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第5节 物体的内能（第3课时）
【核心概念】
4.能的转化与能量守恒
【学习内容与要求】
4.1 能的形式、转移与转化
⑦举例说明化学能 与内能的转化，认识燃料的热值，说明生物能量的来源和转化。
⑧以汽油机为例，了解热机的工作原理，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
【教学目标】
1.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；了解内能的利用在人类发展史上的重要意义；知道在燃烧过程中燃料的化学能转化为内能;知道什么是燃料的热值和单位。
2.科学思维:学习分析和比较的研究方法；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；能简单计算某种燃料完全燃烧放出的热量。
3.探究实践:通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；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。
4.态度责任:了解这些内燃机在生产和生活中的应用，提高学生将科学技术应用于日常生活和社会的意识；结合有效利用燃料的途径，使学生懂得节约和充分利用能源的重要意义。
【教学思路】本课时内容是前面内能知识的拓展和应用，做功可以改变物体的内能，物体对外做功，内能会减小。热机就是利用内能来做功的机械，热机工作时要消耗内能,转化为机械能，通过实验说明内能可用于做功。热机有多种，内燃机就是生活中常见的热机，汽油机与柴油机是两种内燃机，它们的工作过程相似，只要了解了四冲程汽油机的工作原理，就能了解柴油机的工作原理。虽然汽油机在生活中应用广泛，但学生很难直观地观察到汽油机是如何工作的，对于汽油机的工作过程了解较少，只是对它的应用有所了解，所以本课时的教学重点就是了解四冲程汽油机的基本原理，教学难点与教学重点相同。本课时讲的是燃料的热值，这部分内容是对内能知识的进一步完善，它与生活实际联系紧密。通过比较相同质量的不同燃料完全燃烧放出热量不同，得出热值这一物理量，它反映了物质的物理属性。而内能的利用主要有两方面:利用内能加热物体，例如生火做饭、烧烤等;还可以利用内能来做功。在实际利用内能时，燃料的能量并不能被完全利用，首先燃料不可能被完全燃烧,其次燃料燃烧后放出的热量不可能被全部用于加热物体或对外做功，最后在利用内能后还有部分能量随着尾气散失掉了。在研究内能的利用可以作为本课时的补充内容讲行讲述。
【教学过程】
教学环节 教学活动 设计意图
创设情境，明确问题 热机在人类生活中发挥着重要的作用。（PPT图片）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。
热机 [情景展示1]视频 [问题探究] 热机的能量是如何转化的？ [思考交流] [归纳提升] 水蒸气对橡皮塞做功，将内能转化为机械能。 [情景展示2] [问题探究] 热机的共同点是什么？ [思考交流] [归纳提升] 通过做功把内能转化为机械能。热机是指各种利用内能做功的机械。 [情景展示3] [问题探究] 内燃机的工作原理 [思考交流] [归纳提升] 大多数汽油机由吸气、压缩、做功、排气四个冲程循环往复。 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。四个冲程，一次循环，曲轴两周，一次做功。 [问题探究] 在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？哪个冲程使汽车获得动力？哪个冲程排出了汽车的尾气？ [思考交流] [归纳提升]压缩冲程:机械能转化为内能；做功冲程:内能转化为机械能。做功冲程使汽车获得动力。排气冲程排出了汽车的尾气。 [情景展示3] [问题探究] 在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量是否都对外做功？ [思考交流] [归纳提升]用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 先认识结构、四冲程，再归纳原理，有利于理解。
燃料的热值 [情景展示1] [问题探究]从哪里获得内能？ [思考交流] [归纳提升]燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。 [问题探究]如何比较相同质量的不同燃料燃烧释放的热量不同？ [思考交流] [归纳提升]我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。 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。 国际单位：焦/千克；符号：J/kg。 [问题探究]如何计算燃料燃烧释放的热量？ [思考交流] [归纳提升]Q放=qm [情景展示2] [问题探究]如何提高燃料燃烧的利用率？ [思考交流] [归纳提升]（1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。（2）尽可能减少各种热量损失。 通过类比的方法得出求热量的公式，有利于理解。
课堂小结
板书
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第5节 物体的内能（第3课时）
考试这样考
题型一 热机
角度1：什么是热机
1.目前我国已将发动机研发列为国家重大科技专项。下列我国“陆、海、空、天”装备中动
力机械不属于热机(利用内能做功的机械)的是 ( )
A.中国高铁交流异步牵引电动机 B.052D型导弹驱逐舰燃气轮机
C.歼-20战机涡扇15煤油发动机 D.“长征五号”火箭液氢液氧发动机
角度2：冲程的判断
2.如图是某轿车发动机(四冲程汽油机)的一个工作循环示意图,其中属于做功冲程的( )
题型二 燃料的热值
角度1：热值的概念理解
3.下列关于热值的说法正确的是 ( )
A.燃料燃烧不完全时热值变小 B.燃料热值越大,燃烧放出的热量越多
C.燃料的质量越大,其热值越大 D.燃料的热值是燃料本身的一种特性,与其他因素无关
