内能与热机学案-沪科版9

内能与热机学案-沪科版9一、教学目标1.知识与技能目标了解内能的概念，能简单描述温度和内能的关系。知道热传递可以改变物体的内能，能举例说明生活中常见的热传递现象。理解比热容的概念，会用比热容解释简单的自然现象。知道内能与热量的关系，能区分内能和热量。了解热机的工作原理，能说出四冲程内燃机的工作过程。知道热值的概念，会计算燃料完全燃烧时放出的热量。2.过程与方法目标通过探究改变物体内能的方法，培养学生的观察、分析和归纳能力。通过比热容概念的建立过程，让学生体会控制变量法在科学探究中的应用。通过对热机工作过程的学习，培养学生的逻辑推理和空间想象能力。3.情感态度与价值观目标通过探究活动，激发学生的学习兴趣和科学探究精神。通过了解内能在生活中的应用，让学生体会物理与生活的紧密联系，培养学生的节能意识和环保意识。二、教学重难点1.教学重点内能的概念及改变内能的方法。比热容的概念及计算。热机的工作原理及四冲程内燃机的工作过程。燃料热值的概念及热量计算。2.教学难点内能概念的理解，尤其是内能与温度、热量的区别。比热容概念的理解及应用。热机工作过程中能量的转化和守恒。三、教学方法讲授法、实验探究法、讨论法、多媒体辅助教学法四、教学过程（一）内能1.引入新课展示图片：烧红的铁块、热水、运动的汽车等。引导学生思考：这些物体都具有能量吗？它们的能量形式一样吗？引出内能的概念，让学生初步感受内能是物体内部具有的一种能量。2.内能的概念讲解：物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。举例说明：分子在不停地做无规则运动，就像操场上乱跑的学生具有动能一样，分子也具有动能；分子间存在相互作用力，就像弹簧被拉伸或压缩时具有弹性势能一样，分子间也具有势能。强调：一切物体在任何情况下都具有内能。3.内能与温度的关系实验探究：器材：两个相同的烧杯、质量相等的热水和冷水、温度计、滴管、红墨水。步骤：分别向热水和冷水中滴入一滴红墨水，观察红墨水在水中的扩散情况。现象：热水中红墨水扩散得快，冷水中红墨水扩散得慢。结论：温度越高，分子无规则运动越剧烈，物体的内能越大。引导学生分析：物体温度升高时，内能增加；温度降低时，内能减少。4.改变内能的方法热传递讲解：热传递是热量从高温物体传到低温物体，或者从物体的高温部分传到低温部分的过程。举例：冬天用热水袋取暖，热水袋的热量传递给人体，使人体内能增加；炒菜时，菜吸收锅传递的热量，内能增加。强调：热传递的条件是存在温度差，热传递的实质是内能的转移。做功实验演示：器材：空气压缩引火仪、活塞、硝化棉。步骤：将硝化棉放入空气压缩引火仪的玻璃筒底部，迅速压下活塞，观察现象。现象：硝化棉燃烧起来。结论：对物体做功，物体的内能增加。举例：钻木取火，通过克服摩擦力做功，使木头的内能增加，温度升高，达到木头的着火点而燃烧。分析：物体对外做功，内能减少。例如，气体膨胀对外做功，气体的内能减少，温度降低。引导学生总结：做功和热传递在改变物体内能上是等效的。（二）比热容1.引入新课展示图片：炎热的夏天，海滩上的沙子和海水在太阳照射下温度变化不同。提出问题：为什么在同样的日照条件下，沙子和海水的温度升高不一样呢？引出比热容的概念，激发学生的探究兴趣。2.比热容的概念实验探究：器材：两个相同的酒精灯、两个相同的烧杯、质量相等的水和煤油、温度计。步骤：分别对质量相等的水和煤油加热，记录它们在相同时间内升高的温度。现象：在相同时间内，水升高的温度比煤油升高的温度慢。结论：质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。讲解：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量叫做这种物质的比热容。强调：比热容是物质的一种特性，不同物质的比热容一般不同。3.比热容的单位介绍：比热容的单位是焦耳每千克摄氏度，符号是J/(kg·℃)。举例：水的比热容是4.2×10³J/(kg·℃)，表示1kg水温度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的热量是4.2×10³J。4.比热容的应用解释现象：汽车发动机用水做冷却剂，是因为水的比热容较大，在升高相同温度时能吸收较多的热量，从而可以更好地冷却发动机。沿海地区昼夜温差比内陆地区小，是因为水的比热容比砂石、泥土的比热容大，在吸收或放出相同热量时，水的温度变化比砂石、泥土小。计算热量：公式：Q=cmΔt，其中Q表示吸收或放出的热量，c表示比热容，m表示质量，Δt表示温度变化。例题：质量为2kg的水，温度从20℃升高到70℃，吸收的热量是多少？解：已知c=4.2×10³J/(kg·℃)，m=2kg，Δt=70℃20℃=50℃根据Q=cmΔt可得：Q=4.2×10³J/(kg·℃)×2kg×50℃=4.2×10⁵J（三）内能与热量1.引入新课回顾内能和温度的关系，提问：温度变化时，物体的内能会改变，那么内能的改变和热量有什么关系呢？引出内能与热量的关系的讨论。2.内能与热量的区别和联系区别：内能是物体内部所有分子具有的能量，是一个状态量，可以说物体"具有"多少内能。热量是在热传递过程中，传递的能量的多少，是一个过程量，不能说物体"具有"多少热量，只能说物体"吸收"或"放出"多少热量。联系：物体吸收热量，内能增加；物体放出热量，内能减少。热传递过程中，传递的热量等于物体内能的改变量。3.热量的计算对于吸热过程：Q吸=cm(tt₀)，其中t是末温，t₀是初温。