141 热机教案定.docx
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141热机教案定
第十四章：
内能的利用
课题：
第一节热机教学设计
学科：
物理
课时：
1
总课时数：
教
学
目
标
知识
技能
1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。
2、从能量转化的角度认识燃料的热值。
3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。
4、通过能量的转化和转移，认识效率。
过程
方法
1、通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功。
2、利用模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。
3、通过学生讨论和教师讲解了解燃料的热值和热机的效率。
情感
态度
1、通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力。
2、通过阅读“科学世界现代汽车”扩展学生的知识面。
教学重点
了解四冲程汽油机的基本工作原理及能量的转化过程，燃料的热值
教学难点
了解四冲程汽油机的基本工作原理及能量的转化过程
教学用具
汽油机模型及挂图等
教学过程设计
教学内容及教师活动
学生活动
设计意图
情境引入
物体吸收的热量与物体的质量、物体本身和升高的温度有关，人们取暖、做饭都需要热量，这些热量是怎么得到的？
你家里需要的热量是怎么得到的？
内燃机
用燃料燃烧来烧水，常常看到壶盖被顶起来，这是为什么呢？
演示：
在试管中装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，会看到什么现象？
讨论这一过程中能量的转化情况、安全性和改进的方向。
（注意：
软木塞不要塞得过紧，免得试管炸裂伤人）
在热机中能量转化的基本过程就是这样的。
学生阅读教材136页回答问题
向学生介绍几个名词：
内燃机：
是因为它的燃料是直接在发动机内部的汽缸里燃烧的。
分为汽油机和柴油机。
学生思考问题，做出简要回答：
通过燃烧燃料、电等获得热量。
学生回忆壶盖跳动的现象，思考原因
学生观察实验，思考分析其中的能量变化，讨论能量的损失、实验的安全性要求及改进的方向
学生阅读教材并结合模型或挂图：
了解汽油机的构造；认识吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程；总结汽油机的工作原理；了解汽油机的实际应用。
由生活中的常识引入新课，学生更容易理解和接受。
培养学生归纳总结和阅读表格的能力
培养学生的观察能力和思考分析能力
培养学生观察对比、分析归纳能力。
冲程：
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
一个工作循环：
由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
问题：
1、吸气冲程中为什么能将汽油和空气的混合物吸入汽缸？
2、压缩冲程中压缩的是什么？
压缩到最后会有什么结果？
为什么？
它的能量是如何转化的？
3、做功冲程中能量是如何转化的？
4、排气冲程中为什么能将废气排出？
5、结合生活实际同学们还有什么问题？
6、你对柴油机知道多少？
告诉学生完成一个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两周，飞轮转两周，向外输出一次功。
阅读科学世界现代汽车
三、热机的效率
生活处处皆效率，由机械效率、内燃机能量的去向引入热机的效率。
学生阅读教材，思考问题：
1、为什么提出热机的效率问题？
2、什么叫做热机的效率？
3、各种热机的效率是多少？
4、怎样提高热机的效率？
阅读STS从火车到火箭
课堂小结
1、热值：
1Kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。
单位：
J/Kg
2、汽油机的四冲程：
吸气、压缩、做功和排气
3、热机的效率：
学生结合生活实际思考回答问题，提出自己的疑问。
用表格归纳热机的四个冲程。
学生阅读教材，分析思考问题。
讨论节能和有效利用燃料的途径和方法，探讨提高热机效率的途径。
总结热机的发展史，认识热机的历史意义。
学生谈自己的收获
帮助学生全面认识汽油机和柴油机，并了解它们的实际应用
培养学生自主合作精神和传递信息的能力，联系实际，学以致用。
从多角度认识热机
巩固知识
板
书
设
计
教学反思
第十四章内能的利用第一节热机
【学习目标】
1、通过实验了解可以利用内能来做功。
2、通过挂图和模型了解四冲程汽油机的基本工作原理。
3、从能量转化的转化的角度认识燃料的热值，并了解内能的利用在人类发展史上的意义。
4、通过能量的转化和转移，认识效率。
5、通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面．
【学习重点】：
汽油机的工作原理及能的转化过程，燃料的热值．
【学习难点】：
热机中的能量转化及损失，了解热机效率．
【预习检测】
1．热机是将能转化为能的机械。
2．内燃机是由、、、四个冲程组成的。
3、内燃机分为
