热机教学案（新人教版）
一．复习引入
㈠、热机
1、定义：把内能转化为机械能的机器。
深化升华：热机的基本原理是燃料的化学能通过燃烧转化为内能，又通过做功把内能转化为机械能。热机的种类很多，这些热机在人类社会的工业化进程中起到了举足轻重的作用，而且在现代社会中还发挥着巨大作用。
2、种类：热机常见有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
3、内燃机
（1）分为汽油机和柴油机两大类。
（2）内燃机一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，每完成一个工作循环，活塞往复两次，飞轮转动两周，只有做功冲程实现内能向机械能的转化。
要点提示：在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程中发生了能量转化，压缩冲程中活塞运动的机械能转化为汽油和空气混合物的内能。做功冲程中，燃料燃烧把燃料的化学能转化为燃气的内能，然后通过做功把燃气的内能转化为活塞的机械能。
㈡、燃料的热值
1、定义：1千克的某种燃料完全燃烧而放出的热量。
2、物理意义：表示燃料燃烧时放热本领的物理量，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的，就是说，不同燃料在燃烧时放热的本领不同，物理学中用热值来表示燃料的这种特性。
3、单位：热值的单位是：焦/千克，读做焦每千克，用符号J/kg。如酒精的热值为：3.0×107J/kg，表示1 kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。
4、实质：燃料燃烧过程中，燃料储藏的化学能转化为内能。
深化升华：内能的主要来源是燃料，燃料燃烧时化学能转化为内能释放出来，不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小不同，这就是燃料的一种性质，用燃料的热值来表示。同种燃料的热值相同，与燃料的质量大小、形状及放出热量的大小都没有关系。
5、热值是描述燃料性质的物理量，它反映的是1 kg的某种燃料完全燃烧放出的热量。热值的单位为J/kg。
难点剖析：对于热值的理解应抓住三个关键词语：1kg、某种燃料、完全燃烧。
（1）“1 kg”是指热值针对1 kg的燃料而言，如果不是1 kg的燃料，完全燃烧放出的热量值与热值不同。
（2）“某种燃料”是指热值与燃料的种类有关，确定了燃料才能确定热值，不同燃料的热值一般不同。由此可见热值反映了燃料的燃烧特性，热值大的1kg燃料完全燃烧放出的热量多。
（3）“完全燃烧”是由指燃料在燃烧时必须烧完、烧尽，只有1 kg的燃料完全燃烧时放出的热值才是这种燃料的热值，通常情况下燃料往往不能完全燃烧，致使燃料燃烧放出的热量比用热值算出的结果小。
㈢、热机的效率
1、定义：热机工作时，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、提高热机效率的途径：尽量减小各种热量损失；保持良好的润滑，尽量减小摩擦；尽可能使燃料充分燃烧等等。
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、热机造成的环境污染包括：燃料燃烧过程中会产生有害气体，燃料的不完全燃烧还会产生大量的粉尘、飞灰，这些都会污染大气，危害人体健康，影响植物正常生长，要减小污染可改进燃烧设备，采取集中供热，提高燃烧效率，减少有害气体的排放量，采用污染小的气体燃料，加装消烟除尘装置等。
要点提示：在利用燃料燃烧产生内能时，主要存在两大问题：一是提高效率，尽可能增加可利用的能量，减少浪费，节约能源，是缓解能源危急的重要途径；二是减少有害气体的排放，减少污染，保护人类及所有生命的生存环境。
㈣、能量守恒定律
1、内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
难点剖析：定律的内容分为两部分：第一部分指出能是可以“转移”或“转化”的，“转移”指同一种形式的能可以从一个物体转移到另一个物体上；“转化”指能从一种形式转化为另一种形式；第二部分是能的“守恒”，明确指出在能的转移或转化过程中，能既不会创生、也不会消灭，能的总量保持不变。
在各种能量发生转化和转移的事例中，能量都是守恒的，例如：
（1）在热机中，利用内能做功的过程就是内能转化为其他形式能量的过程，消耗多少内能，就会产生多少其他形式的能量，能的总量是守恒的；
（2）在摩擦生热现象中，机械能转化为内能，消耗多少机械能，就产生多少内能，能的总量是守恒的；
（3）在燃料燃烧的过程中，化学能转化为内能，消耗多少燃料中蕴含的化学能，就会产生多少内能，能的总量是守恒的；
（4）在热传递过程中，是内能由高温物体转移到低温物体的过程，例如，一杯热水与一杯冷水混合，热水减少多少内能，冷水就增加多少内能，能的总量是守恒的；
（5）电动机工作时，电能转化为机械能和内能（因为电动机转动的同时还要发热），消耗多少电能，就会产生多少机械能和内能，能的总量是守恒的；
（6）用电炉加热物体，电能转化为内能，消耗多少电能，就产生多少内能，能的总量是守恒的。
深化升华：自然界中所有的变化，不管是大到天体、小到原子核内部，也不管是物理学的（比如物态变化），还是化学的（比如物质发生化学反应）、生物学的（比如动物的呼吸）、地理学的（比如火山爆发）、天文学（比如星球的运动）的问题，都存在能量的转化或转移，而且在转化与转移的过程中，能的总量是守恒的。所以说能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。
2、意义：由做功和热传递的等效作用说明，机械能之间是可以转化的.其实自然界里，能量和转化是普遍的，都是通过做功这种形式来完成。自然界为什么形形色色，为什么这样奇妙丰富，都离不开能量的转化，地球从太阳那里获得光能，出现了风、水的流动，繁茂的植物和多种多样的动物，人类的活动，机器轰鸣，家电的使用，哪一样都离不开能的转化，可以说离开了能量的转化，就不再成为世界，可见能的转化是普遍的。
