九年级物理 第十四章 内能的利用导学案 新版新人教版.docx
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九年级物理第十四章内能的利用导学案新版新人教版
第十四章内能的利用
14.1 热机
【学习目标】
1.了解热机的工作原理。
2.了解汽油机的基本工作原理。
3.了解柴油机的基本工作原理。
【重点难点】
汽油机与柴油机的工作原理以及工作过程中的能量转化情况。
学习内容一:
热机
学习指导:
阅读课本P17-P18文字内容与插图,基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1.人们发现内能可以做功,利用内能做功的机械叫热机。
2.燃料直接在发动机的汽缸内燃烧产生动力的热机,叫内燃机。
3.内燃机分为汽油机与柴油机两大类。
它们分别用汽油与柴油作为燃料。
【合作探究】教师巡视辅导。
演示P17图14.1-1,请学生观察后讨论如下问题:
1.点然酒精后,有什么现象发生?
答:
听到“呯”的一声,看到塞子飞出去,瓶口附近出现“白雾”。
2.塞子为什么会飞出去?
瓶口为什么会出现“白雾”?
答:
酒精燃烧给试管中的水加热,试管内产生大量的水蒸汽,当管内的气压大到一定程度时,塞子在水蒸汽压力的作用下就会飞出去。
管内的水蒸汽对塞子做了功,内能减少,温度降低,水蒸汽遇冷液化,形成“白雾”。
3.从酒精灯点燃到塞子飞出去,能量是怎么转化与转移的?
答:
酒精具有化学能,燃烧后化学能转化为内能,内能通过热传递的方式转移给水,水的内能增加,温度升高,产生大量水蒸汽,水蒸汽推动塞子做功,内能转化为塞子的动能。
4.在大屏幕上展示P18图14.1-2,这个内燃机与刚才的演示实验装备在结构上有什么相同点?
活塞——塞子 汽缸——试管
5.它们工作时能量转化有什么共同点?
共同点:
能量转化过程相同,都是燃料燃烧后的内能转化为机械能。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1.在演示实验中,塞子不能塞得太紧,否则有可能引起试管爆裂。
2.内燃机与其它热机的能量转化方式一样:
内能转化为机械能。
不同点在于内燃机的燃料在汽缸内燃烧,所以称之为“内燃”。
【即时练习】
1.完成P21第1题。
2.内燃机的特点是:
燃料在汽缸内燃烧,生成高温高压的燃气,燃气推动活塞做功,将内能转化为机械能。
学习内容二:
汽油机、柴油机
学习指导:
阅读课本P18-P20文字内容与插图,二人为一组,相互描述汽油机的工作过程。
【自学检测】
1.汽油机的结构:
汽缸上部有进气门和排气门,顶部有火花塞,下部有活塞。
2.汽油在汽缸内燃烧产生高温高压的燃气,推动活塞做功,活塞移动带动曲轴转动。
3.活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫一个冲程。
汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
【合作探究】教师巡视辅导。
1.使用PPT动画展示汽油机工作过程,说说汽油机是怎样工作的,并将下面的空补充完整。
汽油机一个完整的工作循环有四个冲程:
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
A.吸气冲程:
进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,汽油与空气的混合物进入汽缸。
B.压缩冲程:
进气门排气门都关闭,活塞向上运动,燃料与空气的混合物被压缩,温度升高。
C.做功冲程:
在压缩冲程结束时,火花塞点火,燃料燃烧,产生高温高压的气体,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。
D.排气冲程:
进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,把废气排出汽缸。
2.讨论并完成“想想议议”
(1)在压缩冲程中,机械能转化为内能,在做功冲程中,内能转化为机械能。
(2)做功冲程使汽车获得动力。
(3)排气冲程排出废气。
3.阅读P19柴油机的相关内容,比较一下汽油机与柴油机的异同并将下列表格补充完整。
相同点
能量转化方式
都是把内能转化为动能
工作过程
都有四个冲程:
吸气、压缩、做功、排气。
不同点
吸气冲程:
汽油机吸入是的汽油与空气的混合物。
柴油机吸入的是纯净的空气。
压缩冲程:
汽油机在压缩冲程结束时,火花塞产生电火花,是“点燃式”;柴油机在压缩冲程结束时,汽缸内的温度已超过柴油的燃点,此时,喷油嘴喷出雾状的柴油,遇到热空气马上燃烧,是“压燃式”
功率不同:
柴油机功率一般较大,一般应用于大型机械上,汽油机相对功率较小,一般应用于小型机械上。
效率不同:
柴油机对燃料利用率较高,机械效率较高,汽油机机械效率较低。
4.阅读P20科学世界“现代汽车”,说说现代汽车与过去的汽车相比有哪些优点。
答:
减少污染,降低消耗。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1.在四冲程汽油机中,只有做功冲程对外提供了动力,其他三个冲程依靠飞轮的惯性完成。
手扶拖拉机在启动时,要用人力转动摇把,带动飞轮转动,完成吸气与压缩冲程、排气冲程,然后发动机才能开始正常工作。
小汽车启动时,转动钥匙,电动机开始带动飞轮转动,完成吸气与压缩冲程、排气冲程。
2.一个工作循环,活塞来回运动二次,曲轴旋转二周,对外做功一次。
【即时练习】
完成课本P21第2、3题。
【当堂练习】见训练案基础部分
14.2 热机的效率
【学习目标】
1.从能量转化的角度认识热值,并能进行相关的计算。
2.通过能量的转化与转移,认识效率,能计算热机的效率。
【重点难点】
1.认识热值,利用热值计算物质燃烧放出的热量。
2.认识热机的效率,能计算热机的效率。
学习内容一:
燃料的热值
学习指导:
阅读课本P22-P23的文字内容与插图,基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1.某种燃料完全燃烧所放出的热量与质量之比,叫做这种燃料的热值。
2.热值的单位由热量与质量的单位组合而成,在国际单位制中,热量的单位是焦耳,质量的单位是千克,所以热值的单位是焦每千克,符号是J/kg。
3.酒精的热值是3.0×107_J/kg,它的物理意义是:
1kg酒精完全燃烧所放出来的热量是3.0×107_J。
【合作探究】教师巡视辅导。
1.说一说:
在我们的家庭中,会使用哪些燃料?
答:
煤、液化气、木柴等。
2.根据我们的生活经验想一想:
烧开同样一壶水,使用不同的燃料,所消耗的燃料的质量是一样多吗?
答:
烧开同样一壶水,使用不同的燃料,消耗的燃料的质量是不同的;
这说明什么?
答:
这说明,不同的燃料,燃烧后放出的热量是不同的。
3.在物理学中,我们用热值的概念来表示这种差异。
这种下定义的方法叫“比值法”。
4.阅读P23第二段的内容,归纳一下利用燃料的热值和质量,来计算燃料完全燃烧所放出热量的公式。
(用Q放表示放出的热量,q代表燃料的热值,m代表燃料的质量)
答:
Q放=qm
5.如果是气体燃料,公式又是什么样的?
答:
Q放=qV
6.请写出这二个公式的推导式。
答:
m=Q放/q,q=Q放/m,V=Q放/q,q=Q放/V。
7.在实际的燃烧过程中,燃料能否充分燃烧?
如果不能则燃料的热值是否会发生变化?
答:
热值是一个理论值,只有燃料充分燃烧,放出的热量才等于利用上述公式计算得出的热量。
因为燃料不可能完全燃烧,所以放出的热量会比理论值稍小。
但燃料的热值不会改变。
【展示交流】
请学生利用热值公式完成P26第1、2题,注意计算格式。
【精讲点拨】
1.热值只与燃料的种类有关,与燃料是否充分燃烧,燃料的质量、体积均无关系。
2.在计算燃料燃烧放出的热量时,热值与质量的单位必须是国际单位,计算的结果才是J,同理,在计算气体燃料燃烧放出的热量的时候,热值的单位应为J/m3,体积的单位应为m3,计算的结果才是J。
3.利用推导式m=Q放/q,q=Q放/m,V=Q放/q,q=Q放/V可以求出对应的燃料的质量、体积、热值。
【即时练习】
1.关于燃料的热值,以下说法中正确的是(A)
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况无关
B.容易燃烧的燃料,热值一定大
C.煤的热值大于干木柴的热值,燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
D.放出热量多,热值就大
2.一桶煤油用掉了一半,则剩下的煤油(D)
A.密度和热值不变,比热容减为原来的一半
B.比热容和密度不变,热值减为原来的一半
C.热值和比热容不变,密度减为原来的一半
D.密度、热值和比热容都不变
学习内容二:
热机效率
学习指导:
阅读课本P23-P24文字内容与插图,基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1.对于热机而言,燃料释放的能量一部分用来做功,一部分散失了。
用来做有用功的那一部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比,叫热机效率。
2.蒸汽机的效率只有6_%~15_%,汽油机的效率可以达到20_%~30_%,柴油机的效率可以达到30_%~40_%。
3.设法利用废气带走的热量,是提高燃料利用率的重要措施。
【合作探究】教师巡视辅导。
1.我们在用煤气烧水的时候,煤气能否充分燃烧,煤气燃烧放出的热量能否都被水吸收?
