第3节 热机的效率 1.物理观念:了解燃料热值的定义,知道它是燃料的一种特性,仅与燃料种类有关,反映燃料燃烧的放热本领。掌握热机效率的定义,能提出提高热机效率的方法与措施。 2.科学思维:利用热值的概念,推理归纳出燃料完全燃烧时放出热量的计算公式,并能进行简单计算。 3.科学探究:通过查找资料,探究影响热机效率的因素,使学生学会寻找证据从而验证猜想。 4.科学态度与责任:了解热机的使用对社会的贡献与带来的问题,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,也造成了环境污染等问题,激发学生的社会责任感。 1.教学重点:燃料的热值、热机效率的理解与应用。 2.教学难点:热机效率的理解和环境保护。 我国某公司发布全球首款本体热效率53.09%柴油机和全球首款本体热效率54.16%商业化天然气发动机。 热效率水平被视为一个国家柴油机技术综合实力的标志。根据目前中国柴油机保有量测算,与45%~46%热效率水平相比,53%热效率柴油机经济性提升14%左右,每年可节约燃油约3100万吨,减少碳排放约9700万吨。 [提问]你知道柴油和天然气这两种燃料有什么不同吗 热机效率是指什么 任务一 燃料的热值 教师活动 学生活动 [过渡提问]燃料的种类有很多,生活中我们使用的燃料有哪些 [提问]某工厂要给所有员工每天提供10t开水,现在可分别使用木柴、煤烧开水。你更倾向于使用哪一种燃料 [追问1]为什么使用木柴和煤之间的差异这么大呢 [追问2]如何比较燃料释放热量的能力 [点拨]我们无法直接测量燃料释放的热量,但是我们知道,燃料燃烧释放的热量会让别的物体吸收,从而引起这个物体温度的变化。 [指导任务]学生自学课本P30~31内容,课件展示几种常见燃料的热值,引导学生思考下列问题。 燃料热值燃料热值干木柴约1.2× 107J/kg柴油4.3×107J/kg烟煤约2.9× 107J/kg煤油4.6×107J/kg无烟煤约3.4× 107J/kg汽油4.6×107J/kg焦炭3.0×107J/kg氢气1.4×108J/kg木炭3.4×107J/kg焦炉 煤气约1.7× 107J/m3酒精3.0×107J/kg沼气约1.9× 107J/m3 (1)什么是燃料的热值 (2)热值的单位是什么 (3)指出你熟悉的燃料,并说出它的热值的物理意义。 (4)在定义燃料的热值时,为什么要强调“完全燃烧” (5)燃料完全燃烧时,放出热量的计算公式是什么 [典例剖析] (1)为什么火箭发动机往往以液态氢作为燃料 (2)某运载火箭发射时,使用了300t的液氢,这些燃料完全燃烧时能释放多少热量 (3)若用汽油完全燃烧来获得这些热量,需要多少汽油 (保留一位小数) [过渡提问]不同的燃料有不同的热值,燃料能否完全燃烧呢 燃料燃烧放的能量能不能被我们完全利用 [回答]固体燃料,如木柴、煤炭;液体燃料,如酒精、汽油、煤油;气体燃料,如煤气、天然气。 [回答]学生代表回答自己的答案,并说明选择这种燃料的理由。 [回答1]说明不同燃料释放热量的能力是不一样的。 [回答2](1)取质量相同的不同燃料给相同的液体加热,比较燃料完全燃烧时,液体升高的温度;(2)取质量相同的不同燃料,通过燃烧燃料使相同的液体升高相同的温度,比较剩余燃料的质量。 [归纳总结] (1)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。 (2)热值的单位是J/kg、J/m3。 (3)煤油的热值是4.6×107J/kg,代表的物理意义是1kg的煤油完全燃烧放出的热量是4.6×107J。 (4)完全燃烧的含义是烧完、烧尽,1kg的某种燃料只有在完全燃烧时放出的热量才等于这种燃料的热值大小,如果没有完全燃烧,放出的热量比完全燃烧时放出的热量少。 (5)Q=qm、Q=qV,其中q是燃料的热值,单位是J/kg或J/m3;m是燃料的质量,单位是kg,V是燃料的体积,单位是m3。 [分析解答] (1)因为液氢的热值大,相同质量的不同燃料完全燃烧,氢释放的热量最多,故以液氢作燃料。 (2)完全燃烧时放出热量Q=q氢m氢=1.4×108J/kg×300×103kg=4.2×1013J。 ... ...
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