角度2：热值的应用
4.某种巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2361kJ”，该标识的含义与下列物理量含
义类似的是（ ）
A.热量 B.内能 C.热值 D.比热容
题型三 热机效率
角度1：热机效率的模型
5.如图所示是某内燃机工作时的能量流向图,该内燃机的热机
效率是( )
A.25% B.35% C.40% D.75%
角度2：热机效率的简单计算
6.某家庭用的燃气热水器，将20 kg的水从10 ℃加热到60 ℃，完全燃烧了0.21 m3的煤
气，已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，煤气的热值为4×107 J/m3。煤气完全燃烧
放出的热量是 J，水吸收的热量是 J，该热水器烧水的效率是 。
题型四 学科综合
7.某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，
满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周。当汽油
机满负荷工作时（不计摩擦），一个做功冲程中燃气对活塞所做的功为 J；1min汽
油机完成的做功冲程为 个；汽油机的功率为 W。
题型五 拓展创新
8.热机发明后，一直在持续的改进和发展中。
材料一：1769年，法国人居纽制造出蒸汽机推动的三轮汽车（图甲），传统蒸汽机的燃
料在气缸外部燃烧（图乙），热效率为5%～8%之间。
材料二：1862年，法国人德罗夏提出内燃机（内燃指燃料在气缸内燃烧）的四冲程循环
理论：①气缸的向外运动造成的真空将混合气体燃料吸入气缸；②通过气缸的向内运动
对进入气缸里的燃料进行压缩；③高压燃烧气体产生巨大爆发力；④将已经燃烧的废气
从气缸中排出。
材料三：1876年，德国人奥托制造出以四冲程为依据的煤气内燃机，利用飞轮的惯性使
四冲程自动实现循环往复，内燃机的效率达到14%。
（1）四冲程循环理论提及的“巨大爆发力”由图中的______冲程实现。
（2）德罗夏提到的内燃方式是基于______的猜想；
（3）老师在重复演示“做功改变内能”实验（图丙）之间，需在拔出活塞后将厚玻璃筒
甩几下，其目的与内燃机的______（选填“吸气”“压缩”“做功”或“排气”）
冲程的原理相似。
能力提升训练
1.在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木
塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高
温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的（ ）
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
2.如图为某型号的联合收割机收制麦子的场景，它以柴油机作为动力装置，收割麦子时，以2m/s的速度匀速行驶30min，可将粮箱收满（q柴油＝5×107J/kg，ρ柴油＝0.8×103kg/m3）
（1）若柴油机的转速为7200r/min，则该柴油机在3s内做功
次，有 个冲程。
（2）若割机匀速行驶过程中受到的阻力恒为5×104N，求收割
机收割满一粮箱做多少功及其功率？
（3）收割麦子时柴油机的工作效率为40%，则收割机工作两小时要消耗多少升柴油？
参考答案
考试这样考
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）燃料在气缸内燃烧，热量损失少，热效率高；（3）排气
能力提升训练
1.C
2.(1)180；720；
(2)收割机收割满一粮箱做功及其功率分别为1.8×108J、1×105W；
(3)收割机工作两小时要消耗45L柴油。
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第5节 物体的内能
（第3课时）
浙教版 九年级上
教材解析
【核心概念】
4.能的转化与能量守恒
【学习内容与要求】
4.1 能的形式、转移与转化
⑦举例说明化学能 与内能的转化，认识燃料的热值，说明生物能量的来源和转化。
⑧以汽油机为例，了解热机的工作原理，知道内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
创设情境
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。
探究实践
热机的能量是如何转化的？
水蒸气对橡皮塞做功，将内能转化为机械能。
探究实践
热机有多种类型。
喷气发动机
蒸汽机
内燃机
燃气轮机
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。
热机是指各种利用内能做功的机械。
探究实践
汽车是我们最熟悉的交通工具之一。在汽车上用的动力装置绝大多数属于内燃机。
内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。
以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机。
4只汽缸
8只汽缸
以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。
1只汽缸
探究实践
汽油机构造
工作时，曲轴转动，活塞往复上下移动，进气门和排气门往复开闭。
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
曲轴
活塞
进气门
气缸
火花塞
排气门
连杆
探究实践
汽油机的工作原理
探究实践
大多数汽油机由吸气、压缩、做功、排气四个冲程循环往复。
（1）吸气冲程
进气门打开，排气门关闭，活塞从上向下运动，汽油和空气的混合物吸入汽缸。
汽油和空气
（2）压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞从下向上运动，压缩已吸入的燃料混合物，这就是压缩冲程。
活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程为一个冲程。
探究实践
（3）做功冲程
