新版沪科版九年级物理第13章内能与热机教案.docx

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新版沪科版九年级物理第13章内能与热机教案

新版沪科版九年级物理

第十三章　内能与热机

第一节　物体的内能

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.了解内能的概念,能简单描述温度和内能的关系。

2.理解做功和热传递是改变内能的两种途径,知道做功和热传递中能量转化和转移的实质。

3.知道热量的概念,知道功和热量都可以用来量度内能的变化。

【过程与方法】

1.通过探究找到改变物体内能的多种方法。

2.通过演示实验说明做功可以使物体的内能增加和减少。

【情感·态度·价值观】

内能与生活联系密切,引导和激发学生从生活中寻找与温度、内能、热量及内能改变途径有关的具体事例进行描述,并能主动纠正生活中的错误认识,做普及科学知识的好少年。

◇教学重难点◇

【教学重点】

内能和热量概念的建立,认识改变物体的内能有两个途径。

【教学难点】

影响内能大小的因素,区分温度、内能、热量三个物理量。

◇教学过程◇

一、新课导入

你不停地用力搓手,或不停地用力跺脚,手和脚都会发热,搓手、跺脚,手和脚为什么会发热呢?

二、教学步骤

探究点1　物体的内能

[阅读课本]P34“物体的内能”。

[思考]物体的内能是什么?

[提示]物体内所有分子无规则运动的动能,以及分子势能的总和叫做物体的内能。

内能是自然界能量存在的一种形式。

内能的国际单位是焦耳,符号为“J”。

[思考]什么是热运动?

[提示]物理学中把分子的无规则运动叫做分子的热运动。

分子的无规则运动与温度有关。

[思考]分子运动的剧烈程度与温度有关,那么分子具有的能是否也与温度有关?

[提示]物体内能的大小跟温度有关,当一个物体的温度升高时,该物体的内能就会增大;温度降低,其内能就会减小。

[小组讨论]内能除了与温度有关外,还与哪些因素有关?

[分析]物体内能的大小不仅与物体的温度有关,还与物体的质量、状态、种类等有关。

由于物体的内能与多个因素有关,所以比较物体内能的大小时,应该在控制变量的条件下进行。

[思考]内能与机械能有什么区别?

[提示]内能与机械能的区别:

机械能与整个物体的机械运动情况有关,内能与物体内部所有分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。

物体总具有内能,但不一定具有机械能。

[思考]0℃的物体内能为零吗?

[提示]一切物体在任何情况下都具有内能,0℃的物体内能不为零。

探究点2　改变物体内能的两种途径

[阅读课本]P35“改变物体内能的两种途径”。

[小组讨论]物体的内能不是一定的,应根据什么判断物体的内能是否发生了变化?

[分析]物体的内能与温度有关,可以用物体温度的变化来判断其内能是否发生了变化。

[思考]改变内能的途径有哪些?

[实验]点燃酒精灯,将铁丝的一端放在酒精灯的火焰上灼烧,让一名同学手握铁丝的另一端,一会儿就觉得发烫,这是为什么?

[分析]热量从铁丝的一端传递到了另一端,手握的这一端的温度升高了,内能增加了,物体的内能改变了。

[实验]将一根铁丝快速反复弯折数十次,铁丝弯折处就会发热,为什么?

[分析]反复弯折的铁丝温度升高,内能增大。

铁丝内能增大的原因是人对铁丝做了功,机械能转化为内能。

[归纳提升]改变物体内能的两种途径是做功和热传递。

做功改变物体的内能,实际上是内能和机械能之间的相互转化。

对物体做功,物体内能会增加;物体对外做功,内能会减少。

热传递改变物体的内能,实际上是内能发生了转移。

[思考]什么是热传递?

发生热传递的条件是什么?

[提示]能量从温度高的物体传到温度低的物体,或者从物体的高温部分传到低温部分,这种现象叫做热传递。

发生热传递的条件是物体之间或同一物体的不同部位之间存在着温度差。

[小组讨论]热传递的方式有哪些?

热传递的结果是什么?

