第14章 内能的利用 核心素养教学设计-2024-2025学年人教版九年级物理全一册

第十四章　内能的利用 本章概述 教学 内容 第1节　热机 第2节　热机的效率 第3节　能量的转化和守恒 课程 标准 1.了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产、生活的联系。 2.通过实验,认识能量可以从一个物体转移到其他物体,不同形式的能量可以互相转化。 3.从能量转化的角度认识燃料的热值。 4.了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 5.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。 6.从能量的转化和转移的角度认识效率。 7.列举能量转化的转移具有方向性的常见实例。 本章 架构 教材 分析 　　本章是在学习内能概念的基础上,进一步讨论内能的转化和实际应用的工具——热机。热机是一种广泛使用的动力设备,通过对四冲程内燃机工作原理的学习,使学生了解内燃机的主要结构;大致了解内燃机工作时能量的转化与转移情况;了解内燃机在现代生活,特别是交通方面的应用。通过具体分析,使学生认识到在利用燃料的内能方面,不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面,因此要建立热机效率的概念,并与机械效率作联系和类比,之后自然引出能量守恒定律。通过本章的学习,使学生了解内燃机的发展对人类进步起到正面作用的同时,要使学生认识到它给环境带来的负面污染问题。 学情 分析 　　学生已经有了一定的生活经验,并且可以分析一些简单直观的现象,教师的主要任务是做好引导和点拨。本章主要采用学生观察图片、动画,听从教师讲解,通过对图片、动画的观察、讨论,归纳得出结论,应用多媒体演示和汽油机模型引起学生的注意力,联系实际问题,调动学生的积极性。 人教版 九  年级  物理  教学设计 主备人 学科 物理 时间 课题 第十四章 内能的利用 第1节 热机 教 学 目 标 1.物理观念 （1）了解汽油机和柴油机的基本构造和工作原理。 （2）知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化。 （3）了解汽油机与柴油机在构造上和工作过程中的异同点。 2.科学思维 通过模型认识内燃机的构造。 3.科学探究 （1）通过演示实验，使学生了解可以利用内能来做功。 （2）利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。 4.科学态度与责任 知道内燃机工作时有废气污染,树立环保意识。 教学重点 四冲程汽（柴）油机的工作原理. 教学难点 热机中的能量转化. 教具准备 多媒体课件、汽油机和柴油机机模型.　酒精灯、试管、塞子、水等. 教学方法 实验探究法、讨论法、对比法、讲述法 教学过程设计 导入 新课 【演示实验】　如图所示,在试管中装些水,用橡胶塞塞住试管口,加热使水沸腾,观察会发生什么现象:一段时间后,橡胶塞突然被推出. 　[思考]　橡胶塞为什么会被推出?这个现象过程中，有哪些能量转化？ 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 新课学习 一、热机 请大家细心观察，并注意以下几个问题： ①实验中有哪些能量转换？ ②用酒精灯给试管中的水加热，有哪些物体吸热？ ③能否把燃料移到容器内部去燃烧来获得更大的动能？ 学生思考，发表各自的建议：水吸收热量，变成水蒸气推动塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能；塞子冲开时有“白气”产生，这是水蒸气液化放热…… 师 同学们回答得很好，酒精燃烧时，将化学能转化为内能，水蒸气推动塞子做功，内能又转化为机械能.通过这个实验我们知道利用内能可以对外做功，那接下来请大家想一想，如果把燃料移到类似试管的容器中燃烧，那么能量的利用率将会更高，推动塞子做的功将会更多.而且如果设法让这种推动塞子的运动往复进行，那就有了真正的利用价值.而科学家早就将这种设想应用到实际当中，我们经常乘坐的汽车中的热机——“发动机”正是利用这种原理来工作的. 1.定义：利用内能做功的机械. 2.工作原理：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，再对外做功，把内能转化为机械能. 3.热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等. 4.