九年級物理全冊 第14章 內(nèi)能的利用學案 (新版)新人教版
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第十四章 內(nèi)能的利用 14.1 熱機 【學習目標】 1.了解熱機的工作原理。 2.了解汽油機的基本工作原理。 3.了解柴油機的基本工作原理。 【重點難點】 汽油機與柴油機的工作原理以及工作過程中的能量轉(zhuǎn)化情況。 學習內(nèi)容一:熱機 學習指導:閱讀課本P17-P18文字內(nèi)容與插圖,基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1.人們發(fā)現(xiàn)內(nèi)能可以做功,利用內(nèi)能做功的機械叫熱機。 2.燃料直接在發(fā)動機的汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生動力的熱機,叫內(nèi)燃機。 3.內(nèi)燃機分為汽油機與柴油機兩大類。它們分別用汽油與柴油作為燃料。 【合作探究】教師巡視輔導。 演示P17圖14.1-1,請學生觀察后討論如下問題: 1.點然酒精后,有什么現(xiàn)象發(fā)生? 答:聽到“呯”的一聲,看到塞子飛出去,瓶口附近出現(xiàn)“白霧”。 2.塞子為什么會飛出去?瓶口為什么會出現(xiàn)“白霧”? 答:酒精燃燒給試管中的水加熱,試管內(nèi)產(chǎn)生大量的水蒸汽,當管內(nèi)的氣壓大到一定程度時,塞子在水蒸汽壓力的作用下就會飛出去。管內(nèi)的水蒸汽對塞子做了功,內(nèi)能減少,溫度降低,水蒸汽遇冷液化,形成“白霧”。 3.從酒精燈點燃到塞子飛出去,能量是怎么轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的? 答:酒精具有化學能,燃燒后化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 ,內(nèi)能通過熱傳遞的方式轉(zhuǎn)移給水,水的內(nèi)能增加,溫度升高,產(chǎn)生大量水蒸汽,水蒸汽推動塞子做功,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的動能。 4.在大屏幕上展示P18圖14.1-2,這個內(nèi)燃機與剛才的演示實驗裝備在結(jié)構上有什么相同點? 活塞——塞子 汽缸——試管 5.它們工作時能量轉(zhuǎn)化有什么共同點? 共同點:能量轉(zhuǎn)化過程相同,都是燃料燃燒后的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1.在演示實驗中,塞子不能塞得太緊,否則有可能引起試管爆裂。 2.內(nèi)燃機與其它熱機的能量轉(zhuǎn)化方式一樣:內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。不同點在于內(nèi)燃機的燃料在汽缸內(nèi)燃燒,所以稱之為“內(nèi)燃”。 【即時練習】 1.完成P21第1題。 2.內(nèi)燃機的特點是:燃料在汽缸內(nèi)燃燒,生成高溫高壓的燃氣,燃氣推動活塞做功,將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 學習內(nèi)容二:汽油機、柴油機 學習指導:閱讀課本P18-P20文字內(nèi)容與插圖,二人為一組,相互描述汽油機的工作過程。 【自學檢測】 1.汽油機的結(jié)構:汽缸上部有進氣門和排氣門,頂部有火花塞,下部有活塞。 2.汽油在汽缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃氣,推動活塞做功,活塞移動帶動曲軸轉(zhuǎn)動。 3.活塞從汽缸的一端運動到另一端的過程,叫一個沖程。汽油機是由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程的不斷循環(huán)來保證連續(xù)工作的。 【合作探究】教師巡視輔導。 1.使用PPT動畫展示汽油機工作過程,說說汽油機是怎樣工作的,并將下面的空補充完整。 汽油機一個完整的工作循環(huán)有四個沖程:吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。 A.吸氣沖程:進氣門打開,排氣門關閉,活塞向下運動,汽油與空氣的混合物進入汽缸。 B.壓縮沖程:進氣門排氣門都關閉,活塞向上運動,燃料與空氣的混合物被壓縮,溫度升高。 C.做功沖程:在壓縮沖程結(jié)束時,火花塞點火,燃料燃燒,產(chǎn)生高溫高壓的氣體,高溫高壓的氣體推動活塞向下運動,帶動曲軸轉(zhuǎn)動,對外做功。 D.排氣沖程:進氣門關閉,排氣門打開,活塞向上運動,把廢氣排出汽缸。 2.討論并完成“想想議議” (1)在壓縮沖程中,機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,在做功沖程中,內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 (2)做功沖程使汽車獲得動力。 (3)排氣沖程排出廢氣。 3.閱讀P19柴油機的相關內(nèi)容,比較一下汽油機與柴油機的異同并將下列表格補充完整。 相同點 能量轉(zhuǎn)化方式 都是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為動能 工作過程 都有四個沖程:吸氣、壓縮、做功、排氣。 不同點 吸氣沖程: 汽油機吸入是的汽油與空氣的混合物。柴油機吸入的是純凈的空氣。 壓縮沖程: 汽油機在壓縮沖程結(jié)束時,火花塞產(chǎn)生電火花,是“點燃式”;柴油機在壓縮沖程結(jié)束時,汽缸內(nèi)的溫度已超過柴油的燃點,此時,噴油嘴噴出霧狀的柴油,遇到熱空氣馬上燃燒,是“壓燃式” 功率不同: 柴油機功率一般較大,一般應用于大型機械上, 汽油機相對功率較小,一般應用于小型機械上。 效率不同: 柴油機對燃料利用率較高,機械效率較高,汽油機機械效率較低。 4.閱讀P20科學世界“現(xiàn)代汽車”,說說現(xiàn)代汽車與過去的汽車相比有哪些優(yōu)點。 答:減少污染,降低消耗。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1.在四沖程汽油機中,只有做功沖程對外提供了動力,其他三個沖程依靠飛輪的慣性完成。手扶拖拉機在啟動時,要用人力轉(zhuǎn)動搖把,帶動飛輪轉(zhuǎn)動,完成吸氣與壓縮沖程、排氣沖程,然后發(fā)動機才能開始正常工作。小汽車啟動時,轉(zhuǎn)動鑰匙,電動機開始帶動飛輪轉(zhuǎn)動,完成吸氣與壓縮沖程、排氣沖程。 2. 一個工作循環(huán),活塞來回運動二次,曲軸旋轉(zhuǎn)二周,對外做功一次。 【即時練習】 完成課本P21第2、3題。 【當堂練習】見訓練案基礎部分 14.2 熱機的效率 【學習目標】 1.從能量轉(zhuǎn)化的角度認識熱值,并能進行相關的計算。 2.通過能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移,認識效率,能計算熱機的效率。 【重點難點】 1.認識熱值,利用熱值計算物質(zhì)燃燒放出的熱量。 2.認識熱機的效率,能計算熱機的效率。 學習內(nèi)容一:燃料的熱值 學習指導:閱讀課本P22-P23的文字內(nèi)容與插圖,基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1.某種燃料完全燃燒所放出的熱量與質(zhì)量之比,叫做這種燃料的熱值。 2.熱值的單位由熱量與質(zhì)量的單位組合而成,在國際單位制中,熱量的單位是焦耳,質(zhì)量的單位是千克,所以熱值的單位是焦每千克,符號是J/kg。 3.酒精的熱值是3.0107_J/kg,它的物理意義是:1 kg酒精完全燃燒所放出來的熱量是3.0107_J。 【合作探究】教師巡視輔導。 1.說一說:在我們的家庭中,會使用哪些燃料? 答:煤、液化氣、木柴等。 2.根據(jù)我們的生活經(jīng)驗想一想:燒開同樣一壺水,使用不同的燃料,所消耗的燃料的質(zhì)量是一樣多嗎? 答:燒開同樣一壺水,使用不同的燃料,消耗的燃料的質(zhì)量是不同的; 這說明什么? 答:這說明,不同的燃料,燃燒后放出的熱量是不同的。 3.在物理學中,我們用熱值的概念來表示這種差異。這種下定義的方法叫“比值法”。 4.閱讀P23第二段的內(nèi)容,歸納一下利用燃料的熱值和質(zhì)量,來計算燃料完全燃燒所放出熱量的公式。(用Q放表示放出的熱量,q代表燃料的熱值,m代表燃料的質(zhì)量) 答:Q放=qm 5.如果是氣體燃料,公式又是什么樣的? 答:Q放=qV 6.請寫出這二個公式的推導式。 答:m=Q放/q,q=Q放/m,V=Q放/q,q=Q放/V。 7.在實際的燃燒過程中,燃料能否充分燃燒?如果不能則燃料的熱值是否會發(fā)生變化? 答:熱值是一個理論值,只有燃料充分燃燒,放出的熱量才等于利用上述公式計算得出的熱量。因為燃料不可能完全燃燒,所以放出的熱量會比理論值稍小。但燃料的熱值不會改變。 【展示交流】 請學生利用熱值公式完成P26第1、2題,注意計算格式。 【精講點撥】 1.熱值只與燃料的種類有關,與燃料是否充分燃燒,燃料的質(zhì)量、體積均無關系。 2.在計算燃料燃燒放出的熱量時,熱值與質(zhì)量的單位必須是國際單位,計算的結(jié)果才是J,同理,在計算氣體燃料燃燒放出的熱量的時候,熱值的單位應為J/m3,體積的單位應為m3,計算的結(jié)果才是J。 3.利用推導式m=Q放/q,q=Q放/m,V=Q放/q,q=Q放/V可以求出對應的燃料的質(zhì)量、體積、熱值 。 【即時練習】 1.關于燃料的熱值,以下說法中正確的是( A ) A. 燃料的熱值與燃料的燃燒情況無關 B. 容易燃燒的燃料,熱值一定大 C. 煤的熱值大于干木柴的熱值,燃燒煤放出的熱量一定比燃燒干木柴放出的熱量多 D.放出熱量多,熱值就大 2. 一桶煤油用掉了一半,則剩下的煤油( D ) A. 