和两大类，它们分别用
和作为燃料。
4、在内燃机的四个冲程中，只有冲程对外做功，其余
三个冲程都是靠飞轮的来完成。
【共同探究】
★学生活动一：
演示酒精灯对试管中的水加热时，水内能的变化。
水沸腾后会出现____________现
象，在这个实验中燃料的______能通过燃烧转化为___
_能，又通过______对_____做功，把_____能转化为____能。
★学生活动二：
内燃机
阅读课本P135解决下列问题。
1．热机是把_________能转化为_________能的装置。
2．什么是内燃机？
3、完成下表中的填空
内燃机的工作过程表
进气门开关
排气门开关
活塞的运动
曲轴的运动
能量的转化
吸气冲程
开
关
向下
半周
压缩冲程
向
周
能→能
做功冲程
向
周
能→能
排气冲程
向
周
联系
（1）每个工作循环飞轮转周,完成
个做功冲程
（2）在一个工作循环中,只有第三个冲程燃气对外做功,其他三个辅冲程不但不做功,还要消挺机械能
（3）做功冲程为其他三个冲程提供能量,其他三个冲程为第三冲程做功提供基础
（4）依靠的惯性完成吸气、压缩、排气冲程
【归纳整理】
【拓展练习】
1．摩托车上的热机工作时提供动力的是 （ ）
A．吸气冲程 B．压缩冲程C．做功冲程 D．排气冲程
2．我们知道：
多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气
四个冲程的不断循环来连续工作的．关于压缩冲程的作用，下列说法正确的是 （ ）
A．将废气排出缸外 B．完成对外做功
C．吸进汽油和空气的混合物 D．压缩燃料和空气的混合物
3．汽油机的
一个工作循环是由四个冲程组成的，下图14.1－1中表示做功冲程的是（）
A 甲 B 乙 C 丙 D丁
4
．汽油机的一个工作循环由四个冲程组成，
其中在压缩冲程中，气体的温度升高，是通过 方式增加内能的。
为了降低汽缸体的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过热传递的方式减少汽缸内能的，用水来包围汽缸是因
为水的 。
5．关于热机，下列说法错误的是 （ ）
A．热机性能好坏的重要标志之一是热机效率
B．在四冲程内燃机中
减少废气带走的大量热量可以大大提高热机效率
C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
D．在压缩冲程中
内燃机将机械能转化为内能
第二节热机的效率
【学习目标】
1、知道燃料的种类及燃料燃烧时的能量转化。
2、知道什么是燃料的热值。
3、会计算燃料完全燃烧时放出的热量。
4、知道热机效率，能说出提高机械效率采取的措施。
【学习重点】：
理解燃料的热值的概念，会利用燃料的热值计算燃料完全
燃烧时放出的热量。
【学习难点】：
理解热机的效率。
【预习检测】
1.我们把___________跟_____________的比值叫机
械效率。
用公式表示为η=___________.
2.热量是指在过程中物体改变的多少。
物体吸收热量，增加，放出热量，减少。
热量通常用符号表示，国际单位制中热量的单位是。
3．燃料的热值
①、燃料的种类：
燃料、燃料、燃料。
②、相同质量的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量是的。
（选填“相同”或“不同”）
③、在物理学中，把
叫做这种燃料的热值。
热值的单位是，符号是_________。
④、阅读常见燃料的热值表，你的发现是
。
氢气的热值是1.4×108J/m3，它表示的物理意义是。
⑤在通常情况下，我们对燃料的利用率比较低，造成能量损失
的主要原因有_________、____________________________。
4.热机的效率
⑥热机工作时，用来做____________的那部分能量与__________________之比叫热机效率。
⑦在我们常用的热机中___________机的效率最高。
【课堂探究案】
Ⅰ、学始于疑
1、生活中我们可以使用哪些可燃烧的材料烧开一壶水？
热量从何而
来？
2、从预习中，你知道了汽油机的效率一般是多少？
为什么这么低？
如何提高内燃机的效率？
Ⅱ、合作探究
探究：
燃料的热值及计算
1、①烟煤的热值约为2.9×107J/Kg，那么完全燃烧20Kg烟煤所放出的热量是多少焦耳？
②如果燃料的热值用q表示，那么质量为m千克的某种燃料完全燃烧所释放的热量Q该如何表示呢？
2、某家庭需要将50Kg、20℃的水加热到60℃作为生活用热水，他们利用煤气灶烧水，需燃烧0.8Kg煤气。
已知煤气的热值q=4.2×107J/Kg，水的比热容
c=4.2×103J/（Kg·℃）。
求：
（1）50Kg、20℃的水加热到60℃需吸收的热量；
（2）完全燃烧0.8Kg煤气放出的热量。
（3）煤气灶烧水的效率。
【当堂检测】
阅读p24页最后三自然段。
讨论并完成内燃机能量流向图。
2、由上面的内燃机的能量流向图，小组讨论，试提出三条提高热机效率的途径。
【拓展练习】
1、下面对内燃机的有关叙述,错误的
是（
）
A、内燃机是内能转化为机械能的装置B、内燃机用水冷却是因为水的比热容大
C、内燃机所产生的噪音，可以被机上的消音器完全吸收
D、内燃机
靠产生的高温高压气体做功
2、两台汽油机,甲的效率为30%,乙的效率为25%,这两个数据表示（）.