[分析]热传递有热传导、对流、热辐射三种方式。

热传递的结果是物体的温度变得相同。

[思考]不看过程,只看结果,一个物体的内能增加了,你能知道是做功还是热传递改变了物体的内能吗?

[提示]物体内能增加了,可能是外界对这个物体做了功,也可能是这个物体从外界吸收了热量,从这个角度看,做功和热传递在改变物体的内能上是等效的。

探究点3　热量

[阅读课本]P36“热量”。

[小组讨论]什么是热量?

它的单位是什么?

[分析]在热传递过程中,物体间内能传递的多少称为热量。

热量常用字母Q表示,常用单位是焦耳,符号为“J”。

[思考]热量用什么术语来描述?

[提示]热量是一个过程量,没有热传递,便谈不上热量,所以不能说物体具有（或含有）多少热量,更不能比较两个物体热量的大小或多少,只能说物体吸收或放出多少热量。

[思考]热传递过程中传递的是温度,还是能量?

[提示]热传递过程中传递的是能量。

[小组讨论]温度、热量、内能是三个重要的物理量,它们有什么区别和联系?

[归纳提升]

（1）区别:

①温度表示物体的冷热程度,对温度不能说“有”“没有”或“含有”等;②热量是内能的变化量,对热量只能说“吸收多少”或“放出多少”;③内能是物体内所有分子无规则运动的动能以及分子势能的总和,内能只能说“有”,不能说“无”。

（2）联系:

①不发生物态变化时,物体吸收热量,内能增加,温度升高;物体放出热量,内能减少,温度降低;②发生物态变化时,物体吸收热量,内能增加,温度可能不变;物体放出热量,内能减少,温度可能不变。

三、板书设计

第一节　物体的内能

1.物体的内能

（1）类比法认识内能

（2）定义

（3）影响因素:

温度

（4）结论:

一切物体在任何情况下都具有内能。

0℃的物体其内能不为零

（5）改变内能的两种途径:

做功和热传递

2.热量

（1）定义

（2）热传递有热传导、对流、热辐射三种方式

3.温度、热量、内能之间的联系

◇教学反思◇

用具体形象的物体具有的能量而推知看不见的分子也具有同样的能量,这种教学方式降低了知识认知的陡度,符合学生的认知规律。

温度、热量、内能的概念不好理解,且三个物理量容易混淆,挖掘生活中与温度、热量、内能有关的应用,让学生自己探寻记忆的方式,效果不错,如学生总结的“温度不说无”“热量不说有”等就反映了学生对概念的理解程度。

第二节　科学探究:

物质的比热容

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.了

解比热容的概念,知道比热容是物质的一种特性。

2.尝试用比热容解释简单的自然现象。

【过程与方法】

1.通过猜想物体吸收的热量与

哪些因素有关,运用控制变量法设计实验方案,然后进行实验,并对实验数据进行分析、比较、

归纳,经历比热容概念的建立过程。

2.通过运用水的比热容较大这一特性理解一些简单现象,认识物理与生活的紧密联系。

【情感·态度·价值观】

通过探究活动,激发学生的探究热情。

培养学生自己动脑筋、想办法解决问题的能力,培养学生严谨的科学态度。

◇教学重难点◇

【教学重点】

比热容的概念和热量的相关计算。

【教学难点】

理解比热容的概念并能利用它解释有关现象。

◇教学过程◇

一、新课导入

在我们生活的每一个地方,不论哪个季节,昼夜之间都有温差,有的地方温差还相当大,你知道为什么会这样吗?

二、教学步骤

探究点1　实验——探究物质吸热或放热规律

[阅读课本]P39“探究物质吸热或放热规律”。

[思考]物体吸收或放出热量的多少跟哪些因素有关呢?

[提示]物体吸收或放出的热量可能跟物体的质量、

物体温度变化的度数、物质的种类等有

关。

[思考]怎样探究物体吸收的热量跟物质种类的关系呢?