内燃机及其分类 (1)定义:燃料直接在发动机汽缸内燃烧的热机. (2)最常见的内燃机：根据所使用燃料的不同,可以分为汽油机和柴油机两大类 【拓展延伸】　内能的利用主要在两个方面:一是利用内能直接对物体加热;二是利用内能做功.利用内能加热物体实际是内能转移的过程,利用内能做功实际是内能转化成其他形式能的过程. 汽油机的工作原理与刚才所做实验的原理差不多,下面我们来分析一下汽油机的工作过程. 二、汽油机 1.汽油机是利用汽油作燃料来工作的.  2.构造：排气门、进气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴. 3.工作过程:依据课本自学、交流. 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. 汽油机的四个冲程：吸气、压缩、做功、排气. (1)第一冲程:吸气冲程 问题:吸气冲程中燃气为什么会进入汽缸?汽缸中活塞由哪端向哪端运动? 回答:吸气冲程时,活塞下移,汽缸内空间增大,气压下降.活塞由上往下运动. (2)第二冲程:压缩冲程 问题1:压缩冲程中,活塞压缩燃料混合物是什么能向什么能转化? 回答1:机械能转化成燃料的内能. 问题2:压缩冲程末产生什么结果? 回答2:火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体. 问题3:汽油机是利用什么方式点火的? 回答3:利用火花塞产生电火花引燃汽油和空气的混合物. (3)第三冲程:做功冲程 问题:做功冲程中为什么能做功?是什么能向什么能转化? 回答:汽缸中的燃气被火花塞点燃后体积急剧增大,推动活塞向下运动而做功.气体的内能转化为机械能. (4)第四冲程:排气冲程 问题:排气冲程有什么作用? 回答:燃烧以后产生的废气及时排出,以免影响下一次做功. 【拓展延伸】　内燃机的工作过程简记为“四冲二转一做功”.意思是:做一次功,曲轴和飞轮转两圈,经过四个冲程. 　柴油机的构造和汽油机有什么不同?做功过程有什么区别? 三、柴油机 1.柴油机的构造: 展示图片,让学生观察柴油机的构造. 2.汽油机和柴油机构造的异同点: (1)相同点:都有汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门等. (2)不同点:汽油机汽缸顶部有火花塞;柴油机没有,只有喷油嘴. 3.汽油机和柴油机工作过程的异同点: 学生观察发现,柴油机和汽油机在构造上和工作过程中有不同之处,这些不同会引起哪些变化? 问题1:柴油机燃烧室顶端有一个喷油嘴,有什么作用? 回答1:在压缩冲程结束时,汽缸内空气温度超过柴油的燃点,雾状柴油直接喷入立刻燃烧. 问题2:汽油机和柴油机吸气冲程吸入的物质有什么不同? 回答2:汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物;柴油机吸气冲程只吸入空气. 问题3:柴油机没有火花塞,如何点燃? 回答3:压缩空气点燃,俗称“压燃式”. 4.汽油机与柴油机的优缺点: (1)汽油机转速高,结构简单,质量轻,造价低廉,运转平稳,使用维修方便.汽油机在汽车上,特别是小型汽车上大量使用. (2)柴油机比较笨重,主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上. (3)柴油发动机与汽油发动机相比,热效率高.因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲,柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义. 【拓展延伸】　四冲程内燃机工作过程可巧记为:“一门打开,上排下吸气,两门关闭,上压下做功.”其中“门”指进气门和排气门,“上”“下”指活塞的运动方向. 5.学生阅读“科学世界”,了解现代汽车. 课堂小结 项目 汽油机 柴油机 相同点 把内能转化为机械能;通常是四个冲程;燃烧化石燃料 把内能转化为机械能;通常是四个冲程;燃烧化石燃料 不 同 点 燃料 汽油 柴油 汽缸构造 汽缸较短,顶部有一个火花塞 汽缸较长,顶部有一个喷油嘴 吸入气体 空气与汽油的混合物 空气 压缩比 较小 较大 点火方式 点燃式 压燃式 效率 较低 较高 优缺点 汽油机震动小、转速高,适用于轿车和轻型车辆 柴油机功率大,经济性能好,适用于货车和大型客车 课堂练习 1.（2019 湖北省武汉市）如图所示是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是（　　） A．吸气冲程中，汽油和空气的混合物进入汽缸 B．压缩冲程中，通过做功的方式使汽缸内气体的内能减小 C．