九年级物理全册 第14章 内能的利用学案 （新版）新人教版

第十四章内能的利用141热机【学习目标】1了解热机的工作原理。2了解汽油机的基本工作原理。3了解柴油机的基本工作原理。【重点难点】汽油机与柴油机的工作原理以及工作过程中的能量转化情况。学习内容一：热机学习指导：阅读课本P17P18文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。【自学检测】1人们发现内能可以做功，利用内能做功的机械叫热机。2燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机，叫内燃机。3内燃机分为汽油机与柴油机两大类。它们分别用汽油与柴油作为燃料。【合作探究】教师巡视辅导。演示P17图14.11，请学生观察后讨论如下问题：1点然酒精后，有什么现象发生？答：听到“呯”的一声，看到塞子飞出去，瓶口附近出现“白雾”。2塞子为什么会飞出去？瓶口为什么会出现“白雾”？答：酒精燃烧给试管中的水加热，试管内产生大量的水蒸汽，当管内的气压大到一定程度时，塞子在水蒸汽压力的作用下就会飞出去。管内的水蒸汽对塞子做了功，内能减少，温度降低，水蒸汽遇冷液化，形成“白雾”。3从酒精灯点燃到塞子飞出去，能量是怎么转化与转移的？答：酒精具有化学能，燃烧后化学能转化为内能 ，内能通过热传递的方式转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸汽，水蒸汽推动塞子做功，内能转化为塞子的动能。4在大屏幕上展示P18图14.12，这个内燃机与刚才的演示实验装备在结构上有什么相同点？活塞塞子汽缸试管5它们工作时能量转化有什么共同点？共同点：能量转化过程相同，都是燃料燃烧后的内能转化为机械能。【展示交流】教师掌握情况。【精讲点拨】1在演示实验中，塞子不能塞得太紧，否则有可能引起试管爆裂。2内燃机与其它热机的能量转化方式一样：内能转化为机械能。不同点在于内燃机的燃料在汽缸内燃烧，所以称之为“内燃”。【即时练习】1完成P21第1题。2内燃机的特点是：燃料在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能。学习内容二：汽油机、柴油机学习指导：阅读课本P18P20文字内容与插图，二人为一组，相互描述汽油机的工作过程。【自学检测】1汽油机的结构：汽缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞。2汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，活塞移动带动曲轴转动。3活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫一个冲程。汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。【合作探究】教师巡视辅导。1使用PPT动画展示汽油机工作过程，说说汽油机是怎样工作的，并将下面的空补充完整。汽油机一个完整的工作循环有四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。A吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油与空气的混合物进入汽缸。B压缩冲程：进气门排气门都关闭，活塞向上运动，燃料与空气的混合物被压缩，温度升高。C做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞点火，燃料燃烧，产生高温高压的气体，高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。D排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。2讨论并完成“想想议议”(1)在压缩冲程中，机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能。(2)做功冲程使汽车获得动力。(3)排气冲程排出废气。3阅读P19柴油机的相关内容，比较一下汽油机与柴油机的异同并将下列表格补充完整。相同点能量转化方式都是把内能转化为动能工作过程都有四个冲程：吸气、压缩、做功、排气。不同点吸气冲程：汽油机吸入是的汽油与空气的混合物。柴油机吸入的是纯净的空气。压缩冲程：汽油机在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，是“点燃式”；柴油机在压缩冲程结束时，汽缸内的温度已超过柴油的燃点，此时，喷油嘴喷出雾状的柴油，遇到热空气马上燃烧，是“压燃式”功率不同：柴油机功率一般较大，一般应用于大型机械上， 汽油机相对功率较小，一般应用于小型机械上。效率不同：柴油机对燃料利用率较高，机械效率较高，汽油机机械效率较低。4.阅读P20科学世界“现代汽车”，说说现代汽车与过去的汽车相比有哪些优点。