内能与热机

第十二章 内能与热机概述
1、课标要求：
（1）会用液体温度计测温度。
（2）了解内能、热量的概念，能简单描述温度和内能的关系。
（3）从能量转化的角度认识燃料的热值，通过能量的转化和转移认识效率。
（4）通过实验探究，了解比热容的概念，尝试考虑影响问题的主要因素，有控制变量的初步意识。
2、重点难点：
（1）温度、内能、热量和比热容的区别。
（2）比热容和热值的计算。
（3）在经历了科学探究的过程中体验科学探究方法和科学思维方法，特别是经历探究过程中“制定计划与设计实验”等环节，强化参加这两个环节的具体体验。
3、教材分析：
全章教材共分四节，第一节“温度与内能”，包括温度、内能和热量三个小节，主要内容为温度及温度计；内能的概念，实验探究改变物体内能的两种途径；热量的概念等，并通过“加油站”“信息窗”等栏目介绍了热力学温标，热传递的条件。第二节“科学探究：物质的比热容”，包括比热容和热量的计算两部分。其中“比热容”是按科学探究的程序展现的，力图使学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究的方法。第三节“内燃机”，主要内容包括汽油机和柴油机及它们的原理。第四节“热机的效率和环境的保护”，包括热值、热机的效率和环境保护三个小节，主要内容是热值和热机效率的概念，同时使学生知道内能的利用与人类的关系。
4、教法、学法指导
根据课程标准，本章在知识与技能方面，是要学生知道温度计的工作原理，学会使用温度计进行测量。通过实验探究，了解比热容的概念，能利用比热容解释简单的自然现象和进行简单的计算。了解四冲程内燃机的构造和工作原理及工作过程中能量的转化。建立热值概念，并对热机的效率有初步认识。在科学探究素质方面，突出了制定计划与设计实验、分析与论证、评等环节，同时让学生尝试用“控制变量法”研究物理问题，并向学生进一步介绍“表格法”，分析实验数据，归纳物理规律，养成采集科学准确数据的好习惯，让学生经历基本的科学探过程，学习科学探方法，发展初步的科学探能力，形成实事求是，尊重自然规律，乐于参与科学实践的科学态度和科学精神，让学生增强与他人合作能力。过程与方法方面，通过学生对物理数据的测量，体验科学探究的全过程，培养了学生观察能力、实践能力。
5、课时安排
新授课7课时，共计7课时。
第一节 温度与内能教学建议
1、课时安排：2课时。
2、重点难点：
本节重点是内能、热量概念的建立，改变物体内能的途径，能正确使用温度计测温度。难点是能用类比法建立内能的概念，而又不会将内能与物体机械能相混淆。
3、教材分析：
本节包括三部分：温度、内能和热量。
“温度”这部分内容是通过学生从日常生活经验和小学科学课基础上进行的，熟悉使用温度计的过程，掌握它的使用方法。
“内能”这部分内容是通过学生有分子动理论和机械能中的动能和势能作类比引内能，给出内能的单位及影响内能大小的因素——温度，符合了学生的认知水平。通过实验探究，总结出改变物体内能的途径是做功的热传递。
“热量”这部分内容是通过改变物体内能的途径之一 ——热传递延伸而得出的，教材最后安排“加油站”，让学生了解传递有三种形式和条件。
4、课标要求：
知道温度的概念、常用单位和国际单位制中单位。
了解液化温度计的工作原理，会使用温度计测温度，会正确读取温度值，知道温度计的种类和测量温度的方法有许多种。
体会对温度进行准确测量的必要性，养成采集科学准确的数据的好习惯。
养成遇到仪器和探究其物理原理的好习惯，体验学会使用一种新仪器的愉悦心情。根据分子动理论，用类比的方法建立内能的概念，通过实验探究，认识改变物体内能的途径。
了解“热量”概念，能在生活和相关物理活动中正确使用热量术语。
5、措施与建议
本节课中温度概念是从日常生活经验和小学科学课基础上进行的，所以只要让学生通过课本图12-1、12-2、12-3、12-4、12-5和12-6等六幅图片，了解自然温度的范围，认识各种温度计和多种测量温度的方法，能正确使用液体温度计测量温度就可以了。对于热力学温度，通过加油站的形式作一般的了解即可。
