九年級物理全冊 第14章 內能的利用學案 （新版）新人教版

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第十四章　內能的利用 14．1　熱機 【學習目標】 1．了解熱機的工作原理。 2．了解汽油機的基本工作原理。 3．了解柴油機的基本工作原理。 【重點難點】 汽油機與柴油機的工作原理以及工作過程中的能量轉化情況。 學習內容一：熱機 學習指導：閱讀課本P17－P18文字內容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1．人們發(fā)現內能可以做功，利用內能做功的機械叫熱機。 2．燃料直接在發(fā)動機的汽缸內燃燒產生動力的熱機，叫內燃機。 3．內燃機分為汽油機與柴油機兩大類。它們分別用汽油與柴油作為燃料。 【合作探究】教師巡視輔導。 演示P17圖14.1－1，請學生觀察后討論如下問題： 1．點然酒精后，有什么現象發(fā)生？ 答：聽到“呯”的一聲，看到塞子飛出去，瓶口附近出現“白霧”。 2．塞子為什么會飛出去？瓶口為什么會出現“白霧”？ 答：酒精燃燒給試管中的水加熱，試管內產生大量的水蒸汽，當管內的氣壓大到一定程度時，塞子在水蒸汽壓力的作用下就會飛出去。管內的水蒸汽對塞子做了功，內能減少，溫度降低，水蒸汽遇冷液化，形成“白霧”。 3．從酒精燈點燃到塞子飛出去，能量是怎么轉化與轉移的？ 答：酒精具有化學能，燃燒后化學能轉化為內能 ，內能通過熱傳遞的方式轉移給水，水的內能增加，溫度升高，產生大量水蒸汽，水蒸汽推動塞子做功，內能轉化為塞子的動能。 4．在大屏幕上展示P18圖14.1－2，這個內燃機與剛才的演示實驗裝備在結構上有什么相同點？ 活塞——塞子　　　　　　汽缸——試管 5．它們工作時能量轉化有什么共同點？ 共同點：能量轉化過程相同，都是燃料燃燒后的內能轉化為機械能。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1．在演示實驗中，塞子不能塞得太緊，否則有可能引起試管爆裂。 2．內燃機與其它熱機的能量轉化方式一樣：內能轉化為機械能。不同點在于內燃機的燃料在汽缸內燃燒，所以稱之為“內燃”。 【即時練習】 1．完成P21第1題。 2．內燃機的特點是：燃料在汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣，燃氣推動活塞做功，將內能轉化為機械能。 學習內容二：汽油機、柴油機 學習指導：閱讀課本P18－P20文字內容與插圖，二人為一組，相互描述汽油機的工作過程。 【自學檢測】 1．汽油機的結構：汽缸上部有進氣門和排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞。 2．汽油在汽缸內燃燒產生高溫高壓的燃氣，推動活塞做功，活塞移動帶動曲軸轉動。 3．活塞從汽缸的一端運動到另一端的過程，叫一個沖程。汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的。 【合作探究】教師巡視輔導。 1．使用PPT動畫展示汽油機工作過程，說說汽油機是怎樣工作的，并將下面的空補充完整。 汽油機一個完整的工作循環(huán)有四個沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。 A．吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，汽油與空氣的混合物進入汽缸。 B．壓縮沖程：進氣門排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料與空氣的混合物被壓縮，溫度升高。 C．做功沖程：在壓縮沖程結束時，火花塞點火，燃料燃燒，產生高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體推動活塞向下運動，帶動曲軸轉動，對外做功。 D．排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，把廢氣排出汽缸。 2．