对于放热过程：Q放=cm(t₀t)。例题：质量为0.5kg的铝块，温度从30℃升高到80℃，吸收的热量是多少？（铝的比热容是0.88×10³J/(kg·℃)）解：已知c=0.88×10³J/(kg·℃)，m=0.5kg，t₀=30℃，t=80℃根据Q吸=cm(tt₀)可得：Q吸=0.88×10³J/(kg·℃)×0.5kg×(80℃30℃)=2.2×10⁴J（四）热机1.引入新课展示图片：汽车、火车、飞机等交通工具。提问：这些交通工具是靠什么提供动力的？引出热机的概念，介绍热机是将内能转化为机械能的机器。2.热机的工作原理讲解：燃料燃烧释放出内能，使工作物质（如燃气）的内能增加，温度升高，体积膨胀，对外做功，将内能转化为机械能。举例：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。3.四冲程内燃机的工作过程吸气冲程讲解：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物（柴油机吸入的是空气）。展示吸气冲程的示意图，让学生观察活塞的运动方向和气门的开闭情况。压缩冲程讲解：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩混合气体，使其内能增加，温度升高。强调：压缩冲程是将机械能转化为内能的过程。展示压缩冲程的示意图，分析能量转化情况。做功冲程讲解：在压缩冲程末，火花塞点火（柴油机是喷油嘴喷油），混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，对外做功。强调：做功冲程是将内能转化为机械能的过程，是内燃机的主要冲程。展示做功冲程的示意图，分析能量转化情况。排气冲程讲解：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。展示排气冲程的示意图，让学生观察活塞的运动方向和气门的开闭情况。引导学生总结四冲程内燃机的工作循环：一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。4.汽油机和柴油机的比较从构造上比较：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。从工作过程上比较：吸气冲程汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气；压缩冲程汽油机压缩程度小，柴油机压缩程度大；做功冲程汽油机是点燃式，柴油机是压燃式。从应用上比较：汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机、摩托车等小型交通工具上；柴油机比较笨重，但效率较高，常用在载重汽车、火车、轮船等大型交通工具上。（五）热值1.引入新课提问：不同的燃料燃烧时放出的热量一样多吗？引出热值的概念，说明热值是表示燃料燃烧放热本领的物理量。2.热值的概念讲解：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。强调：热值的单位是焦耳每千克，符号是J/kg。对于气体燃料，热值的单位常用焦耳每立方米，符号是J/m³。3.热值的计算公式：Q=mq（对于固体和液体燃料），Q=Vq（对于气体燃料），其中Q表示燃料完全燃烧放出的热量，m表示燃料的质量，V表示燃料的体积，q表示燃料的热值。例题：完全燃烧0.5kg的汽油，能放出多少热量？（汽油的热值是4.6×10⁷J/kg）解：已知m=0.5kg，q=4.6×10⁷J/kg根据Q=mq可得：Q=0.5kg×4.6×10⁷J/kg=2.3×10⁷J4.热机的效率讲解：热机工作时，燃料完全燃烧放出的热量，只有一部分用来做有用功，其余部分能量散失了。定义：热机用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。公式：η=W有/Q放×100%，其中η表示热机的效率，W有表示有用功，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量。强调：热机的效率总是小于1，提高热机效率的主要途径是减少热机工作中的各种能量损失，如使燃料充分燃烧、减少机械摩擦、减少废气带走的热量等。五、课堂小结1.引导学生回顾本节课所学内容，包括内能、比热容、内能与热量的关系、热机、热值和热机的效率等知识点。2.强调重点和难点内容，如内能的概念、比热容的计算、热机的工作原理等，帮助学生加深理解和记忆。3.让学生谈谈本节课的收获和体会，培养学生的总结归纳能力和语言表达能力。六、课堂练习1.下列关于内能的说法中，正确的是（）A.温度高的物体内能一定大B.物体的内能增加，一定是从外界吸收了热量C.物体的机械能增加，其内能也一定增加D.一切物体在任何情况下都具有内能2.比热容是物质的一种特性，它与物质的（）有关。A.质量B.体积C.温度D.种类3.质量为2kg的水，温度从20℃升高到60℃，吸收的热量是多少？（水的比热容是4.2×10³J/(kg·℃)）4.一台四冲程内燃机的飞轮转速为1800r/min，则它每秒钟完成______个工作循环，对外做功______次。5.完全燃烧0.3m³的天然气，能放出多少热量？（天然气的热值是7.0×10⁷J/m³）七、布置作业1.复习本节课所学内容，整理笔记。2.完成课本上的课后练习题。3.思考：如何提高热机的