3、理解能量守恒定律应注意以下几点：
（1）每一种运动形式都可以用一种形式的能来量度，如机械能、内能、化学能、电能，能量的单位都是焦耳；
（2）各种运动形式可以在一定条件下互相转化，而运动形式的转化过程必然伴随着能量的转化和守恒；
（3）能量也可以以同种形式从一个物体转移到另一个物体，热传递过程实质上就是内能从一个物体转移到另一个物体的过程.转移能量的多少用热量来度量；
辨析比较：在能量守恒中，“转化”和“转移”是有区别的，“转化”
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是指一种形式的能量在一定条件下转化为另一种形式的能量，“转移”是指一种能量在一定条件下从一个物体转移到另一个物体，而能的形式没有变化。
（4）要对外做功，必须消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，能量永远不会消失，也不会创生。
二．引导学习
例1. 如图所示为内燃机工作的四个冲程示意图，其中表示压缩冲程的是（ ）
A、甲 B、乙 C、丙 D、丁
例2. 一台四冲程内燃机转速为600转/分，则（ ）
A、每分钟内做功100次，共有400个冲程 B、每分钟内做功200次，共有200个冲程
C、每秒内做功20次，共有10个冲程 D、每秒内做功5次，共有20个冲程
例3. 关于燃料的热值，以下说法中正确的量（ ）
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、为了提高锅炉中燃料的利用率，一定要用热值高的燃料
例4. 酒精的热值是3.0×107J/kg，一瓶酒精用去一半后，剩下的半瓶酒精的热值是（ ）
A、1.5×107J/kg B、3.0×107J/kg C、6.0×107J/kg D、9.0×107J/kg
例5. 如果干木柴燃烧产生的热量只有30%被水吸收，要把5kg 40℃的水烧开，至少需要燃烧多少千克干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界空气压强为标准大气压）
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例6. 研究表明：生活垃圾的平均热值为6.27×l06J/kg。利用垃圾作为燃料建立发电厂，每燃烧1吨生活垃圾可以发电8.64×108J兴建一座规模为2台1.2×104kW 发电机的垃圾处理发电厂，问：
（1）1 t垃圾完全燃烧产生的热量是多少焦？
（2）燃烧垃圾发电的效率是多少？
（3）请你从环保、节能、经济等角度简述兴建垃圾发电厂的意义。
例7. 小明学习了热学的有关知识后，知道水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），他想估算一下自己家每天烧水做饭需要的热量，于是小明仔细记录了他家每天烧水、煮饭、炒菜需要的时间，并把它折算成烧水时间，相当于每天将30kg 20℃的水烧开。
（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果普通煤的热值为3×l07J/kg，从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少kg普通煤？
例8. 某电动机消耗1000 J电能，可以产生800J的机械能，求产生的内能是多少？该电动机的效率是多少？
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三．巩固练习
1. 燃料燃烧的过程中，储存在燃料中的_________能转化为________能释放出来，木炭的热值是3.4×107J/kg，表示__________________________________________；若完全燃烧0.5 kg木炭，则放出____________热量。
2、在汽油机工作的四个冲程中，将机械能转化为内能的是________冲程，将内能转化为机械能的是________冲程。
3、在内燃机工作的四个冲程中，机械能转化为内能的是（ ）
A、吸气冲程 B、压缩冲程 C、做功冲程 D、排气冲程
4、关于燃料的热值，下列说法中正确的是（ ）
A、某种燃料燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值
B、甲燃料完全燃烧放出的热量比乙燃料完全燃烧放出的热量多，则甲燃料的热值一定比乙燃料的热值大
C、燃料的热值越大，则燃料燃烧时放出的热量越多
D、烟煤的热值是2.9×107J/kg，则完全燃烧1kg的烟煤能放出2.9×107J的热量
5、两台汽油机，甲的效率为35%，乙的效率为25%，这两个数据表示（ ）
A、甲机做的功比乙机多 B、甲机的功率比乙机的大
C、在相同时间内甲机燃烧的汽油比乙机的多 D、在消耗相同汽油时，甲机做的有用功比乙机的多
6、把一瓶酒精倒去一半，则剩下的酒精（ ）
A、比热容和热值均变为原来的一半 B、比热容变为原来的一半，热值不变
C、热值变为原来的一半，比热容不变 D、比热容和热值均不变
7、下列关于热机和环境保护的说法中正确的是（ ）
A、热机的大量使用会造成环境污染 B、所有的热机都是用汽油作燃料
C、汽车排出的尾气都是有毒气体 D、热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除
8、关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：① 在做功冲程中，是机械能转化为内能；② 在做功冲程中，是内能转化为机械能；③ 只有做功冲程是燃气对外做功；④ 汽油机在一个工作循环中，只有一个冲程发生能量变化。以上说法中正确的是（ ）
