燃烧获得的，火的利用给人类社会带来了进步．时至今日，日常生活都离不开燃料的帮助．
【教学活动】教师提问：
例举一下生活中我们可以使用哪些燃料烧开一壶水？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
这些燃料可以如何分类？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
燃料的种类很多,固体燃料有木柴、煤等,液体燃料有汽油、柴油等,气体燃料有煤气、天然气等．
【教学活动】教师提问：
生活中的燃料很多，在日常生活中用来取暖和煮饭的燃料也在发生巨大的变化，木柴、煤炭、液化石油气、煤气、天然气等，为什么会出现这样的变化呢？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
5kg的木材和10kg的木材燃烧时放出的热量是否相同？
这说明什么？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
根据生活经验判断相同条件下，1kg木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
烧开同一壶水，用干木柴和天然气所需的燃料多少一样吗？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
5kg的木材完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
燃料燃烧放出的热量跟什么因素有关？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
（1）燃料的质量
（2）燃料的种类（3）燃料燃烧的状况（是否完全燃烧）
【教学活动】教师提问：
相同条件下，1kg木柴和1kg煤，1kg煤能烧开更多的水，这说明不同的燃料燃烧放出的热量不相同，该怎样比较不同燃料燃烧时这种放热性能优劣？
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
如何比较不同的物质吸热能力的不同呢？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
即1kg的某种物质温度升高1℃，所吸收的热量就是这种物质的比热容．
【教学活动】教师提问：
那么把所有的燃料都取1kg，让他们完全燃烧，比较它们放出的热量的多少．
【教学活动】教师讲解：
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．
【教学活动】教师讲解：
热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量．
【教学活动】教师提问：
“小资料”部分，你有哪些发现？
结合生活经验，谈谈你对热值的理解．
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
热值反映了燃料本身的一种特性,只与燃料的种类有关,与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均无关系．
【教学活动】教师讲解：
热值的单位：
J/kg
【教学活动】教师讲解：
不同燃料的热值一般不同；不同燃料的热值有时还可能相同．
【教学活动】教师讲解：
氢气的热值最大．
【教学活动】教师讲解：
气体的热值单位：
J/m3
【教师活动】由此解决问题定位第一题：
【分析】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．
【解答】解：
A.燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的燃烧程度无关，故A错误
B.燃料的热值仅与燃料的种类有关，而与燃料的质量无关，故B错误；
C.由于不确定燃料是否完全燃烧，不能计算煤的热值，故C错误；
D.热值是燃料的一种属性与燃料的质量无关，不同的物质热值一般不同，故D正确．
故选D．
【点评】此题主要考查的是学生对燃料热值是燃料特性的理解和掌握，基础性题目．
精讲2热值的相关计算
学习目标：
掌握热机效率
目标分解：
1.了解热值
2.能利用热值表进行有关燃料放热的简单计算
【教学活动】教师提问：
燃料完全燃烧放热的计算公式：
学生回答：
略．
【教学活动】教师提问：
酒精的热值是3.0×107J/kg，它的物理意义是什么？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J
【教学活动】教师提问：
2kg的酒精完全燃烧放出的热量是多少焦？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
2kg×3.0×107J/kg=6.0×107J
【教学活动】教师提问：
质量为3kg的酒精完全燃烧放出的热量是多少焦？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
3kg×3.0×107J/kg=9.0×107J
【教学活动】教师提问：
质量为m的酒精完全燃烧放出的热量是多少焦？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
Q=mq
其中m表示质量，单位是kg，q表示热值，单位是J/kg，Q表示燃料燃烧放出的热量，单位是J．
【教学活动】教师提问：