討論并完成“想想議議” (1)在壓縮沖程中，機械能轉化為內能，在做功沖程中，內能轉化為機械能。 (2)做功沖程使汽車獲得動力。 (3)排氣沖程排出廢氣。 3．閱讀P19柴油機的相關內容，比較一下汽油機與柴油機的異同并將下列表格補充完整。 相同點 能量轉化方式 都是把內能轉化為動能 工作過程 都有四個沖程：吸氣、壓縮、做功、排氣。 不同點 吸氣沖程： 汽油機吸入是的汽油與空氣的混合物。柴油機吸入的是純凈的空氣。 壓縮沖程： 汽油機在壓縮沖程結束時，火花塞產生電火花，是“點燃式”；柴油機在壓縮沖程結束時，汽缸內的溫度已超過柴油的燃點，此時，噴油嘴噴出霧狀的柴油，遇到熱空氣馬上燃燒，是“壓燃式” 功率不同： 柴油機功率一般較大，一般應用于大型機械上， 汽油機相對功率較小，一般應用于小型機械上。 效率不同： 柴油機對燃料利用率較高，機械效率較高，汽油機機械效率較低。 4.閱讀P20科學世界“現代汽車”，說說現代汽車與過去的汽車相比有哪些優(yōu)點。 答：減少污染，降低消耗。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1．在四沖程汽油機中，只有做功沖程對外提供了動力，其他三個沖程依靠飛輪的慣性完成。手扶拖拉機在啟動時，要用人力轉動搖把，帶動飛輪轉動，完成吸氣與壓縮沖程、排氣沖程，然后發(fā)動機才能開始正常工作。小汽車啟動時，轉動鑰匙，電動機開始帶動飛輪轉動，完成吸氣與壓縮沖程、排氣沖程。 2. 一個工作循環(huán)，活塞來回運動二次，曲軸旋轉二周，對外做功一次。 【即時練習】 完成課本P21第2、3題。 【當堂練習】見訓練案基礎部分 14．2　熱機的效率 【學習目標】 1．從能量轉化的角度認識熱值，并能進行相關的計算。 2．通過能量的轉化與轉移，認識效率，能計算熱機的效率。 【重點難點】 1．認識熱值，利用熱值計算物質燃燒放出的熱量。 2．認識熱機的效率，能計算熱機的效率。 學習內容一：燃料的熱值 學習指導：閱讀課本P22－P23的文字內容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1．某種燃料完全燃燒所放出的熱量與質量之比，叫做這種燃料的熱值。 2．熱值的單位由熱量與質量的單位組合而成，在國際單位制中，熱量的單位是焦耳，質量的單位是千克，所以熱值的單位是焦每千克，符號是J/kg。 3．酒精的熱值是3.0107_J/kg，它的物理意義是：1 kg酒精完全燃燒所放出來的熱量是3.0107_J。 【合作探究】教師巡視輔導。 1．說一說：在我們的家庭中，會使用哪些燃料？ 答：煤、液化氣、木柴等。 2．根據我們的生活經驗想一想：燒開同樣一壺水，使用不同的燃料，所消耗的燃料的質量是一樣多嗎？ 答：燒開同樣一壺水，使用不同的燃料，消耗的燃料的質量是不同的； 這說明什么？ 答：這說明，不同的燃料，燃燒后放出的熱量是不同的。 3．在物理學中，我們用熱值的概念來表示這種差異。這種下定義的方法叫“比值法”。 4．閱讀P23第二段的內容，歸納一下利用燃料的熱值和質量，來計算燃料完全燃燒所放出熱量的公式。(用Q放表示放出的熱量，q代表燃料的熱值，m代表燃料的質量) 答：Q放＝qm 5．如果是氣體燃料，公式又是什么樣的？ 答：Q放＝qV 6．請寫出這二個公式的推導式。 答：m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V。 7．在實際的燃燒過程中，燃料能否充分燃燒？如果不能則燃料的熱值是否會發(fā)生變化？ 答：熱值是一個理論值，只有燃料充分燃燒，放出的熱量才等于利用上述公式計算得出的熱量。因為燃料不可能完全燃燒，所以放出的熱量會比理論值稍小。但燃料的熱值不會改變。 【展示交流】 請學生利用熱值公式完成P26第1、2題，注意計算格式。 【精講點撥】 1．熱值只與燃料的種類有關，與燃料是否充分燃燒，燃料的質量、體積均無關系。 2．在計算燃料燃燒放出的熱量時，熱值與質量的單位必須是國際單位，計算的結果才是J，同理，在計算氣體燃料燃燒放出的熱量的時候，熱值的單位應為J/m3，體積的單位應為m3，計算的結果才是J。 3．