內(nèi)能與熱機(jī)學(xué)案-滬科版9?一、教學(xué)目標(biāo)1.知識(shí)與技能目標(biāo)了解內(nèi)能的概念，能簡(jiǎn)單描述溫度和內(nèi)能的關(guān)系。知道熱傳遞可以改變物體的內(nèi)能，能舉例說明生活中常見的熱傳遞現(xiàn)象。理解比熱容的概念，會(huì)用比熱容解釋簡(jiǎn)單的自然現(xiàn)象。知道內(nèi)能與熱量的關(guān)系，能區(qū)分內(nèi)能和熱量。了解熱機(jī)的工作原理，能說出四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程。知道熱值的概念，會(huì)計(jì)算燃料完全燃燒時(shí)放出的熱量。2.過程與方法目標(biāo)通過探究改變物體內(nèi)能的方法，培養(yǎng)學(xué)生的觀察、分析和歸納能力。通過比熱容概念的建立過程，讓學(xué)生體會(huì)控制變量法在科學(xué)探究中的應(yīng)用。通過對(duì)熱機(jī)工作過程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理和空間想象能力。3.情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)通過探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和科學(xué)探究精神。通過了解內(nèi)能在生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生體會(huì)物理與生活的緊密聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)能意識(shí)和環(huán)保意識(shí)。二、教學(xué)重難點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)內(nèi)能的概念及改變內(nèi)能的方法。比熱容的概念及計(jì)算。熱機(jī)的工作原理及四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程。燃料熱值的概念及熱量計(jì)算。2.教學(xué)難點(diǎn)內(nèi)能概念的理解，尤其是內(nèi)能與溫度、熱量的區(qū)別。比熱容概念的理解及應(yīng)用。熱機(jī)工作過程中能量的轉(zhuǎn)化和守恒。三、教學(xué)方法講授法、實(shí)驗(yàn)探究法、討論法、多媒體輔助教學(xué)法四、教學(xué)過程（一）內(nèi)能1.引入新課展示圖片：燒紅的鐵塊、熱水、運(yùn)動(dòng)的汽車等。引導(dǎo)學(xué)生思考：這些物體都具有能量嗎？它們的能量形式一樣嗎？引出內(nèi)能的概念，讓學(xué)生初步感受內(nèi)能是物體內(nèi)部具有的一種能量。2.內(nèi)能的概念講解：物體內(nèi)部所有分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，叫做物體的內(nèi)能。舉例說明：分子在不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，就像操場(chǎng)上亂跑的學(xué)生具有動(dòng)能一樣，分子也具有動(dòng)能；分子間存在相互作用力，就像彈簧被拉伸或壓縮時(shí)具有彈性勢(shì)能一樣，分子間也具有勢(shì)能。強(qiáng)調(diào)：一切物體在任何情況下都具有內(nèi)能。3.內(nèi)能與溫度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究：器材：兩個(gè)相同的燒杯、質(zhì)量相等的熱水和冷水、溫度計(jì)、滴管、紅墨水。步驟：分別向熱水和冷水中滴入一滴紅墨水，觀察紅墨水在水中的擴(kuò)散情況。現(xiàn)象：熱水中紅墨水?dāng)U散得快，冷水中紅墨水?dāng)U散得慢。結(jié)論：溫度越高，分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，物體的內(nèi)能越大。引導(dǎo)學(xué)生分析：物體溫度升高時(shí)，內(nèi)能增加；溫度降低時(shí)，內(nèi)能減少。4.改變內(nèi)能的方法熱傳遞講解：熱傳遞是熱量從高溫物體傳到低溫物體，或者從物體的高溫部分傳到低溫部分的過程。舉例：冬天用熱水袋取暖，熱水袋的熱量傳遞給人體，使人體內(nèi)能增加；炒菜時(shí)，菜吸收鍋傳遞的熱量，內(nèi)能增加。強(qiáng)調(diào)：熱傳遞的條件是存在溫度差，熱傳遞的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。做功實(shí)驗(yàn)演示：器材：空氣壓縮引火儀、活塞、硝化棉。步驟：將硝化棉放入空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部，迅速壓下活塞，觀察現(xiàn)象。現(xiàn)象：硝化棉燃燒起來。結(jié)論：對(duì)物體做功，物體的內(nèi)能增加。舉例：鉆木取火，通過克服摩擦力做功，使木頭的內(nèi)能增加，溫度升高，達(dá)到木頭的著火點(diǎn)而燃燒。分析：物體對(duì)外做功，內(nèi)能減少。