A、只有②③ B、只有①③ C、只有②④ D、只有②③④
9、一箱汽油用掉一半后，关于它的说法下列正确的是（ ）
A、它的密度变为原来的一半 B、它的比热容变为原来的一半
C、它的热值变为原来的一半 D、它的质量变为原来的一半
10、小丽家去年冬天的供暖比往年好很多，这是因为热网改造后，由原来的小锅炉房供暖变为热电站余热供暖，从能源利用的角度来看热电站，这种既供电又供热的热电站与一般的火力发电站相比，提高了____________，能较好地控制了污染。
11、2004月年5月，天然气伴随着“西气东输”的步伐开始走进了江城芜湖的千家万户，传统燃料也随之被逐步取代，天然气燃烧时可以将____________能转化为____________能。与传统燃料相比，天然气的优点是____________________________________（写出一条即可）。
12、某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
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（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
（3）汽油机的功率。
13、指出下列现象中能量转化或转移的情况。
（1）煤炭燃烧________________________；
（2）植物进行光合作用______________________________；
（3）电热毯发热________________________；
（4）用热水袋暖手________________________；
（5）火箭点火后腾空而起________________________；
（6）飞驰的流星拖着一条发光的尾巴________________________；
14、下列过程中，只有能的转移而不发生能的转化的是（ ）
A、水蒸气会把壶盖顶起来 B、洗衣机工作
C、冬天用手摸户外的东西时感到冷 D、用锤子打击铁件，铁件发热
15、下列说法中错误的是（ ）
A、能量守恒定律只适用于物体内能的变化 B、只要有能的转化和转移，就一定遵守能量守恒定律
C、能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的重要理论依据
D、任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变的
16、下列说法中正确的是（ ）
A、发电机可以创造电能 B、电动机消灭了电能
C、发电机和电动机都是能量转化的机器 D、宇宙中的能量不断地进行相互转化，但总能量会增加
17、以下几种说法中，表述不正确的是（ ）
A、煤炭燃烧时化学能转化为内能 B、向蓄电池充电时，电能转化为化学能
C、汽油机的做功冲程是机械能转化为内能 D、火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为机械能
18、某校师生在学习了能量的转化与守恒以后，组织兴趣小组调查学校几种炉灶的能量利用效率，他们发现学校的一个老式锅炉烧水时，经常冒出大量的黑烟，且烧水时锅炉周围的温度很高，锅炉的效率很低。请你根据调查中发现的现象分析此锅炉效率低的原因，并提出相应的改进措施。
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四．归纳小结
五．课后练习
1．热机是把____________能转化为____________能的机器。
2、汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，活塞从气缸的__________________，叫一个冲程，汽油机工作时分四个冲程，依次是____________、____________、____________、____________。
3、热机在工作过程中，压缩冲程将______能转化为______能；做功冲程将______能转化为______能。
4、1kg某种燃料____________放出的热量叫做这种燃料的热值，热值的单位是____________，符号是______。干木柴的热值是1.2×107______，它表示1kg干木柴________________________________________________。
5、在热机里，用来做______的那部分能量与燃料____________放出的热量____________叫做热机的效率。
6、在一定条件下，各种形式的能都可以____________。摩擦生热，______能转化为______能；电动机带动水泵把水送到高处，______能转化为______能；植物吸收太阳光进行光合作用，______能转化为______能；燃料燃烧时发光发热，化学能转化为______。
7、能量既不会______，也不会______，它只会从一种形式______为其他形式，或 者从一个物体______到另一个物体，而在______和______过程中，能量的______保持不变，这就是__________________。
8、在密闭的房间里有一个开着门的电冰箱，给电冰箱通电，过一段时间，房间的温度将（ ）
A、升高 B、降低 C、不变 D、无法确定
9.一工厂每天消耗无烟煤25t，这些煤完全燃烧能放出多少热量？（无烟煤的热值是3.4×107J /kg）
10、完全燃烧1kg焦炭放出的热量，如果全部被水吸收，可以把多少千克20℃的水加热到
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100℃？（焦炭的热值是3×107J /kg）
学习时的苦痛是暂时的，未学到的痛苦是终生的
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