九年級物理全冊 第14章 內(nèi)能的利用學(xué)案 （新版）新人教版

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第十四章　內(nèi)能的利用 14．1　熱機(jī) 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．了解熱機(jī)的工作原理。 2．了解汽油機(jī)的基本工作原理。 3．了解柴油機(jī)的基本工作原理。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 汽油機(jī)與柴油機(jī)的工作原理以及工作過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。 學(xué)習(xí)內(nèi)容一：熱機(jī) 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P17－P18文字內(nèi)容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學(xué)檢測】 1．人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)能可以做功，利用內(nèi)能做功的機(jī)械叫熱機(jī)。 2．燃料直接在發(fā)動機(jī)的汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機(jī)，叫內(nèi)燃機(jī)。 3．內(nèi)燃機(jī)分為汽油機(jī)與柴油機(jī)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(dǎo)。 演示P17圖14.1－1，請學(xué)生觀察后討論如下問題： 1．點(diǎn)然酒精后，有什么現(xiàn)象發(fā)生？ 答：聽到“呯”的一聲，看到塞子飛出去，瓶口附近出現(xiàn)“白霧”。 2．塞子為什么會飛出去？瓶口為什么會出現(xiàn)“白霧”？ 答：酒精燃燒給試管中的水加熱，試管內(nèi)產(chǎn)生大量的水蒸汽，當(dāng)管內(nèi)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(nèi)的水蒸汽對塞子做了功，內(nèi)能減少，溫度降低，水蒸汽遇冷液化，形成“白霧”。 3．從酒精燈點(diǎn)燃到塞子飛出去，能量是怎么轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的？ 答：酒精具有化學(xué)能，燃燒后化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ，內(nèi)能通過熱傳遞的方式轉(zhuǎn)移給水，水的內(nèi)能增加，溫度升高，產(chǎn)生大量水蒸汽，水蒸汽推動塞子做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的動能。 4．在大屏幕上展示P18圖14.1－2，這個內(nèi)燃機(jī)與剛才的演示實(shí)驗(yàn)裝備在結(jié)構(gòu)上有什么相同點(diǎn)？ 活塞——塞子　　　　　　汽缸——試管 5．它們工作時能量轉(zhuǎn)化有什么共同點(diǎn)？ 共同點(diǎn)：能量轉(zhuǎn)化過程相同，都是燃料燃燒后的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點(diǎn)撥】 1．在演示實(shí)驗(yàn)中，塞子不能塞得太緊，否則有可能引起試管爆裂。 2．內(nèi)燃機(jī)與其它熱機(jī)的能量轉(zhuǎn)化方式一樣：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。不同點(diǎn)在于內(nèi)燃機(jī)的燃料在汽缸內(nèi)燃燒，所以稱之為“內(nèi)燃”。 【即時練習(xí)】 1．完成P21第1題。 2．內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)是：燃料在汽缸內(nèi)燃燒，生成高溫高壓的燃?xì)?，燃?xì)馔苿踊钊龉Γ瑢?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 學(xué)習(xí)內(nèi)容二：汽油機(jī)、柴油機(jī) 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P18－P20文字內(nèi)容與插圖，二人為一組，相互描述汽油機(jī)的工作過程。 【自學(xué)檢測】 1．汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)：汽缸上部有進(jìn)氣門和排氣門，頂部有火花塞，下部有活塞。 2．汽油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推動活塞做功，活塞移動帶動曲軸轉(zhuǎn)動。 3．活塞從汽缸的一端運(yùn)動到另一端的過程，叫一個沖程。汽油機(jī)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(dǎo)。 1．使用PPT動畫展示汽油機(jī)工作過程，說說汽油機(jī)是怎樣工作的，并將下面的空補(bǔ)充完整。 汽油機(jī)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(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動，汽油與空氣的混合物進(jìn)入汽缸。 B．壓縮沖程：進(jìn)氣門排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)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(jié)束時，火花塞點(diǎn)火，燃料燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的氣體，高溫高壓的氣體推動活塞向下運(yùn)動，帶動曲軸轉(zhuǎn)動，對外做功。 D．排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)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(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，在做功沖程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)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(jī)的相關(guān)內(nèi)容，比較一下汽油機(jī)與柴油機(jī)的異同并將下列表格補(bǔ)充完整。 相同點(diǎn) 能量轉(zhuǎn)化方式 都是把內(nèi)能轉(zhuǎn)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(diǎn) 吸氣沖程： 汽油機(jī)吸入是的汽油與空氣的混合物。柴油機(jī)吸入的是純凈的空氣。 壓縮沖程： 汽油機(jī)在壓縮沖程結(jié)束時，火花塞產(chǎn)生電火花，是“點(diǎn)燃式”；柴油機(jī)在壓縮沖程結(jié)束時，汽缸內(nèi)的溫度已超過柴油的燃點(diǎn)，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(jī)功率一般較大，一般應(yīng)用于大型機(jī)械上， 汽油機(jī)相對功率較小，一般應(yīng)用于小型機(jī)械上。 效率不同： 柴油機(jī)對燃料利用率較高，機(jī)械效率較高，汽油機(jī)機(jī)械效率較低。 4.