12.2 热量与热值（教学课件）物理沪粤版2024九年级上册

沪粤版 九年级上册 第十二章 内能与热机 12.2 热量与热值 学习目标 1．科学观念：理解热量是热传递过程中内能改变的量度，掌握燃料热值的概念及单位，能从能量转化与转移角度分析生活中热量传递和燃料燃烧现象，构建热量、热值与内能变化的物理观念体系； 2．科学思维：通过探究水吸热与温度、质量关系的实验，培养控制变量、数据分析与归纳推理能力；在理解热值概念时，能运用比较、类比等思维方法区分不同燃料的放热特性，提升科学思维的逻辑性和严谨性； 3．科学探究：经历设计实验、操作器材、记录数据、分析结论的完整探究过程，掌握通过加热时间衡量吸热多少的转换法，提升实验设计、观察与问题解决能力，增强科学探究的实践能力和创新意识； 4．科学态度与责任：通过了解燃料燃烧效率和能源工程（如西气东输），认识能源利用现状与节能重要性，培养节约能源、保护环境的社会责任感，激发将物理知识应用于生活实际的意识。 重点难点 教学重点： 1．热量概念的理解及热量与内能变化的关系，掌握热量在热传递中的量度作用； 2．燃料热值的概念、单位及计算公式Q=qm或Q =qV，能运用公式进行简单计算； 3．通过实验探究得出物体吸热与质量、温度变化的关系，理解控制变量法在实验中的应用。 教学难点： 1．热量概念的抽象性理解，区分热量、内能、温度三个易混淆概念，明确热量是过程量，内能是状态量，温度是宏观表现； 2．理解热值是燃料的固有属性，与燃料质量、燃烧情况无关，以及在实际燃料燃烧不完全情况下，对热值概念和热量计算的正确运用； 3．从微观角度解释热量传递和燃料燃烧过程中的能量变化，将宏观现象与微观本质建立联系，深化对物理规律的理解。 同学们，冬天我们会用热水袋取暖，手接触热水袋后慢慢变热；夏天喝冷饮，冷饮放进杯子，杯子也会变凉。这些热传递现象里，内能改变的 “量” 怎么衡量？点燃的火柴、汽车用的汽油，燃烧时释放的能量又有啥规律？今天，咱们就探究 “热量与热值”，解开热传递和燃料放热的奥秘！ 情景引入 01 02 CONTENTS 热量 燃料的热值 探究新知 PART ONE 热量 观察思考 同学们，我们已经知道热传递可以改变物体的内能。那在热传递过程中，物体内能改变的多少该怎么描述和量度呢？比如，给冷水加热，水的内能增加，增加了多少？冬天手捧热水袋，内能增加，又怎么知晓改变量？这就离不开 “热量” 和 “热值” 的知识啦，今天咱们一起探究 ！ 导入 —— 热传递与内能改变的疑问 观察思考 热量的概念 在物理学中，把物体在热传递过程中内能改变的多少 叫做热量（heat）。当仅有热传递时，物体吸收热量 →内能增加；物体放出热量 →内能减少 。热量用符号Q 表示，单位和内能一样，是焦耳（J） 。 举例：一根火柴完全燃烧放出的热量约为1.0×104J 。 对热量概念的理解 ①热量表示内能的变化量，热量不是内能      ②热量的存在不能离开热传递，只能说物体吸收或放出多少热量，不能讲物体具有、有 、含有多少热量 拓展提高 温度、热量、内能的区别 （吸） （升高） （增大） 不 归纳总结 温度、热量、内能的区别与联系 1. 热量是过程量；温度、内能是状态量 2.单位区别：热量和内能的单位都是J，温度的单位是℃ 热传递可以改变物体的内能，使内能增加或减少，但温度不一定改变。 温度、热量、内能的区别 3.表述区别 温度只能说“是、降低、升高” 热量只能说“吸收、放出” 内能只能说“有、具有、改变” 温度、热量、内能的联系 观察思考 我们从经验知道，对同一种物质（比如水），吸收或放出的热量跟质量、温度变化有关。它们具体有怎样的关系呢？通过 “探究水的吸热与其温度变化、质量的关系” 实验来寻找答案 ！ 活动 1——探究水的吸热与温度变化、质量的关系 实验器材：铁架台一个、酒精灯一盏、温度计一支、量筒一个、相同的烧杯几个、钟表一只 。 实验思路：水吸收热量的多少可根据加热时间长短 粗略判定（加热时间越长，吸收热量越多 ）。 实验操作 a．