12.2　热量与热值【教学目标】一、知识与技能1．了解热量的概念，知道热量是在热传递过程中物体内能改变的多少．2．知道当质量一定时水吸收的热量与温度的升高成正比，升高的温度相同时水吸收的热量跟它的质量成正比．3．了解热值的概念，会根据热值来计算燃料完全燃烧放出的热量，会根据实际需要选择燃料．二、过程与方法1．通过对水的吸热和放热的探究，归纳得出同一物体吸收或放出的热量跟物体的质量、温度的变化成正比．2．通过对不同燃料热值和燃料效率的探究，学会怎样选择燃料．三、情感、态度与价值观1．通过“选择燃料”、“饮食与运动”等学生活动，阅读有关“西气东输”的信息，激发学生学习物理的兴趣，并使学生逐步树立理论联系实际的观念，养成用科学知识分析和看待生活中事物的习惯．2．培养学生关注饮食与健康意识，帮助他们树立合理利用能源的科学发展观念．【教学重点】热量和热值的概念．【教学难点】探究同一物体吸收或放出的热量跟什么因素有关．┃教学过程设计┃,　　教学过程设计意图一、新课引入用多媒体展示并讲解1.人类在原始社会就会用火来取暖和煮饭，火的利用给人类社会带来了进步．时至今日，我们的日常生活都离不开燃料的帮助．不过随着社会的发展，我们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……为什么会出现这样的变化呢？原来同样做熟一顿饭，由于利用的燃料不同，所需要的燃料的质量是不一样的，而且它们燃烧后产生的废气的影响也不相同，所以我们在选择燃料时希望选用单位质量的燃料燃烧时放出的热量多、价格低、安全、卫生、又无污染，所以科学家们也在不断努力探寻着这些燃料，让我们生活得更精彩.2.北京奥运会火炬长72厘米、重985克，燃烧时间15分钟，在零风速下火焰高度25至30厘米，在强光和日光情况下均可识别和拍摄．在工艺方面使用锥体曲面异型一次成型技术和铝材腐蚀、着色技术，燃料为丙烷，火炬外形制作材料为可回收的环保材料，符合环保要求.那么人们在日常生活中，选择什么样的燃料合适呢？北京奥运会火炬燃烧时的燃料是什么物质呢？通过本节课的学习，相信你一定能够找到答案.　　激发学生的求知欲，为新课教学做好铺垫.二、新课教学(一)什么是热量1.让学生阅读教材第26页内容，经讨论交流后回答下列问题：(1)在物理学里，把物体在热传递过程中________的多少叫热量，热量通常用符号_______表示，在国际单位制中，热量的单位是________.(2)物体吸收热量，内能________；放出热量，内能________.[(1)内能改变　Q　J　(2)增加　减小]2.我们如何理解热量这个概念呢？(1)物体本身没有热量，不能说某个物体有多少热量，更不能比较两个物体热量的多少，只有在热传递过程中，有了内能的转移，才讨论热量问题.(2)在热传递过程中，内能转移的多少叫热量，所以热量是一个过程量，它存在于热传递的过程中，离开了热传递谈热量是没有意义的，所以我们不能说某个物体含有或具有多少热量.(3)热量与物体内能的多少、温度的高低没有关系.3.教师提问：前面我们已经学过内能和温度，那么温度、内能和热量三者有何区别和联系呢？分析、交流、讨论后，师生共同总结：(1)区别：①温度是表示物体冷热程度的物理量，它是一个状态量，只能说温度是多少，温度不能传递和转移，单位是摄氏度．从分子动理论的观点看，它跟物体内分子的热运动情况有关：温度越高，分子无规则运动越剧烈．可以说，温度是分子热运动的剧烈程度的标志，它是大量分子无规则热运动的集中体现．内能是能量的一种形式，培养学生自主学习的能力.培养学生汇总知识，分析比较总结归纳的能力.,它是物体内所有的分子无规则运动的动能与分子势能的总和．②内能跟温度关系密切，当一个物体温度升高时，内能增大，温度降低时，内能减少，内能也是一个状态量．③热量是在热传递过程中传递内能的多少，它反映了热传递过程中内能转移的数量，是内能转移多少的量度，是一个过程量，要用“吸收”或“放出”来描述，而不能用“具有”或“含有”来描述．没有热传递，就没有内能的转移，也就不存在“热量”问题.(2)联系：温度的变化可以改变一个物体的内能，热量可以用来量度内能转移的多少，物体吸收或放出热量，它的内能将发生改变，但它的温度不一定改变，但在热传递过程中，物体的温度发生变化时，物体一定有吸热或放热现象.