例如，氣體膨脹對(duì)外做功，氣體的內(nèi)能減少，溫度降低。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的。（二）比熱容1.引入新課展示圖片：炎熱的夏天，海灘上的沙子和海水在太陽照射下溫度變化不同。提出問題：為什么在同樣的日照條件下，沙子和海水的溫度升高不一樣呢？引出比熱容的概念，激發(fā)學(xué)生的探究興趣。2.比熱容的概念實(shí)驗(yàn)探究：器材：兩個(gè)相同的酒精燈、兩個(gè)相同的燒杯、質(zhì)量相等的水和煤油、溫度計(jì)。步驟：分別對(duì)質(zhì)量相等的水和煤油加熱，記錄它們?cè)谙嗤瑫r(shí)間內(nèi)升高的溫度。現(xiàn)象：在相同時(shí)間內(nèi)，水升高的溫度比煤油升高的溫度慢。結(jié)論：質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不同。講解：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的某種物質(zhì)溫度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的熱量叫做這種物質(zhì)的比熱容。強(qiáng)調(diào)：比熱容是物質(zhì)的一種特性，不同物質(zhì)的比熱容一般不同。3.比熱容的單位介紹：比熱容的單位是焦耳每千克攝氏度，符號(hào)是J/(kg·℃)。舉例：水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)，表示1kg水溫度升高（或降低）1℃吸收（或放出）的熱量是4.2×103J。4.比熱容的應(yīng)用解釋現(xiàn)象：汽車發(fā)動(dòng)機(jī)用水做冷卻劑，是因?yàn)樗谋葻崛葺^大，在升高相同溫度時(shí)能吸收較多的熱量，從而可以更好地冷卻發(fā)動(dòng)機(jī)。沿海地區(qū)晝夜溫差比內(nèi)陸地區(qū)小，是因?yàn)樗谋葻崛荼壬笆⒛嗤恋谋葻崛荽螅谖栈蚍懦鱿嗤瑹崃繒r(shí)，水的溫度變化比砂石、泥土小。計(jì)算熱量：公式：Q=cmΔt，其中Q表示吸收或放出的熱量，c表示比熱容，m表示質(zhì)量，Δt表示溫度變化。例題：質(zhì)量為2kg的水，溫度從20℃升高到70℃，吸收的熱量是多少？解：已知c=4.2×103J/(kg·℃)，m=2kg，Δt=70℃20℃=50℃根據(jù)Q=cmΔt可得：Q=4.2×103J/(kg·℃)×2kg×50℃=4.2×10?J（三）內(nèi)能與熱量1.引入新課回顧內(nèi)能和溫度的關(guān)系，提問：溫度變化時(shí)，物體的內(nèi)能會(huì)改變，那么內(nèi)能的改變和熱量有什么關(guān)系呢？引出內(nèi)能與熱量的關(guān)系的討論。2.內(nèi)能與熱量的區(qū)別和聯(lián)系區(qū)別：內(nèi)能是物體內(nèi)部所有分子具有的能量，是一個(gè)狀態(tài)量，可以說物體"具有"多少內(nèi)能。熱量是在熱傳遞過程中，傳遞的能量的多少，是一個(gè)過程量，不能說物體"具有"多少熱量，只能說物體"吸收"或"放出"多少熱量。聯(lián)系：物體吸收熱量，內(nèi)能增加；物體放出熱量，內(nèi)能減少。熱傳遞過程中，傳遞的熱量等于物體內(nèi)能的改變量。3.熱量的計(jì)算對(duì)于吸熱過程：Q吸=cm(tt?)，其中t是末溫，t?是初溫。對(duì)于放熱過程：Q放=cm(t?t)。例題：質(zhì)量為0.5kg的鋁塊，溫度從30℃升高到80℃，吸收的熱量是多少？（鋁的比熱容是0.88×103J/(kg·℃)）解：已知c=0.88×103J/(kg·℃)，m=0.5kg，t?=30℃，t=80℃根據(jù)Q吸=cm(tt?)可得：Q吸=0.88×103J/(kg·℃)×0.5kg×(80℃30℃)=2.2×10?J（四）熱機(jī)1.引入新課展示圖片：汽車、火車、飛機(jī)等交通工具。提問：這些交通工具是靠什么提供動(dòng)力的？引出熱機(jī)的概念，介紹熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。2.熱機(jī)的工作原理講解：燃料燃燒釋放出內(nèi)能，使工作物質(zhì)（如燃?xì)猓┑膬?nèi)能增加，溫度升高，體積膨脹，對(duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。舉例：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等都是熱機(jī)。3.四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程吸氣沖程講解：進(jìn)氣門打開，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，吸入空氣和汽油的混合物（柴油機(jī)吸入的是空氣）。展示吸氣沖程的示意圖，讓學(xué)生觀察活塞的運(yùn)動(dòng)方向和氣門的開閉情況。壓縮沖程講解：進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，壓縮混合氣體，使其內(nèi)能增加，溫度升高。強(qiáng)調(diào)：壓縮沖程是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程。