2018年九年级物理全册 第十三章 内能与热机学案（打包4套）（新版）沪科版.zip

1第一节 物体的内能教材解读本节是前面所学分子热运动的延伸，又为后面其他节的学习奠定了基础。教材利用类比的方法得出内能的概念，通过探究让学生明白改变内能的两种方式，符合学生认知规律，能够体现从生活走向物理、注重科学探究的新课程理念。知识与技能①了解内能的概念，知道任何一个物体都有内能。②能简单描述温度与内能之间的关系。③结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，是内能的转移过程。④了解热量的概念。过程与方法 ①通过探究找到改变物体内能的方法。②通过演示实验说明做功可以使物体的内能增加或减少。教学目标情感、态度与价值观①通过探究，使学生体验探究的过程，激发学生主动学习的兴趣。②通过演示实验培养学生的观察能力，并使学生通过实验理解做功与内能变化的关系。③鼓励学生自己查找资料，培养学生自学的能力。重点改变内能的两种方式。针对本块内容，建议教师以实验为基础，通过讨论、归纳得出热传递和做功都能改变物体的内能的结论。并从能的形式是否改变的角度思考这两种方式在改变物体内能上的本质区别，运用改变内能的两种方式来解释生活中的一些热现象，感受生活与物理的密切联系。重点难点难点内能的概念。学生虽然前面学习了分子动理论的内容，但对其内容的记忆并不深，要从微观角度思考问题难度会比较大。为了认识物体的内能，通过对知识的分解、铺垫，提供合适的 Flash 学习支架，完成从宏观思维到微观分析上的过渡，运用类比法认识分子的动能和分子势能，建立内能的概念。方法技巧温度、内能、热量的区别与联系：2学点 1 物体的内能1．结合宏观物体的运动特点和物质结构的基本图像的内容，我们进一步推断：宏观物体由于运动而具有动能，所以运动着的分子具有分子__动能__；宏观物体之间由于存在相互作用力而具有势能，所以分子间由于存在着相互作用的引力和斥力而具有分子__势能__。2．物体内__所有__分子无规则运动的__动能__，以及分子__势能__的总和叫做物体的内能。问 题：如图 13－1－1 所示，炽热的铁水有内能，北极的冰山有没有内能？图 13－1－1[答案] 有总结：任何物体在任何情况下都具有内能。[知识拓展] 影响内能的相关因素内能的大小跟物体的温度、质量、体积、状态等有关。当物体温度升高时，内能会__增加__。学点 2 改变物体内能的两种途径阅读教材 P35～P36“改变内能的两种途径”部分内容，结合图 13－1－2，回答问题：图 13－1－23问题 1：图(a)中，快速压下玻璃筒上端的活塞时，外界对管内空气__做功__，空气的内能__增加__(选填“增加”或“减小”)，空气的温度__升高__(选填“升高”或“降低”)，达到硝化棉的着火点而使硝化棉燃烧起来。空气内能的改变是通过__做功__方式实现的。问题 2：由(b)(c)(d)三幅图可以看出，__热传递__也能改变物体的内能。热传递是通过__热传导__、__对流__、__热辐射__三种方式进行的。__热传导__时，物体内各部分物质不发生移动；__对流__时，物体内各部分物质之间会流动，__对流__主要发生在气体、液体中；__热辐射__不需要介质。问题 3：组内及组间试着交流、讨论，阐述做功和热传递在改变物体内能上的异同点。做功和热传递在改变内能上是__等效__的。两者的本质不同，做功是使物体内能改变的过程，实质上是内能和其他形式的能之间__相互转化__的过程。例如摩擦生热是克服摩擦做功，把物体的__机械__能转化为__内__能；空气膨胀做功，是把空气的__内__能转化为__机械__能。热传递实质上是内能的__转移__。问题 4：如图 13－1－3(a)所示，活塞的__机械__能转化为气体的__内__能。图(b)中，水蒸气对软木塞__做功__，__内__能转化为软木塞的__机械能__。图(c)中，电火花打火，使容器中的汽油蒸气和空气的混合气体发生化学反应，把汽油的化学能转化为高温高压气体的__内__能，然后对橡皮塞做功，将其顶起，此时气体的__内__转化为橡皮塞的__机械能__。图 13－1－3总结：(1)改变内能的两种方式：__做功__和__热传递__。