机械能与内能的相互转化

1、§ 12.4机械能与内能的相互转化课程标准1. 通过实例认识能量可以从-个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。2. 知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。如实验：试管屮的水蒸气把橡胶塞弹出（实验 时注意安全），水蒸气的内能转化成了橡胶塞的动能，这时，水蒸气做了功。3. 从能量转化的角度认识燃料的热值。4. 了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。如：了解蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机的基本原理及这些发动机对生产力发展所起的作用。 教材分析及安排教材首先从做功能改变物体的内能入手，与上一节热传递改变物体内能的内容相呼应，冇助于 学生认识这两种改变物体内能方式之间

2、的界同。接着介绍了内能转化为机械能，为下血进行热机的 教学进行了铺垫。在应用中重点介绍了四冲程汽油机的构造和工作过程，而対柴油机和蒸气机则在 “信息库”中予以介绍，这样做既能突出重点又能扩大学生的知识面。通过“热机的发展历程” 一 文，展示热机的发展对人类社会文明的进程所起的积极作用，使学生了解内能的利用在人类社会发 展史上的重要意义。通过比较质量相同的酒梢、纸片充分燃烧时放热不同，帮助学牛建立热值的概 念，并指导学生从能量转化的角度认识燃料的热值。教材提供“化石燃料的燃烧和环境保护” 一文, 目的是要让学生认识到燃烧排放物对环境的影响，从而培养自觉的环保意识。本节计划三课时完成。第一课时教学

3、目标1. 知识与技能：（1）通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式，是机械能能向内能的转化过程。（2）通过观察、分析内能转化为机械能的过程。2. 方法与过程：（1）通过观察和分析，知道做功是改变内能的方式乙一。（2）体验用类比方法，加深对物理概念理解的过程，学会迁移学习。3. 情感、态度、价值观：（1）冇应用科学原理解决实际问题的意识和积极性。（2）通过探究或体验探究的过程，激发主动学习的兴趣。重点和难点做功可以改变物体的内能，做功改变物体内能的实质。教学用具:铁丝、砂纸、空气压缩引火仪、电了式火花发生器、茶叶罐、酒精、乙醛、棉絮等教学过程一、新课引入（约5分钟）师：物体的内能与温度有什

4、么关系？生：物体温度升高时，内能增加；温度降低时内能减少。师：用什么方式可以改变物体的内能？具体怎样改变？生：热传递。物体吸收热量，内能增加；物体放出热呈:，内能减少。师：热传递是改变物体内能的实质是什么？生：热传递是改变物体内能的实质是内能的转移，总的内能没有改变。师：展示图片并提出问题：为什么从滑梯上滑下吋，会感到烫呢？是热传递改变了内能吗？如果不是，那是什么方式改变了物体的内能呢生：（思考）二、活动12. 5：研究做功能否改变物体的内能（约20分钟）做一做：如图12-26所示，将铁丝快速地反复弯折十余下，然后用手触摸弯折处，冇何感觉？住：（实验丿口）有点烫。师：物体（铁丝）的内能改变了吗

5、？生：增加了。看一看：在厚壁玻璃筒小放入浸有乙醸的一小撮棉絮，用力迅速向下压活塞，观察看到的现象。师：看到了什么现象？生：火光。师：这说明在这个过程小，乙醸燃烧了。乙瞇燃烧除了要有氧气外，还有一个条件是：温度达到着 火点。因此，在压缩的过程中，乙醸的温度升高了，内能增加了。议一议：师：在上面两个活动屮，物体增加的内能是从何而來的呢？是通过热传递吗？生：，不是热传递。师：在上而两个活动小，物体增加的内能不是通过热传递，而是另外-种改变物体内能的方式 做功。师：在第一个活动中，铁丝弯折时，内侧被压缩，外侧被拉伸。不论是压缩还是拉伸，都需要克服 分子间作用力做功。因此，它是通过做功的方式改变了物体的

6、内能。在第二个活动中，将活塞下压 时，也要做功。因此，也是通过做功的方式改变了物体的内能。那么，在这两个活动中，物体内能 增加的实质是什么呢？生：师：运动的活塞具有什么形式的能量？生:动能（机械能）。师：对。在这两个活动屮，物体内能增加的实质是机械能转化为内能。师：你还有什么方法可以铁丝的温度升高？生：放在火中烧；用砂纸摩擦；用榔头敲打；在太阳下晒师：这些方法中，分别用什么方式改变物体的内能？生：师：现在我们知道从滑梯上滑下时，为什么臀部会感到烫了吧。说说看。生：从滑梯上滑下，由于克服摩擦做功，机械能转化为内能，使内能增加，温度升高，所以会感到 发烫。师：你还能再举一些通过做功改变物体内能的实