展示壓縮沖程的示意圖，分析能量轉(zhuǎn)化情況。做功沖程講解：在壓縮沖程末，火花塞點(diǎn)火（柴油機(jī)是噴油嘴噴油），混合氣體劇烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)外做功。強(qiáng)調(diào)：做功沖程是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過程，是內(nèi)燃機(jī)的主要沖程。展示做功沖程的示意圖，分析能量轉(zhuǎn)化情況。排氣沖程講解：進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，活塞向上運(yùn)動(dòng)，排出廢氣。展示排氣沖程的示意圖，讓學(xué)生觀察活塞的運(yùn)動(dòng)方向和氣門的開閉情況。引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作循環(huán)：一個(gè)工作循環(huán)包括吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程，活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。4.汽油機(jī)和柴油機(jī)的比較從構(gòu)造上比較：汽油機(jī)有火花塞，柴油機(jī)有噴油嘴。從工作過程上比較：吸氣沖程汽油機(jī)吸入的是空氣和汽油的混合物，柴油機(jī)吸入的是空氣；壓縮沖程汽油機(jī)壓縮程度小，柴油機(jī)壓縮程度大；做功沖程汽油機(jī)是點(diǎn)燃式，柴油機(jī)是壓燃式。從應(yīng)用上比較：汽油機(jī)比較輕巧，常用在汽車、飛機(jī)、摩托車等小型交通工具上；柴油機(jī)比較笨重，但效率較高，常用在載重汽車、火車、輪船等大型交通工具上。（五）熱值1.引入新課提問：不同的燃料燃燒時(shí)放出的熱量一樣多嗎？引出熱值的概念，說明熱值是表示燃料燃燒放熱本領(lǐng)的物理量。2.熱值的概念講解：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。強(qiáng)調(diào)：熱值的單位是焦耳每千克，符號(hào)是J/kg。對(duì)于氣體燃料，熱值的單位常用焦耳每立方米，符號(hào)是J/m3。3.熱值的計(jì)算公式：Q=mq（對(duì)于固體和液體燃料），Q=Vq（對(duì)于氣體燃料），其中Q表示燃料完全燃燒放出的熱量，m表示燃料的質(zhì)量，V表示燃料的體積，q表示燃料的熱值。例題：完全燃燒0.5kg的汽油，能放出多少熱量？（汽油的熱值是4.6×10?J/kg）解：已知m=0.5kg，q=4.6×10?J/kg根據(jù)Q=mq可得：Q=0.5kg×4.6×10?J/kg=2.3×10?J4.熱機(jī)的效率講解：熱機(jī)工作時(shí)，燃料完全燃燒放出的熱量，只有一部分用來做有用功，其余部分能量散失了。定義：熱機(jī)用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機(jī)的效率。公式：η=W有/Q放×100%，其中η表示熱機(jī)的效率，W有表示有用功，Q放表示燃料完全燃燒放出的熱量。強(qiáng)調(diào)：熱機(jī)的效率總是小于1，提高熱機(jī)效率的主要途徑是減少熱機(jī)工作中的各種能量損失，如使燃料充分燃燒、減少機(jī)械摩擦、減少廢氣帶走的熱量等。五、課堂小結(jié)1.引導(dǎo)學(xué)生回顧本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，包括內(nèi)能、比熱容、內(nèi)能與熱量的關(guān)系、熱機(jī)、熱值和熱機(jī)的效率等知識(shí)點(diǎn)。2.強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，如內(nèi)能的概念、比熱容的計(jì)算、熱機(jī)的工作原理等，幫助學(xué)生加深理解和記憶。3.讓學(xué)生談?wù)劚竟?jié)課的收獲和體會(huì)，培養(yǎng)學(xué)生的總結(jié)歸納能力和語言表達(dá)能力。六、課堂練習(xí)1.下列關(guān)于內(nèi)能的說法中，正確的是（）A.溫度高的物體內(nèi)能一定大B.物體的內(nèi)能增加，一定是從外界吸收了熱量C.物體的機(jī)械能增加，其內(nèi)能也一定增加D.一切物體在任何情況下都具有內(nèi)能2.比熱容是物質(zhì)的一種特性，它與物質(zhì)的（）有關(guān)。A.質(zhì)量B.體積C.溫度D.種類3.質(zhì)量為2kg的水，溫度從20℃升高到60℃，吸收的熱量是多少？（水的比熱容是4.2×103J/(kg·℃)）4.一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速為1800r/min，則它每秒鐘完成______個(gè)工作循環(huán)，對(duì)外做功______次。5.完全燃燒0.3m3的天然氣，能放出多少熱量？（天然氣的熱值是7.0×10?J/m3）七、布置作業(yè)1.復(fù)習(xí)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，整理筆記。2.完成課本上的課后練習(xí)題。3.思考：如何提高熱機(jī)的