外界对物体做功，或者物体从外界吸收热量，物体的内能__增加__，反之，物体的内能__减少__。(2)不同形式的能量之间可以发生相互__转化__。学点 3 热量阅读教材 P36“热量”部分内容，完成下列问题：问题 1：在热传递过程中，物体间内能传递的多少称为__热量__，热量通常用字母__Q__表示，常用单位是__焦耳__，符号为__J__。问题 2：在热传递过程中，高温物体__放出__热量，温度__降低__，内能__减少__；低温物体__吸收__热量，温度__升高__，内能__增加__。因此，热传递的实质是__能量__从高温物体向低温物体__转移__的过程。热传递转移的是__能量__，而不是__温度__。 1第三节 内燃机教材解读本节讲述的是内燃机。这是与我们生活关系最密切的一种热机，新课标对本节内容的要求是：常识性了解汽油机的基本构造和工作原理，了解柴油机与汽油机在构造和工作过程中的异同点以及四冲程内燃机工作过程中的能量转化情况，属于基本的“了解”层次，所以，本节课应该更加注重对学生情感态度与价值观的培养。知识与技能①常识性了解汽油机的基本构造和工作原理。 ②常识性了解柴油机与汽油机在构造和工作过程中的异同点。 ③常识性了解四冲程内燃机工作过程中的能量转化。过程与方法 通过分析汽油机和柴油机的构造、工作过程的异同，学习分析和比较的研究方法。教学目标 情感、态度与价值观了解内燃机在生产和生活中的应用，感受技术进步在工业文明发展中的重要作用。重点 内燃机的四个冲程的工作状态和能量转化。重点难点难点 压缩冲程和做功冲程的工作状态。教学方法在认识汽油机和柴油机时，常采用对比认识的方法，让学生分析汽油机和柴油机的相同与不同之处，能够加深学生的记忆。学点 1 热机和内燃机的概念热机：把燃料燃烧时释放的__内__能转化为__机械能__的装置。内燃机：燃料直接在__发动机气缸内__燃烧产生动力的热机叫内燃机，内燃机中最常见的是__汽油机__和__柴油机__。学点 2 汽油机结合汽油机的模型，与小组交流、讨论，完成下列问题：图 13－3－1问题 1：由汽油机的剖面图，可以得出汽油机的主要构造有进气道和进气阀、排气道和排气阀、__火花塞__、气缸、__活塞__、曲轴连杆、飞轮。2问题 2：由汽油机的工作特点可知：汽油机工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端叫做一个__冲程__，常见的汽油机工作分为__吸气__冲程、__压缩__冲程、__做功__冲程、__排气__冲程。问题 3：如图 13－3－2 所示是汽油机的工作过程，根据其工作特点完成下列表格：图 13－3－2项目冲程 进气门(开闭情况)排气门(开闭情况)活塞运动方向曲轴转动度数 能量转化吸气冲程 打开 关闭 下 180° 无能量转化压缩冲程 关闭 关闭 上 180° 机械能转化 为内能做功冲程 关闭 关闭 下 180° 内能转化为 机械能排气冲程 关闭 打开 上 180° 无能量转化问题 4：由汽油机的工作特点可以看出，温度达到最高的是__做功__冲程，利用飞轮的惯性完成的冲程是__吸气、压缩、排气冲程__。火花塞在__压缩__冲程结束后、__做功__冲程开始时发出电火花。问题 5：小组交流讨论：汽油机的一个工作循环中，活塞往复__2__次，对外做功__1__次，曲轴和飞轮转动__2__圈。问题 6：由汽油机工作特点进行分析，汽油机在月球上能否工作？[答案] 不能工作，因为月球上是真空，不能够将汽油压入气缸内，完不成吸气冲程，故剩余三个冲程也无法完成。学点 3 柴油机3图 13－3－3结合柴油机的模型，阅读教材 P47～P48 内容，回答下列问题：问题 1：从构造上，柴油机和汽油机的不同之处为：__柴油机气缸的顶部是一个喷油嘴，汽油机气缸的顶部是一个火花塞__。问题 2：从吸入物质上，柴油机和汽油机的不同之处为：__柴油机吸入气缸的是空气，而汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合气体__。问题 3：柴油机和汽油机的工作过程基本相同，有两个不同之处：①__压缩冲程中，柴油机缸内气体被压缩的程度比汽油机更大，因此，柴油机缸内气体的温度更高，压强更大__；②__做功冲程中，柴油机的点火方式是压燃式，而汽油机是点燃式__。