答：减少污染，降低消耗。【展示交流】教师掌握情况。【精讲点拨】1在四冲程汽油机中，只有做功冲程对外提供了动力，其他三个冲程依靠飞轮的惯性完成。手扶拖拉机在启动时，要用人力转动摇把，带动飞轮转动，完成吸气与压缩冲程、排气冲程，然后发动机才能开始正常工作。小汽车启动时，转动钥匙，电动机开始带动飞轮转动，完成吸气与压缩冲程、排气冲程。2. 一个工作循环，活塞来回运动二次，曲轴旋转二周，对外做功一次。【即时练习】完成课本P21第2、3题。【当堂练习】见训练案基础部分142热机的效率【学习目标】1从能量转化的角度认识热值，并能进行相关的计算。2通过能量的转化与转移，认识效率，能计算热机的效率。【重点难点】1认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。2认识热机的效率，能计算热机的效率。学习内容一：燃料的热值学习指导：阅读课本P22P23的文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。【自学检测】1某种燃料完全燃烧所放出的热量与质量之比，叫做这种燃料的热值。2热值的单位由热量与质量的单位组合而成，在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，所以热值的单位是焦每千克，符号是J/kg。3酒精的热值是3.0107_J/kg，它的物理意义是：1 kg酒精完全燃烧所放出来的热量是3.0107_J。【合作探究】教师巡视辅导。1说一说：在我们的家庭中，会使用哪些燃料？答：煤、液化气、木柴等。2根据我们的生活经验想一想：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，所消耗的燃料的质量是一样多吗？ 答：烧开同样一壶水，使用不同的燃料，消耗的燃料的质量是不同的；这说明什么？答：这说明，不同的燃料，燃烧后放出的热量是不同的。3在物理学中，我们用热值的概念来表示这种差异。这种下定义的方法叫“比值法”。4阅读P23第二段的内容，归纳一下利用燃料的热值和质量，来计算燃料完全燃烧所放出热量的公式。(用Q放表示放出的热量，q代表燃料的热值，m代表燃料的质量)答：Q放qm5如果是气体燃料，公式又是什么样的？答：Q放qV6请写出这二个公式的推导式。答：mQ放/q，qQ放/m，VQ放/q，qQ放/V。7在实际的燃烧过程中，燃料能否充分燃烧？如果不能则燃料的热值是否会发生变化？答：热值是一个理论值，只有燃料充分燃烧，放出的热量才等于利用上述公式计算得出的热量。因为燃料不可能完全燃烧，所以放出的热量会比理论值稍小。但燃料的热值不会改变。【展示交流】请学生利用热值公式完成P26第1、2题，注意计算格式。【精讲点拨】1热值只与燃料的种类有关，与燃料是否充分燃烧，燃料的质量、体积均无关系。2在计算燃料燃烧放出的热量时，热值与质量的单位必须是国际单位，计算的结果才是J，同理，在计算气体燃料燃烧放出的热量的时候，热值的单位应为J/m3，体积的单位应为m3，计算的结果才是J。3利用推导式mQ放/q，qQ放/m，VQ放/q，qQ放/V可以求出对应的燃料的质量、体积、热值 。【即时练习】1关于燃料的热值，以下说法中正确的是( A )A. 燃料的热值与燃料的燃烧情况无关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放出热量多，热值就大2. 一桶煤油用掉了一半，则剩下的煤油( D )A. 密度和热值不变，比热容减为原来的一半B. 比热容和密度不变，热值减为原来的一半C. 热值和比热容不变，密度减为原来的一半D. 密度、热值和比热容都不变学习内容二：热机效率学习指导：阅读课本P23P24文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。【自学检测】1对于热机而言，燃料释放的能量一部分用来做功，一部分散失了。用来做有用功的那一部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫热机效率。2蒸汽机的效率只有6_%15_%，汽油机的效率可以达到20_%30_%，柴油机的效率可以达到30_%40_%。3设法利用废气带走的热量，是提高燃料利用率的重要措施。【合作探究】教师巡视辅导。1我们在用煤气烧水的时候，煤气能否充分燃烧，煤气燃烧放出的热量能否都被水吸收？答：煤气不能充分燃烧，燃烧放出的热也不能完全被水吸收。2阅读课本P24“想想议议”，回答相关问题。答 ：燃料燃烧放出的热量，一部分直接散失到空气中去， 一部分被废气带走，只有一小部分用来做有用功了。3在八年级，我们学习了机械效率，那么我们能不能用类似的方法来计算出内燃机的效率呢？在内燃机的效率问题中，什么相当于有用功？什么相当于总功？推导出相关公式。答：内燃机对外做的功相当于有用功，燃料燃烧放出的热量相当于总功。W有用/Q放4在问题1中，如果要计算煤气烧水时的效率，公式是什么样的？讨论后推导之。答：Q吸/Q放5热机的效率是热机性能的重要指标，提高热机效率有何意义，怎样提高热机效率？