建立物体内能的概念，本节采用的方法是：应用“分子是永不停息地运动和分子间存在相互作用力”的知识，与机械能中动能和势能作类比引出内能。这符合学生的认知水平。影响物体内能的因素是通过几个具体事例的分析，只要求知道物体内能与温度有关就可以了。再通过一些事例的分析、做一些小实验，总结出改变物体内能的途径。热量的概念则是从改变内能的途径之一 ——热传递延伸而得出的。
本节重点是内能、热量概念的建立，改变物体内能的途径，能正确使用液体温度计测温度。难点是能用类比法建立内能概念，而又不会将内能与物体机械能相混淆，教学中不需要进行摄氏温标和国际温标的换算，不需要讨论物体内能与非温度因素之外的关系。
教学中提倡尽量让学生动手完成温度测量实验，提倡引导、激发学生从生活中寻找与温度、内能、内能改变途径，以及热量方面的具体事例，如关于温室效应等内容报道。激励学生自觉地关心自然和生活。
课时教案（一）温度计
教学目标：
1、知道温度的概念，知道温度的常用单位和国际单位制中单位。
2、了解液体温度计的工作原理，熟悉使用温度计的过程，掌握它的使用方法。
3、体会对温度进行准确测量的必要性，养成采集科学准确数据的好习惯。
4、培养学生的观察能力。
重点难点：
温度计的使用。
教学准备：
演示实验器材：各种温度计各一只，演示温度计一只，三只烧杯，分别盏冷水、温水、热水。
学生实验：两只烧杯，盛半杯冷水，一杯热水，温度计各一只。
教学设计：
教师活动 学生活动 说明
热现象是指物体的冷热程度有关的物理现象，例如，大家在小学自然课中学过的物体的热胀冷缩就属于热现象。我们生活中都用哪些词来形容物体的冷热程度。开水和烧红的铁块都很烫，但它们烫的程度又有很大的区别。所以，在物理学中，为了准确地描述物体的冷热程度，我们引入了温度这一概念 思考探究认同所研究的问题 引入新课
一、温度1、引出温度的概念2、提出自学要求，看第一框题，在课本上划出温度的概念，常用单位及单位符号。3、梳理总结，能说出生活中和自然环境中常见的温度值，并能用温度术语描述生活中的“热”现象。 1、回忆生活，气温高了觉得热，气温低了觉得冷，得出温度的概念。2、按要求看书自学，对温度的概念、单位等形成进一步的认识。 进行新课实验探究引导学生参与探讨、促进学生主动学习
二、温度计1、我们对于温度高低的判断往往用皮肤的感觉。现在请同学们来做个实验探究。三只烧杯中分别装有热水、温水和冷水，现请一位同学将左手食指伸入热水中，右手食指伸入冷水中，停留一段时间后，将两个食指同时放入温水中。2、凭感觉来判断物体的温度高低是不可靠的，要准确地测量物体温度需要使用温度计。3、液体温度计的原理是什么？4、温度有哪些种类？5、组织学生分组讨论、交流，怎样正确使用温度计，正确的予以肯定。6、巡视学生测出半杯冷水的温度，并不断向冷水中加热水后分别测出其温度的情况。7、强调使用温度计应注意的几个问题？8、说明温度的国际单位是开尔文，符合“K”热力学温度（T）和摄氏温度（t）的关系T=273+t 1、一同学上前面来操作，同学们认真观察，比较两手指的感觉，说明了什么？2、按要求看书，对液体温度计的原理及温度计的种类有初步的认识。3、分组讨论、交流，并实验探究后归纳使用温度计注意事项。4、读“加油站”热力学
三、出示目标，让学生小结 依目标小结 回扣目标可投影
四、巩固练习1、温度是表示物体________的物理量，生活与生产中温度的常用单位是________。2、常用温度计是利用液体的_________的原理工作的，使用温度计测量液体的温度时，温度计的玻璃泡要全部浸入液体中，不要碰到_________；被测温度不要超过温度计的__________；读数时玻璃泡要继续留在被测液体中，视线与温度计中液柱上表面_______。3、读出图062中，2时、8时、14时、20时这四上时刻的气温。2时_________℃8时 ________℃14时________℃20时________℃4、用体温表测得某人的体温是38.5℃，用后没有甩过就又接着测第二个人，示数可能会怎么样？ 完成练习反馈矫正 巩固练习可分为两部分，当堂完成1、2、3，课下完成4
五、作用：课本P44 1、2题
板书设计：
第十二章 内能与热机
第一节 第一课时 温度计
一、温度 二、测量工具——温度计