按图组装实验装置，烧杯中盛有 100 mL（即 100 g）水 。 b．选取一个温度作为起始温度，开始计时，将水每升高相同温度（例如3℃），记录所用的时间，填入表中。 探究水的吸热与温度变化的关系 水升高的温度Δt/℃ 3 6 9 12 15 …… 累计加热时间t/min 动手操作 数据记录与分析（温度变化关系） 实验数据记录表中，实验起始温度为____℃。 分析数据会发现：当水升高相同的温度时，加热的时间基本__________。这说明：质量一定时，水吸收的热量与升高的温度成正比 。 3 相等 实验设计 探究水的吸热与质量的关系 参考前面实验，设计实验方案：选用不同质量的水（如 50 g、100 g、150 g ），升高相同的温度（如3℃ ），记录加热时间 。实验猜想：质量不同的水，升高相同温度，需要的加热时间________。 不同 质量 初温 末温 加热 时间 50 100 150 实验结论 质量关系的实验结论 通过实验可知：质量不同的水，升高相同的温度需要的加热时间____。 这表明：升高的温度相同时，水吸收的热量跟它的质量成正比 。 不同 拓展思考 活动 1—— 拓展思考 你能用上面的实验装置，探究物体温度降低时所放出的热量与物体的质量、温度变化的关系吗？（提示：可让热水自然冷却，记录温度降低过程的时间、温度变化 ） 拓展思考 热量与质量、温度变化的普遍关系 由实验可知：当质量一定时，水吸收的热量与升高的温度成正比；当升高的温度相同时，水吸收的热量跟它的质量成正比 。 进一步研究表明：当物体温度升高或降低时，它吸收或放出的热量与物体质量的大小、温度变化的多少成正比 。 补充：1 kg 纯水温度升高1℃ 吸收热量是4.2×103J ；降低1℃放出热量也是4.2×103J（这是水的比热容相关知识，后续会学习 ）。 PART TWO 燃料的热值 燃料的热值 —— 引入 阅读思考 燃料可以是固体、液体或气体（如木柴、汽油、天然气 ），它们燃烧时都能放出热量。但质量相等的不同燃料，完全燃烧放出的热量一样多吗？比如 1 kg 干木柴和 1 kg 汽油，燃烧放热谁多谁少？这就涉及 “燃料的热值” ！ 燃料热值的概念 1、在物理学中，把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量     （体积）的比叫做这种燃料的热值       用符号q表示，单位是J/kg（J/V) 2、公式：              3、每种燃料都有自己的热值 ，热值的大小只由燃料的种类决定，与 燃料多少、是否完全燃烧无关 燃料热值的概念 进一步实验表明： 质量（体积）相等的不同燃料，在完全燃烧时所放出的热量是不相等的 燃料热值的计算 若用q 表示燃料的热值，m 表示燃料的质量，燃料完全燃烧时放出的热量Q 可用公式计算：Q = qm（气体燃料体积为V时，Q= qV ） 。 示例：500 g 汽油完全燃烧，已知汽油热值q = 4.6×107J/kg ，则放出热量 Q = qm = 4.6×107J/kg×0.5 kg = 2.3×107J 燃料燃烧的实际问题 —— 热量利用与热效率 多数情况下，燃料不可能完全燃烧 ，所以实际放出热量往往少于理论计算值（根据热值计算的热量 ）。 且燃料燃烧放出的热量不可能完全利用 ，例如用煤炉烧水：热量一部分散失到空气，一部分传给容器和炉子，水只吸收一部分。像家用煤炉热效率可能只有 15% - 30%，大型锅炉热效率可达 90% 左右 。启示：改善燃烧条件，让燃料充分燃烧，减少热量损失，既能节约燃料，又能减少污染 。 如：煤燃烧时放岀的热量，一部分散失到空气中，一部分传给盛水的容器和炉子，被水吸收的只是煤燃烧放出热量中的一部分 燃料燃烧的实际问题 —— 热量利用与热效率 1、物理学中，把燃料燃烧时，转化为有用部分的热量与总热量的比值叫 热效率       即： 2、提高热效率的方法：         1）改善燃烧条件，使燃料尽可能的充分燃烧                                如：鼓风、燃料成粉末等               2）减少各种热量的损失 活动 2—— 怎样选择燃料 1．