做功冲程中，燃料释放的能量绝大部分转化为机械能 D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分 【答案】A 【解析】A选项中，汽油机在吸气冲程中，进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸，故A正确； B选项中，在压缩冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气体的内能变大，此过程是机械能转化为内能的过程，故B错误； C选项中，在做功冲程中，燃料燃烧释放的内能大部分需要克服摩擦、发生热传递而散失，只有一少部分转化为机械能，故C错误； D选项中，在排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。 2.（2019 山东枣庄市）如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　） A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 【答案】C 【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能；故选C。 3.（ 2019 上海市）四冲程柴油机在工作过程中，将内能转化为机械能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】在四冲程汽油机的工作过程，四冲程汽油机工作过程中，有两次能的转化，其中压缩冲程把机械能转化为内能，做功冲程把内能转化为机械能，因此本题选C。 4.(2019 扬州市)如图所示是汽油机的_________冲程。在压缩冲程中，是通过_________方式增加燃气的内能。汽油机的转速为 3000r/min，则 ls 内汽油机对外做功_________次。 【答案】 (1). 做功 (2). 做功 (3). 25 【解析】进气口、出气口关闭，活塞向下，为做功冲程；压缩冲程时通过做功的方式增加其他内能；3000r/min则每秒钟转50转，一个完整的过程包含四冲程两转一对外做功，则可知对外做功25次。 5.（2019 铜仁市）一台四冲程汽油机在一个工作循环中，把内能转化为机械能的冲程是 冲程。汽油机用水作为冷却剂，这是利用了水 的性质。 【答案】做功 ，比热容较大.。 【解析】四冲程汽油机的四个冲程中，只有做功冲程是把内能转化为机械能。因为水的比热容大，吸收同样的热量，升高的温度小，散热效果好。所以汽油机用水作为冷却剂。 板 书 设 计 第1节 热机 一、热机 1.概念：利用内能做功的机械 2.原理：把燃料燃烧产生的内能，通过做功转化为机械能 3．种类：蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等。 二、汽油机 1.构造: 进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等. 2.工作原理:汽缸内装有活塞,活塞与连杆、曲轴相连.活塞在汽缸内做往复运动,通过连杆带动曲轴转动,从而使机器运转. 三、柴油机 1.柴油机与汽油机的相同点: 都是内燃机;一个工作循环都要经历四个冲程. 2.柴油机与汽油机的不同点: (1)构造方面:汽油机有火花塞,柴油机有喷油嘴. (2)工作过程上:压缩程度不同;点火方式不同. (3)用途方面:汽油机轻巧,用于轿车、摩托车等;柴油机笨重,用于卡车、货车等. 作业 课 后 反 思 1.本节课的教学设计通过创设问题情景，提出让学生感兴趣的问题，引导学生思考热机中能量的转化，让学生认识掌握汽油机和柴油机的构造和工作原理. 2.教学时，教师主要从构造、工作过程及优缺点等几个方面对汽油机和柴油机进行介绍，重点讲述汽油机的四个冲程，在讲解柴油机时，教师可以采用对比的方法，结合柴油机的构造简图，讲述它与汽油机在构造上的异同，对于它们相似的地方，只需做简略的说明，而重点介绍它们的吸气冲程、压缩程度、点火方式上的不同.这样安排有利于学生抓住重点. 人教版 九  年级  物理  教学设计 主备人 学科 物理 时间 课题 第十四章 内能的利用 第2节 热机的效率 教 学 目 标 1.物理观念 （1）建立热值概念，能进行简单计算。 （2）了解热机效率，会计算热机效率。 （3）知道提高热机效率的方法。 2.科学思维 归纳燃料燃烧放热的特性。 3.科学探究 探究不同燃料燃烧的放热能力。 4.科学态度与责任 了解与热机有关的环境方面的报道，培养环境保护意识。 教学重点 燃料的热值，热机效率的计算. 教学难点 热机中的能量转化及损失，提高热机效率的具体措施. 