[提示]探究不同质量的同种物质,温度变化时吸收热量的

能力。

1.实验设计的思路:

选取两种物质,让它们的质量、升高的温度相同,比较它们加热的时间。

加热时间短的物质吸收热量少,加热时间长的物质吸收热量多。

或者选取两种物质,让它们的质量、吸收的热量相同,比较两种物质温度升高的度数。

温度升高度数小的吸收热量的能力强,温度升高度数大的吸收热量的能力弱。

2.实验器材:

酒精灯、两只相同的烧杯（或一只烧杯、两支相同的试管）、火柴（或打火机）、两只搅拌器、质量相同的水和煤油、两支温度计、铁架

台、钟表、天平。

[思考]实验时怎样做才能让水和

煤油吸收的热量相同?

[提示]为了使水和煤油在相同的时间内吸收的热量相等,可以用两个完全相同的热源同时对它们加热,也可以把两种物质分别放入试管中,把两支试管同时放入同一个烧杯的水中,通过水给它们加热。

3.实验步骤:

（1）取相同质量的水和煤油分别倒入两只烧杯中,根据酒精灯火焰固定烧杯的高度,按照如图组装实验器材。

（2）观察并记录水和

煤油的初温度t1,预先设定好液体加热的末温度t2。

（3）用酒精灯给烧杯加热,记下加热的开始时刻。

加热过程中,上下反复

缓慢地提

拉搅拌器。

（4）当一种液体温度达到t2时,记录该液体加热的最终时刻,计算该液体加热

的时间t。

对另一液体作同样的观察和记录。

（5）将用过的水和煤油倒在事先准备好的器皿内。

整理好实验器材。

[小组讨论]对质量和初温都相同的水和煤油加热,吸收相同的热量后,哪种物质的温度升高得多?

要让水和煤油升高相同的温度,对哪种物质

加热的时间长?

这说明了什么?

[分析]对水和煤油加热,吸收相同的热量后,煤油的温度升高得多。

要

让水和煤油升高相同的温度,对水加热的时间长,这说明水吸收的热量多。

由此可知,相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不同。

探究点2　物质的比热容

[阅读课本]P42“物质的比热容”。

[思考]比热容描述的是物质的什么规律?

比热容的定义、公式、单位

是什么?

[提示]

（1）比热容描述的物质规律是相同质量的不同种物

质,升高相同的温度,吸收的热量不同。

（2）比热容的大小等于一定质量的某种物质在温度升高（或降低）时吸收（或放出）的热量与它的质量和升高（或降低）温度的乘积之比。

（3）比热容用字母c表示,它的公式:

c=

单位:

J/（kg·℃）。

[小组

讨论]比热容的大小能不能等于单位质

量的物质温度升高1℃吸收的热量?

同种物质温度降低1℃放出的热量与温度升高1℃所吸收的热量相同吗?

[分析]能;相同。

[思考]水的比热容是4.2×103J/（kg·℃）,它表示什么意思?

[提示]1kg水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是4.2×103J。

[小组讨论]读“常见物质的比热容”表,你有哪些

发现?

[分析]

（1）不同物质的比热容一般不同,水的比热容最大。

（2）液态物质的比热容一般比固态物质的比热容大。

（3）有个别不同种物质,它们的比热容相同（如冰、煤油）;有个别同种物质,在不同状态下（如冰、水）,比热容不同。

[思考]质量相同的情况下,吸收相同的热量,什么样的物质温度变化大?

升高相同的温度,什么样的物质吸收热量多?

[提示]质量相同的情况下,吸收相同的热量,比热容小

的物质温度变化大（如煤油）;升高相同的温度,比热容大的物质吸收热量多（如水）。

[小组讨论]水的比热容最大,在生活、实践中有哪些应用?

[分析]水的比热容最大,在同样条件下,水吸收或放出的热量多,因此常

用冷水冷却汽车

发动机,常用热水来取暖。

[思考]铝的比热容是0.88×103J/（kg·℃）,要把2kg的铝块从30℃加热到100℃,至少需供给多少热量?