教师导入：在热传递中物体内能改变的多少叫热量，那么同一个物体吸收或放出的热量跟什么因素有关呢？(二)探究物体吸收或放出的热量1.[活动1]研究水的吸热与其质量、温度变化的关系启发学生分析、讨论该问题需分两步完成：A.探究水的吸热跟温度变化的关系(1)实验器材：铁架台一个、酒精灯一盏、温度计一支、量筒一个、相同的烧杯几个、钟表一只.(2)进行实验与收集数据：①组装实验装置(如图12－2－1所示).②用量筒量取100mL即100g水倒入烧杯中.③用酒精灯对水加热后，选取一个温度作为起始温度，开始计时，并将水每升高相同温度(例如5℃)所用的时间记录在下表中.实验记录：实验中水的起始温度为25℃.培养学生设计实验、观察实验、分析实验的能力.,(3)分析与论证：100g水温度每升高5℃，加热时间均为3min，这表明每升高5℃时，水吸收的热量相等.(4)得出结论：同种物质，当质量一定时，吸收的热量与升高的温度成正比.B.探究水的吸热跟它的质量的关系(1)实验器材：铁架台一个、酒精灯一盏、温度计一支、量筒一个、相同的烧杯几个、手表一只.(2)进行实验与收集数据：①组装实验装置(如图12－2－1所示).②用量筒分别取50mL(50g)、100mL(100g)、150mL(150g)、200mL(200g)水装入四个完全相同的烧杯中.③用酒精灯分别对四个烧杯中的水加热后，选取一个温度作为起始温度(例如25℃)，开始计时，分别把升高相同的温度(例如5℃)所用的时间记录在下表中.实验记录：实验中水的起始温度为25℃.(3)分析与论证：成正比例的水的质量、升高相同的温度，加热所用的时间成正比例，表明吸收的热量亦成正比例.(4)得出结论：当升高相同的温度时，水吸收的热量跟它的质量成正比.2.教师提出问题：综合上述两个实验结论，你能得出什么结论？如果不用水，而用其他液体做上述两个实验，又能得到什么结论？引导学生交流、讨论后回答：(1)对同种物质的物体，它吸收的热量跟物体的质量、温度的变化成正比.然后再引导学生探究：同种物质(比如水)放出的热量跟物体质量的大小、温度的变化的关系．最后得出结论.(2)实验结论：对同种物质的物体，它吸收或放出的热量跟物体质量的大小、温度的变化成正比.,(3)同时教师还可以说明：英国科学家焦耳经过长期实验研究得出：1kg的纯水温度升高1℃所吸收的热量是4.2×103J；1kg的纯水温度降低1℃所放出的热量也是4.2×103J.教师导入：我们家里烧水、做饭、供暖都是利用内能，这些内能绝大部分是通过燃料燃烧获得的．在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能，释放出能量．煤、石油、天然气、农作物的秸秆等都可作为燃料．经验和研究告诉我们这些燃料燃烧获得内能的多少与燃料的多少、燃烧程度以及燃料的种类有关．如何表示燃料的这种能力呢？(三)燃料的热值1.让学生阅读课本第28页内容后，回答下列问题：(1)我们常用的燃料可分为三类：固体燃料，比如________；液体燃料，比如________；气体燃料，比如________.(2)实验表明，质量相同的不同燃料完全燃烧所放出的热量是________的.(3)在物理学里，把1kg某种燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的________．它的符号是________，它的单位是________.(4)从热值表可以查出，无烟煤的热值是________，它表示的意思是________.(5)燃料完全燃烧所放出的热量计算公式Q＝________.(6)500g的汽油完全燃烧所放出的热量是________.(7)在多数情况下，燃料________完全燃烧，燃料燃烧释放出的热量也________完全得到利用，故燃料的燃烧效率比较________.(8)改善燃烧条件，使燃料燃烧得充分些，同时尽可能减少各种________，既可节约________，又可保护________.培养学生的总结归纳能力.培养学生设计实验、观察实验、分析实验的能力.