14.1热机教案(定)12099.pdf

第十四章 内能的利用 1 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。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：做功 燃料的化学能 气体的内能 转化 燃烧 转化 塞子的机械能 第十四章 内能的利用 2 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 做功冲程（内能转化为机械能）吸气冲程 热机 内燃机：汽油机工作原理 燃料的热值：1kg 某种燃料完全燃烧时放出的热量 热机的效率 压缩冲程（机械能转化为内能）排气冲程 第十四章 内能的利用 3 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 第十四章 内能的利用 4【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 14.11 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 热机 实质：热机是把_转化为_的机器。工作过程：内燃机工作时都包括_、_、_、_四个冲程，其中将机械能转化为内能的是_冲程，将内能转化为机械能的是_冲程。能量转化：图 14.11 在做功冲程中 能转化为 ，在压缩冲程中 能转化为 能。第十四章 内能的利用 5 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=_.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、燃料的种类：燃料、燃料、燃料。、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”）、在物理学中，把 叫做这种燃料的热值。热值的单位是 ，符号是_。、阅读常见燃料的热值表，你的发现是 。氢气的热值是 1.4108J/m3，它表示的物理意义是 。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 热机工作时，用来做_的那部分能量与_之比叫热机效率。在我们常用的热机中_机的效率最高。【课堂探究案】、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？、合作探究 探究：燃料的热值及计算 1、烟煤的热值约为 2.9107J/Kg，那么完全燃烧 20Kg烟煤所放出的热量是多少焦耳？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=4.2107J/Kg，水的比热容 c=4.2103J/(Kg)。求：（1）50Kg、20的水加热到 60需吸收的热量；第十四章 内能的利用 6（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 4.6107J/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 4.8Km，受到的阻力是 3.0103N，消耗汽油 1.2Kg（假设汽油完全燃烧）。汽油的热值为 q=4107J/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 。质疑与反思：内燃机的能量第十四章 内能的利用 7 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。你认为，上面水池中流下来的水，能否被水泵全部抽送 第十四章 内能的利用 8 到上面水池中？并说明理由：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：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。电动机带动水泵抽水是 ；汽车突然紧急刹车停住是 ；用毛巾反复擦背，感觉后背热了是 。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 第十四章 内能的利用 9 7 写出下列现象中能量的转化或能量的转移关系。木炭燃烧发出光和热。；冬天双手互相摩擦感觉暖和。；用钢锉锉工件，工件发热。；水轮机带动发电机工作。；点燃爆竹后，爆竹腾空而起。；给蓄电池充电。；热水瓶中的水蒸气把瓶塞冲起。；风吹动帆船前进。；人跑动时，身体发热出汗。；一杯热水慢慢变凉。；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 1.510-3m3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 8.4107J/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 第十四章 内能的利用 10 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程中（）A.木块的重力势能全部转化为动能 B.木块的动能增加，重力势能减小 C.木块有一部分机械能转化为内能 D.木块的机械能全部转化为内能 21、某物体对外做功，消耗了 100J的机械能，这些机械能转化为其他形式的能量是（）A.50JB.100JC.0JD.无法确定 22、下面关于能量的说法中，正确的是（）A.用砂轮磨刀是由内能转化为动能 B.陨石进入大气层成为流星时，是内能转化为机械能 C.壶中的水沸腾时壶盖不停地跳动，是水的势能转化为壶盖的动能 D.用打气筒给轮胎打气，打气筒发热，是机械能转化为内能 第十四章 内能的利用 11