12.4 机械能与内能的相互转化-2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

该初中物理导学案聚焦“机械能与内能的相互转化”核心知识点，通过温故知新导入生活实例，如轮胎发热、手冷取暖等，自然衔接做功改变内能的探究实验，再由空气压缩引火仪和点火爆炸现象深化理解能量转化本质，最终落脚于四冲程汽油机结构与工作过程，形成从现象到原理、从微观到宏观的知识链条，构建清晰的学习支架。 本资料亮点突出，充分融合物理观念、科学思维与科学探究三大核心素养。以“弯折铁丝”“空气压缩引火仪”等典型实验引导学生建立能量转化模型，强化能量观念；通过对比热传递与做功的本质差异，培养科学推理与质疑创新意识；习题设计紧扣课堂重点，涵盖情境辨析、过程描述与能量转化判断，既巩固知识又提升应用能力，体现物理学科特色的学习路径与实践导向。

九年级物理学科教案（学案） 12.4 机械能与内能的相互转化 第 2 个教案 学习目标： 1．通过活动，认识到质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量不相等。 2．知道并理解燃料热值的概念。会利用热值计算燃料完全燃烧放出的热量。 学习重点： 燃料热值的概念，燃料完全燃烧放出热量的计算。 学习难点： 燃料热值的概念，燃料完全燃烧放出热量的计算。 温故知新 导引自学 1．汽油机的一个工作循环有 个冲程，曲轴转动 圈，活塞往复运动 次。在压缩冲程中 转化为 ，而在做功冲程 转化为 。 2．为什么有的汽车用汽油，有的汽车有柴油，还有的汽车用天然气呢？ 交流质疑 精讲点拨 活动一：比较质量相等的不同燃料充分燃烧时放的热量 1．提出问题：质量相等的不同燃料充分燃烧时放的热量是否相等？ 2．猜想与假设：质量相等的不同燃料充分燃烧时放的热量可能不一样 3．设计实验： （1） 怎样比较燃料放出热量的多少？ （2） 实验时应控制哪些变量？ （3） 实验方法：① 法：酒精和碎纸片的质量都是10g； ② 法：不同燃料充分燃烧时放出热量的多少转换成相同质量的水吸热后升高温度的多少。 4．进行实验并收集数据 温度 燃料 加热前的 水温/℃ 燃料燃烧尽 后的水温/℃ 水温的 变化/℃ 10g酒精 10g碎纸片 5．分析与结论： 更多实验表明：质量相同的不同燃料，完全燃烧时放出的热量一般 （相同/不相同） 活动二：理解热值的概念 （1） 比值法定义：燃料 放出的 与燃料的 之比，叫做这种燃料的热值。热值在数值上等于 某种燃料 放出的热量，它是燃料的一种物理属性。燃料的热值用 表示，单位是 。 （2）燃料完全燃烧放出的热量的计算公式： 。 （3）q酒精=3.0×107J/kg的物理意义： 。 （4）热值是燃料的一种属性，它只与燃料的 有关，与燃料的质量、燃料有没有完全燃烧无关。 （5）若气体燃料的热值单位是J /m3。则体积为V的燃料完全燃烧放出的热量：Q= ； （6）了解一些燃料的热值。观察热值表。 活动三：热机的效率 1.热机的效率是指 之比。热机效率总小于 ； 2.提高热机效率的途径：（1）使燃料 、 （2）尽量减小 损失、 （3）机件间保持良好的润滑、减小 。 例题：天然气时当今家庭中使用较普通的一种能源，现用天然气来烧水 （1） 为使2kg的水从20℃升高到100℃水需要吸收多少热量？ （2） 天然气完全燃烧放出的热量有40%被水吸收，则需要完全燃烧多少立方米的天然气？（q天然气=8.4×107J /m3 ） （3） 使用天然气，液化石油气与过去的稻草、树枝等相比有哪些优点？ 当堂反馈 拓展迁移 1. 碳的热值是3.0×107J/kg，读作 ，它表示完全燃烧4.0千克的焦碳能够放出的热是 焦。 2. 将一瓶酒精用去三分之二，则剩余部分酒精的密度、比热容和热值　（　　） A.　都变为原来的三分之一 B.　密度、比热容不变，热值变为原来的三分之一 C.　都不变 　　　　D.　热值不变，密度、比热容变为原来的三分之一　 3. 通常情况下，一个三口之家使用燃料的月消耗量最少的燃料的是 （ ） A．燃烧值为1. 2×107焦/千克的木材 　B．燃烧值为3.4×107焦/千克的煤 C．燃烧值为7.1×107焦/千克的液化气 D．