第5节 物体的内能 第3课时（表格式教学设计）科学浙教版九年级上册

第5节 物体的内能 第3课时（教学设计） 年级 九年级 授课时间 课题 第5节 物体的内能 第3课时 学情 分析 本节内容选自浙教版九上第3章第5节，本节主要内容：内能、物体内能的改变、比热容、热量的计算、热机、燃料的热值。教材围绕​​物体的内能​​展开，系统阐述了内能的定义、构成、与温度的关系，以及改变内能的两种途径——热传递和做功。教材通过如加热水、摩擦生热等生活实例和压缩气体做功、气体对外做功等实验活动引导学生理解内能的本质及其变化规律，并引入比热容的概念进行热量计算。最后，本节拓展至热机的工作原理和燃料的热值，强调能源利用效率与环境保护的重要性。 在知识基础与认知层面学生已经知道物质由分子、原子构成，分子在永不停息地做无规则运动，且分子间存在相互作用力。这是理解内能概念的​​微观基础​​。学生已经学习了动能和势能的概念，知道运动的物体和发生形变的物体具有能量。这为理解“分子动能”和“分子势能”这两个内能的组成部分提供了​​类比基础​​和知识迁移的支点。学生对热传递、摩擦生热等现象有丰富的感性认识，但大多停留在宏观现象层面，尚未从能量转化的角度进行理性认识和升华。学生开始能够理解不能直接观察的微观概念，但仍需要大量​​直观实例、实验和模型​​作为支撑，以帮助其完成从宏观现象到微观本质的抽象思维建构。内能正是一个典型的微观、抽象概念。学生已具备一定的观察、比较、归纳和简单推理的能力。教材中设计的“压缩气体做功”等实验活动，正适合引导学生通过观察实验现象，分析并推理出“做功可以改变内能”的结论，这符合他们的能力发展水平。本节内容是初中能量主题的深化，学生容易将宏观物体的机械能与微观分子的内能混为一谈。难以理解“静止在地面的物体机械能为零，但内能不为零”。综上所述，本节教学应从学生的前概念和生活经验出发，通过丰富的直观手段和探究活动，引导他们顺利完成从宏观热现象到微观内能本质的建构，并清晰辨析相关概念，为后续能量守恒等知识的学习打下坚实基础。 本节内容拟用3课时完成。 教学 目标 科学观念：了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理；知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况；知道什么是燃料的热值和单位。 科学思维：从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念。 探究实践：利用动画、图片或模型讲解四冲程内燃机的基本结构和工作过程。 态度责任：体验自然科学的价值，体验知识来源于实践而又应用于实践的辩证关系；使学生懂得节约和充分利用能源的重要意义。 教学 重难点 重点：四冲程汽油机工作原理；燃料的热值 难点：燃料的热值 教学 准备 课件、课本、视频、活动器材等 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 热机在人类生活中发挥着重要的作用。许多现代交通运输工具靠它来提供动力。热机的应用和发展推动了社会的快速发展，使人类步入工业化时代。 你认识热机吗？ 我们最熟悉的蒸汽机便属于热机 思考蒸汽机原理，思考热机是什么 新 知 讲 授 一、热机 那么什么是热机呢？ 以蒸汽机为例，你知道蒸汽机工作时的能量转化过程吗？ 热机的概念 通过做功把内能转化为机械能的机器 蒸汽机可带动老式火车移动，除此之外还有哪些类型的热机呢？ 内燃机、燃气轮机、喷气发动机等都属于热机。 尽管不同种类的热机有不同的结构，但热机有个共同特点：通过做功把内能转化为机械能 内燃机 概念：燃料在机器汽缸内燃烧的热机 类型：以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机 以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机 汽车是我们最熟悉的交通工具之一。汽车品牌多种多样，但在汽车上用的动力装置绝大多数属于内燃机。 汽油机所用的燃料是汽油，如图是汽油机结构示意图。 工作原理 汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。 活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。 那么汽油机有几个冲程呢？ 大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。 在一辆汽车的发动机中有多只汽缸，如四只、六只或八只汽缸，每一只汽缸都循环往复地重复“四个冲程”。 吸气冲程 气门开关：进气门 打开 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从上向下运动 ； 作用： 汽油和空气的混合物被吸入汽缸 。 能量转化： 无 。 压缩冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从下向上运动 ； 作用： 压缩汽油和空气的混合物 。 能量转化： 机械能转化为内能 。 做功冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从上向下运动 ； 作用： 在压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，产生的高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 ； 能量转化： 内能转化为机械能 。 排气冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 打开 ； 活塞运动方向： 从下向上运动 ； 作用： 把废气排出汽缸 。 能量转化： 无 。 牢记几个数字 ①一个工作循环中有四个冲程； ②活塞往复运动两次； ③曲轴和飞轮转动两周； ④对外做功一次； ⑤汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 思考与讨论 在汽油机的工作过程中，哪个冲程使汽车获得动力？在哪个冲程中汽车排出了尾气？ 做功冲程使汽车获得动力，排气冲程排出了尾气。 我们知道，热机工作时，不可避免的会出现能量损失，怎样衡量热机的效率呢？你知道都有哪些途径的能量损失吗？ 