燃料猛烈燃烧，产生高温高压燃气。推动活塞向下运动，通过连杆带动曲轴转动，对外做功。
（4）排气冲程
进气门关闭，排气门打开，
活塞从下向上运动，把废气排出汽缸。
燃烧后的废气
探究实践
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，用连杆带动曲轴转动。
四个冲程，一次循环，曲轴两周，一次做功。
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
汽油机的工作原理
探究实践
思考与讨论
1．在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？
2．哪个冲程使汽车获得动力？
3．哪个冲程排出了汽车的尾气？
压缩冲程:
做功冲程:
机械能转化为内能；
内能转化为机械能。
做功冲程
排气冲程
4.热机有哪些优点和缺点？
利：热机的广泛使用，极大改变了人类的生活和工作方式。
弊：机使用过程都要排出废气，严重污染了空气，影响着人类和动植物的生存。
压缩气体做功
1.下图是改变物体的内能的两个实验，分别相当于汽油机的什么冲程？
气体对外做功
压缩冲程
做功冲程
2.在重复“压缩气体做功”实验之前，需在拔出活塞后将厚玻璃筒甩几下。“甩几下”又相当于汽油机的什么冲程？
排气冲程
思考与讨论
探究实践
用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量是否都对外做功？
无用的机械能
有用机械能
燃气内能
损失的内能
η=
W有用
Q放
燃料在气缸内燃烧时的热效率高一些；
燃料在气缸内燃烧与气缸外燃烧，谁的热效率高？
探究实践
汽车的能耗
输出功率
蒸发损失
发动机损失
散热器损失
排气管热损
1 千克汽油在汽缸内完全燃烧时放出的能量，约只有 25% 用于做功；
用于做功的 25% 的能量
30% 发动机的水箱循环和空调工作
17% 消耗在传动装置
53% 驱动车轮推动汽车前进
整辆汽车的总效率约为13%
探究实践
提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
空气喷气发动机的效率可达50-60%
火箭喷气发动机的效率可以达到85%以上
燃气轮机的效率可以达到40%左右
探究实践
喷气发动机也是一种内燃机，燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出，从而获得向前的动力。喷气发动机有空气喷气发动机和火箭喷气发动机两种。
空气喷气发动机
火箭喷气发动机
两者的共同点：
燃料在燃烧室中燃烧，是内燃机；
高温高压的燃气对外做功，产生动力。
探究实践
柴薪
煤炭
石油
天然气
从哪里获得内能？
燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。
探究实践
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不同。
我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
1kg的干木材完全燃烧放出的热量约为1.2×107焦
1kg的无烟煤完全燃烧放出的热量约为3.4×107焦
不同燃料的放热本领不相同
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。
国际单位：焦/千克；符号：J/kg。
气体燃料的单位：焦/立方米；符号：J/m3。
探究实践
燃料 热值 燃料 热值 燃料 热值
干木柴 （约）1.2×107 木炭 3.4×107 汽油 4.6×107
烟煤 （约）2.9×107 酒精 3.0×107 煤气（焦/米3） 3.9×107
无烟煤 （约）3.4×107 柴油 3.3×107 天然气（焦/米3） （7.1~8.8×107
焦炭 3.0×107 煤油 4.6×107 氢 1.4×108
你从热值表中可以获取哪些信息？
不同燃料，热值一般不同。
热值是燃料的一种特性。
表中燃料，氢气的热值最大
火箭使用氢作燃料
探究实践
燃料燃烧放热计算公式
Q放=qm
单位时间内所完成的功叫功率
功率=
功
时间
P=
W
t
单位体积内含物质的质量叫密度
密度=
质量
体积
ρ=
m
V
1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量叫热值
热值=
热量
质量
q=
Q放
m
与功率、密度等类比，可由定义得到计算公式：
Q放=qV
探究实践
在实际利用燃料中，燃料很难完全燃烧，而且放出的内能不能被完全利用，有效利用的只是其中一部分。
燃料利用效率图
煤炉烧水
（1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
（2）尽可能减少各种热量损失。
提高燃料燃烧的利用率：
课堂小结
提高热机效率
化学能→内能
热机
利用内能做功
内燃机
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
其它热机
热值
1 千克某种燃料完全燃烧时放出的热量
提高燃料燃烧的利用率
Q放=qm
迁移应用
1.依靠飞轮惯性完成的冲程是 ，内能转化为机械能的冲程是 ，机械能转化为内能的冲程是 。
B C D
A
D
B
C
A
D
迁移应用
2.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 ( )
A．燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B．燃料没燃烧时就没有热值
C．就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值， 跟燃料的质量及燃料燃烧放出的热量无关
D．容易燃烧的燃料热值一定大
C
板书设计
第5节 物体的内能（第3课时）
提高效率
热机
内燃机
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
热值
1 千克某种燃料完全燃烧时放出的热量
Q放=qm
内能
谢谢
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