資源簡介

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第5節 物體的內能（第3課時）
【核心概念】
4.能的轉化與能量守恒
【學習內容與要求】
4.1 能的形式、轉移與轉化
⑦舉例說明化學能 與內能的轉化，認識燃料的熱值，說明生物能量的來源和轉化。
⑧以汽油機為例，了解熱機的工作原理，知道內能的利用在人類社會發展史上的重要意義。
【教學目標】
1.科學觀念:了解四沖程內燃機的基本構造和工作原理；知道四沖程內燃機的工作過程和能量轉化情況；了解內能的利用在人類發展史上的重要意義；知道在燃燒過程中燃料的化學能轉化為內能;知道什么是燃料的熱值和單位。
2.科學思維:學習分析和比較的研究方法；從生活中體會不同燃料燃燒釋放熱的本領不同，建立熱值的概念；能簡單計算某種燃料完全燃燒放出的熱量。
3.探究實踐:通過演示實驗使學生了解可以利用內能來做功；利用動畫、圖片或模型講解四沖程內燃機的基本結構和工作過程。
4.態度責任:了解這些內燃機在生產和生活中的應用，提高學生將科學技術應用于日常生活和社會的意識；結合有效利用燃料的途徑，使學生懂得節約和充分利用能源的重要意義。
【教學思路】本課時內容是前面內能知識的拓展和應用，做功可以改變物體的內能，物體對外做功，內能會減小。熱機就是利用內能來做功的機械，熱機工作時要消耗內能,轉化為機械能，通過實驗說明內能可用于做功。熱機有多種，內燃機就是生活中常見的熱機，汽油機與柴油機是兩種內燃機，它們的工作過程相似，只要了解了四沖程汽油機的工作原理，就能了解柴油機的工作原理。雖然汽油機在生活中應用廣泛，但學生很難直觀地觀察到汽油機是如何工作的，對于汽油機的工作過程了解較少，只是對它的應用有所了解，所以本課時的教學重點就是了解四沖程汽油機的基本原理，教學難點與教學重點相同。本課時講的是燃料的熱值，這部分內容是對內能知識的進一步完善，它與生活實際聯系緊密。通過比較相同質量的不同燃料完全燃燒放出熱量不同，得出熱值這一物理量，它反映了物質的物理屬性。而內能的利用主要有兩方面:利用內能加熱物體，例如生火做飯、燒烤等;還可以利用內能來做功。在實際利用內能時，燃料的能量并不能被完全利用，首先燃料不可能被完全燃燒,其次燃料燃燒后放出的熱量不可能被全部用于加熱物體或對外做功，最后在利用內能后還有部分能量隨著尾氣散失掉了。在研究內能的利用可以作為本課時的補充內容講行講述。
【教學過程】
教學環節 教學活動 設計意圖
創設情境，明確問題 熱機在人類生活中發揮著重要的作用。（PPT圖片）許多現代交通運輸工具靠它來提供動力。 熱機的應用和發展推動了社會的快速發展，使人類步入工業化時代。
熱機 [情景展示1]視頻 [問題探究] 熱機的能量是如何轉化的？ [思考交流] [歸納提升] 水蒸氣對橡皮塞做功，將內能轉化為機械能。 [情景展示2] [問題探究] 熱機的共同點是什么？ [思考交流] [歸納提升] 通過做功把內能轉化為機械能。熱機是指各種利用內能做功的機械。 [情景展示3] [問題探究] 內燃機的工作原理 [思考交流] [歸納提升] 大多數汽油機由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程循環往復。 汽油在汽油機的汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣。推動活塞做功，把內能轉化為機械能。四個沖程，一次循環，曲軸兩周，一次做功。 [問題探究] 在四個沖程中，哪些沖程發生了能量的轉化？哪個沖程使汽車獲得動力？哪個沖程排出了汽車的尾氣？ [思考交流] [歸納提升]壓縮沖程:機械能轉化為內能；做功沖程:內能轉化為機械能。做功沖程使汽車獲得動力。排氣沖程排出了汽車的尾氣。 [情景展示3] [問題探究] 在內燃機中燃料是否能夠完全燃燒？燃料燃燒釋放的能量是否都對外做功？ [思考交流] [歸納提升]用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。提高熱機效率，減少能源消耗，是人類不懈的追求。 先認識結構、四沖程，再歸納原理，有利于理解。