7、例吗？三、活动12. 6：演示点火爆炸将内能转化为机械能（约8分钟）师：（实验演示后）看到了什么现象？生：罐盖飞出。w：将罐盖推出，需要对它做功吗？生：需要。师：那么，是什么对罐盖做功的呢？: 师：是酒精燃烧产生的高温、高压燃气对罐盖做了功，燃气的内能减少，转化为罐盖的机械能。师：下面我们一起来小结一下改变物体内能的方式，并进行对比。生：思考改变物体内能的方热传递（能量的转移）做功i （能虽的转化）物体吸收热量，内能增加。物体放出热量，内能减少。对物体做功，内能增加。物体对外做功，内能减少。四、课堂练习（约10分钟）1、火柴为什么能够擦燃？（动画）2、在试管里装入一些水，用软木塞塞住，加热使水

8、沸腾，水蒸气会把软木塞冲开.在这一过程屮,水蒸气膨胀时对软木塞,消耗了水蒸气的一部分能，转化为软木塞的能.3、p53 “www” t14、请总结一下：有哪儿种典型的做功类型。五、布置作业p53 “www” t2、t3板书设计:§ 12. 4机械能与内能的相互转化一、改变物体内能的方式：改变物体内能的方热传递（能量的转移）做功i （能量的转化）f 物体吸收热量，内能增加。i物体放出热最，内能减少。物体对外做功，内能减少。（对物体做功，内能增加。第二课时教学目标1. 知识与技能：（1）通过分析内能转化为机械能的过程，知道热机的工作原理。（2）了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程。2.

9、方法与过程：通过观察演示，认识汽汕机，了解汽汕机的四个冲程及能量的转化情况。3. 情感、态度、价值观：（1）冇应用科学原理解决实际问题的意识和积极性。（2）通过探究或体验探究的过程，激发主动学习的兴趣。（3）通过汽油机的学习以及阅读“热机的发展历程”，了解内能的利用在人类社会发展史上的重要 意义。重点和难点汽油机的工作原理。教学用具:汽汕机模型、多媒体课件等。教学过程一、复习引入（约5分钟）师：冋顾一下上节课“点火爆炸”实验。生：师：在这个实验小，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的内能减少，转化为机械能。根据这个原理,可以制造出-种将内能转化为机械能的机器热机。这节课我们-起來探究热机。二、汽油

10、机的构造（约5分钟）生：阅读p47-48图12-29师：热机是将燃料燃烧产住的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。其共同特点是：师：（结合模型、动画）热机的主要部件名称：气缸、活塞；曲轴、连杆；进、排气门；火花塞。生:阅读p48“信息快递”师：（动画）汽汕机工作时，活塞在气缸内做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一-端的过程叫做 冲程。三、汽油机的工作循环（约20分钟）生：阅读p48“汽油机的一个工作循环”生：观看动画，注意观察各个冲程中，进、排气门的开闭情况；活塞运动方向；火花塞的工作情况。师：（动画分解）1、吸气冲程：进气门开，排气门关，活塞向下运动，将燃料 和空气的混合物吸入气缸。简

11、化图如图1所示。2、压缩冲程:进气门关,排气门关，活塞向上运动,燃料混 合气体被压缩，温度升简，机械能转化为内能。简化图如图 2所示。压缩冲程末，火花塞打火，使燃料混合物猛烈燃烧。3、做功冲程:进气门关,排气门关，燃烧产生的高温、高压 燃气膨胀，推动活塞向下运动，对活塞做功，内能转化为机 械能。简化图如图3所示。4、排气冲程:进气门关,排气门关，活塞向上运动,将废气 排出气缸，为新的吸气冲程作好准备。简化图如图4所示。生：阅读p49 “想一想”汽汕机完成一个工作循环：1、活塞经历四个冲程分别为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、i imi4排气冲程。其中他功冲程是燃气对外做功的过程。2、曲轴旋转圈,

12、活塞往复2_次。3、压缩冲程中机械能转化为内能，做功冲程中内能转化为机械能。汽油机各主要部件的作用：气缸：燃料（汽油）燃烧的场所；燃气做功的对彖，通过做功，燃气的内能转化为活塞的机械能；illi轴、连杆：传递能量；进气门：燃料混合物通过进气门进入 气缸；排气门：废气通过排气门排出气缸；火花塞：放出电火花点燃燃料混合物。四、汽汕机小结（约5分钟）冲程名称进气门排气门活塞运动方向火花塞作用能量转化吸气冲程开关向下关吸入燃料混合物压缩冲程关关向上冲程末点火压缩气体，提高温度机械能转化为内能做功冲程关关向下关燃气推动活塞做功内能转化为机械能排气冲程关开向上关排出废气五、热机的发展历程（约8分钟）生：阅