A.甲机做的功比乙机多B.甲机的功率比乙
机的大
C.在相同时间内甲机燃烧的汽油比乙机的多
D.在消耗相同汽油时,甲机做的有用功比乙机的多
3、下列措施中不能提高热机效率的是（）
A尽量使燃料充分燃烧B尽量增加热机的工作时间
C尽量减少废气带走的热量D尽量减少热机部件间的摩擦
4、关于燃料和热值，以下说法中正确的是（）
A、燃料的热值与燃料的质量无关B、容易燃烧的燃料热值一定大
C、煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D、为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
5、煤油的热值为4.6×107J/kg，100g煤油完全燃烧可以放出多少热量？
6、在一次某新型号的汽车测试中，让汽车在一段平直的公路上匀速行驶4.8K
m，受到的阻力是3.0×103N，消耗汽油1.2Kg（假设汽油完全燃烧）。
汽油的热值为q=4×107J/kg，求：
（1）在测试中，汽车牵引力所做的功W；
（2）该型号汽车的热机效率η。
质疑与反思：
第三节能量的转化和守恒
【学习目标】
1．知道能量守恒定律。
2．能举出日常生活中能量守恒的实例。
3．能用能量守恒的观点分析物理现象。
【学习重点】：
能量守恒定律
【学习难点】：
区别能量的转移和转化
【预习检测】
1.认真思考：
如图所示，把一个底端密闭的薄壁金属管固定在桌上，管里放一些酒精，管口用塞子塞紧，用绳子在管外绕几圈并迅速地来回拉动，
一会看到塞子被弹起。
你知道这个过程中能量是怎样
转移和转化的吗？
2.仔细阅读：
课本内容，回答下列问题：
（1）各种形式的能量都可以在_________下转化，电动机带动水泵抽水是_____能转化_______能，植物吸收阳光进行光合作用是_____能转化为______能，燃料燃烧时发热_______能转化为________能。
（2）在摩擦生热的现象中，_______能转化为______能，如克服摩擦做了100J的功，就有______J的
_______能转化为_______能。
（3）人类对各种能源的利用，都是通过_______来实现的。
（4）能量既不会凭空_______，也不会凭空_______，它只会从_____转化为___________，或者从一个物体_________另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量____。
（5）能量守恒定律
是自然界最、最的基本定律之一。
3.拓展性阅读：
“永动机”的故事
历史
上曾经无数人痴迷于永动机的设计和制造，在热力学体系建立之前，这些人中即有科学家，也有希望借此成名发财的投机者。
历史上著名的永动机骗局有：
自动轮骗局：
1714年，德国人奥尔菲留斯声称发明了一部名为自动轮的永动机，这
部机器每分钟旋转六十转，并能够将16公斤的物体提高
相当的高度，当他宣布了这一消息并进行了公开实验后，名噪整个德国。
1717年一位来自波兰的州长在验看了安放自动轮的房间后，派军队把守这座房屋，40天他发现自动轮仍在转动，便给奥尔菲留斯颁发了鉴定证书。
奥尔菲留斯靠展出自动
轮获取了大量金钱，俄国沙皇彼得一世甚至与他达成价值10万卢布的购买协议。
最终由于奥尔菲留斯的太太与女仆发生争执，女仆愤而曝光，原来自动轮是依靠隐藏在房间夹壁墙中的女仆牵动缆绳运转的，整个事件是一个骗局。
王洪成骗局：
中国哈尔滨人王洪成曾在1984年提出一个永动机方案，他利用他设计
的永动机驱动自家的洗衣机、电扇等装置运转，不久骗局被揭穿，他制作的永动机模型是用隐藏的钮扣电池驱动的一个电动马达，而供应洗衣机、电扇运转的则是暗藏在地下的电线。
读了这些发明永动机的故事，你有什么感想？
你认为会存在不消耗能量却能不断产生能量的机器吗？
为什么？
【课堂探究案】
（1）如图展示了一个极具想象力的设想，其大意是：
上面水池中的水流下来，冲击叶轮转动；叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动；人利用打磨轮打磨工件，同时，运转的水泵又把流到
下面水池中的水抽到上面的水池中……，只要一开始在上面水池中注满水，就能通过水的上下循环，使机器不停地工作。
①你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送
到上面水池
中？
并说明理由：
②这个设想曾得到不少人的赞许，并把这个装置誉为
“永动机”。
请运用你掌握的知识，说明这个装置是否真
能“永动”？
（2）与伟大同行
这是一个著名物理学家发现一个伟大定律的实验装置!