燃料的熱值 [情景展示1] [問題探究]從哪里獲得內能？ [思考交流] [歸納提升]燃料燃燒釋放熱量的過程，就是將貯存在燃料中的化學能轉化為內能的過程。 [問題探究]如何比較相同質量的不同燃料燃燒釋放的熱量不同？ [思考交流] [歸納提升]我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領。 1 千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。 國際單位：焦/千克；符號：J/kg。 [問題探究]如何計算燃料燃燒釋放的熱量？ [思考交流] [歸納提升]Q放=qm [情景展示2] [問題探究]如何提高燃料燃燒的利用率？ [思考交流] [歸納提升]（1）改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒。（2）盡可能減少各種熱量損失。 通過類比的方法得出求熱量的公式，有利于理解。
課堂小結
板書
21世紀教育網 www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁 （共 2 頁）
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第5節 物體的內能（第3課時）
考試這樣考
題型一　熱機
角度1：什么是熱機
1.目前我國已將發動機研發列為國家重大科技專項。下列我國“陸、海、空、天”裝備中動
力機械不屬于熱機(利用內能做功的機械)的是 (　　)
A.中國高鐵交流異步牽引電動機 B.052D型導彈驅逐艦燃氣輪機
C.殲-20戰機渦扇15煤油發動機 D.“長征五號”火箭液氫液氧發動機
角度2：沖程的判斷
2.如圖是某轎車發動機(四沖程汽油機)的一個工作循環示意圖,其中屬于做功沖程的(　　)
題型二　燃料的熱值
角度1：熱值的概念理解
3.下列關于熱值的說法正確的是 (　　)
A.燃料燃燒不完全時熱值變小 B.燃料熱值越大,燃燒放出的熱量越多
C.燃料的質量越大,其熱值越大 D.燃料的熱值是燃料本身的一種特性,與其他因素無關
角度2：熱值的應用
4.某種巧克力的營養成分表上標有“每100g能量2361kJ”，該標識的含義與下列物理量含
義類似的是（　　）
A.熱量 B.內能 C.熱值 D.比熱容
題型三　熱機效率
角度1：熱機效率的模型
5.如圖所示是某內燃機工作時的能量流向圖,該內燃機的熱機
效率是(　　)
A.25% B.35% C.40% D.75%
角度2：熱機效率的簡單計算
6.某家庭用的燃氣熱水器，將20 kg的水從10 ℃加熱到60 ℃，完全燃燒了0.21 m3的煤
氣，已知水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃)，煤氣的熱值為4×107 J/m3。煤氣完全燃燒
放出的熱量是　　　J，水吸收的熱量是　　　　J，該熱水器燒水的效率是　　　　。
題型四 學科綜合
7.某單缸四沖程汽油機的汽缸活塞面積為30cm2，一個沖程活塞在汽缸中移動的距離是50mm，
滿負荷工作時做功沖程燃氣的平均壓強為9.0×105Pa，飛輪1min轉動1800周。當汽油
機滿負荷工作時（不計摩擦），一個做功沖程中燃氣對活塞所做的功為　 　J；1min汽
油機完成的做功沖程為　 　個；汽油機的功率為　 　W。
題型五 拓展創新
8.熱機發明后，一直在持續的改進和發展中。
材料一：1769年，法國人居紐制造出蒸汽機推動的三輪汽車（圖甲），傳統蒸汽機的燃
料在氣缸外部燃燒（圖乙），熱效率為5%～8%之間。
材料二：1862年，法國人德羅夏提出內燃機（內燃指燃料在氣缸內燃燒）的四沖程循環
理論：①氣缸的向外運動造成的真空將混合氣體燃料吸入氣缸；②通過氣缸的向內運動
對進入氣缸里的燃料進行壓縮；③高壓燃燒氣體產生巨大爆發力；④將已經燃燒的廢氣
從氣缸中排出。
材料三：1876年，德國人奧托制造出以四沖程為依據的煤氣內燃機，利用飛輪的慣性使
四沖程自動實現循環往復，內燃機的效率達到14%。
（1）四沖程循環理論提及的“巨大爆發力”由圖中的______沖程實現。
（2）德羅夏提到的內燃方式是基于______的猜想；
（3）老師在重復演示“做功改變內能”實驗（圖丙）之間，需在拔出活塞后將厚玻璃筒
甩幾下，其目的與內燃機的______（選填“吸氣”“壓縮”“做功”或“排氣”）
沖程的原理相似。
能力提升訓練
1.在如圖所示的“汽油機模型”實驗中，將少量的汽油噴入筒內，用軟木
塞塞住筒口，搖動起電機，觀察到放電針放電，汽油燃燒，軟木塞被高
溫高壓的氣體沖出。該實驗可模擬四沖程汽油機工作時的（　　）
A.吸氣沖程 B.壓縮沖程 C.做功沖程 D.排氣沖程
2.如圖為某型號的聯合收割機收制麥子的場景，它以柴油機作為動力裝置，收割麥子時，以2m/s的速度勻速行駛30min，可將糧箱收滿（q柴油＝5×107J/kg，ρ柴油＝0.8×103kg/m3）