请向长辈了解家庭中曾使用过的燃料（如木柴、煤、天然气等 ），从热值大小 、对环境的污染程度 等方面比较研究 。 2．调研家庭现在常用燃料，估算一个月燃料费用，思考减少费用的措施（如提高燃烧效率、更换更清洁高效燃料 ） 。 家庭燃料调研与费用优化 曾用燃料对比：木柴热值约 1.2×10⁷J/kg，燃烧多烟尘；煤热值 3.4×10⁷J/kg，释放二氧化硫；天然气热值 3.8×10⁷J/m³，燃烧产物清洁，污染远低于前两者。 当前费用与优化：城市家庭月用天然气 15-20m³，费用 45-60 元，电 150-200 度，84-112 元。可通过清理燃气灶、合理设定电器温度节能；利用峰谷电价或优先使用燃气设备降低成本。天然气经济性优于电（1m³≈10.5 度电），且更环保。 信息浏览 —— 西气东输工程 我国天然气资源西多东少，“西气东输” 工程建四线：一线 2004 年通上海，二线 2008 年引中亚气，三线 2012 年供南方，四线 2016 年保中部。工程让天然气占比从 < 3% 升至近 10%，减煤降碳，助 “双碳”，促东西优势互补。 课堂小结 布置作业 1．关于温度、热量和内能，下列说法中正确的是（　　） A．温度越高的物体含有的热量越多 B．物体温度升高，一定是吸收了热量 C．温度高的物体，内能不一定大 D．热量总是从内能大的物体向内能小的物体传递 【答案】C 【答案】内能 热量 温度 2．在物理学中常提到“热”字，但其含义各不相同，请将下列“热”的含义填入空格内。（选填“温度”、“热量”或“内能） （1）摩擦生热，这里的“热”是指_____； （2）物体吸热升温，这里的“热”是指_____； （3）这盆水很热，这里的“热”是指_____。 3．如图所示，2022冬奥会主火炬以“微火”取代熊熊燃烧的大火，传递低碳、环保的绿色奥运理念，实现了奥运历史上的一次点火创新。“微火”由清洁氢能源作为燃料供给。氢燃料流量约为1.2m3/h。与以往熊熊燃烧的火炬相比，大约能够节省99.9%的能量，充分体现了环保理念。氢气的热值为1.4×108J/kg表示的物理意义是______。若氢气的密度为0.09kg/m3，每小时流过的氢气完全燃烧放出______J的热量。 【答案】1kg氢气完全燃烧放出的热量是1.4×108J 1.512×107 4．改变内能有不同的方式，图甲是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，当迅速压下活塞时，可看见筒内棉花燃烧起来，这是通过 ______ 方式使玻璃筒内的空气 ______ 增加，温度升高，达到棉花的燃点，使棉花燃烧；图乙是通过 ______ 方式把试管里的水加热至沸腾。 【答案】 做功 内能 热传递 感谢观看 THANK YOU FOR WATCHING Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 Lavf58.12.100 Lavf58.29.100 #[720x1280][25.00fps][2212k][0k][C][tv=6964_atla][uploadSource=APP][p=WYZ/qS2hmm8OitgWdHTtjg==][audioGain=2.1577] Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $$小胖子一家出去野营，突然下了一阵雨，变得好冷怎么办？于是小胖子和大胖子出去找能取暖的东西。小胖子找来了还算干的木头，烧着了不感觉并不是很暖和，好惨。有个大胖子回来了，他从旁边人家借来的蜂窝煤烧这个吧，这个果然强多了，一下子就热乎了呢。咦会差这么多啊。其实我们从古代开始就需要烧东西，过去主要为了取暖而烧的东西也各式各样，木头、干草、秸秆、晒干、动物粪便等，在烧的时候都有所选择，粪便要晾干，草不能是鲜的，即便是木头也会有所挑选。