13、读p49“热机的发展历程”，体会热机的发展对人类社会文明的进程所起的积极作用。板书设计:二、汽汕机§ 12. 4机械能与内能的相互转化六、布置作业:p53 “www” t4、t5o1、热机是将燃料燃烧产生的髙温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。其共同特点是:做功机械能汽油机的主要部件名称：气缸、活塞；曲轴、连杆；进、排气门；火花塞。3、汽汕机完成一个工作循环：活塞经历四个冲程分别为吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程,其中只有做功冲程是燃气对外做功的过程。曲轴旋转2圈，活塞往复2次。4、冲程名称进气门排气门活塞运动方向火花塞作用能量转化吸气冲程开关向下关吸入燃料混合物压缩冲程关关

14、向上冲程末点火压缩气体，提高温度机械能转化为内能做功冲程关关向下关燃气推动活塞做功内能转化为机械能排气冲程关开向上关排出废气第三课时教学目标1. 知识与技能：（1）通过活动，知道质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量-般不同。（2）理解热值的概念，知道热值是燃料木身的物理属性。（3）理解燃料燃烧放热的计算公式。2. 方法与过程：（1）通过活动，探索出质量相同的不同燃料完全燃烧放出的热量一般不同。（2）通过阅读“化石燃料的燃烧和环境保护” 一文，认识燃烧排放物对环境的影响。3. 情感、态度、价值观：（1）通过活动，体验科学探究的乐趣。（2）通过阅读“化石燃料的燃烧和环境保护”，初步认识能源与人类生

15、存和社会发展的关系。重点和难点燃料的热值，燃料完全燃烧的放热公式。教学用具:酒精10g、碎纸片10g.烧杯、水200g、温度计、铁丝、铁架台、燃烧皿等。教学过程（简案）一、复习引入（约5分钟）师：热机是将燃料燃烧产住的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。其共同特点是：燃料的燃烧化学能 =做功其内能来自燃料燃烧放出的热虽。你能说出冃前我们使用的燃料主要冇哪些？生：冇煤、煤气、液化气、天然气、木柴、汽油、柴油w：提供信息，某家庭人口及用热情况基本不变，原來使用蜂窝煤做燃料时，每月用煤约60kg,后 来改用液化气做燃料，每月用液化气约8kg。为什么两燃料的用量相差这么大呢？二、活动12. 7比较

16、质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量做一做：1、准备工作（约5分钟）：阅读p51 “做一做”，弄清怎么做？为什么要这样做？记录什么？冇哪些注意事项?怎么做？如图所示，将质量都为10g的酒精和碎纸片分别放在 两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装冇相同质量水的两个烧杯加 热，直至完全燃烧，记下两温度计示数的变化情况。为什么要这样做？ 控制变量法：酒梢和碎纸片的质量都是10g； 转换法：不同燃料充分燃烧时放出热虽的多少转换成相同质屋 的水吸热后升高温度的多少。记录什么？将加热前的水温和燃料燃尽后的水温记在表格中。冇哪些注意事项?注意安全：小心烫伤（特别是点火时）！如果不小心将酒精洒到了桌上，不要惊慌，

17、请立即用湿抹 布盖灭。为了让碎纸片尽可能充分燃烧，应将条状纸片，逐个少量添加到燃烧并用铁丝拨动，掉在、温度加热前的燃料燃尽水温的燃料水温/弋后的水温/七- 变化/%:10g酒箱10g碎纸片外面的也要放冋燃烧lul'i'o2、学生实验（约10分钟）:四人一大组，二人一小组，分别使用（a） 装置和（b）装置，做完后汇总数据。附 记录表。（二）想一想（约5分钟）：交流实验数据并讨论后得到结论： 相同质量的酒梢与碎纸片完全燃烧吋，烧杯中水温的变化情况一样吗？不一样。这说切了什么？ 实验表明，相同质量的酒精与碎纸片完全燃烧时，酒精比碎纸片放出的热量多。更多的实验农明，相同质量的不同燃料完

18、全燃烧所放出的热量般是不同的。那么，怎样來表示燃 料的这一物理属性呢?三、燃料的热值（约8分钟）:1、概念：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。符号：q,单位：j/kg。2、p52 “一些燃料的热值表”中查出酒精的热值，并说说其含义。酒精的热值是3.0x107j/kg,其含义是：1炬酒精完全燃料放出的热量是3.0x107jo那么，2kg酒粕完全燃料放出的热量是多少呢？2kg酒精完全燃料放出的热量是3.0x 107j的2倍，即3.0x 107jx2=6.0x 107jo质量为m的酒精完全燃料放出的热量乂是多少呢?3、燃料完全燃烧放热的计算公式：q妒mq。计算：实验中，10g酒精完全燃烧放出的热量是多少？ 200g水温度升高30°c吸收的热虽是多少？q fa=mq=0.0lkgx3.0x107j/kg=3 x 105jq 吸二 cm (t10)=4.2x103j/ (kg °c) x 0.2kg x30°c =2.52 x 104j四、热效率(5分钟)：为什么水吸收的热量远小于酒精完全燃烧放出的热量呢？酒精完全燃烧放出的热虽除了被水吸收