密度和熱值不變,比熱容減為原來的一半 B. 比熱容和密度不變,熱值減為原來的一半 C. 熱值和比熱容不變,密度減為原來的一半 D. 密度、熱值和比熱容都不變 學習內(nèi)容二:熱機效率 學習指導:閱讀課本P23-P24文字內(nèi)容與插圖,基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1.對于熱機而言,燃料釋放的能量一部分用來做功,一部分散失了。用來做有用功的那一部分能量與燃料完全燃燒放出的熱量之比,叫熱機效率。 2.蒸汽機的效率只有6_%~15_%,汽油機的效率可以達到20_%~30_%,柴油機的效率可以達到30_%~40_%。 3.設法利用廢氣帶走的熱量,是提高燃料利用率的重要措施。 【合作探究】教師巡視輔導。 1.我們在用煤氣燒水的時候,煤氣能否充分燃燒,煤氣燃燒放出的熱量能否都被水吸收? 答:煤氣不能充分燃燒,燃燒放出的熱也不能完全被水吸收。 2.閱讀課本P24“想想議議”,回答相關問題。 答 :燃料燃燒放出的熱量,一部分直接散失到空氣中去, 一部分被廢氣帶走,只有一小部分用來做有用功了。 3.在八年級,我們學習了機械效率,那么我們能不能用類似的方法來計算出內(nèi)燃機的效率呢?在內(nèi)燃機的效率問題中,什么相當于有用功?什么相當于總功?推導出相關公式。 答:內(nèi)燃機對外做的功相當于有用功,燃料燃燒放出的熱量相當于總功。 η=W有用/Q放 4.在問題1中,如果要計算煤氣燒水時的效率,公式是什么樣的?討論后推導之。 答:η=Q吸/Q放 5.熱機的效率是熱機性能的重要指標,提高熱機效率有何意義,怎樣提高熱機效率? 答:提高熱機效率可以節(jié)省燃料,減少污染。提高熱機效率的方法:1.盡量使燃料充分燃燒;2.設法利用廢氣帶走的熱量 。 6.閱讀P25“從火車到火箭”,了解人類運輸工具的進步。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1.為了提高熱機的效率,在大型火力發(fā)電站,人們常常利用蒸汽輪機排出的廢氣來供熱,這就是熱電站。 2.在計算熱機效率的時候,一般先利用公式Q放=qm 或Q放=qV 計算出燃料完全燃燒放出的熱(這相當于機械效率中的總功) 再利用W有用/Q放=η 或Q吸/Q放=η計算出熱機的效率。 【即時練習】 1.完成課本P26第3、4題。 2.據(jù)估計,全國一年可產(chǎn)生城市生活垃圾約5.6108 t,焚燒生活垃圾釋放的熱量為我所用,是綜合利用垃圾的一種方法。若燃燒1 t生活垃圾可以放出1.1761010 J的熱量,問:(1)這些熱量相當于完全燃燒多少焦碳產(chǎn)生的熱量?(2)這些熱量可以將多少 kg的水由20 ℃加熱到沸騰? 【當堂練習】見訓練案基礎部分 14.3 能量的轉(zhuǎn)化和守恒 【學習目標】 1.知道能量守恒定律。 2.能舉出日常生活中能量守恒的實例。 3.用能量守恒的觀點分析物理現(xiàn)象。 【重點難點】 1.知道能量守恒定律。 2.區(qū)別能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。 學習內(nèi)容一:能量的轉(zhuǎn)化 學習指導:閱讀課本P27文字內(nèi)容與插圖,基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1.在一定條件下,各種形式的能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。 2.摩擦生熱,是機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能;水輪機發(fā)電是機械能轉(zhuǎn)化為電能,電水壺燒水是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 【合作探究】教師巡視輔導。 1.閱讀P27圖14.3-1舉出發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化的實例。 答:摩擦生熱——機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 水放在太陽下——內(nèi)能轉(zhuǎn)移到水中 太陽電池——太陽能轉(zhuǎn)化為電能 小電扇旋轉(zhuǎn)——電能轉(zhuǎn)化為機械能 摩擦起電——機械能轉(zhuǎn)化為電能 光合作用——太陽能轉(zhuǎn)化為化學能 燃料燃燒——化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 2.以上事例能說明什么? 答:在一定條件下,能量是可以相互轉(zhuǎn)化的。 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 1.能量不但可以相互轉(zhuǎn)化,還可以轉(zhuǎn)移。比如合作探究1中,把水放在太陽下,水會變熱,這是太陽光具有的內(nèi)能轉(zhuǎn)移到水中。 2.