利用推導式m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V可以求出對應的燃料的質量、體積、熱值 。 【即時練習】 1．關于燃料的熱值，以下說法中正確的是( A ) A. 燃料的熱值與燃料的燃燒情況無關 B. 容易燃燒的燃料，熱值一定大 C. 煤的熱值大于干木柴的熱值，燃燒煤放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多 D．放出熱量多，熱值就大 2. 一桶煤油用掉了一半，則剩下的煤油( D ) A. 密度和熱值不變，比熱容減為原來的一半 B. 比熱容和密度不變，熱值減為原來的一半 C. 熱值和比熱容不變，密度減為原來的一半 D. 密度、熱值和比熱容都不變 學習內容二：熱機效率 學習指導：閱讀課本P23－P24文字內容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1．對于熱機而言，燃料釋放的能量一部分用來做功，一部分散失了。用來做有用功的那一部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫熱機效率。 2．蒸汽機的效率只有6_%～15_%，汽油機的效率可以達到20_%～30_%，柴油機的效率可以達到30_%～40_%。 3．設法利用廢氣帶走的熱量，是提高燃料利用率的重要措施。 【合作探究】教師巡視輔導。 1．我們在用煤氣燒水的時候，煤氣能否充分燃燒，煤氣燃燒放出的熱量能否都被水吸收？ 答：煤氣不能充分燃燒，燃燒放出的熱也不能完全被水吸收。 2．閱讀課本P24“想想議議”，回答相關問題。 答 ：燃料燃燒放出的熱量，一部分直接散失到空氣中去， 一部分被廢氣帶走，只有一小部分用來做有用功了。 3．在八年級，我們學習了機械效率，那么我們能不能用類似的方法來計算出內燃機的效率呢？在內燃機的效率問題中，什么相當于有用功？什么相當于總功？推導出相關公式。 答：內燃機對外做的功相當于有用功，燃料燃燒放出的熱量相當于總功。 η＝W有用/Q放 4．在問題1中，如果要計算煤氣燒水時的效率，公式是什么樣的？討論后推導之。 答：η＝Q吸/Q放 5．熱機的效率是熱機性能的重要指標，提高熱機效率有何意義，怎樣提高熱機效率？ 答：提高熱機效率可以節(jié)省燃料，減少污染。提高熱機效率的方法：1.盡量使燃料充分燃燒；2.設法利用廢氣帶走的熱量 。 6．閱讀P25“從火車到火箭”，了解人類運輸工具的進步。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1．為了提高熱機的效率，在大型火力發(fā)電站，人們常常利用蒸汽輪機排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。 2．在計算熱機效率的時候，一般先利用公式Q放＝qm 或Q放＝qV 計算出燃料完全燃燒放出的熱(這相當于機械效率中的總功) 再利用W有用/Q放＝η 或Q吸/Q放＝η計算出熱機的效率。 【即時練習】 1．完成課本P26第3、4題。 2．據估計，全國一年可產生城市生活垃圾約5.6108 t，焚燒生活垃圾釋放的熱量為我所用，是綜合利用垃圾的一種方法。若燃燒1 t生活垃圾可以放出1.1761010 J的熱量，問：(1)這些熱量相當于完全燃燒多少焦碳產生的熱量？(2)這些熱量可以將多少 kg的水由20 ℃加熱到沸騰？ 【當堂練習】見訓練案基礎部分 14．3　能量的轉化和守恒 【學習目標】 1．知道能量守恒定律。 2．能舉出日常生活中能量守恒的實例。 3．用能量守恒的觀點分析物理現象。 【重點難點】 1．知道能量守恒定律。 2．區(qū)別能量的轉化和轉移。 學習內容一：能量的轉化 學習指導：閱讀課本P27文字內容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1．在一定條件下，各種形式的能量是可以相互轉化的。 2．摩擦生熱，是機械能轉化為內能；水輪機發(fā)電是機械能轉化為電能，電水壺燒水是電能轉化為內能。 【合作探究】教師巡視輔導。 1．閱讀P27圖14.3－1舉出發(fā)生了能量轉化的實例。 