[提示]1kg铝温度升高1℃吸

收的热量为0.88

×103J;

2kg铝温度升高1℃吸收的热量为0.88×103J×2=1.76×103J;

2kg铝温度升高100℃-30℃=70℃,吸收的热量为1.76×103J×70=1.232×105J。

[归纳提升]吸热公式为Q吸=cm（t2-t1）。

其中,Q吸表示物体吸收的热量,c表示物质的比热容,m表示物体的

质量,t1表示物体的初温,t2表示物体的末温。

同理可得放热公式Q放=cm（t1-t2）。

三、板书设计

第二节　科学探究:

物质的比热容

1.探究物质吸热或放热规律

（1）思路解读

（2）实验结论:

相同质量的同种物质,升高相同的温度,吸收的热量相同;相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收的热量不同

2.比热容

（1）定义

（2）公式:

c=

（3）单位:

J/（kg·℃）

（4）应用

3.吸热公式和放热公式

吸热公式:

Q吸=cm（t2-t1）

放热公式:

Q放=c

m（t1-t2）

◇教学反思◇

比热容的公式理解起来比较困难,教学中,先避开其公式不讲,依据认知规律学习了热量公式之后,再回头看比热容的公式,

这样首尾呼应,环环相扣,使比热容知识成为一个整体。

把比热容的大小进行转化、推导总结吸热、放热公式,培养了学生的逻辑推理能力。

用比热容知识解释内陆地区昼夜温差大、沿海地区昼夜温差小,用冷水冷却汽车发动机,用热水

取暖,拉近了物理知识与生活之间的距离。

第三节　内燃机

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.知道热机中能量的转化。

2.知道四冲程内燃机的构造和工作原理。

3.了解汽油机和柴油机的主要区别。

【过程与方法】

通过分析汽油机和柴油机的构造及工作过程的异同,学习分析和比较的研究方法。

【情感·态度·价值观】

体会现代交通工具对人们生活的巨大影响。

知道内燃机工作时有废气和噪声污染,立足所学知识,提建议,谈看法,树立环保意识。

◇教学重难点◇

【教学重点】

汽油机和柴油机的构造、内燃机各冲程的工作状态和能量转化情况。

【教学难

点】

内燃机的工作原理、汽油机和柴油机的区别和联系。

◇教学过程◇

一、新课导入

看图提问题:

家用小轿车为什

么会无言以对?

二、教学步骤

探究点1　热机和内燃机

[阅读课本]P45“汽车奔驰……怎样工作的呢”。

[思考]用酒精灯给试管中的水加热,如图所示,水沸腾后,达到一定程度,软木塞就会被水蒸气推出,在这个过程中,能量是怎样转化的?

[提示]内能转化为机械能。

[小组讨论]热机是什么?

热机分为哪些类型?

[分析]

（1）热机是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置,又叫发动机。

（2）热机分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等类型。

[小组讨论]什么是内燃机?

常见的内燃机有哪些?

[分析]燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机,叫做内燃机。

内燃机中最常见的有汽油机和柴油机。

探究点2　汽油机

[阅读课本]P46“汽油机”。

[小组讨论]汽油机使用的燃料是什么?

汽油机主要由哪些部分组成?

[分析]汽油机使用的燃料是汽油。

汽油机主要由气缸、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、曲轴连杆、飞

轮和火花塞组成。

[思考]什么叫冲程?

[提示]汽油机工作时,活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程

（或行程）。

[思考]汽油机是怎样工作的?

[提示]汽油机的工作原理:

甲:

吸气冲程

进气阀

打开

排气阀

关闭

活塞向下运动

空气和汽油的混合气体通过进气道进入气缸

乙:

压缩冲程

进气阀

关闭

排气阀

关闭

活塞向上运动

混合气体被压缩,机械能转化为内能,内能增加、温度升高、压强增大

丙:

做功冲程

进气阀

关闭

排气阀

关闭

在压缩冲程末,火花塞产生电火花,气体

迅速燃烧,高温高压气体迅速膨胀,使活塞向下运动

内能转化为机械能

丁:

排气冲程

进气阀

关闭

排气阀

打开

飞轮因为

惯性继续转动使活塞向上运动,将燃烧后的废气排出缸外

接下来又进行吸气冲程

探究点3　柴油机

[阅读课本]P47“

柴油机”。

[思考]柴油机使用的燃料是什么?