一样多 4.　下列说法正确的是 （ ） A．燃烧值大的燃料比燃烧值小的燃料完全燃烧时放出的热量多 B．柴油机工作时，燃料燃烧每放出1焦的热量就可得到1焦的机械能 C．热机的效率越大，它的功率就越大 D．柴油机的效率一般比汽油机高，就是说完成相同的有用功，柴油机所用燃料完全燃烧放出能量比汽油机少 5．利用如图所示的装置，为了便于比较酒精和碎纸片的热值，下列做法不正确的是（　　） A．酒精和碎纸片的质量相同 B．加热时间相同 C．两只烧杯内水的质量相同 D．两个烧杯要相同 6．两种燃料的热值之比是2：1，质量之比是1：4，那么两种燃料完全燃烧放出的热量之比是（ ） A．1：2 B．2：1 C．8：1 D．4：1 7.某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，共燃烧了6kg的无烟煤．[c水=4.2×103J/（kg·℃）、q煤=3.0×107J/kg] 试求： （1）锅炉内200kg的水吸收的热量是多少焦？ （2）6kg的无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦？ （3）此锅炉的效率是多少？ 学后反思：通过今天的学习，你收获了哪些，感悟到了什么？ 课后作业： 1. 长征五号火箭为我国载人航天工程作出卓著贡献。长征五号火箭发动机使用液氢作燃料，是利用液氢的（　　） A．密度大 B．比热容大 C．热值高 D．热效率高 2. 在“比较燃料热值大小”的实验中，不需要控制相同或相等的因素是（　　） A．两种燃料的质量 B．两只装水的烧杯 C．烧杯中水的质量 D．各自加热的时间 3．用图中的装置给水壶的水加热一段时间后，燃料燃烧放出的热量为8.3×105J，水吸收的热量为6.0×105J，炉具内的液体燃料减少了0.02kg，若这0.02kg的燃料完全燃烧，可以释放的热量为9×105J，则该液体燃料的热值是（　　） A．4.3×107J/kg B．3×107J/kg C．4.5×107J/kg D．4.5×103J/kg 4．在标准大气压下，小明使用煤气灶将1kg的水从20℃加热到100℃，则水吸收的热量是 J，若不计热量损失，此过程需要完全燃烧 m3的煤气，未使用完的煤气的热值 （选填“变大”“变小”或“不变”）。[c水=4.2×103J/（kg·℃）q煤气=4.2×107J/m3] 5．用烟煤将10kg的水从20℃加热到100℃，燃烧了1.4kg的烟煤。水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），烟煤的热值约为3×107J/kg。求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）1.4 kg的烟煤完全燃烧放出的热量是多少？ （3）热效率是多少? （4）分析热效率不高的两种原因。 6. 太阳能热水器在白天将质量为200kg的水从20℃加热到50℃，问： （1）水的内能增加了多少J？ （2）若这些内能由完全燃烧煤气产生的热量来提供，则需要完全燃烧煤气多少kg？（水的比热容为4.2×103 J/(kg⋅℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg） （3）而实际上需要消耗的煤气比（2）中算出的结果要多，这是为什么？ 12.4.2第 3 页 共 3 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 九年级物理学科教案（学案） 12.4 机械能与内能的相互转化 第 1 个教案 学习目标： 1．知道做功是改变物体内能的另一种方式，是其他形式的能与内能相互转化的过程。 2．了解热机的工作原理。 3．了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程。 4．了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 学习重点： 1．认识到做功是改变内能的另一种方式。 2．四冲程汽油机的构造、工作过程和其中的能量转化。 学习难点： 四冲程汽油机的构造、工作过程和其中的能量转化 温故知新 导引自学 1．