教具准备 多媒体课件等.. 教学方法 分析法、讲述法、综合法 教学过程设计 导 入 新 课 师:热机把内能转化为机械能，那么内能来自于哪里？ 生:燃料的燃烧. 师:说得很对. 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？ 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 新课学习 一、燃料的热值 师： 我们知道，燃料是指在燃烧时能产生内能、光能的物质.燃料的种类很多，一般可分为固体燃料（如木柴、煤等）、液体燃料（如汽油、柴油等）和气体燃料（如氢气、煤气、天然气等）.下面请同学们根据自己家里通常用到的燃料，结合平时的观察，分析一下：你家做同样一餐饭需要消耗多少不同的燃料？想想，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量是不是相同的？ 各小组的学生回忆、交流和讨论。 教师收集整理得出结论：相同质量的不同燃料燃烧放出的热量不同.为了表示燃料的这种特性，物理学中用“热值”这个物理量来描述. 师： 大家再回忆下，燃料燃烧时燃烧是否完全呢？燃烧程度会不会影响放出热量的多少呢？ 生：有影响，完全燃烧时放出的热量多些，未完全燃烧时放出的热量自然要少些. 师： 因此，为了便于科学比较，就统一用燃料“完全燃烧”，而且燃料质量取1kg，比较放出热量多少，放出热量多，那么它的热值就大，反之，放出热量就少，热值就小. 1.概念:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做这种燃料的热值.用q表示. 2.单位: (1)固体、液体燃料热值的单位:J/kg;(2)气体燃料热值的单位:J/m3. 3.计算公式: (1)固体、液体燃料的燃烧放热公式:Q=mq; (2)气体燃料的燃烧放热公式:Q=Vq. 4.燃料热值表 请同学们阅读教材23页的小资料,了解一些燃料的热值,并回答下列问题: 问题1: 热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？ 回答1: 表中热值最大的是氢（1.4×108J/kg），热值最小的是干木柴（1.2×107J/kg）. 问题2: 火箭上为什么用液态氢作燃料？ 回答2: 火箭上用液态氢作燃料是因为氢的热值大. 问题3:热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？ 热值是燃料的一种属性，不同的燃料有不同的热值. 【拓展延伸】　热值是物质本身的一种性质,它与物体的质量、形状、体积、位置、温度、吸收或放出热量的多少等因素都无关,是反映燃料优劣的重要指标. 师：我们知道，在用煤、煤气或天然气给盛水的壶烧水时，燃料燃烧放出的热量不是被水全部吸收，有一部分被壶、炉灶吸收，有一部分散失到周围的空气中，再加上燃料不可能完全燃烧.也就是说，利用燃料燃烧产生的内能过程中，能量有损失，下面我们来学习热机的效率. 二、热机的效率 1.分析教材24页“想想议议”中的图14.2-2: 小组讨论:在内燃机中燃料燃烧释放的能量都到哪里去了? 结论:热机工作时,并不能将燃料燃烧释放的内能全部用来对外做有用功,有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了. 2.分析能流图: 总结:由图可知,真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分.热机工作时能量的损失由以下几部分构成: (1)燃料没有完全燃烧; (2)排出废气带走部分能量; (3)克服摩擦,消耗能量(由于机械传动等要克服摩擦消耗能量); (4)热机本身发热带走一部分能量. [过渡语]　由于以上原因,真正用来做有用功的能量只占燃料燃烧所能提供能量的一部分.所占比例的大小,也就成了热机性能的标志.为此我们来学习一个新的概念:热机的效率. 二、热机的效率 1.定义:用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比称为热机的效率. 2.计算公式:热机的效率: ;其中W有用指用来做有用功的能量,Q总指燃料完全燃烧释放的能量. 一些热机的效率 蒸汽机 4%--8% 蒸汽轮机 25%--30% 汽油机 20%--30% 柴油机 30%--45% 喷气式发动机 50%--60% 师： 热机的效率是热机性能的重要指标.热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染.在设计和制造热机时，我们要不断改进和创新，以减少各种能量损失，提高效率.