[提示]柴油机使用的燃料是柴油。

[小组讨论]柴油机主要由哪些部分组成?

[分析]柴油机主要由排气门、喷油嘴、进气门、气缸、活塞、连杆、曲轴组成。

[小组讨论]汽油机和柴油机有什么区别?

[归纳提升]汽油机和

柴油机的区别:

汽油机

柴油机

构造

火花塞

喷油嘴

吸气冲程吸

入的物质

空气和汽油

空气

压缩冲程末气

缸内的温度

较高

更高

点火方式

点燃式

压燃式

做功冲程燃

气的压强

较大

更大

优缺点

效率低,燃点低;功率一般不大,较轻巧,工作平稳

效率较高,燃点较高;功率很大,较笨重,工作时震动较剧烈

应用

适

于轻便快速工作,常在飞机、小汽车、摩托车上采用

适宜长途负荷大的工作,常在拖拉机、舰艇、坦克等上使用

[思考]四冲程内燃

机在一个工作循环中,飞轮转几周?

活塞往复运动几次?

对外做功几次?

[提示]四冲程内燃机在一个工作循环中,飞轮转动2周,活塞往复运动2次,气缸内的燃油燃烧爆发1次,对外做功1次。

[思考]内燃机的四个冲程之间有什么关系?

[提示]

（1）在一个工作循环中,只有第三个冲程燃气对外做功,其他三个冲程不但不做功

还要消耗机械能。

（2）做功冲程为其他三个冲程提供能量,其他三个冲

程为做功冲程提供基础。

（3）吸气、压缩、排气冲程都要靠飞轮的惯性来完成。

三、板书设计

第三节　内燃机

1.汽油机

（1）构造

（2）工作原理

（3）应用

2

.柴油机

（1）构造

（2）工作原理

（3）应用

3.汽油机和柴油机的区别

◇教学反思◇

结合内燃机模型及工作过程,让学生观察分析,表述其观察到的现象,有针对性地提出问题,要求学生归纳概括,注重知识和能力的生成,效果较佳。

第四节　热机效率和环境保护

◇教学目标◇

【知识与技能】

1.建立热值的概念。

知道热值是燃料燃烧放热的特性,了解热值的表示法和常见燃料的热值,能利用热值

表进行有关燃烧放热的简单计算。

2.了解热机效率。

知道热机工作时燃料释放能量的主要流向,知道怎样提高热机效率,及提高热机效率的意义。

3.了解热机的利用与人类社会发展的关系,并能简述热机的使用产生的排放物对环境的不良影响,培养自觉的环保意识。

【过程与方法】

通过社会调查、分组交流合作,了解热机效率及热机带来的负面影响。

【情感·态度·价值观】

培养自觉的环保意识,激发学生的社会责任感。

◇教学重难点◇

【教学重点】

燃料的热值、热机效率。

【教学难点】

热机燃料能量的走向、提高热机效率的途径、热机的应用与环境的

关系。

◇教学过程◇

一、新课导入

“神舟系列飞船”的发射标志着我国已经成为航天大国。

飞船发射时,需要消耗巨大的能量,为此,发射飞船的火箭常用液态氢作燃料,你知道为什么要用液态氢作燃料吗?

二、教学步骤

探究点1　燃料的热值

[阅读课本]P50“燃料的热值”。

[思考]燃料在燃烧过程中,能量是怎样进行转化的?

[提示]燃料燃烧的

过程是化学能转化为内能的过程。

[思考]燃料的热值是什么?

其单位是什么?

[提示]某种燃料完全燃烧放出的热量与所用该燃料的质量之比,叫做这种燃料的热值。

热值用字母q表示,单位是“J/kg”或“J/m3”。

[小组讨论]酒精的热值是3.0×107J/kg,煤气的热值是1.8×107

J/m3,它们分别表示的意思是什么?

