九年级物理全册 第14章 内能的利用学案 （新版）新人教版

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第十四章　内能的利用 14．1　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P17－P18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14.1－1，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14.1－2，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P18－P20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 14．2　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P22－P23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＝qm 5．如果是气体燃料，公式又是什么样的？ 答：Q放＝qV 6．请写出这二个公式的推导式。 答：m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q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m＝Q放/q，q＝Q放/m，V＝Q放/q，q＝Q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P23－P24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。 η＝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：η＝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＝η 或Q吸/Q放＝η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 14．3　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14.3－1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P28－P29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14.3－2，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14.3－3，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P29－P30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