閱讀P20科學(xué)世界“現(xiàn)代汽車”，說說現(xiàn)代汽車與過去的汽車相比有哪些優(yōu)點(diǎn)。 答：減少污染，降低消耗。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點(diǎn)撥】 1．在四沖程汽油機(jī)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(jī)在啟動時，要用人力轉(zhuǎn)動搖把，帶動飛輪轉(zhuǎn)動，完成吸氣與壓縮沖程、排氣沖程，然后發(fā)動機(jī)才能開始正常工作。小汽車啟動時，轉(zhuǎn)動鑰匙，電動機(jī)開始帶動飛輪轉(zhuǎn)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(yùn)動二次，曲軸旋轉(zhuǎn)二周，對外做功一次。 【即時練習(xí)】 完成課本P21第2、3題。 【當(dāng)堂練習(xí)】見訓(xùn)練案基礎(chǔ)部分 14．2　熱機(jī)的效率 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識熱值，并能進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算。 2．通過能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移，認(rèn)識效率，能計(jì)算熱機(jī)的效率。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 1．認(rèn)識熱值，利用熱值計(jì)算物質(zhì)燃燒放出的熱量。 2．認(rèn)識熱機(jī)的效率，能計(jì)算熱機(jī)的效率。 學(xué)習(xí)內(nèi)容一：燃料的熱值 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P22－P23的文字內(nèi)容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學(xué)檢測】 1．某種燃料完全燃燒所放出的熱量與質(zhì)量之比，叫做這種燃料的熱值。 2．熱值的單位由熱量與質(zhì)量的單位組合而成，在國際單位制中，熱量的單位是焦耳，質(zhì)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(dǎo)。 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(jù)我們的生活經(jīng)驗(yàn)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(zhì)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(zhì)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(xué)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(nèi)容，歸納一下利用燃料的熱值和質(zhì)量，來計(jì)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(zhì)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(dǎo)式。 答：m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V。 7．在實(shí)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(jì)算得出的熱量。因?yàn)槿剂喜豢赡芡耆紵?，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(xué)生利用熱值公式完成P26第1、2題，注意計(jì)算格式。 【精講點(diǎn)撥】 1．熱值只與燃料的種類有關(guān)，與燃料是否充分燃燒，燃料的質(zhì)量、體積均無關(guān)系。 2．在計(jì)算燃料燃燒放出的熱量時，熱值與質(zhì)量的單位必須是國際單位，計(jì)算的結(jié)果才是J，同理，在計(jì)算氣體燃料燃燒放出的熱量的時候，熱值的單位應(yīng)為J/m3，體積的單位應(yīng)為m3，計(jì)算的結(jié)果才是J。 3．利用推導(dǎo)式m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q放/V可以求出對應(yīng)的燃料的質(zhì)量、體積、熱值 。 【即時練習(xí)】 1．關(guān)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(guān) 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(xué)習(xí)內(nèi)容二：熱機(jī)效率 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P23－P24文字內(nèi)容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學(xué)檢測】 1．對于熱機(jī)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(jī)效率。 2．蒸汽機(jī)的效率只有6_%～15_%，汽油機(jī)的效率可以達(dá)到20_%～30_%，柴油機(jī)的效率可以達(dá)到30_%～40_%。 3．設(shè)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(dǎo)。 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(guān)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(xué)習(xí)了機(jī)械效率，那么我們能不能用類似的方法來計(jì)算出內(nèi)燃機(jī)的效率呢？在內(nèi)燃機(jī)的效率問題中，什么相當(dāng)于有用功？什么相當(dāng)于總功？推導(dǎo)出相關(guān)公式。 答：內(nèi)燃機(jī)對外做的功相當(dāng)于有用功，燃料燃燒放出的熱量相當(dāng)于總功。 η＝W有用/Q放 4．在問題1中，如果要計(jì)算煤氣燒水時的效率，公式是什么樣的？討論后推導(dǎo)之。 答：η＝Q吸/Q放 5．熱機(jī)的效率是熱機(jī)性能的重要指標(biāo)，提高熱機(jī)效率有何意義，怎樣提高熱機(jī)效率？ 答：提高熱機(jī)效率可以節(jié)省燃料，減少污染。提高熱機(jī)效率的方法：1.盡量使燃料充分燃燒；2.設(shè)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(yùn)輸工具的進(jìn)步。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點(diǎn)撥】 1．為了提高熱機(jī)的效率，在大型火力發(fā)電站，人們常常利用蒸汽輪機(jī)排出的廢氣來供熱，這就是熱電站。 2．在計(jì)算熱機(jī)效率的時候，一般先利用公式Q放＝qm 或Q放＝qV 計(jì)算出燃料完全燃燒放出的熱(這相當(dāng)于機(jī)械效率中的總功) 再利用W有用/Q放＝η 或Q吸/Q放＝η計(jì)算出熱機(jī)的效率。 【即時練習(xí)】 1．完成課本P26第3、4題。 2．據(jù)估計(jì)，全國一年可產(chǎn)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(dāng)于完全燃燒多少焦碳產(chǎn)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(dāng)堂練習(xí)】見訓(xùn)練案基礎(chǔ)部分 14．