仔细观察后回答：
（1）如图所示装置中的两个配重的重量不等，释放后大配重下降，小配重上升；通过反复对调左右两个配重，会使动叶轮不停地转动，从而导致热量计中水的温度________（填变化情况），原因是___________________。
实现的能量转化是：
________________。
（2）实验中科学家某次测得了的数据如
下：
小配重重力G小=100N，
大配重重量G大=520N
每升降一次配重各自移动的距离h=1m，
热量计中水的质量m=500g，
升降次数与水温变化的关系：
升降次数
1
2
3
4
5
6
温度变化/℃
0.2
0.39
0.59
0.78
0.98
1.18
通过分析数据，科学家得出了结论：
在上述现象中能量是守
恒的!
请你帮他补出计算、
判断过程（只需分析一次实
验）：
（3）本实验中的误差主要来源于_______________。
（4）知道吗？
那个著名物理学家叫焦耳!
那个伟大的定律叫能量守恒!
刚才你所经历的正是这个伟大工作的一个缩影。
对此谈谈你的感受：
。
【当堂检测】
1．下列事例中，属于内能转化为机械能的是（）
A
．用打气筒给自行车内胎打气
B．用火箭发射人造卫星
C．古人使用的钻木取火D．开水倒入杯中逐渐冷却
2．自由运动的滚摆，每次上升的
高度逐渐减小，下列说法正确的是（）
A．机械能守恒B．能量正在消失
C．只存在动能和重力
势能的相互转化
D．减少的那部分机械能转
化为内能，但总的的能量守恒
3．一辆汽车在关闭油门后继续在水平方向上向前移动，从能的转化来看，它是（）
A．动能不变B．机械能不变C．动能转化为势能D．动能转化为内能
4．我国大力发展火力
发电，火电厂进的是“煤”，出的是“电”，在这个过程中能量的转化是（）
A．化学能→内能→机
械能→电能B．化学能→重力势能→动能→电能
C．机械能→内能→化学能→电能D．内能→化学能→机械能→电能
5.下列是小明同学关于能量守恒定律的
理解，其中不正确的是（）
A．能量守恒定律否定了永动机的制造方案B．能量守恒定律只适用于物理学的范围
C．能量守恒定律适用于任何学科的能量转化和转移
D．汽车刹车停下来的过程中，它的机械能并没有消失而是转化为了内
能
6．指出下列现象中能量转化的形式。
①电动机带动水泵抽水是；②汽车突然紧急刹车
停住是
；
③用毛巾反复擦背，感觉后背热了是。
7．写出下列现象中能量的转化或能量的转移关系。
①木炭燃烧发出光和热。
；②冬天双手互相摩擦感觉暖和。
；
③用钢锉锉工件，工件
发热。
；④水轮机带动发电机工作。
；
⑤点燃爆竹后，爆竹腾空而起。
；⑥给蓄电池充电。
；
⑦热水瓶中的水蒸气把瓶塞冲起。
；⑧风吹动帆船前进。
；
⑨人跑动时，身体发热出汗。
；⑩一杯热水慢慢变凉。
；
⑾植物进行光合作用；_______________；（12）电动机通电后转动起来；____________；
（13）核电站发电；________________；（14）蓄电池放电；______________。
【课堂练习】
1、火力发电厂“吃”的是煤，“发”的是电，在整个发电过程中能量转化的情况如下，
锅炉燃料燃烧获得能，转化为水蒸气的能，高温高压水蒸汽推动汽轮机转动获得能，转动的汽轮机带动发电机 ，从而获得能。
2、各种形式的能量在一定条件下都可以相互转化，指出下列情况下能量的转化。
（1）水轮机带动发电机发电 ________转化为______
（2）电动机带动水泵把水从低处抽到高处______转化为_______
（3）植物吸收太阳光进行光合作用 ______转化为_____
（4）酒精燃烧 ______转化为_____
（5）摩擦生热 ____转化为____（6）气体膨胀做功 _____转化为_____
3、城市绿化中要修建许多人工湖以降低“热岛效应”造成的高温，这是利用了水的 ______大的特性。
飞机的喷气发动机的热机效率可达60％，则燃料完全燃烧产生1000焦的热量，飞机可获得 __________J的机械能。
4、在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，可以看到棉花燃烧起来，放手后活塞被弹起。
