第十四章 内能的利用

第十四章 内能的利用 1．了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 2．从能量转化的角度认识燃料的热值。 3．通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化。 4．知道能量守恒定律，能举出日常生活中能量守恒的实例，有用能量转化和守恒的观点分析物理现象的意识。 5．通过能量转化和转移，认识热机的效率。

依据教材的编写安排可以把本章内容分成两部分：内能的利用、能量守恒定律。其中主要内容包括：内能在实际生活中的利用——热机的工作原理，并介绍了燃料的热值、能量利用的效率等相关知识；从能量的角度把各种现象联系起来阐述能量守恒定律的内涵及其普遍性、重要性。本章是体现物理学科内部综合、物理与其他学科综合、自然科学与社会科学综合的典范。能量的变化与物理知识中的其他点、其他学科、甚至社会问题都有着不可分割的联系。

学生在上一章已经学习了内能的本质、内能的改变等相关知识，为本章学习内能的利用奠定了基础。热机是人们生产和生活必不可少的机器，尤其是摩托车和汽车等交通工具的普及，让学生更有了探究的欲望。学生希望教师创设主动观察的物理学习环境，通过自己的自主学习，同学之间的合作探究，通过生活中相关工具的实践、操作、观察，来主动获取知识、体验探究的乐趣。

1．本章内容将日常现象与理论分析相结合，热机及其相关知识并不陌生，生活和科技实践中随处可见，教学中要充分利用生活中的一些实例，运用观察比较法，引导学生观察生活，体会科学技术中的物理知识，对于汽油机、柴油机的区别，可通过列表对比的方式进行教学。 2．用能量转化和守恒的观点分析物理现象时，一般可以分三步培养学生分析问题的能力：认识能的各种形式——各种能的转化、转移实例——各种能转化、转移与守恒实例。第1节 热 机

这一节主要内容包括内燃机的工作原理及能的转化过程。教学中适当调整一下教学顺序，汽油机的工作原理结合活动挂图，先弄清每个冲程的工作行程，再将其连续起来形成整体印象。

教材通过把内能转化为机械能的过程演示，直观地展示了热机中的能量转化过程。通过分析四冲程汽油机的基本工作过程，展示其如何持续做功。

学生对身边的机动车辆有一定的了解，学习热机的难度不太大，学习过程中运用一些内燃机的课件展示内燃机工作原理，会有助于学生的理解。

知识与技能 1．了解热机的概念。 2．了解四冲程汽油机的基本工作原理。 过程与方法 1．通过分析使学生了解可以利用内能来做功。 2．利用活动模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理。 情感、态度与价值观 1．通过演示培养学生观察、分析问题的能力。 2．通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面。

重点 汽油机的工作原理及能的转化过程。 难点 内燃机的工作原理。

演示法、学生自学、讨论交流法。 一、新课导入 演示：通过水沸腾实验，讨论这个过程中的能量之间的转化的情况。 分析引导：通过能量的传递，引出蒸汽机的工作原理。 一、新课教学 1．内燃机。 (1)实验演示：在试管中装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾。 观察发生的现象，引导学生思考：这一过程中能量是如何转化或转移的？ 学生思考后，得出：酒精的化学能转化为内能，内能传递给水和水蒸气，水和水蒸气的内能又转化为橡皮塞的机械能。由此引出热机。 (2)热机：把内能转化为机械能的机器叫热机，其种类很多，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭等。 2．汽动机。 (3)展示汽油机模型，找出各部分构造的位置。 (4)利用汽油机活动模型，操作并观察工作中每一个冲程的工作情况。 (5)总结汽油机的工作原理。 师生共同讨论得出： 内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲柄转动两周，燃气对外做功一次。 内燃机中的能量转化过程： 压缩冲程中，机械能转化为内能。 做功冲程中，内能转化为机械能。 2．学生阅读“科学世界——现代汽车”。 3．认识柴油机 (1)出示模型、了解构造。 (2)演示工作过程，总结工作原理。 (3)分析比较汽油机和柴油机的异同点。 4．介绍生活中汽油机和柴油的优、缺点。 三、课堂小结 1．热机的概念。 2．四冲程汽油机的工作过程及能量转化。 四、作业设计 见练闯考第12页课内精练

第1节 热 机

热机内燃机（汽油机）的工作原理吸气冲程压缩冲程（机械能→内能）做功冲程（内能→机械能）排气冲程

本节教学将内容的次序作了一定的调整，由实验中水蒸气顶开塞子转入热机的教学，这样的安排比较自然一些。利用模型和活动挂图帮助学生了解热机的内部结构从而加深对热机能量转化过程的理解。 第2节 热机的效率

教材通过对燃料燃烧放出热量的讨论引出热值的概念，并分析了热机效率不高的原因。最后通过“STS”介绍了热机的发展及其对人类发展的作用。

这一节主要是对热值的理解，掌握热值的相关计算。热机的效率的教学引导学生结合生活实际来讨论，通过实际让学生加深感性认识，从而激发其开发新技术，提高燃料的利用率的意识。