问题 4：实际应用中，柴油机的效率__高__(选填“高”或“低”)，功率__较大__(选填“较大”或“较小”)，但毕竟笨重，多用在拖拉机、坦克、轮船上等；汽油机比较灵巧，常用在__汽车__、__飞机__上。1第二节 科学探究：物质的比热容教材解读本节课的主要内容是比热容，从探究入手，到建立概念，再到应用。可以说这节课是初中物理中最难理解的内容之一，学生要花很大力气去理解比热容实验以及比热容概念。而本节又恰恰是内能的中心环节，如果学生掌握不好，就会导致整个热学的概念不清、理解混乱。知识与技能了解比热容的概念，了解一些常见物质比热容的大小，知道比热容是物质的物理特性之一。②尝试用比热容解释简单的自然现象。过程与方法 ①经历实验探究过程，学习、感知科学归纳的方法。②培养学生的创造能力和创造性思维。教学目标 情感、态度与价值观在科学探究活动中，体验和增强联系实际及环境保护的意识。②培养学生的团队精神和互相协作、友好相处的健康心态。重点①学生在整合知识的基础上进行实验设计，修正实验方案，选择实验器材进行实验。 ②学生主动获取知识，建构框架，自主得出比热容的概念。重点难点 难点 比热容比较抽象，概念形成经历了从知识到能力、从具体到抽象、从实践到理论的过程，跨越幅度比较大，所以学生理解时仍然有一些差距，因此对比热容的理解及应用是本节课的难点。措施与建议建议教师按照教材设计的顺序设计教学。教学的难点在实验设计，实验设计的难点在于如何衡量吸热多少。所以建议教师在进行“吸热多少与什么因素有关”猜想的时候就强调，加热时间长的吸热多，加热时间短的吸热少；到了选择器材时再次强调用相同火焰的酒精灯，就可以用加热时间衡量吸热多少；这样实验设计的难点就可以突破了。2实验探究在开始实验探究前，为了更好地达到猜想的目的，可以先让学生根据实际经验猜想用电壶烧水的情况，从而认识水吸收热量的多少与水的质量、加热时间及水的初温等因素有关，与实际生活结合使学生具有初步认识，为进一步探究奠定基础。学点 1 探究物质吸热或放热规律小组之间交流、讨论教材 P39～P41 的内容，完成下列问题：猜想：同种物质在质量相等、温度变化相同时，吸收或放出的热量相同；不同物质在质量__相等__、温度变化__相同__时，它们吸收或放出的热量__不相同__(选填“相同”或“不相同”)。设计思想：取__相同质量__的两种夜体(如水和煤油)放入两个__相同__的容器中，用__同样__的热源分别对它们加热，比较它们升高__相同温度__时吸收热量的多少。实验器材：烧杯、酒精灯(或电加热器)、__天平__、钟表、__温度计__、搅拌器。实验步骤：1.取__相同质量__的水和煤油分别倒入两只烧杯中。按图 13－2－1 组装实验器材。2．观察并记录加热前两液体的__初温度__ t1，预先设定好液体加热的__末温度__ t2。3．分别给两液体加热，记下加热的开始时刻。加热时，上下反复缓慢地提拉搅拌器。4.当一种液体温度达到 t2时，记录该液体加热的最终时刻，计算该液体加热的时间 t。对另一液体做同样的观察、操作和记录。当热源相同时，两液体升高温度相同的情况下，加热时间越长的液体从热源吸热越__多__。图 13－2－1液体名称 液体质量 m/g 液体初温 t1/℃液体末温 t2/℃加热时间 t/min液体吸热情况“多”或“少”学点 2 比热容自学教材 P42～P43，完成下列问题：问题 1：在物理学中，用比热容表示物质的__吸热、放热__性能。某种物质温度升高(或降低)所吸收(或放出)的__热量__与物质的质量和升高(或降低)的温度乘积的__比__，叫做这种物质的比热容。比热容的大小等于__单位质量__的物质温度每升高(或降低)1 ℃所吸收(或放出)的热量，符号为__ c__，单位是__J/(kg·℃)__，读作__焦每千克摄氏度__。由3比热容的定义可知，比热容的计算公式为__ c＝ [或 c＝ ]__。