正是因为它们产热的能力并不相同，现在我们对于燃料的要求更苛刻，因为我们要用燃料带动热机，所以需要很多的内能，也就要产热能力更强的燃料。为了衡量燃料燃烧时的产热能力，我们设定了物理量热值，它是1000克某种燃料完全燃烧时放出的热量，注意是完全燃烧哦，公式为小Q等于大Q比M其中小Q就是热值，大Q为放出的热量，M则是质量。这个单位是焦耳，这个单位是千克，当然小Q的单位就是焦耳每千克。热值是燃料的特性，不同燃料的热值一般是不同的。看一下干木柴的热值，约1.2乘以10的7次方焦耳每千克，那么3000克的干木柴完全燃烧会放出多少热量呢？简单，小Q等于大Q比M大Q就等于M乘以小Q带入公式直接就能算出来热量是3.6乘10的7次方焦耳。这是几种常见燃料的热值，看看这些燃料是不是我们常用的呢？对比一下，煤的热值比干木材两倍还多，自然是现在上好的平房取暖燃料。而汽油和柴油更是热值高出一个档次，非常适合汽车这种功率大的机械使用。另外对于气体来说，不太好计算质量，我们往往用体积来衡量气体的热值。像这个煤气和沼气的热值这样写，单位变为焦耳每立方米。总结一下，热值是1000克或一立方米的燃料完全燃烧时放出的热量，要记得是完全燃烧，公式是这个热值的单位是焦耳每千克或焦耳每立方米，你记住了吗？呵呵。 温度、热量与内能是三个特别容易混淆的概念。我们来看下面的辨析题，当物体温度升高时，内能一定增加，对吗？分析一下，我们知道构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子智能的总和叫做物体的内能。而温度升高说明物体内部分子热运动动能增大。一般来说，温度升高，物体膨胀，分子势能也变大，因此此时内能也增加。综上，只要同一物体温度升高，内能一定增加，这是对的。再来一题，当物体温度升高，物体一定吸收了热量，对不对？根据上一题我们知道物体温度升高，物体内能一定增加了。但增加内能的方式有两种，一个是吸收热量，一个是别人对你做功。因此物体温度升高不一定是吸收了热量。再来一题，物体吸收热量之后，内能一定增加，对否？分析一下，物体吸收热量可以使内能增加，但内能改变还需要考虑做功的情况。如果物体一边吸收热量一边对外做功，那内能最后变大变小就很难说了，所以本题说法错误。那物体吸收热量之后温度一定升高，对吗？还是不对，只要你记得晶体融化时吸收热量，温度却保持不变，可以将这个说法一棍打死了。再来一题，物体内能增加则温度一定升高，对吗？还是不对，跟上一题一样，晶体融化时分子势能变大而导致内能增加，但温度却保持不变，所以一票否决这个说法。来最后一题，热量是由内能高的物体传向内能少的物体，对吗？错，热量是由高温物体传向低温物体。好了，说这么多是不是有点晕？总结一下，其实你只要记得温度、热量与内能三者之间的关系，只有物体温度升高，内能一定增加的说法是对的，其他一定的说法都是错的。热量是在热传递过程中，高温物体传给低温物体的那部分内能，热传递结束，热量这个词就不存在了。你也绝不能说一个物体具有热量，你懂了吗？呵呵。 热值是某种燃料怎样燃烧放出的热量与其质量之比。记住是燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比。写成式子，热值小Q等于热量大Q除以质量M那燃料的热值是不是与其质量成反比？错，燃料的热值与密度一样是燃料的特性，只与燃料种类有关，而与燃料的质量无关，不随燃料的质量变化而变化。那已知木炭的热值为3.4乘以10的7次方焦耳每千克，它的含义是什么？这是说一千克的木炭完全燃烧时会放出3.4乘以10的7次方焦耳的热量。咦查表发现煤气的热值为3.9乘以10的7次方焦耳每立方米，这是怎么回事？煤气是气体燃料，其热值是在标准状态下燃料完全燃烧时放出的热量与其体积之比。记住是标准状态。因为气压和温度都会影响气体的体积，所以这表示在标准状态下一立方米的煤气完全燃烧时会放出3.9乘以10的7次方焦耳的热量。