下面就请同学们积极发言，说出具体措施. 3.提高热机效率的主要途径: 生1:在热机的能量损失中，废气带走的能量最多.我们可以设法利用这些废气的能量. 生2：热机在运行过程中，机器间的摩擦消耗了部分能量， 使用时注意保养,保证良好的润滑.选用优良的润滑材料减小机器零部件之间的摩擦,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功,以减少机械能损失. 生3：尽可能地使燃料充分燃烧. 比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. 总结:提高热机的效率,并非易事,需要解决的问题还很多,甚至每前进一步都要付出艰苦的努力.不过我们相信,随着科学技术的飞速发展,以及新能源的不断开发,热机的性能一定会得到较大提高.我们也期待现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才,为人类研制出更新更好的热机. 小组讨论:热机的效率能达到100%吗?为什么? 结论:不能.因为热机在工作过程中一定有能量损失. 【拓展延伸】　“功率”和“效率”是两个意义不同的概念,功率是表示物体做功快慢的物理量,而热机效率是表示热机性能好坏的,是指用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧放出的能量之比,反映的是能量利用率的问题. 课堂小结 课堂练习 1.（2019 广西北部湾经济区）汽车的发动机常用水作为降温的物质，这是因为水的_________较大的缘故。汽油的热值是4.6×107J/kg，1kg汽油完全燃烧放出的热量是___________J。目前热机的效率还比较低，在热机的能量损失中，_______带走的能量最多，设法利用这部分能量，是提高燃料利用率的重要措施。 【答案】比热容； 4.6×107 ； 废气。 【解析】汽车的发动机常用水作为降温的物质，是因为水的比热容较大的缘故；1kg汽油完全燃烧放出的热量是Q=qm=4.6×107J/kg×1kg=4.6×107J；热机的能量损失中，废气带走的能量最多。 2.（2019 盐城市）用天然气灶将-壶质量为2kg、初温为30℃的水加热到80℃,消耗了16g天然气.已知水的比热容为4.2×103J(kg℃),天然气的热值为4.2×107J/kg,则天然气完全燃烧放出的热量为 J水吸收的热量为 J,天然气灶烧水的效率为 %。 【答案】6.52×105 4.2×105 64.4 【解析】(1)Q放＝m q＝0.016kg×4.2×107J/kg＝6.52×105 J。 (2)Q吸＝c水m（t﹣t0）＝4.2×103J/（kg℃）×2kg×（80℃﹣30℃）＝4.2×105J。 (3) 3.( 2019孝感)一辆厢式小货车某次运货，满载后总质量是5.0×103kg，在平直的公路上匀速行驶100km，耗油10kg，货车受到的阻力是总重力的0.05倍，发动机的牵引功率是50kW(油的热值是5.0×107J/kg，g=10N/kg)，求: (1)货年受到的牵引力； (2)货车匀速行驶的速度； (3)货车发动机的效率。 【答案】（1）2500N；（2）20m/s；50% 【解析】（1）因为货车匀速行驶，二力平衡，所以； （2）货车匀速行驶的速度： ； （3）货车发动机的效率： 板 书 设 计 第二节 热机的效率 一、燃料的热值 1.定义. 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值 2.公式. q=Q/m （固体燃料）；q=Q/V （气体燃料） 3.单位: J/kg（固体）; J/m3（气体） 二、热机的效率 1.定义. 用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率. 2.公式： 3.如何提高效率 （1）使燃料充分燃烧; （2）尽量减少各种热量损失； （3）利用废气的能量；（主要措施） （4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 布 置 作 业 课 后 反 思 1.本节内容要用到利用能流图分析问题,这对于学生来说是首次,教学时可以结合图片解说帮助学生理解,提高学生的观察能力和分析能力.学生观察内燃机能流图,思考哪些是做有用功的能量,哪些是散失的能量,细致的分析问题,有助于学生养成缜密的思维习惯. 2.教学时注意联系实际,让学生能够利用学到的提高效率的方法应用于实际生活中,解决身边简单的问题.比如让学生个人调查自家使用供热设备及燃料情况,从而培养学生调查研究、分析问题和解决问题的能力. 