Qm（ t2－ t1） Qm（ t1－ t2）问题 2：结合下表“常见物质的比热容”可以得出：①一般来说，不同的物质，其比热容不相同__(选填“相同”或“不相同”)；②表中比热容最大的是__水__，其比热容为__4.2×103_J/(kg·℃)__，表示的物理意义是__1_kg 水温度升高 1℃时，吸收的热量是4.2×103_J__；③__水__和__冰__是同种物质，但其比热容__不相同__(选填“相同”或“不相同”)，__煤油__和__冰__比热容相同，但不是同种物质。常见物质的比热容物质 比热容 c/[J/(kg·℃)] 物质 比热容 c/[J/(kg·℃)]水 4.2×103 铝 0.88×103酒精 2.4×103 干泥土 0.84×103煤油 2.1×103 铁、钢 0.46×103冰 2.1×103 铜 0.39×103蓖麻油 1.8×103 汞 0.14×103砂石 0.92×103 铅 0.13×103问题 3：以水和干泥土为例，当 1 kg 的水和干泥土温度升高(或降低)2℃时，水吸收(或放出)的热量为__8.4×10 3_J__，干泥土吸收(或放出)的热量为__1.68×10 3_J__，即当质量和升高(或降低)的温度相同时，比热容__大__(选填“大”或“小”)的物质吸收(或放出)的热量多。问题 4：以水和干泥土为例，当 1 kg 的水和干泥土都吸收(或放出)8.4×10 3 J 的热量时，水的温度升高(或下降)__2__℃，而干泥土的温度却要升高(或下降)__10__℃，即当质量和吸收(或放出)的热量相同时，比热容__小__(选填“大”或“小”)的物质温度升高(降低)得快。问题 5：白天，海水的温度低而沙滩的温度很高，这是因为海水的比热容__大__，当质量和吸收的热量相同时，水温度升高得__慢__(选填“快”或“慢”)；而沙子的比热容__小__，在质量和吸收的热量相同时，沙子的温度升高得__快__(选填“快”或“慢”)。傍晚时，海水又可以放出大量的热量，而温度降低得__慢__(选填“快”或“慢”)；沙子放出相同的热量时，温度降低得__快__(选填“快”或“慢”)，所以傍晚沙子变凉了，而海水却还很温暖。问题 6：我国北方冬季供暖的“暖气”，用水作为循环物质，是因为水__比热容大__。请再举一例：__汽车发动机的冷却系统用水作为工作物质__。问题 7：比热容是物质的特性之一，它是由__物质种类__决定的物理量，与物质的质量、吸放热的多少、温度的变化量均__无关__(选填“有关”或“无关”)。学点 3 热量的计算阅读教材 P43 第 3 自然段及相关例题，完成下列填空：根据物质比热容的定义可以计算出物体在温度变化过程中吸收(或放出)的热量： Q 吸＝__ cm(t2－ t1)__， Q 放 ＝__ cm(t1－ t2)__。[注意] 在计算热量的过程中，需要注意“升高了”和“升高到”的区别。如物体的温度由20℃升高到 60℃，温度变化量为__40__℃；物体的温度由 20℃升高了 60℃，则物体的末温为 80℃，温度变化量为__60__℃。1第四节 热机效率和环境保护教材解读本节的主要知识点分为三个部分，一是燃料的热值，二是热机效率，三是环境保护。从知识上说，本节内容与密度、功和能、热量计算等知识点联系密切，所以本节的考点综合程度比较高，一直是中考的考查热点之一；此外，从“情感态度与价值观目标”的角度考虑，本节内容也具有重要意义。“关心可持续发展的动态，关注技术应用带来的社会进步和问题，树立正确的科学观”是义务教育阶段物理课程的价值表现之一。使学生认识到内燃机的使用给环境带来的污染问题也是本节课的教学目标之一。知识与技能①知道燃料在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能。②能说出热值的单位及所表示的物理意义。③理解热机效率的含义，能大致说出提高热机效率的途径。过程与方法 通过讨论交流，培养学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理的精神，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。教学目标 情感、态度与价值观①能从科学的角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自觉的环保意识。②能了解内能的利用和环境保护的关系，能激发起环境保护的意识。