最后一题，已知酒精的热值为3.0乘以10的7次方焦耳每千克，那完全燃烧3000克的酒精一共放出多少热量？计算公式为大Q等于M乘以小Q带入质量3000克酒精的热值3.0乘以10的7次方焦耳每千克，轻松算出完全燃烧时共放出热量9乘以10的7次方焦耳完美总结一下热值小Q是物质的特性，只与物质总种类有关公式，大Q等于M乘以小Q专门用来计算燃料完全燃烧时放出的热量，你学会了吗？呵呵。 包教包会，新鲜免费。俗话说水火不相容，但昨天咱们的奥运圣火成功在水下燃烧，这是怎么实现的呢？其实我们初中物理学过，燃烧需要可燃物、助燃剂、点火源三个条件，水下火炬也不例外。要让火在水下燃烧，最起码需要解决防水和补氧两大问题。咱们这个火炬，其实它的火焰根部是被放在了一个桶状的空腔里面，这样它就接触不到水了。但是喷出来的火该怎么办呢？它的外面其实被包上了一层气膜，通过这两项设计，奥运圣火就能够防水了。另外我们还知道水下氧气是不足的，所以这个火炬它还自带了助燃剂，可以实现水下补氧。其实这个火炬里烧的燃料，就是咱们自家做饭用的液化气的高配版，也就是纯度比较高的丙烷。因为丙烷易储存，异空解毅控制，而且它不但耐烧，还绿色环保。虽然我们整个总体来讲，火焰是在水下燃烧的，实际上的燃烧过程还是在一个无水的环境下。因为我们这个火它是要跨界质燃烧机在水面上又能在水面下。如果纯粹在水面下燃烧的话，其实可以考虑燃料和水反应。既要在空气中又要在水下的话，就不能够采用和水反应这个模式。整个火炬来讲的话，就麻雀最小，五脏俱全，因为我们是搞发动机的，就是整个从这个发动机的工作履行系统，它该有的全都有了。在空间站的时候，实际上它是一个空间，是没有空气的一个环境，无扰动的。而我们这个自然水体的话，它底下实际上是各种扰动是比较多的。我们在有扰动的情况下实现精准对接难度非常大的。从传递的过程上来讲的话，叫点火下水和水下点火，这是两件事儿。它相当于是人和人去对，不光要有精度，就必须两个头要对上，而且要有时间。即兴测试的话，我们这个火炬的水下的工作15分钟，总共的工作时间能在25分钟。其实当时我们其实也是承担了08年的关于火炬的研制工作。当时我们还是刚入职，是看着前辈人干的这个词，相当于是我作为一个课题负责人，亲自参与到这里面，其实还是而且非常荣幸的一个事情。 实验项目89，探究水的吸热与其温度变化质量的关系。实验器材，铁架台、酒精灯、酒精、石棉网、温度计、细线、电子秤、秒表、烧杯、水。实验内容，一、搭建实验平台步骤一，固定好铁架台，将铁杆与铁架台底座的螺孔连接紧固并放置于水平桌面上。步骤二，用黑色旋钮十字夹将铁圈固定在铁杆上，铁圈与底座的距离要保证。酒精灯用外焰加热。步骤三，将酒精灯放置于底座上，并处于铁圈的正下方，将石棉网放在铁圈上。步骤四，将烧杯装上一定质量的水，并放置于石棉网的正中间。步骤五，用蓝色旋钮的十字夹将一横杆固定在铁柱最上端，将温度计用细线吊在横杆上，使温度计的测试端放在烧杯中水的中心位置。2. 探究水的吸热与温度变化的关系。步骤一，水吸收热量的多少，可以根据加热时间的长短来粗略判定。根据这一思路进行实验。首先用电子秤和烧杯称量出100克的水进行实验。步骤二，点燃酒精灯。酒精灯对水加热后，选取水的一个温度作为起始温度，开始计时。并将水每升高相同温度，例如五摄氏度所用的时间记录在动动手物理实验手册对应表格中。结论一，当水升高的温度相同时，加热的时间基本相等。这表明当质量一定时水吸收的热量与升高的温度成正比。3、探究水的吸热与水的质量的关系。步骤一，水吸收热量的多少，可以根据加热时间的长短来粗略判定。根据这一思路进行实验。首先用电子秤和烧杯取80克的水。选用酒精灯给烧杯加热的方式给水加热。酒精灯对水加热后，选取一个温度作为起始温度，开始计时。并将水升高相同温度，例如五摄氏度所用的时间记录在动动手物理实验手册对应表格中。步骤二，分别取水的体积为160克、240克、320克和400克，重复上述实验。并将实验数据填入对应表格中。结论2，当升高的温度相同时水吸收的热量跟它的质量成正比。