热机效率 概念：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，就是热机的效率。 公式：； 汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达45%。 热机的效率无法达到100%。故提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 思考与讨论 怎样提高热机的效率呢？ 使燃料充分燃烧，如煤磨成粉末壮吹进炉膛燃烧； 尽量减少各种热量损失； 在热机的设计和制造上采用先进的技术； 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等。 热机的广泛使用，极大地改变了人类的生活和工作方式。但是，热机在使用过程中都要排出废气，这些废气中含有、、、CO等对人类有害的气体，严重污染了空气，影响着人类和动植物的生存。减少热机中有害物质的排放量，已成为人类保护环境的重要举措。 课外拓展：汽油机和柴油机的区别 ‌柴油机和汽油机的主要区别在于点火方式、燃油种类、燃烧模式、混合气形成方式、负荷调节控制要素和压缩比等方面。‌ ‌点火方式‌：汽油机‌：火花塞高压放电——点燃式‌ ‌柴油机‌：压缩空气使温度升高——压燃式‌ 燃油种类‌：‌汽油机‌使用汽油作为燃料‌。柴油机‌使用柴油作为燃料‌。 混合气形成方式‌：汽油机‌吸气冲程吸入汽油和空气的混合物 柴油机‌的吸气冲程吸入空气，在压缩冲程末喷油嘴将燃油以雾状喷入气缸‌ 压缩比‌：柴油机‌的压缩比一般比汽油机要大，动力强‌ 应用范围‌：汽油机‌多用于小型机器，如摩托车、小汽车、飞机及轻巧的机械‌ 柴油机‌多用于大型机器，如载重汽车、火车、轮船、拖拉机等‌ 二、燃料的热值 我们知道热机的效率不高其中一个原因就是燃料无法完全燃烧，我们平时使用的燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。 由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。为了衡量不同燃料的燃烧效果，引入了热值的概念。 热值 概念：我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 符号：q 单位：J/kg或J/ 热值的意义 热值反映了一定质量的不同燃料完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小。 热值的理解 ①“1千克”指出热值是对一定质量的燃料而言的，如果不是1千克，那么燃料完全燃烧时放出的热量与热值在数值上不相等。 ②某种燃料，故该物质一定是具有可燃性的，我们不能说一个不可燃的物体具有热值。 ③完全燃烧，要求可燃物一定是在氧气充足的情况下完全燃烧的，如碳燃烧生成一氧化碳，这属于不完全燃烧。 燃料完全燃烧放出热量的计算公式 固体或液体燃料：， q：J/kg，m：kg，Q：J 气体燃料：， q：J/，V ：，Q ：J 注意：公式中每个量都有其特殊的意义，不能错误地认为q与Q成正比，与m成反比。 不同燃料的热值一般不同，那么燃料可以完全释放出其中的能量吗？ 燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。 以蒸汽机为例，思考能量转化过程 了解热机的概念和类型，了解它们的应用 了解内燃机的概念和类型 解析汽油机结构，了解其工作原理 观察图片，了解四冲程气门开关、活塞运动、作用、能量 转化情况 牢记几个数字 了解热机的效率及能量损失途径 思考怎样提高热机的效率 了解热机的污染 了解汽油机和柴油机的区别 了解热值的概念和意义 正确理解热值 知道热量如何计算 了解燃料的利用率 课 堂 小 结 1.热机 （1）热机：通过做功把内能转化为机械能的机器。 （2）内燃机：燃料在机器汽缸内燃烧的热机。主要有汽油机(以汽油为燃料)和柴油机(以柴油为燃料)两种常见类型。 （3） 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 进气门打开，排气门关闭 进气门排气门都关闭 进气门排气门均关闭 进气门关闭，排气门打开 活塞向下运动 活塞向上运动 活塞向下运动 活塞向上运动 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物 在压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，产生的高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 把废气排出汽缸 无 机械能转化为内能 内能转化为机械能 无 一个工作循环中有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，就是热机的效率。汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达45%。提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 2.燃料的热值 （1）热值概念：１千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号q表示。单位：固体或液体燃料的热值单位是焦/千克,气体燃料的热值单位是焦/米３。 燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。故注意热值是燃料完全燃烧放出的热量。 （2）热量计算公式：Q=mq （3）提高燃料利用率的措施：一是改善燃烧条件,让燃料尽可能完全燃烧,如将煤炭磨成粉末等；二是尽可能减少热量损失,如加大受热面积等。 板 书 设 计 作 业 设 计 （请老师按实际教学需求撰写。） 教学反思 本节课整体教学氛围活跃，学生能积极通过结构示意图理解内燃机四冲程原理，并主动参与热值概念的讨论，体现了良好的实证意识和科学探究能力。但在燃料热值实际应用环节，学生缺乏对不同燃料燃烧效率的对比体验，主要因缺少实物或模拟实验支撑。建议增加燃料对比实验或视频案例，帮助学生建立能量转化与环保之间的科学价值观。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $