資源簡介

《§12.4 機械能與內能的相互轉化》研學案
【教學目標】
1. 通過探究實驗，知道做功是改變物體內能的另一種方式
2.了解熱機基本結構和工作原理，知道四沖程內燃機工作過程中的能量轉化
3. 能從能量轉化的角度認識燃料的熱值，知道不同燃料的熱值不同，會查熱值表；會進行燃料燃燒放熱的簡單計算；初步認識能源與人類生存和社會發展的關系，樹立可持續發展的觀念。
4.通過探索性實驗，提高觀察能力、實驗操作能力和比較、分析、概括的能力，培養實事求是的科學態度。
【教學重難點】
1. 內能和機械能的相互轉化，熱機的工作原理.
2. 燃料熱值的概念，燃料燃燒放熱的計算.
【教法學法】
問題情境、實驗探究、交流評價、實踐應用為主線的探究式教學.
【教學器材】
鐵絲、空氣壓縮引火儀、電子式火花發生器、汽油機模型、天平、廢紙、酒精、火柴等
【教學過程】
一、新課導入
問題：有一根鐵絲，我們想要讓它溫度升高，內能增加，你有哪些辦法？
學生討論：用火柴燒、用熱水燙、放在太陽下曬……
通過前面的學習，我們知道了這些改變物體內能的辦法，總的都屬于一種方式，這種方式是什么？（熱傳遞）
有沒有同學想到其它不同種類的方法？比如：來回彎折鐵絲，彎折處會怎樣？用砂紙摩擦鐵絲，摩擦之處的鐵絲有什么變化？ （請兩位學生來體驗一下）
這里來回彎折使鐵絲溫度升高，內能增加，用的是熱傳遞的方法嗎？那么，這種使物體內能增加的方法叫什么呢？
二、新課教學
1. 做功——改變物體內能的另一種方式
（1）空氣壓縮引火儀
問：在剛才的演示活動中，你看到了什么現象？能量是如何轉化的？
（壓縮氣體做功，氣體的內能增加，即機械能轉化為內能）
（2）解釋現象——彎折鐵絲，鐵絲彎折處發熱
能量是怎樣轉化的？如果我們僅知道鐵絲溫度升高內能增大這一結果，能否斷定是通過熱傳遞方式還是做功方式來實現的？（不能，做功與熱傳遞對于改變內能是等效的）
（3）你能再舉一些通過做功來改變物體內能的實例嗎？
（鉆木取火；神舟飛船返回艙自由下落時表面溫度升高；）
本質：熱傳遞是內能的轉移過程，能的形式沒有變；而做功是機械能和內能的轉化過程，能的形式已經發生改變。
2.熱機
（1）熱機中的能量轉化情況
演示：演示酒精氣體點火爆炸實驗。
分析能量轉化情況：化學能 內能 機械能
結論：酒精燃燒后的燃氣對外做功，燃氣的內能減少，轉化成機械能。
（2）四沖程汽油機的結構和工作原理
熱機：是將燃料燃燒產生的高溫高壓燃氣的內能轉化為機械能的裝置。
指導學生閱讀課文并設問：
（1）汽油機的主要結構是哪幾部分？
（2）什么叫做沖程？四沖程汽油機完成一個工做循環要經歷哪幾個沖程？
（3）吸氣沖程中燃料混合物為什么能吸進汽缸？
（4）壓縮沖程中能量怎樣轉化？什么時候點燃燃料？
（5）在做功沖程中能量發生了怎樣的轉化？
（6）汽油機完成一個工做循環曲軸旋轉_____圈，活塞往返_____次，四沖程內燃機只有________沖程對外做功，其他三個沖程靠_______完成。
閱讀：了解熱機發展歷程。補充蒸汽機、燃氣輪機、渦輪噴氣發動機、火箭發動機初步知識。
3. 燃料的熱值
實驗探究：比較質量相同的不同燃料充分燃燒時放出的熱量。
（1）討論并設計實驗方案，了解實驗裝置，進行實驗，分析實驗數據。
（2）提問：相同質量的酒精和碎紙完全燃燒后，燒杯中水溫的變化情況相同嗎？這個結果說明了什么？
（3）結論：相同質量的酒精和碎紙片完全燃燒時，酒精比碎紙片放出的熱量多。
更多實驗表明：質量相等的不同燃料完全燃燒所放出的熱量一般是不同的。
燃料的熱值是反映燃料燃燒時釋放能量本領大小的物理量,是燃料的性能之一,因此燃料的熱值只取決于燃料的種類,而與燃料的多少無關.對某種燃料來說,它是一個確定的數值.
思考: 汽油的熱值是4.6×107 J/ kg它所表達的意思是_____________________.
節約燃料的方法: 改善燃燒條件,使燃料盡可能完全燃燒,盡可能減小能量損失.
4. 熱值的應用
燃料燃燒放熱的計算：Q放=m.q
例：計算5kg的酒精完全燃燒后，放出的熱量是多少？
閱讀：化石燃料的燃燒和環境保護
《§12.4 機械能與內能的相互轉化》
班級： 姓名：
1. 下列事例中，用做功方法改變物體內能的是 ( )
A．酒精涂在手上覺得涼 B．鋸木頭時，鋸條會發燙
C．冬天曬太陽，人感到暖和 D．燒紅的鐵塊溫度逐漸降低
2. 下列事例中，屬于內能轉化為機械能的是 ( )
A．用打氣筒打氣，氣筒壁發熱 B．內燃機做功沖程中，燃氣對外做功
C．冬天對手哈氣，手的溫度升高 D．鋸木頭時，鋸條發熱
3. 如圖所示的四種交通工具，不用熱機作為動力機械的是 ( )
(
第
3題圖
)
4. 關于“熱機”，下列說法中錯誤的是 ( )
A．通過技術改進，可以使熱機的效率達到100%
B．減少城市熱島效應的措施之一就是倡導“綠色出行”
C．用水而不用其他循環物質降低熱機的溫度，主要是利用水的比熱容較大的特性
D．嚴寒的冬天，晚上把熱機水箱中的水放出，是防止氣溫降低時，水凝固而脹壞水箱
5. 下列說法錯誤的是 ( )
A．現階段，人類所用能量，大部分來源于燃料燃燒
B．燃料燃燒時化學能轉化為內能
C．熱值是表示燃料燃燒放熱能力的物理量
D．汽車在行駛時，發動機把油料中的化學能全部轉化成有用的機械能
6. 下列現象中，由機械能轉化為內能的是 ( )
A．雨天時發生雷電 B．隕石的降落
C．電扇運轉時間較長，電機發熱 D．人勞動會出汗
7. 下列四種現象中，只發生能的轉移而不發生能的轉化的過程是 ( )
A．冬天，用手摸戶外的金屬桿時手感覺到冷
B．閉合開關后，燈泡發光
C．燒水時，水蒸氣頂起壺蓋
D．給電動自行車的蓄電池充電
8. 一箱汽油用掉一半后，關于它的說法下列正確的是 ( )
A．它的密度變為原來的一半 B．它的比熱容變為原來的一半
C．它的熱值變為原來的一半 D．它的質量變為原來的一半
9. 汽油機飛輪的轉速是3000 r/min，可知每分鐘內汽缸里燃氣推動活塞做功次數是( )
A．1500次 B．3000次 C．6000次 D．750次
10. 汽車已經成為現代生活中不可缺少的一部分，現代汽車多數采用汽油機作為發動機，如圖是四沖程汽油機的工作循環示意圖，下列說法中正確的是 ( )
(
第
10題圖
)A．甲沖程是把機械能轉化為內能
B．乙沖程是把內能轉化為機械能
C．丙沖程是把機械能轉化為內能
D．丁沖程是把內能轉化為機械能
11. “長征六號”運載火箭首次采用了我國最新研制的大推力液氧煤油發動機．下列說法正確的是 ( )
A．煤油燃燒得越充分，其熱值就越大 B．燃氣對火箭做功，燃氣的內能會增加
C．高溫高壓的燃氣推動火箭升空把內能轉化成機械能
D．使用煤油作燃料，是因為它是可再生能源
12. 如圖能正確表示某種燃料的熱值q與完全燃燒所放出熱量Q的關系的是 ( )
(
A
B
C
D
第
12題圖
)
13. 熱機是將內能轉化成________能的機器，在四沖程內燃機工作時，這種能的轉化主要是在________沖程進行的；一臺內燃機運行時各種能量的損耗大致為：汽缸直接散熱損失占a%，廢氣帶走的能量占b%， 摩擦等機械損耗占c%，則它的效率為________.
14. 質量為10千克的汽油，用去1/3后，剩下汽油的密度將________、比熱容將________、熱值將________。(填“變大”“變小”或“不變”)
15. 過春節時，同學們總喜歡燃放鞭炮．其中有一種鞭炮不需用火去點燃，只要稍用力將它甩向地面，鞭炮就可以爆響．鞭炮與地面發生碰撞時，通過________的方式，使它的內能_______（增大／減小）．火藥爆炸過程相當于熱機工作過程中的____________沖程。
16. 科學家發明了一款單缸六沖程內燃機，它每一個工作循環的前四個沖程與單缸四沖程內燃機相同，在第四沖程結束后，立即向汽缸內噴水，水在高溫汽缸內迅速汽化成高溫、高壓水蒸氣，推動活塞再次做功，水蒸氣溫度_______（升高／降低／不變），其內能_______（增大／減少／不變），這樣燃燒同樣多的燃料獲得了更多的機械能，提高了熱機的_______。為了進入下一個工作循環，這款內燃機的第六沖程是_______沖程。
17. “可燃冰”作為新型能源，有著巨大的開發使用潛力。同等條件下，“可燃冰”完全燃燒放出的熱量可達煤氣的數十倍，這說明“可燃冰”的 很大。1kg“可燃冰”完全燃燒大約放出4.2×108J的熱量，可使 ㎏的水從20℃加熱至60℃。（水的比熱容為4.2×103kg/m3）
18.某中學為學生供應開水，用鍋爐將200kg的水從25℃加熱到100℃，燃燒了6kg的無煙煤．[無煙煤的熱值是3.4×107J/kg]試求：
（1）鍋爐內200kg的水吸收的熱量是多少焦耳？
（2）6kg無煙煤完全燃燒放出的熱量是多少焦耳？
（3）此鍋爐的效率是多少？
19. 某太陽能熱水器，水容量為100L，該熱水器在冬季有效日照時段里，平均每平方米的面積上每小時接收的太陽能約為2.8×106J，若該熱水器接收太陽能的有效面積為1.5m2，每天日照時間按8h計算，若這些太陽能能使裝滿水的熱水器中的水溫從20℃升高到60℃[水的比熱容為4.2×103J/（kg ℃），水的密度為1.0×103kg/m3]，求：
（1）一天內熱水器中的水吸收的熱量；
（2）熱水器在冬季的效率．
參考答案
題號 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
答案 B B A A D B A D A A C A
13.機械 做功 （100-a-b-c）%
14. 不變 不變 不變
15. 做功 增加 做功
16. 降低 減少 效率 排氣
17. 熱值；2500
18. （1）6.3×107J（2）2.04×108J（3）30.9%
19. （1）1.68×107J （2）50%

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