答：提高热机效率可以节省燃料，减少污染。提高热机效率的方法：1.尽量使燃料充分燃烧；2.设法利用废气带走的热量 。6阅读P25“从火车到火箭”，了解人类运输工具的进步。【展示交流】教师掌握情况。【精讲点拨】1为了提高热机的效率，在大型火力发电站，人们常常利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。2在计算热机效率的时候，一般先利用公式Q放qm 或Q放qV 计算出燃料完全燃烧放出的热(这相当于机械效率中的总功) 再利用W有用/Q放 或Q吸/Q放计算出热机的效率。【即时练习】1完成课本P26第3、4题。2据估计，全国一年可产生城市生活垃圾约5.6108 t，焚烧生活垃圾释放的热量为我所用，是综合利用垃圾的一种方法。若燃烧1 t生活垃圾可以放出1.1761010 J的热量，问：(1)这些热量相当于完全燃烧多少焦碳产生的热量？(2)这些热量可以将多少 kg的水由20 加热到沸腾？【当堂练习】见训练案基础部分143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用能量守恒的观点分析物理现象。【重点难点】1知道能量守恒定律。2区别能量的转化和转移。学习内容一：能量的转化学习指导：阅读课本P27文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。【自学检测】1在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。2摩擦生热，是机械能转化为内能；水轮机发电是机械能转化为电能，电水壶烧水是电能转化为内能。【合作探究】教师巡视辅导。1阅读P27图14.31举出发生了能量转化的实例。答：摩擦生热机械能转化为内能水放在太阳下内能转移到水中太阳电池太阳能转化为电能小电扇旋转电能转化为机械能摩擦起电机械能转化为电能光合作用太阳能转化为化学能燃料燃烧化学能转化为内能2以上事例能说明什么？答：在一定条件下，能量是可以相互转化的。【展示交流】教师掌握情况。【精讲点拨】1能量不但可以相互转化，还可以转移。比如合作探究1中，把水放在太阳下，水会变热，这是太阳光具有的内能转移到水中。2能量的转化与转移的区别。能量的转化，能量的形式发生了改变；能量的转移，能量的形式没有发生改变，只是从一个物体转移到另一个物体。【即时练习】1完成P29第1题。2下列过程中，属于电能转化为机械能的是( C )A太阳能电池充电B电灯照明C电风扇工作 D风力发电 3.用做功的方式改变物体的内能，能量是怎么改变的？用热传递的方式改变物体的内能，能量是怎么改变的？答：做功改变内能机械能转化为内能。热传递改为内能内能从一个物体转移到另一个物体。学习内容：能量守恒定律学习指导：阅读课本P28P29文字内容与插图，基本概念、定义用红笔作上记号。【自学检测】1能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。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，所有的能量转化过程，都服从能量守恒定律。【合作探究】教师巡视辅导。阅读P28“想想议议”，并结合图14.32，思考并回答相关问题。1小球为什么越弹越低？它的机械能发生了什么变化？答：小球的机械能被消耗了，机械能的总量在减少。2在此实验中，机械能的总量为何不能守恒？为什么减少的机械能跑到哪里去了？答：因为机械能守恒是有条件的只在势能与动能之间发生转化，机械能才能守恒。在这个实验中除了动能与势能的转化外，小球还要克服摩擦做功，一部分机械能会转化为内能。3此实验给我们什么启示？答；说明能量是可以相互转化的，还说明能量不会凭空产生，也不会凭空消失。4举出生活中能量转化与守恒的实例，并解释。5展示P29图14.33，想一想这个装置能否实现“永动”。答：这个装置不能实现“永动”，因为砂轮做功要消耗一部分水的机械能，被抽上去的水比流下来的水少，最终会停止。它违背了能量守恒定律。6思考：既然能的总量是守恒的，我们为什么还要节约能源？【展示交流】教师掌握情况。【精讲点拨】一切机器在工作时候都要消耗能量才能对外做功，不消耗能量能对外做功的机械是不存在的，它们都违背了能量守恒定律，所以“永动机”是不可能成功的。【即时练习】1完成P29P30第2、3题。2下列说法中错误的是( A )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3电动机通电后电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能的转化和守恒的说法中正确的是( B )A电能全部转化为机械能，总的能量守恒B电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒C电能全部转化为内能，内能守恒D电能转化为机械能和内能，机械能守恒【当堂练习】见训练案基础部分