为什么汽车高速行驶较长时间后，轮胎的温度会升得很高？ 2．冬天，你的手冻得很凉，怎样让你的手暖和起来？ 3．燃料是怎样使汽车发动机工作的？ 交流质疑 精讲点拨 活动一：探究做功能否改变物体的内能 弯折铁丝 1．做一做：反复弯折铁丝，用手指触摸一下弯折处，有何感觉？ 现象是： 说明： ； 2.思考：物体增加的内能是从何而来的？能量是如何转化的？ 答： 3.拓展：你还有什么方法能使铁丝的温度升高，内能增加？哪些是用热传递的方式改变物体的内能的？哪些是通过做功来改变物体内能的？ 4.提升：仅凭铁丝温度升高、内能增大这一现象，能否断定是通过热传递方式还是做的方式来实现的？如果不能，说明了什么？ 空气压缩引火仪 1.实验过程：如图，在厚壁玻璃筒底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速压下，我们会看到的现象是 ， 2.原因分析：用力压下活塞时，压缩玻璃筒内的空气，活塞对空气 ，使筒内空气的内能 ，温度 ，达到棉絮的________。 3.实验结论：对物体做功，可以使物体的内能_____。此过程是将_______能转化成______能。 总结： 是改变物体内能的另一种方式。做功改变内能的实质是 你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗? 活动三：观察点火爆炸现象 1.实验过程：如图，在透明塑料盒的底部钻一个孔，将电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。这时我们可以看到，盒盖___________。 2.原因分析：此过程中，酒精燃烧后的燃气对________做功，燃气的_______能减少，转化为________的_________能。 3.实验结论：物体对外做功，物体的内能 。此过程是将_________能转化成______能。 活动四：认识热机 1．热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。在工农业生产中，常用的内燃机有汽油机和柴油机。 2．认识四冲程汽油机 （1）认识汽油机的结构 （2）汽油机完成一个工作循环： ①活塞经历 个冲程，分别是 冲程、 冲程、 冲程、 冲程。其中， 冲程是燃气对外做功的过程。 ②曲轴旋转 圈，活塞往复 次。 ③两次能量转化：压缩冲程是将 能转化为 能，做功冲程是将 能转化为 能。 总结： 冲程名字 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化 为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为 机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 活动五：阅读“生活 物理 社会”热机的发展历程 当堂反馈 拓展迁移 1．如图所示，用充气的气球模拟“喷气火箭”，把封口的夹子松开，球内气体向后喷出，气球向前运动。下列说法正确的是（　　） A．气球的弹性势能增大 B．喷出的气体内能减小 C．气球内部的温度升高 D．能量转化与汽油机压缩冲程相同 2．如图，试管里盛适量水，用带玻璃管的胶塞塞住试管口，加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出“白气”推动管口处的纸风车转动。对此过程中的热现象，分析正确的是（　　） A．水在沸腾过程中，水的内能不变 B．水在沸腾过程中，水的比热容变大 C．玻璃管口冒出的“白气”是扩散现象 D．“白气”使风车转动过程相当于汽油机的做功冲程 3. 如图的实验或事例都揭示了一定的物理知识，关于它们的说法正确的是（　　） A．甲图中，使小孩臀部发热是通过热传递的方式来实现的 B．乙图中，人搓手发热说明物体对外做功，内能增大 C．丙图钻木取火过程是机械能转化为内能 D．丁图中水蒸气将塞子冲出的过程中，水蒸气通过做功的方式使自己内能增大 4．往自制火箭模型的瓶内喷入雾状酒精，启动电火花发生器点火使酒精燃烧，火箭就会立刻飞出。此过程与四冲程汽油机中能量转化过程一致的是（　　） A．