体积为V的某种燃料完全燃烧放出的热量是多少焦？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
Q=Vq
【教学活动】教师提问：
500g汽油完全燃烧时可以放出多少热量？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
查表可知，汽油的热值q=4.6×107J/kg
m=500g=0.5kg
Q=qm=4.6×107J/kg×0.5kg=2.3×107J
【教学活动】教师提问：
用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？
学生回答：
略．
【教师活动】由此解决问题定位第二题：
【分析】
（1）热值的定义是：
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值；
（2）知道氢的热值和质量，根据Q=mq求出氢气完全燃烧放出的热量；
（3）热值跟燃料的种类有关，跟燃料是否完全燃烧，质量多少都没有关系．
【解答】解：
氢气的热值为1.4×108J/m3，表示的物理意义是：
1m3的氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J；
完全燃烧5m3的氢气可放出热量：
Q=Vq=5m3×1.4×108J/m3=7×108J；
因为热值是燃料的一种性质，只与燃料的种类和状态有关，故一罐氢气用去了一半，则剩余氢气种类不变，热值不变，所以剩余氢气热值为1.4×108J/m3．
故答案为：
1m3氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J；7×108J；不变．
【点评】解决此类问题要结合热值的物理意义及热量的计算公式进行求解．
精讲3热机效率
学习目标：
掌握热机效率
目标分解：
1.了解热机效率
2.掌握热机效率的计算
3.知道可以怎样提高热机效率
【教学活动】教师提问：
煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
煤气不能完全燃烧，损失了一部分能量
【教学活动】教师讲解：
煤气灶本身也会吸收一部分能量
【教学活动】教师讲解：
高温的烟气带走了一部分能量
【教学活动】教师讲解：
还有一部分直接损失掉了
【教学活动】教师讲解：
水吸收的热量只占煤气放出热量的一部分
【教学活动】教师总结：
所以，在烧水的过程中，被水吸收的热量与燃料完全燃烧放出能量的比值，称为热效率．
【教学活动】教师提问：
在内燃机中，燃料燃烧产生的能量到哪里去了呢？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
热机是将内能转化为机械能的装置，在这个情景中，真正转变为对外做有用功的能量只占燃料燃烧时所释放能量的一部分．
【教学活动】教师讲解：
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，叫做热机的效率．
【教学活动】教师讲解：
热机效率是指热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所择放的能量的比值，它反映了能量的利用率，热机性能的一个重要标志.
【教学活动】教师讲解：
由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1．
【教学活动】教师讲解：
为了合理利用能源，人们一直都在努力提高热机的效率，汽油机的效率：
20～30%，柴油机的效率：
30～45%，都比蒸汽机的效率高，
【教学活动】教师提问：
那么怎样提高热机的效率？
学生回答：
略．
【教学活动】教师讲解：
使燃料充分燃烧
【教学活动】教师讲解：
尽量减少各种热量损失；
【教学活动】教师讲解：
在热机的设计和制造上采用先进的技术；
【教学活动】教师讲解：
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
【教学活动】教师讲解：
燃料的利用使人类得到大量内能,但同时造成环境污染,尤其是热机的使用.因此,保护环境,控制和消除大气污染是必须重视的问题,课下收集如何控制和消除大气污染的方法．
【教师活动】由此解决问题定位第三题：
【分析】
（1）已知牵引力和行驶的距离，根据公式W=FS可求牵引力做的功．
（2）已知消耗汽油和汽油的热值可求燃烧汽油释放的能量．
（3）二者之比就是汽车发动机的效率．
【解答】解：
∵S=10km=104m，
∴W=FS=4000N×104m=4×107J．
Q放=qm=4.6×107J/kg×3kg=1.38×108J．
∴效率η=
×100%=
×100%≈29%．
答：
这辆车的效率是29%．
【点评】本题考查功、效率的计算，考查面比较广，关键是物理量的单位和单位的换算．
1.“可燃冰”作为新型能源，有巨大的开发潜力．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的（ ）
A.热量很大B．温度很高C．热值很大D．比热容很大
答案：
C
2.某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤．试求:
（1）锅炉内200kg的水吸收了多少热量？
（2）6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（3）此锅炉的效率是多少？
（无烟煤的热值是3.4×107J/kg）
答案：
30.9%
【查漏补缺】
1.