有效利用燃料是节约能源、保护环境的重要措施，对学生进行节能教育，提高学生的环保意识. 人教版 九  年级  物理  教学设计 主备人 学科 物理 时间 课题 第十四章 内能的利用 第3节 能量的转化和守恒 教 学 目 标 1.物理观念 （1）理解能量守恒定律，能用能量转化和守恒的观点分析自然现象。 （2）知道各种形式的能是可以相互转化的。 2.科学态度与责任 通过对“永动机”的分析过程，培养实事求是的科学态度。 教学重点 各种形式的能的转化；能量守恒定律. 教学难点 区别能量转移和能量转化，并运用能量守恒定律分析具体问题. 教具准备 多媒体课件、塑料袋（黑色）、水、温度计、太阳能电池太阳帽、火柴、铁丝、酒精灯、钢球、单摆、细线、乒乓球. 教学方法 实验探究、讲述法、讨论法、归纳法 教学过程设计 导 入 新 课 教师提问：同学们，请大家双手不停地来回搓动，体会有何感受？ 学生动手操作后回答：手心发热. 师 从能量的角度分析下，能量如何变化？ 生：机械能转化为内能. 师：从现象的角度分析，揭示什么关系？ 生：摩擦生热，说明力现象与热现象互相联系. 师：大家分析的很好.除此之外，自然界中的其他现象之间有联系吗？它们之间的能量可以相互转化吗？在转化过程中有什么规律？下面我们就来讨论这些问题. 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 教 学 过 程 新课学习 一、能量的转化 师：请大家自己动手完成教材P27页《想想做做》中的小实验，注意观察实验现象,并且小组讨论四个小实验中分别发生了哪些能量转化. 实验1:来回迅速摩擦双手,手会感觉到发热. 讨论回答:机械能转化为内能. 实验2:黑塑料袋内盛水,插入温度计后系好,放在阳光下,过一会儿可观察到温度升高. 讨论回答:太阳能转化为内能. 实验3:太阳能小电扇放在阳光下一会儿,风扇就转动起来. 讨论回答:光能转化为电能再转化为机械能. 实验4:钢笔杆或塑料尺在头发上或者毛衣上摩擦几下,能够吸引小纸片. 讨论回答:机械能转化为电能. 师： 由此可见，自然界中的各种现象之间是互相联系的，在一定的条件下，各种形式的能量都可以相互转化. 在生活中能量的转化现象是普遍存在的,你能说出几个?试着分析看看. 1.能量转化： （1）划火柴：机械能转化为内能. （2）用铁锤敲打烧红铁块：机械能转化为内能. （3）小朋友滑滑梯:机械能转化为内能. （4）气体膨胀做功:内能转化为机械能. （5）：植物的光合作用：光能转化为化学能. （6水力发电:机械能转化为电能. （7）火力发电:内能转化为机械能再转化为电能. （8）电流通过电热器时：电能转化为内能. （9）电流通过电动机：电能转化为机械能. 有关能量转化的事例同学们一定能举出许多,请同学分析教材P27图14.3-1中的能量转化. 【拓展延伸】　在判断能量是如何转化时,可先找出是哪一种形式的能量减少了,哪一种形式的能量增加了.增加的那一种形式的能量就是由减少的那一种形式的能量转化而来的. 总结：（1）在一定的条件下，各种形式的能量都可以相互转化. （2）自然界中的各种现象之间是互相联系的. 学生举例，师就学生所举事例引导学生分析，点评. 2.能量的转移 教师演示实验：把铁丝放在酒精灯上加热；运动的甲钢球撞击静止的乙钢球.提示学生观察，并分析能量如何变化. 生：酒精燃烧释放出的内能转移给铁丝，使铁丝内能增加；甲球的机械能转移到乙球.在这种转移的过程中能量形式没有变，只是由一个物体转移到另一个物体. 二、能量守恒定律 【演示实验】　 （1）单摆实验； 单摆摆动的幅度越来越小，最终停了下来；乒乓球弹跳的高度越来越小，最终停了下来.这是为什么？它们的能量丢失了吗？减少的机械能到哪里去了？ （2）把乒乓球从高处释放的实验. 乒乓球自由落在地上会弹起来,但是越跳越低,最终会静止不动. 单摆 乒乓球弹起 小组讨论:乒乓球弹起的高度越来越低,能量是否消失了?减少的能量到哪里去了? 生：思考、讨论和交流，发表各自的见解. 教师引导学生分析：单摆、乒乓球克服空气阻力做功，机械能逐步转化为内能.每次机械能减少了多少，内能相应地就增加了多少，因此，总能量并没有变化，只是换了一种形式.由此可见，能量的总量是不变的. 教师总结：大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能的总量是保持不变的. 科学工作者经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律——能量守恒定律. 1.内容: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其他形式,或者从一个物体转移到其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变. 2.