答:
煤气不能充分燃烧,燃烧放出的热也不能完全被水吸收。
2.阅读课本P24“想想议议”,回答相关问题。
答:
燃料燃烧放出的热量,一部分直接散失到空气中去,一部分被废气带走,只有一小部分用来做有用功了。
3.在八年级,我们学习了机械效率,那么我们能不能用类似的方法来计算出内燃机的效率呢?
在内燃机的效率问题中,什么相当于有用功?
什么相当于总功?
推导出相关公式。
答:
内燃机对外做的功相当于有用功,燃料燃烧放出的热量相当于总功。
η=W有用/Q放
4.在问题1中,如果要计算煤气烧水时的效率,公式是什么样的?
讨论后推导之。
答:
η=Q吸/Q放
5.热机的效率是热机性能的重要指标,提高热机效率有何意义,怎样提高热机效率?
答:
提高热机效率可以节省燃料,减少污染。
提高热机效率的方法:
1.尽量使燃料充分燃烧;2.设法利用废气带走的热量。
6.阅读P25“从火车到火箭”,了解人类运输工具的进步。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1.为了提高热机的效率,在大型火力发电站,人们常常利用蒸汽轮机排出的废气来供热,这就是热电站。
2.在计算热机效率的时候,一般先利用公式Q放=qm或Q放=qV计算出燃料完全燃烧放出的热(这相当于机械效率中的总功)再利用W有用/Q放=η或Q吸/Q放=η计算出热机的效率。
【即时练习】
1.完成课本P26第3、4题。
2.据估计,全国一年可产生城市生活垃圾约5.6×108t,焚烧生活垃圾释放的热量为我所用,是综合利用垃圾的一种方法。
若燃烧1t生活垃圾可以放出1.176×1010J的热量,问:
(1)这些热量相当于完全燃烧多少焦碳产生的热量?
(2)这些热量可以将多少kg的水由20℃加热到沸腾?
【当堂练习】见训练案基础部分
14.3 能量的转化和守恒
【学习目标】
1.知道能量守恒定律。
2.能举出日常生活中能量守恒的实例。
3.用能量守恒的观点分析物理现象。
【重点难点】
1.知道能量守恒定律。
2.区别能量的转化和转移。
学习内容一:
能量的转化
学习指导:
阅读课本P27文字内容与插图,基本概念、定义用红笔作上记号。
【自学检测】
1.在一定条件下,各种形式的能量是可以相互转化的。
2.摩擦生热,是机械能转化为内能;水轮机发电是机械能转化为电能,电水壶烧水是电能转化为内能。
【合作探究】教师巡视辅导。
1.阅读P27图14.3-1举出发生了能量转化的实例。
答:
摩擦生热——机械能转化为内能
水放在太阳下——内能转移到水中
太阳电池——太阳能转化为电能
小电扇旋转——电能转化为机械能
摩擦起电——机械能转化为电能
光合作用——太阳能转化为化学能
燃料燃烧——化学能转化为内能
2.以上事例能说明什么?
答:
在一定条件下,能量是可以相互转化的。
【展示交流】教师掌握情况。
【精讲点拨】
1.能量不但可以相互转化,还可以转移。
比如合作探究1中,把水放在太阳下,水会变热,这是太阳
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