重点 体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同，建立燃料热值的概念。② 对热机的机械效率有初步的认识，能大致说出提高效率的途径重点难点 难点 热机效率教学方法本节课包含热值、效率等知识，因此教师要分析好教材 P50 图 13－20 和 P52 图13－21，让学生真正认识热值及效率的含义，再通过例题或简单的练习题让学生明确利用热值、效率进行计算的方法与步骤。学点 1 燃料自学教材 P50 的内容，观察图 13－4－1，完成下列问题：2图 13－4－1问题 1：由生活常识我们知道，燃料一般分为__固体__燃料、__液体__燃料和__气体__燃料。问题 2：在燃烧过程中，燃料的__化学__能转化为__内__能。学点 2 热值问题 1：由日常生活经验，我们可以获悉，燃烧质量相等的上述不同燃料，它们在燃烧程度相同时，释放出的热量__不相同__(选填“相同”或“不相同”)。为了比较燃料的这种性质，就引入了__热值__这一概念。在物理学中，把某种燃料__完全燃烧__放出的热量与__所用该燃料的质量__之比叫做这种燃料的热值，用字母__ q__表示，单位是__J/kg__。问题 2：认真观察热值表，我们可以发现，固体和液体热值的单位是__J/kg__，气体的热值一般用__J/m 3__为单位。在热值表中，__氢气__的热值最大，该热值表示的物理意义是__1_m3的氢气完全燃烧放出的热量是 1.4×108_J__。常见燃料的值燃料 热值q/(J·kg－1 ) 燃料 热值q/(J·kg－1 ) 燃料 热值 q/(J·m－3 )干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 氢气 1.4×108烟煤 2.9×107 柴油 3.3×107 天然气 3.3×107～4.5×107无烟煤 3.4×107 汽油 4.6×107 液化石油气 4.9×107焦炭 3.0×107 煤油 4.6×107 煤气 1.8×107木炭 3.4×107 原油 4.4×107问题 3：由热值的概念，我们总结出燃料释放热量的公式是__ Q＝ mq__，在计算的过程中要注意单位的统一，其中质量的单位是__千克(kg)__，热值的单位是__J/kg__，释放热量的单位是__J__；如果是气体释放热量时，则释放热量的公式是__ Q＝ Vq__，其中体积的单位是__m 3__，热值的单位是__J/m 3__。[知识拓展] 热值反映了能燃烧的物质的一种性质，反映了燃料在燃烧过程中__化学__能转化为__内__能的本领的大小，它只与燃料的种类__有关__，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧均__无关__。(后两空均选填“有关”或“无关”)学点 3 热机效率自学教材 P51～P52 内容，回答下列问题：问题 1：热机效率：热机运转中__对外做的有用功__与__燃料完全燃烧所释放的能量__的比值。常用公式__ η ＝ __表示。WQ问题 2：提高热机效率的主要途径是__减少热机工作中的各种能量损失__。首先要减少__燃烧__过程中的热量损失，如内燃机要掌握好__火花塞点火__或__喷油嘴喷油__的最佳时间；蒸汽类热机，常将煤研磨成__粉状__，用风吹入锅炉内燃烧，这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些。其次是__要尽量简化机械传动部分__，并选用优良的润滑材料__减小摩擦__，以减少能量损失。问题 3：各种热机的效率是不同的，如汽油机的效率为__20%～30%__，柴油机的效率为__30%～40%__，喷气式飞机上的发动机的效率能达到__50%～60%__。学点 4 环境保护阅读教材 P52～P53，完成下列填空：热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多的环境污染问题，如汽车排出的大量__尾气__、燃料燃烧排放的__烟尘__使大气十分浑浊；排放的__二氧化硫__、__二氧化碳__和3氮氧化合物，会形成__酸雨__，危害植物，污染环境等。