意义:是自然界最普遍的、最重要的定律之一.在形形色色的自然现象中,只要有能量的转化,就一定服从能量守恒规律.从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象,大到宇宙天体的演变,小到原子核内部粒子的运动,都服从能量守恒的规律. 3.作用:能量守恒定律是人类认识自然的重要依据.人类认识自然,就要根据种种自然现象总结规律,能量守恒定律就是人类总结出的规律之一,而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律. 能量守恒定律是人类利用自然的重要武器.纵观人类科学技术进步的历史,也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史.从原始人钻木取火,到水能的利用;从蒸汽机的发明,到电能的利用;从太阳能的广泛应用,到核能的利用.人类总是在认识、利用能源,逐步实现能量的转化. 【拓展延伸】　定律中能的转化是指通过做功使能的形式发生了改变,一种形式的能转化为其他形式的能.例如钻木取火就是通过克服摩擦做功,使机械能转化为内能.能的转移是指同一种能从一个物体转移到其他物体上(或者从物体的一部分转移到另一部分),能的形式没有改变.例如热传递过程中,内能从高温物体转移到低温物体. 师：很久以前，各国总有人设想制造一个不需要任何能量的永动机，结果梦想都失败了.同学们，你们想一想，为什么他们总是以失败告终？ 4.永动机: 永动机有两种解释:早期的永动机是指不需要能量,且能永远运动下去.能量守恒定律发现之后,第一种永动机被证明不能实现.后来又有人提出另一种永动机,它不违反能量守恒定律,而且既经济又方便.比如,这种机器可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全做功.由于海洋和大气的能量是取之不尽的,因而这种热机可永不停息地运转做功,也是一种永动机.然而在大量实践经验的基础上,英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理:物质不可能从单一的热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.所以这种永动机也是不可能实现的. 板书： 学生思考、讨论.这种永动机没有可能：因为它违背了能量守恒定律. 要使机器持续不断地做功，就要消耗能量把低处的水抽到高处，而做机械运动的各部件间有摩擦，会有部分机械能转化为内能，一部分能量用来对外做功抽水，使流下的水不能全部抽回.违背能量守恒定律的永动机是永远不能制成的。 课堂小结 课堂练习 1.（2019 四川广安）下列关于能量的说法中，正确的是（　　） A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．电水壶工作时是将内能转化为电能 C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 【答案】C A选项中，洗衣机工作时，消耗电能，产生机械能，故是将电能转化为机械能的过程，故A错误； B选项中，电水壶工作时消耗电能，产生内能，故是将电能转化为内能的过程，故B错误； C选项中，用热水泡脚，内能从热水传递到脚，身体的内能会增加，会感觉暖和，说明内能可以转移，故C正确； D选项中，根据能量守恒知，能量在转化和转移的过程中，能量的总量会保持不变，故D错误。 2.(2019 北京市) 如图所示，在试管内装适量水，用橡胶塞塞住管口，将水加热至沸腾一段时间后，橡胶塞被推出，管口出现大量“白气”。此实验中，主要是通过做功改变物体内能的过程是( ) A. 试管变热的过程 B. 水变热的过程 C. 水变成水蒸气的过程 D. 水蒸气推出橡胶塞的同时变成“白气”的过程 【答案】D 【解析】 A选项中，试管变热，是试管从火吸收热量，内能增加，是通过热传递改变物体的内能，故A错； B选项中，水变热，是水吸收热量、内能增大，是通过热传递改变物体的内能，故B错； C选项中，水吸热，温度升高，汽化成水蒸气，是通过热传递改变物体的内能，故C错； D选项中，水蒸气推出橡胶塞的同时变成“白气”的过程，是水蒸气膨胀做功，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，是通过做功改变物体的内能。 3.（2019黄石）专业蹦床运动逐渐进入大众生活，下列对蹦床运动的表述错误的是（　　） A．下落到蹦床前运动员的重力势能转化为动能 B．运动员下降到最低点时，蹦床的弹性势能最大 C．