（1）若柴油機的轉速為7200r/min，則該柴油機在3s內做功
　 　次，有　 　個沖程。
（2）若割機勻速行駛過程中受到的阻力恒為5×104N，求收割
機收割滿一糧箱做多少功及其功率？
（3）收割麥子時柴油機的工作效率為40%，則收割機工作兩小時要消耗多少升柴油？
參考答案
考試這樣考
1.A 2.C 3.D 4.C 5.B
6.8.4×106　4.2×106　50%
7.2700 ；135 ；900 2025 。
8.（1）C；（2）燃料在氣缸內燃燒，熱量損失少，熱效率高；（3）排氣
能力提升訓練
1.C
2.(1)180；720；
(2)收割機收割滿一糧箱做功及其功率分別為1.8×108J、1×105W；
(3)收割機工作兩小時要消耗45L柴油。
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21世紀教育網(www.21cnjy.com)(共28張PPT)
第5節 物體的內能
（第3課時）
浙教版 九年級上
教材解析
【核心概念】
4.能的轉化與能量守恒
【學習內容與要求】
4.1 能的形式、轉移與轉化
⑦舉例說明化學能 與內能的轉化，認識燃料的熱值，說明生物能量的來源和轉化。
⑧以汽油機為例，了解熱機的工作原理，知道內能的利用在人類社會發展史上的重要意義。
創設情境
熱機在人類生活中發揮著重要的作用。
許多現代交通運輸工具靠它來提供動力。
熱機的應用和發展推動了社會的快速發展，使人類步入工業化時代。
探究實踐
熱機的能量是如何轉化的？
水蒸氣對橡皮塞做功，將內能轉化為機械能。
探究實踐
熱機有多種類型。
噴氣發動機
蒸汽機
內燃機
燃氣輪機
不同種類的熱機有不同的結構，但熱機有個共同特點：
通過做功把內能轉化為機械能。
熱機是指各種利用內能做功的機械。
探究實踐
汽車是我們最熟悉的交通工具之一。在汽車上用的動力裝置絕大多數屬于內燃機。
內燃機就是燃料在機器氣缸內燃燒的熱機。
以汽油為燃料的內燃機叫做汽油機。
4只汽缸
8只汽缸
以柴油為燃料的內燃機叫做柴油機。
1只汽缸
探究實踐
汽油機構造
工作時，曲軸轉動，活塞往復上下移動，進氣門和排氣門往復開閉。　
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
曲軸
活塞
進氣門
氣缸
火花塞
排氣門
連桿
探究實踐
汽油機的工作原理
探究實踐
大多數汽油機由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程循環往復。
（1）吸氣沖程
進氣門打開，排氣門關閉，活塞從上向下運動，汽油和空氣的混合物吸入汽缸。
汽油和空氣
（2）壓縮沖程
進氣門和排氣門都關閉，活塞從下向上運動，壓縮已吸入的燃料混合物，這就是壓縮沖程。
活塞從汽缸的一端運動到汽缸的另一端的過程為一個沖程。
探究實踐
（3）做功沖程
燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓燃氣。推動活塞向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動，對外做功。
（4）排氣沖程
進氣門關閉，排氣門打開，
活塞從下向上運動，把廢氣排出汽缸。
燃燒后的廢氣
探究實踐
汽油在汽油機的汽缸內燃燒，生成高溫高壓的燃氣。
推動活塞做功，把內能轉化為機械能。
活塞在汽缸內往復運動，用連桿帶動曲軸轉動。
四個沖程，一次循環，曲軸兩周，一次做功。
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
汽油機的工作原理
探究實踐
思考與討論
　　1．在四個沖程中，哪些沖程發生了能量的轉化？
2．哪個沖程使汽車獲得動力？
3．哪個沖程排出了汽車的尾氣？
壓縮沖程:
做功沖程:
機械能轉化為內能；
內能轉化為機械能。
做功沖程
排氣沖程
4.熱機有哪些優點和缺點？
利：熱機的廣泛使用，極大改變了人類的生活和工作方式。
弊：機使用過程都要排出廢氣，嚴重污染了空氣，影響著人類和動植物的生存。
壓縮氣體做功
1.下圖是改變物體的內能的兩個實驗，分別相當于汽油機的什么沖程？
氣體對外做功
壓縮沖程
做功沖程
2.在重復“壓縮氣體做功”實驗之前，需在拔出活塞后將厚玻璃筒甩幾下。“甩幾下”又相當于汽油機的什么沖程？
排氣沖程
思考與討論
探究實踐