氢能源具有来源广、热值高、无污染等优点．氢气的热值为
J/kg，完全燃烧0.5kg的氢气可放出_____J的热量；若一罐氢气用去了一半，则剩余氢气的热值______，有一杯水倒去一半后，它的比热容______．（填“变大”、“不变”或“变小”）
2.在汽油机的四个冲程中，机械能转化为内能的是冲程，如图所示的汽油机正在进行的是冲程．已知汽油的热值为4.6×107J/kg，则完全燃烧100g汽油放出的热量为J．
答案：
1.
不变不变2.做功
【举一反三】
1.一杯酒精用掉了一半，剩下一半的酒精的质量、密度、比热容和热值的情况是（）
A．质量、密度、比热容和热值不变
B．质量和密度变为原来的一半，比热容和热值不变
C．质量和热值变为原来的一半，密度和比热容不变
D．质量变为原来的一半，密度、比热容和热值不变
答案：
D
2.下列有关热机的说法不正确的是（）
A.热机的工作过程是把燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程
B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性
C.可以采用增大热机的热功率的办法增大热机的效率
D.热机的大量使用会造成环境污染
答案：
C
3.近两年政府推出了“汽车下乡”.“小排气量购置税减半”等政策，极大的促进了汽车业的发展．
（1）汽车发动机一般是柴油机或汽油机，它把燃料燃烧放出的能转化为机械能，完全燃烧0.1kg的汽油能够获得J的能量；（汽油的热值为4.6×107J/kg）
（2）汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的较大的特点.
（3）小明同学阅读了汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率η为 .汽车行驶时发动机产生的牵引力是F，则燃烧质量为m.热值为q的汽油，能使汽车前进的距离s= ．（用前面给出物理量的符号表示距离）
答案：
内能
比热容30%
【知识总结】
1.热值：
1kg某种燃料放出的热量，叫做这种燃料的热值．用符号q表示．热值是燃料本身的一种特性，只与燃料的有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧等无关．固体燃料的热值的单位是焦耳每千克（J/kg），公式；气体燃料的热值的单位是焦耳每立方米（J/m3）．公式是．
2.物理意义：
酒精的热值是3.0×107J/kg，它表示：
．
煤气的热值是3.9×107J/m3，它表示：
．
3.热机的效率：
热机用来做的那部分能量和放出的能量之比叫做热机的效率．热机的效率是热机性能的一个重要标志，与热机的功率无关．
4.计算效率的公式：
．由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于．
答案：
1.完全燃烧种类
2.1kg的酒精完全燃烧放出的热量是
1
的煤气完全燃烧放出的热量是
3.有用功燃料
4.
1
1.关于热值下列说法正确的是（B）
A.燃料的质量越大，则热值越大
B.一桶汽油用去一半，剩余汽油的热值不变
C.热值越大，燃料燃烧放出的热量就越多
D.燃料燃烧得越充分，热值越大
2.一桶汽油用掉一半，说法正确的是（D）
A.比热容变为原来的一半B.热值变以原来的一半
C.密度变为原来的一半D.质量变为原来的一半
3.如图所示是某型号的电动巡逻车，它在巡逻的过程中，不可能出现的能量转化（ A ）
A．内能转化为机械能B．电能转化为光能机
C．机械能转化为内能D．电能转化为机械能内
4.