[分析

]酒精的热值是3.0×107J/kg,表示1kg酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J。

煤气的热值是1.8×107J/m3,表示1m3的煤气完全燃烧放出的热量

是1.8×107J。

[思考]燃料热值的大小等于什么?

[提示]燃料的热值等于1kg这种燃料完全燃烧放出的热量。

[小组讨论]某种燃料的热值是一定的吗?

燃料的热值与什么有关?

[归纳提升]燃料的热值是燃料本身的一种性质,它的大小取决于物质的种类,同种燃料的热值相同,不同种燃料的热值一般不同。

热值与燃料的质量及燃烧条件（是否完全燃烧）无关。

[思考]怎样计算气体燃料燃烧放出的热量?

[提示]Q=mq用于计算固体和液体燃料燃烧放出的热量,Q=Vq用于计算气体燃料燃烧放出的热量。

探究点2　热机效率

[阅读课本]P51

“热机效率”。

[小组讨论]燃料燃烧释放的能量有几个走向?

从中你有什么发现?

[分析]

（1）燃料燃烧释放的能量有5个走向:

①部分燃料未完全燃烧;②克服摩擦消耗能量;③废气排出带走能量;④机械传热损失能量;⑤转化为对外做有用功的能量。

（2）真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。

[思考]什么是热机效率?

怎样计算热机效率的大小?

[提

示]

（1）热机运转中,对外做的有用功与燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。

（2）热机效率的公式:

ç=×100%。

[思考]热机效率的特点是什么?

为什么?

[提示]热机效率的特点是总小于1,原因是燃料不能完全燃烧、废气排出带走能量、克服摩擦消耗能量、机械传热损失能量,没办法将全部能量都用来做功。

[小组讨论]怎样提高热机的效率?

[分析]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。

首先要减少燃烧过程中的热量损失,其次是要尽量简化机械

传动部分,并选用优良的润滑材料减小摩擦,以减少能量损失。

[思考]汽油机的效率为20%~30%,柴油机的效率为30%~40%,为什么柴油机的效率比汽油机的高?

[提示]柴油机的效率比汽油机的高,原因是在做功冲程中,柴油机的燃气对活塞的压强大于汽油机的燃气对活塞的压强,在相等的时间内,柴油机的燃气对活塞做的功大于汽油机的燃气对活塞做

的功。

探究点3　环境保护

[阅读课本]P52“环境保护”。

[思考]热机对环境的污染有哪些?

[提示]热机对环境的污染有以下几个方面:

（1）烟尘污染:

排放的烟尘使大气十分浑浊。

（2）酸雨污染:

排放的二氧化硫和氮氧化合物与空气中的水结合成酸雨,破坏土壤结构,使土壤酸化、损坏建筑物、危害植物使林木降低抗病能力、在酸性湖泊中鱼的种类和数量大大减少。

（3）噪声污染:

热机及带动的机器产生的声音会对环境形成噪声污染。

（4）温室效应:

燃料燃烧产生的二氧化碳,使大气中二氧化碳的浓度逐年增加,以致引起“温室效应”,使地球的温度上升。

[小组讨论]如何保护我们生存

的环境?

[分析]保护我们生存的环境的措施:

①改进燃烧设备,加装消烟除尘装置;②集中供热;③改用气体燃料,普及煤气和天然气;④充分开发利用污染少和无污染的新能源;⑤在内燃机排气管上安装消音器,减小噪声污染;⑥大力植树种草;⑦加强立法,加强环卫部分的执法力度。

对工厂和交通工具要强制达标排放。

三、板书设计

第四节　热机效率和环境保护

1.燃料的热值

（1）概念

（2）单位

（3）公式

（4）物理意义

2.热机效率

（1）概念

（2）公式

（3）特点

（4）提高热机效率的途径

3.环境保护

◇教学反思◇

联系生活实际,让学生列举自己知道的燃料,在此基础上比较燃料的优劣,自然渗入比较的思想,因用而取,恰到好处,建立燃料热值的概念,培养了学生的逻辑推理能力。

在原来机械效率的基础上,引入热机效率,过渡自然,符合学生认知规律。