　　用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。
　　在內燃機中燃料是否能夠完全燃燒？燃料燃燒釋放的能量是否都對外做功？
無用的機械能
有用機械能
燃氣內能
損失的內能
η=
W有用
Q放
燃料在氣缸內燃燒時的熱效率高一些；
燃料在氣缸內燃燒與氣缸外燃燒，誰的熱效率高？
探究實踐
汽車的能耗
輸出功率
蒸發損失
發動機損失
散熱器損失
排氣管熱損
1 千克汽油在汽缸內完全燃燒時放出的能量，約只有 25% 用于做功；
用于做功的 25% 的能量
30% 發動機的水箱循環和空調工作
17% 消耗在傳動裝置
53% 驅動車輪推動汽車前進
整輛汽車的總效率約為13%
探究實踐
提高熱機效率，減少能源消耗，是人類不懈的追求。
蒸汽機的效率只有6%~15%
汽油機的效率為 20%~30%
柴油機的效率為30%~45%
空氣噴氣發動機的效率可達50-60%
火箭噴氣發動機的效率可以達到85%以上
燃氣輪機的效率可以達到40%左右
探究實踐
噴氣發動機也是一種內燃機，燃料在燃燒室中燃燒，燃氣向后高速噴出，從而獲得向前的動力。噴氣發動機有空氣噴氣發動機和火箭噴氣發動機兩種。
空氣噴氣發動機
火箭噴氣發動機
兩者的共同點：
燃料在燃燒室中燃燒，是內燃機；
高溫高壓的燃氣對外做功，產生動力。
探究實踐
柴薪
煤炭
石油
天然氣
從哪里獲得內能？　
燃料燃燒釋放熱量的過程，就是將貯存在燃料中的化學能轉化為內能的過程。
探究實踐
由于燃料的成分不同，相同質量的不同燃料燃燒時放出的熱量不同。
　　我們用熱值這個概念來表示燃料放出熱量的本領。
1kg的干木材完全燃燒放出的熱量約為1.2×107焦
1kg的無煙煤完全燃燒放出的熱量約為3.4×107焦
不同燃料的放熱本領不相同
1 千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量，叫做這種燃料的熱值。
　　國際單位：焦/千克；符號：J/kg。
氣體燃料的單位：焦/立方米；符號：J/m3。
探究實踐
燃料 熱值 燃料 熱值 燃料 熱值
干木柴 （約）1.2×107 木炭 3.4×107 汽油 4.6×107
煙煤 （約）2.9×107 酒精 3.0×107 煤氣（焦/米3） 3.9×107
無煙煤 （約）3.4×107 柴油 3.3×107 天然氣（焦/米3） （7.1~8.8×107
焦炭 3.0×107 煤油 4.6×107 氫 1.4×108
你從熱值表中可以獲取哪些信息？
　不同燃料，熱值一般不同。
熱值是燃料的一種特性。
表中燃料，氫氣的熱值最大
火箭使用氫作燃料
探究實踐
燃料燃燒放熱計算公式
Q放=qm
單位時間內所完成的功叫功率
功率=
功
時間
P=
W
t
單位體積內含物質的質量叫密度
密度=
質量
體積
ρ=
m
V
1千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量叫熱值
熱值=
熱量
質量
q=
Q放
m
與功率、密度等類比，可由定義得到計算公式：
Q放=qV
探究實踐
在實際利用燃料中，燃料很難完全燃燒，而且放出的內能不能被完全利用，有效利用的只是其中一部分。
燃料利用效率圖
煤爐燒水
（1）改善燃燒的條件，使燃料盡可能充分燃燒。
（2）盡可能減少各種熱量損失。
提高燃料燃燒的利用率：
課堂小結
提高熱機效率
化學能→內能
熱機
利用內能做功
內燃機
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
其它熱機
熱值
1 千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量
提高燃料燃燒的利用率
Q放=qm
遷移應用
1.依靠飛輪慣性完成的沖程是 ，內能轉化為機械能的沖程是 ，機械能轉化為內能的沖程是 。
B C D
A
D
B
C
A
D
遷移應用
2.對于燃料的熱值，下列說法中，屬于正確理解的是 (　　 )
A．燃料的熱值跟燃料燃燒時放出的熱量成正比
B．燃料沒燃燒時就沒有熱值
C．就某種確定的燃料而言，它的熱值是一個確定的值， 跟燃料的質量及燃料燃燒放出的熱量無關
D．容易燃燒的燃料熱值一定大
C
板書設計
第5節 物體的內能（第3課時）
提高效率
熱機
內燃機
吸氣沖程
壓縮沖程
做功沖程
排氣沖程
熱值
1 千克某種燃料完全燃燒時放出的熱量
Q放=qm
內能
謝謝
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