3　能量的轉(zhuǎn)化和守恒 【學(xué)習(xí)目標(biāo)】 1．知道能量守恒定律。 2．能舉出日常生活中能量守恒的實(shí)例。 3．用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象。 【重點(diǎn)難點(diǎn)】 1．知道能量守恒定律。 2．區(qū)別能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。 學(xué)習(xí)內(nèi)容一：能量的轉(zhuǎn)化 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P27文字內(nèi)容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學(xué)檢測】 1．在一定條件下，各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。 2．摩擦生熱，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；水輪機(jī)發(fā)電是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，電水壺?zé)请娔苻D(zhuǎn)化為內(nèi)能。 【合作探究】教師巡視輔導(dǎo)。 1．閱讀P27圖14.3－1舉出發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例。 答：摩擦生熱——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 水放在太陽下——內(nèi)能轉(zhuǎn)移到水中 太陽電池——太陽能轉(zhuǎn)化為電能 小電扇旋轉(zhuǎn)——電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 摩擦起電——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能 光合作用——太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 燃料燃燒——化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(zhuǎn)化的。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點(diǎn)撥】 1．能量不但可以相互轉(zhuǎn)化，還可以轉(zhuǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)移到水中。 2．能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的區(qū)別。能量的轉(zhuǎn)化，能量的形式發(fā)生了改變；能量的轉(zhuǎn)移，能量的形式?jīng)]有發(fā)生改變，只是從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 【即時練習(xí)】 1．完成P29第1題。 2．下列過程中，屬于電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是( C ) A．太陽能電池充電　　　　B．電燈照明 C．電風(fēng)扇工作　　　　 D．風(fēng)力發(fā)電 3.用做功的方式改變物體的內(nèi)能，能量是怎么改變的？用熱傳遞的方式改變物體的內(nèi)能，能量是怎么改變的？ 答：做功改變內(nèi)能——機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 熱傳遞改為內(nèi)能——內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 學(xué)習(xí)內(nèi)容：能量守恒定律 學(xué)習(xí)指導(dǎo)：閱讀課本P28－P29文字內(nèi)容與插圖，基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學(xué)檢測】 1．能量守恒定律：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化過程，都服從能量守恒定律。 【合作探究】教師巡視輔導(dǎo)。 閱讀P28“想想議議”，并結(jié)合圖14.3－2，思考并回答相關(guān)問題。 1．小球?yàn)槭裁丛綇椩降?？它的機(jī)械能發(fā)生了什么變化？ 答：小球的機(jī)械能被消耗了，機(jī)械能的總量在減少。 2．在此實(shí)驗(yàn)中，機(jī)械能的總量為何不能守恒？為什么減少的機(jī)械能跑到哪里去了？ 答：因?yàn)闄C(jī)械能守恒是有條件的——只在勢能與動能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化，機(jī)械能才能守恒。在這個實(shí)驗(yàn)中除了動能與勢能的轉(zhuǎn)化外，小球還要克服摩擦做功，一部分機(jī)械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 3．此實(shí)驗(yàn)給我們什么啟示？ 答；說明能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，還說明能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失。 4．舉出生活中能量轉(zhuǎn)化與守恒的實(shí)例，并解釋。 5．展示P29圖14.3－3，想一想這個裝置能否實(shí)現(xiàn)“永動”。 答：這個裝置不能實(shí)現(xiàn)“永動”，因?yàn)樯拜喿龉σ囊徊糠炙臋C(jī)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(diǎn)撥】 一切機(jī)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(jī)械是不存在的，它們都違背了能量守恒定律，所以“永動機(jī)”是不可能成功的。 【即時練習(xí)】 1．完成P29－P30第2、3題。 2．下列說法中錯誤的是( A ) A．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律只適用于物體內(nèi)能的變化 B．只要有能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，就一定遵從能量守恒定律 C．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是人們認(rèn)識自然和利用自然的有力武器 D．任何一種形式的能在轉(zhuǎn)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(jī)通電后電動機(jī)帶動其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，一段時間后，電動機(jī)的外殼就會變得燙手，則下列關(guān)于能的轉(zhuǎn)化和守恒的說法中正確的是( B ) A．電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總的能量守恒 B．電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總的能量守恒 C．電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能守恒 D．電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，機(jī)械能守恒 【當(dāng)堂練習(xí)】見訓(xùn)練案基礎(chǔ)部分