运动员想弹得更高，就要在蹦床上发力，消耗体能 D．若运动员不发力，会一直运动下去，因为能量是守恒的 【答案】D 【解析】A、下落到蹦床前运动员的质量不变，高度降低，速度变大，故重力势能减少，动能增加，是重力势能转化为动能。故A正确； B、运动员下降到最低点时，蹦床的形变程度最大，所以弹性势能最大。故B正确； C、运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以越跳越低。想弹得更高，就要增加蹦床的弹性势能，而蹦床的弹性势能是通过消耗人体的能量来获得的。故C正确； D、从整个系统来说能力是守恒的。但运动员在运动过程中需要克服空气阻力做功，一部分机械能会转化为人的内能，所以若运动员不发力，不会一直运动下去。故D错误。故选：D。 4.（2019成都）我们的生产与生活总离不开能量及其转化。下列说法正确的是（ ） A.提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心 B.全自动洗衣机工作时.电能全部转化为机械能 C.吊装码头上，只要货物受到的合力为0,它的能量就不变 D.用燃气灶烧水，只要调大火力,燃气灶的加热效率就提高 【答案】A 【解析】A，正确。B，电能转化为机械能和内能。C，货物所受合外力为0的，可能处于匀速直线上升或静止状态，当匀速上升时，能量增加。D，加大火力，机械效率不会增加，还可能降低。 5.(2019 江苏连云港)某同学在烧杯中装人质量为100g、初温为20℃的水，然后用酒精灯给水加热一段时间后，水的温度升高到70℃，此过程中水的内能增加了______J，水增加的内能______（选填“大于”、“小于”或“等于”）酒精完全燃烧所放出的热量。已知c水=4.2×103J/（kg•℃）。 【答案】(1).2.1×104 (2).小于. 【解析】水吸收的热量（水的内能增加值）：Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×0.1kg×（70℃-20℃）℃=2.1×104J；由于酒精不可能完全燃烧，有热量散失，且烧杯也会吸收一部分热量，所以，水增加的内能小于酒精完全燃烧所放出的热量。 6.(2019哈尔滨市)自然界中，能量的转化和转移过程遵守 定律. 水能和风能都属于 能.  【答案】(1). 能量守恒 (2). 机械 【解析】能量不能凭空产生，也不能凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体或从一种形式的能转化为其他形式的能，能量的转化和转移过程遵守能量守恒定律，水和风是由于运动或具有一定的高度因而具有了对外做功的能力，因此水能和风能都属于机械能。 7.（2019东营）目前，人类利用核能发电的主要方式是　 　（选填“核裂变”或“核聚变”）。随着科技的发展，人类　 　（选填“会”或“不会”）制造出永动机。 【答案】核裂变；不会。 【解析】 核能发电的主要方式是核裂变。核聚变没有核污染，但目前还不能和平利用。 永动机是永远也不会制造出来的，因为它违背能量守恒定律。 8.（2019眉山）家庭中使用电热壶烧开水，能量的转化是___________；若4.2×105J的热量被水全部吸收，在1个标准大气压下，能将2kg、20℃的水加热到___________℃。【c水=4.2×l03J/( kg．℃)】 【答案】电能转化为内能 70 【解析】电热壶烧开水是消耗电能，通过电流做功，把电能转化为内能。 t=t0+50℃=70℃ 板 书 设 计 第3节 能量的转化和守恒 1.自然界存在着多种形式的能量. 2.在一定条件下,各种形式的能量可以相互转化和转移. 3.在能量转化和转移的过程中,能的总量保持不变.   布 置 作 业 课 后 反 思 1.通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个感性的认识.通过多举例，多联系生活锻炼学生分析问题的能力.体会能量之间的相互转化来反映自然界各种现象的内在联系.学生在边实验边分析中获得了物理知识，学会了物理的学习方法. 2.在帮助学生理解能量转化、转移过程中，能的总量保持不变时，采用演示实验，由学生视觉上观察到的表面现象入手进行引导剖析，揭开能量的真相——机械能不是消失了，而是转化成另一种形式的内能.这样由浅入深，水到渠成，学生自然就会明白了，能量不会凭空消失，也不会凭空产生. 3.在帮助学生理解能量守恒定律时，最后提出问题：先前总有人设想制造永动机，结果都是失败了，这样一个事实，让学生思考、讨论.应证了能量守恒定律为人类认识自然、利用自然和保护自然提供了重要依据. 学科网（北京）股份有限公司 $$