答：摩擦生熱——機械能轉化為內能 水放在太陽下——內能轉移到水中 太陽電池——太陽能轉化為電能 小電扇旋轉——電能轉化為機械能 摩擦起電——機械能轉化為電能 光合作用——太陽能轉化為化學能 燃料燃燒——化學能轉化為內能 2．以上事例能說明什么？ 答：在一定條件下，能量是可以相互轉化的。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1．能量不但可以相互轉化，還可以轉移。比如合作探究1中，把水放在太陽下，水會變熱，這是太陽光具有的內能轉移到水中。 2．能量的轉化與轉移的區(qū)別。能量的轉化，能量的形式發(fā)生了改變；能量的轉移，能量的形式沒有發(fā)生改變，只是從一個物體轉移到另一個物體。 【即時練習】 1．完成P29第1題。 2．下列過程中，屬于電能轉化為機械能的是( C ) A．太陽能電池充電　　　　B．電燈照明 C．電風扇工作　　　　 D．風力發(fā)電 3.用做功的方式改變物體的內能，能量是怎么改變的？用熱傳遞的方式改變物體的內能，能量是怎么改變的？ 答：做功改變內能——機械能轉化為內能。 熱傳遞改為內能——內能從一個物體轉移到另一個物體。 學習內容：能量守恒定律 學習指導：閱讀課本P28－P29文字內容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1．能量守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為另一種形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。 2．能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的基本定律之一，所有的能量轉化過程，都服從能量守恒定律。 【合作探究】教師巡視輔導。 閱讀P28“想想議議”，并結合圖14.3－2，思考并回答相關問題。 1．小球為什么越彈越低？它的機械能發(fā)生了什么變化？ 答：小球的機械能被消耗了，機械能的總量在減少。 2．在此實驗中，機械能的總量為何不能守恒？為什么減少的機械能跑到哪里去了？ 答：因為機械能守恒是有條件的——只在勢能與動能之間發(fā)生轉化，機械能才能守恒。在這個實驗中除了動能與勢能的轉化外，小球還要克服摩擦做功，一部分機械能會轉化為內能。 3．此實驗給我們什么啟示？ 答；說明能量是可以相互轉化的，還說明能量不會憑空產生，也不會憑空消失。 4．舉出生活中能量轉化與守恒的實例，并解釋。 5．展示P29圖14.3－3，想一想這個裝置能否實現“永動”。 答：這個裝置不能實現“永動”，因為砂輪做功要消耗一部分水的機械能，被抽上去的水比流下來的水少，最終會停止。它違背了能量守恒定律。 6．思考：既然能的總量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？ 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 一切機器在工作時候都要消耗能量才能對外做功，不消耗能量能對外做功的機械是不存在的，它們都違背了能量守恒定律，所以“永動機”是不可能成功的。 【即時練習】 1．完成P29－P30第2、3題。 2．下列說法中錯誤的是( A ) A．能的轉化和守恒定律只適用于物體內能的變化 B．只要有能的轉化和轉移，就一定遵從能量守恒定律 C．能的轉化和守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器 D．任何一種形式的能在轉化為其他形式的能的過程中，消耗多少某種形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的總量是保持不變 3．電動機通電后電動機帶動其他機器運轉，一段時間后，電動機的外殼就會變得燙手，則下列關于能的轉化和守恒的說法中正確的是( B ) A．電能全部轉化為機械能，總的能量守恒 B．電能一部分轉化為機械能，另一部分轉化為內能，總的能量守恒 C．電能全部轉化為內能，內能守恒 D．電能轉化為機械能和內能，機械能守恒 【當堂練習】見訓練案基礎部分