燃料的热值通过身边熟悉的燃料燃烧时放出热量的情况帮助学生理解，家用灶具的使用情况可帮助学生理解热机效率不高的原因。

知识与技能 1．从能量转化的角度认识燃料的热值。 2．了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。 3．通过分析能量转化或转移的去向，理解热机效率。 情感、态度与价值观 1．通过热值的学习培养学生观察、分析问题的能力。 2．通过热机效率的学习，激发学生开发新技术、提高燃料利用率的意识。 3．通过阅读“STS”扩展学生的知识面。

重点 1．燃料的热值。 2．热机效率。 难点 1．热值的相关计算。 2．热机效率。

学生自学、讨论交流法。 一、新课导入 思考问题：现在有两种燃料：干草和煤炭，要烧开一壶水，用哪种作燃料用量少一些？ 分析引导：水烧开需要吸收的热量是相等的，而干草和煤炭用的量不同，这说明质量相同的不同燃料完全燃烧时放出的热量是不同的，由此引出燃料的热值。 二、新课教学 1．燃料的热值。 (1)类比速度、密度定义的建立，得出热值的定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比叫做燃料的热值。

(2)由定义得出热值的公式q＝Qm，单位：焦/千克(J/kg)

(3)让学生读课本第23页“一些燃料的热值”表格，回答：酒精的热值是多少？并让学生解释其物理意义，了解“完全燃烧”四个字。 (4)燃料很难完全燃烧，放出的热量往往比按热值计算的要小，如用煤烧水，有效利用的只是被水吸收的热量，其余的热量都散失了。 学生思考：通常的锅炉，燃料的利用率比较低，为了节约能源，锅炉工会怎么做？ 学生根据生活中的实际做法来讨论，然后得出有效使用燃料的途径： (1)要让燃料尽可能充分燃烧。 (2)要减少热量的损失。 2．热机的效率。 (1)学生思考：内燃机中燃料完全燃烧放出的热量能否全部用来做功？ (2)学生讨论分析内燃机中的燃料释放出的能量的去向(如废气带去一部分热量，一部分热量消耗在散热上，还有一部分消耗在克服摩擦做功上)，只有一部分能量能够用于做功。 (3)引入热机的效率的概念：用于做功的那部分能量，与完全燃烧放出的热量比，叫做热机的效率。

η＝W有Q放 组织学生讨论为什么η＜1？如何提高炉子的效率。 3．燃料的有效利用 组织学生讨论：怎样提高燃料的利用率，减少环境污染？ 三、课堂小结 1．热值及其单位。 2．有效利用原料的途径。 3．热值的相关计算。 四、作业设计 见练闯考第14页课内精练

第2节 热机的效率 热机的效率燃料的热值热机的效率

本节课通过对热机的效率的学习，让学生了解到能源的低效率使用情况，在学习生活中认识到节约能源的必要性，增强学生们在生活中的节约能源意识。 第3节 能量的转化和守恒 本节教材首先通过学生自己动手做实验，使其发现各种不同现象的联系，向学生初步揭示出能量概念的物理实质。接着通过学生讨论，分析了能量不能凭空消失，只能相互转化，并给出能量守恒定律。

能量转化和守恒定律是19世纪自然科学的三大发现之一，它主要包括各种形式的能的相互转化和能量守恒两部分内容。本课教学中，从生活中的实例入手，引导学生自己动手实验或分析身边实例，找出光、电、热、机械运动等现象之间的联系，使学生理解能的转化这个重点内容。先后通过单摆摆动高度越来越低的现象，让学生思考能量的去向，从而引入能量守恒定律；最后结合永动机的介绍让学生分析得出永动机是不可能制成的，从而进一步理解能量守恒的观点。

本节教学中要充分利用学生已有的知识，对这些实例中的能量转化进行具体的分析，结合永动机是不能制成的事实让学生理解能量转化与守恒定律。

知识与技能 1．知道各种形式的能量是可以相互转化的。 2．知道在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。 3．能举出日常生活中能量守恒的实例。 4．能用能量守恒的观点分析物理现象的意识。 过程与方法 1．通过学生自己做小实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式的能量之间的相互转化。 2．通过学生讨论体会能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一物体。 情感、态度与价值观 1．通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个感性的认识。 2．通过学生讨论锻炼学生分析问题的能力。

重点 能量的转化与守恒定律。 难点 用能量的转化与守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能量转化或转移的过程。

观察法、实验法、小组讨论法。 一、新课导入 演示一个单摆的摆动过程，让学生分析其能量是怎样转化的，让学生猜想它是否能永远地摆动下去，由此引入课题。 二、新课教学 1．能的转化。 (1)指导学生完成“想想议议”中的四个小实验，观察实验发生的现象，讨论其能量转化情况。