做功冲程 B．压缩冲程 C．吸气冲程 D．排气冲程 5. 如图所示，试管内装有水，用塞子塞紧试管口，用酒精灯加热试管底部，一段时间后，塞子从试管口被管内气体推出，试管口附近伴随有白雾出现，这是因为试管内的气体对塞子______时，将管内气体的______能转化为塞子的机械能，导致气体温度降低所致。 6. 如图所示，内燃机工作过程中能的转化与图中水蒸气将塞子冲开时能的转化相同的是图 ____（选填“甲”“乙”“丙”或“丁”），若该内燃机的铭牌上标有3600r/min，则内燃机每秒做功 ______次。 7．在做功改变内能的实验中，老师做了两个实验。 （1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩气体做功，空气的内能_____（选填”增加”或“减少”），温度_____(选填“升高”或“降低”)，达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把_____能转化为_____能。 （2）实验二：向装有少量水的瓶子内打气，使瓶内的气压增大，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为水蒸气对瓶塞做功，内能______ (填“增加”或“减少”)，温度______ (填“升高”或“降低”)，水蒸气______而成小液滴。 8．内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。 学后反思：通过今天的学习，你收获了哪些，感悟到了什么？ 课后作业： 1．火柴可以被点燃，也可以被擦燃。“点燃”是用 的方法改变火柴的内能,而它的实质是内能在物体之间 .“擦燃”是用 的方法改变火柴的内能,在这过程中, 能转化为 能. 2.说出以下日常生活事例中，分别是通过什么方式来改变物体内能的： A．给自行车车胎打气，气筒发烫 B．放进太阳能热水器中的水,温度升高 C．点燃的爆竹腾空而起 D．用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起 3.汽油机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时 能转化为 能；这些气体的温度和内能变化的情况是 （ ） A．内能减少，温度降低 B．内能增加，温度升高 C．内能减少，温度升高 D．内能增加，温度降低 4．下列现象中，是用做功的方法来减小物体内能的是 （ ） A、钻木取火 B、用铁锤不断地敲打铁钉 C、小孩从滑梯上滑下时，臀部有灼热感 D、水蒸气冲开水瓶塞子 5．一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能和内能的变化，下列判断中正确的是（ ） A、物体的机械能和内能都不变 B、物体的机械能减少，内能不变 C、物体的机械能增加，内能增加 D、物体的机械能减少，内能增加 6.一个物体温度降低了,原因是 （ ） A、一定是它对外界做了功 B、一定是它放出了热量 C、可能是它放出了热量,也可能是它对外界做了功 D、可能是外界对它做了功 7.在内燃机工作的四个冲程中，机械能转化为内能的是 ( ) A、吸气冲程 B、压缩冲程 C、做功冲程 D、排气冲程 8．热机是将内能转化成　　 　能的机器；热机的一个工作循环由　　 个冲程组成，如图所示是热机的　　　　冲程。 9．一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则该汽油机每秒钟内完成 个冲程，做功 次。 10.如图所示，是研究“做功与内能改变的关系”的实验，玻璃瓶内装有少量的水，用塞子塞紧，并用气筒往瓶内打气，瓶内压强大到一定程度时，瓶塞就会跳出来。 （1）在这一实验过程中，你应当注意观察的是 A．打气过程 B．打气时瓶内水的情况 C．瓶塞跳起的现象 D．瓶塞跳起的瞬间瓶内出现的现象 （2）在你认为应当观察的一项中，你所观察到的现象是__________________，这一现象所说明的问题是 。 12.4.1第 4 页 共 4 页 学科网（北京）股份有限公司 $