培养学生总结归纳的能力.培养学生自主学习的能力.,[(1)煤　石油　天然气　(2)不相等　(3)热值qJ/kg　(4)3.4×107J/kg　1kg无烟煤完全燃烧所放出的热量是3.4×107J　(5)qm　(6)2.3×107J　(7)不可能　不可能　低　(8)热量损失　燃料　环境]2.教师提问：我们应如何理解热值的概念？待学生交流讨论后，师生共同小结：(1)1kg某种燃料完全燃烧放出的能量(热量)叫这种燃料的热值．理解时要注意关键词“1kg”、“完全燃烧”．热值的单位是焦/千克，符号为J/kg，有些燃料的热值单位用焦/米3，符号为J/m3.燃料的热值是反映燃料燃烧放热本领的物理量，是燃料本身的一种特性，不同燃料的热值一般不同，而对于同一种燃料来说，其热值是一个定值，与燃料的形态、质量、体积没有关系.(2)根据热值的定义，1kg某种物质完全燃烧放出的热量为q，那么mkg某种燃料完全燃烧放出的热量应该是热值的m倍，如果用Q表示燃料完全燃烧释放的热量，用q表示热值，用m表示质量，则Q＝mq.计算时每个物理量都要用国际单位，热量的单位是焦耳，质量的单位用千克，热值的单位是J/kg.3.教师提问：燃料燃烧时能量是如何转化的？为什么说热值是燃料的一种特性？发射火箭时为什么要使用液态氢作燃料？学生交流讨论后，师生共同小结：(1)在燃烧时能产生内能的物质称为燃料．燃料可分为固体燃料(如木柴、煤炭等)、液体燃料(如汽油、柴油、酒精等)和气体燃料(如氢气、煤气、天然气等)三种，人们可以从这些燃料的燃烧中获得内能，比如：用来取暖、煮饭．热机利用燃料燃烧获得动力．燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程.(2)热值是燃料的一种特性，决定于燃料的种类，同种燃料的热值相同，不同种燃料的热值一般不同，也有相同的，如汽油和煤油是不同的物质，但它们的热值都是4.6×107J/kg，焦炭与酒精的热值都是3.0×107J/kg.(3)在一般条件下，每千克氢气燃烧时，放热1.43×108J，这约是同质量的汽油燃烧释放热量的3倍；密度小也是火箭选择液氢为燃料的重要因素之一，因为这样可以减小火箭的发射质量.4.[活动2]怎样选择燃料(1)让学生阅读教材，各同学之间相互讨论交流．待学生回答后，师生共同纠正，共同解决问题.最后让学生阅读教材“信息浏览”，了解有关“天然气”燃料的问题.　　(2)教师提问：同学们家里大都使用的是炉子，那什么是炉子的效率呢？师生共同小结：炉子有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比叫做炉子的效率．计算公式：η＝×100%.而现代化大型锅炉的效率可达到90%以上，一般小型锅炉的效率不足60%.家庭中原来使用的炉子效率甚至更低，有的还达不到20%，培养学生汇总知识，总结归纳的能力.培养学生交流思考的能力.,大部分能量白白损失掉了．其原因：一是燃料不可能完全燃烧；二是燃料燃烧放出的热量散失很多，只有一小部分被有效利用．所以，提高炉子的效率，提高燃料的利用率是节约能源的重要措施．把固体燃料磨成粉末吹进炉膛内进行燃烧，加大送风量，可使燃料燃烧得更加充分；加大受热面积，可减小烟气带走的热量，这些都是提高炉子的效率和燃料利用率的具体措施.┃教学小结┃【板书设计】12．2　热量与热值一、热量1．燃料的种类：固体、液体、气体．2．在热传递中物体内能改变的多少叫热量．3．热量的单位：焦耳(J)二、物体吸收或放出热量当物体温度升高或者降低时，它吸收或放出的热量与物体质量的大小、温度的变化多少成正比．三、燃料的热值1．1kg某种燃料完全燃烧所放出的热量叫做这种燃料的热值．2．热值的符号：q　单位：J/kg【教学反思】本节课是在上一节内能的基础上引出热量的概念，大多数学生比较容易接受，但对物体吸收和放出热量的实验探究，不少同学的实验效果不太理想，占用时间太多，今后教学需要重新设计这个实验．对“燃料的热值”的教学，采取让学生根据阅读后自己总结、自主探究的方式，应该说效果还是相当不错的，但对燃料热值的特性和有关热值的计算，还需通过一定的习题加以训练，以加深理解和掌握．