能量的轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的區(qū)別。能量的轉(zhuǎn)化,能量的形式發(fā)生了改變;能量的轉(zhuǎn)移,能量的形式?jīng)]有發(fā)生改變,只是從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 【即時練習】 1.完成P29第1題。 2.下列過程中,屬于電能轉(zhuǎn)化為機械能的是( C ) A.太陽能電池充電 B.電燈照明 C.電風扇工作 D.風力發(fā)電 3.用做功的方式改變物體的內(nèi)能,能量是怎么改變的?用熱傳遞的方式改變物體的內(nèi)能,能量是怎么改變的? 答:做功改變內(nèi)能——機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 熱傳遞改為內(nèi)能——內(nèi)能從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體。 學習內(nèi)容:能量守恒定律 學習指導:閱讀課本P28-P29文字內(nèi)容與插圖,基本概念、定義用紅筆作上記號。 【自學檢測】 1.能量守恒定律:能量既不會憑空消滅,也不會憑空產(chǎn)生,它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式,或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中,能量的總量保持不變。 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,所有的能量轉(zhuǎn)化過程,都服從能量守恒定律。 【合作探究】教師巡視輔導。 閱讀P28“想想議議”,并結(jié)合圖14.3-2,思考并回答相關問題。 1.小球為什么越彈越低?它的機械能發(fā)生了什么變化? 答:小球的機械能被消耗了,機械能的總量在減少。 2.在此實驗中,機械能的總量為何不能守恒?為什么減少的機械能跑到哪里去了? 答:因為機械能守恒是有條件的——只在勢能與動能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化,機械能才能守恒。在這個實驗中除了動能與勢能的轉(zhuǎn)化外,小球還要克服摩擦做功,一部分機械能會轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 3.此實驗給我們什么啟示? 答;說明能量是可以相互轉(zhuǎn)化的,還說明能量不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消失。 4.舉出生活中能量轉(zhuǎn)化與守恒的實例,并解釋。 5.展示P29圖14.3-3,想一想這個裝置能否實現(xiàn)“永動”。 答:這個裝置不能實現(xiàn)“永動”,因為砂輪做功要消耗一部分水的機械能,被抽上去的水比流下來的水少,最終會停止。它違背了能量守恒定律。 6.思考:既然能的總量是守恒的,我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源? 【展示交流】教師掌握情況。 【精講點撥】 一切機器在工作時候都要消耗能量才能對外做功,不消耗能量能對外做功的機械是不存在的,它們都違背了能量守恒定律,所以“永動機”是不可能成功的。 【即時練習】 1.完成P29-P30第2、3題。 2.下列說法中錯誤的是( A ) A.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律只適用于物體內(nèi)能的變化 B.只要有能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移,就一定遵從能量守恒定律 C.能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是人們認識自然和利用自然的有力武器 D.任何一種形式的能在轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程中,消耗多少某種形式的能量,就能得到多少其他形式的能量,而能的總量是保持不變 3.電動機通電后電動機帶動其他機器運轉(zhuǎn),一段時間后,電動機的外殼就會變得燙手,則下列關于能的轉(zhuǎn)化和守恒的說法中正確的是( B ) A.電能全部轉(zhuǎn)化為機械能,總的能量守恒 B.電能一部分轉(zhuǎn)化為機械能,另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,總的能量守恒 C.電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,內(nèi)能守恒 D.電能轉(zhuǎn)化為機械能和內(nèi)能,機械能守恒 【當堂練習】見訓練案基礎部分- 配套講稿:
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