活塞压缩筒内气体做功是将 __________能转化为__________能。
5、小丽家里的电热水壶中装有1.5×10-3m3的水，这些水的质量是____kg，把这些水从20℃加热到100℃，水吸收的热量是_____J。
这些水在温度升高的过程中，水分子做无规则运动的速度_____ （填“增大”或“减小”） 。
6、国家“西气东输”重点工程完工后，将由西部地区向东部沿海地区送来清洁能源——天然气，已知天然气的热值为8.4×107J/m3，每输送100m3的天然气就相当于输送了__________的能量。
这些能量若能完全被水吸收，可以使__________kg的水从20℃升高到100℃。
7、从能的转化和守恒的观点来看，用热传递来改变物体的内能，实际上是的过程，用做功方法来改变物体的内能，实际上是的过程．
8、我国兴建的长江三峡发电机组，是通过能转化为电能。
福州市即将兴建的垃圾焚烧电厂，是将垃圾焚烧后获得的能。
最终转化为电能。
当水壶中的水烧开时，壶盖会被顶起，从能量转化的观点看，这是水蒸气的_________能转化为壶盖的能。
9、老人搓搓手，感觉到暖和；小朋友从滑梯上滑下，感觉好烫。
他们的感觉不同，但从科学角度看，他们都是通过__________的方式改变物体内能。
小朋友运动得浑身都是汗，休息一会儿后，身上的汗液就不见了，这是由于汗液__________的缘故。
10、汽车沿盘山公路可以驶入高耸入云的山峰，盘山公路修的弯弯曲曲主要目的是为了______。
载重货车下山时，其重力势能_____（选填“增大”、“减小”、“不变”）；为
了减少车速，司机师傅不时踩踏刹车踏板，有一部分机械能转化为___；途中，汽车要
经常停下来，让工作人员用水龙头向车轮闸片部位喷水，这是为了_____。
11、能量的转化和转移是有方向性的。
例如，冬天烤火的时候，人们燃烧煤等燃料获得________能，火炉把这些能量自动传给周围空气，但这些能量 ____自动聚集起来再次利用（填“能”、“不能”）
12、放在热汤中的金属勺子很快变的烫手，金属勺子的内能__________（选填“减少”、“不变”、“增加”）这是通过__________的方法改变了它的内能。
13、能量转化与守恒是自然界的基本规律之一，下列过程中机械能转化为电能的是 （）
A．干电池放电B．给蓄电池充电 C．风力发电D．电动机带动水泵抽水
14、下列现象中，利用内能做功的是（）
A．冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和B．车刀在砂轮的高速磨擦之下溅出火花
C．在烈日之下柏油路面被晒熔化了D．火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
15、下列说法中错误的是（）
A．能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转化和转移，就一定遵从能量守恒定律
C．能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变
16、我区大力发展火力发电，火电厂进的是“煤”，出的是“电”，在这个过程中能量的转化是（）
A．机械能→内能→化学→能电能B．化学能→内能→机械能→电能
C．化学能→重力势能→动能→电能D．内能→化学能→机械能→电能
17、在一定的条件下，各种形式的能量是可以互相转化的．在它们互相转化的过程中，下面说法正确的是（）
A．机械能一定守恒B．各种形式的能都守恒C．各种形式的能量的总和一定守恒D．内能一定守恒
18、下列能量的转化中，属于机械能转化为内能的是（）
A.点燃爆竹，爆竹腾空而起B.汽车紧急刹车，轮胎发热
C.给生石灰加水，温度升高D.给电炉通电，电炉发热
19、用热传递的方法来改变物体的内能，实质上是能量的___________过程；用做功的方法来改变物体的内能，实质上是能量的过程。
20、木块从粗糙的斜面顶端匀速下滑到底端的过
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