（1）中央气象台每天都会发布全国主要城市的天气预报，右表列出的是6月4日沿海城市天津和内地城市西安地气温情况．请根据两座城市的气温变化情况判别城市名称，甲是，你做出判别的依据是．
（2）在汽油机的一个工作循环中，内能转化为机械能的是做功冲程；某品牌汽车行驶100公里消耗汽油7kg，这些汽油完全燃烧能放出的热量．（汽油的热值q=4.6×107J/kg）
答案：
（1）天津沿海城市温差小
（2）3.22×108J
5.生活中的热机是将内能转化为的机器，一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为3600转/分，该柴油机活塞1s对外做功次．若其效率为40%，消耗5kg的柴油转化成的机械能是J，柴油热值为4.3×107J/kg．
答案：
机械能308.6×107
第1、2天
1.为研究不同物质的吸热能力，某同学用两个完全相同的酒精灯，分别给质量和初温都相同的甲、乙两种液体同时加热，分别记录加热时间和升高的温度，并根据记录的数据作出了两种液体的温度随时间变化的图像，如右图所示．
（1）根据图像，某同学认为:
“加热相同的时间时，甲升高的温度高一些；
（2）这说明甲吸收的热量多一些．”这位同学的判断是否正确?
，
（3）请说明理由：
．
（4）要使甲、乙升高相同的温度，应给加热更长的时间，这说明的吸热能力强些．
（5）如果已知甲的比热容是1.8×103J/（kg·℃），则乙的比热容是J/（kg·℃）
答案：
不正确加热时间相同，吸收热量相同乙乙2.4×107J
2.
（1）如下图甲所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放入一小团硝化棉，把活塞迅速压下去，可以看到硝化棉开始燃烧，这是通过（选填“做功”或“热传递”）的方式改变筒内空气的内能；这个过程的能量转化过程与图乙中内燃机的图（选填“A”、“B”、“C”或“D”）相似；
乙
（2）汽油机的效率很低，主要原因之一是废气带走了大量的热量．请你另外说出一个汽油机效率低的原因．若汽油机的效率为η，汽车行驶时发动机的牵引力为F，则燃烧质量为m、热值为q的汽油，能使汽车前进的距离s=．（用前面给出的物理量的符号表示）
（3）科学家发明了一款单杠六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压水蒸气，推动活塞再次做功，把能转化为能，这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率．为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是冲程（填冲程名称）．
答案：
（1）做功A
（2）燃料燃烧不充分
（3）内机械排气
3.用天然气灶烧水，使100kg的水从20℃升高到70℃．已知水的比热容C=4.2×103J/（kg·℃），天然气的热值为q=7.0×107J/m3，天燃气灶的效率为75%.求：
（1）水吸收的热量？
（2）需要燃烧多大体积的天燃气？
答案：
（1）2.52×108J
（2）6.30×107J（3）25%
第7天
1.现代火箭用液态氢作燃料，是因为液态氢具有（ A ）
A．较大的热值B．较高的凝固点C．较低的沸点D．较大的比热容
2.在汽油机的一个工作循环中，内能转化为机械能的是冲程；某汽车行驶100km消耗汽油7kg，这些汽油完全燃烧能放出J的热量．（汽油的热值q=4.6×107J/kg）
答案：
做功3.22×108
第15天
1.下列说法正确的是（B）
A.热值与燃料的燃烧情况有关
B.做功和热传递是改变物体内能的两种方式
C.比热容与物体吸收或放出的热量有关
D.固体很难被压缩，说明分子之间只有斥力的作用
2.走近加油站，会闻到一股汽油味，这是因为汽油分子在；完全燃烧10kg 汽油可以放出J 的热量（汽油的热值为4.6×107J/kg） ；汽油机是把内能转化为能的动力设备．
答案：
运动4.6×107机械
第28天
1.某中学使用一种锅炉为学生供应开水，用焦炭作为燃料，已知焦炭的热值是3×l07J/kg．一次烧水完全燃烧了8.4kg的焦炭，将200kg的水从25℃加热到100℃，已知水的比热容是4.2×103J/（kg•℃）．
（1）完全燃烧了这些焦炭放出的热量为多少焦耳？
（2）这些水烧开吸收的热量为多少焦耳？
（3）这台锅炉的热效率为多少？
答案：
（1）2.52×108J
（2）6.3×107J（3）25%
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