1、物体的冷热程度叫温度。 1、液体温度计的原理是：液体热胀冷缩
2、单位：常用单位：摄氏度℃ 2、正确使用温度计
国际单位：开尔文K
教学反思：
课时教案（2）内能和热量
教学目标：
1、知道为什么是内能，物体的内能是不同于机械能的另一种形式的能量。
2、知道物体温度改变时，内能随之改变。
3、通过探究活动，认识改变物体内能的途径。
4、知道热量的初步概念及热量的单位——焦耳。
5、在科学探究活动中，培养了学生初步分析概括能力，具有对科学的求知欲。
重点难点：
内能、热量概念的建立，改变物体内能的途径。
教学准备；
演示实验：空气压缩器、铁丝、墨水，三只烧杯分别倒入冷水、温水和热水。
学生实验：铁丝
教学设计：
教师活动 学生活动 说明
复习提问：1、分子动理论的内容是什么？2、物体怎样才具有动能和重力热能。分子动理论告诉我们，组成物体的分子在不停地做热运动，所以每个分子都有动能。物体的分子之间有引力和斥力。且分子间有间隙，因此，物体的分子之间还具有势能，引入新课学习。 思考作答思考认同所研究的问题 巩固铺垫 引入新课
一、内能1、概念出示自学提纲：①什么是物体的内能？②内能的单位是什么？符号是什么？③内能和机械能一样吗？④物体内能的大小跟什么有关？⑤物体的内能会为零吗？演示：三只烧杯分别倒入冷水、温水、热水，缓慢地滴入几滴墨汁。 1、根据提纲看书自学，对内能的概念、单位、决定因素等形成初步的认识。2、一生上前面来演示，同学们仔细观察扩散情况。3、讨论分析得结论：物体的内能跟温度有关。 进行新课实验探究
二、改变物体内能的两种途径1、按教材设问提出问题：通过什么途径可以改变物体的内能？组织同学讨论“怎样探究物体内能的改变”。2、实验探究探究1如图063所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，迅速向下压活塞，棉花燃烧起来了。向下压活塞，压缩玻璃筒内空气，对筒内空气做了功。棉花燃烧是因为筒内的空气内能增加，温度升高了。实验说明了__________可以改变物体内能。将一根铁丝反复弯折数十次，铁丝被弯折处发热（图064）。铁丝内能的改变是由于人对铁丝做了功。实验再次说明_________可以改变物体的内能。3、投影探究2观察分析图065和图066中的现象，思考使图 1、猜想物体内能的改变方法。讨论交流得结论：同一物体，温度高内能大，温度低内能小。3、观察探究实验，并按老师要求做反复弯折铁丝实验。
中物体温度升高的原因。生活事例说明______也可以改变物体的内能。提出问题：铁锅热得烫手，棉被晒得暖乎乎，它们是靠什么途径改变物的内能的？4、热传递有哪几种形式？热传递的条件是什么？ 分析归纳得出结论：做功可以改变物体的内能4、观察思考：讨论交流得结论，热传递也是改变物体内能的一种方法。5、读“加油站”热传递。 也可看书。
三、热量：1、概念出示自学提纲：①什么是热量？用什么符号表示？②热量的单位是什么？用什么符号来表示？2、1kg水温度升高（或降低）1℃要吸收（或放了）热量是多少？ 针对问题看书：回答记忆
四、出示目标、小结 依目标小结课要所学知识 可投影展示目标
五、巩固练习1、摩擦生热的实质是利用______改变物体内能的过程。2、热传递的过程中，物体吸收或放出能量的多少就是________，热传递发生的条件是__________________________。在热传递中，高温物体将能量向_______传递，直至各物体____________________。3、指出下列事例中改变物体内能的方式：（1）冷天用热水袋取暖，人体感以暖和_____；（2）比赛中，从竿的顶端滑到底端时手感到发热_________；（3）密封的空气被压缩时温度升高________；（4）火炉上烤饼子，饼子变热_________；（5）用挫刀挫铁块，铁块变热_________；（6）把烧热工件放到冷水中，工件会凉下来_________。4、冬天觉得手冷时，常将两手掌紧贴后搓一搓，并向手上呵气，就会觉得暖和些。试说明这样做的道理，并说明这两种做法的区别是什么？六、作业：课本P44 3、4题 练习巩固反馈矫正
板书设计：
第二课时 内能与热量
一、内能 二、热量
1、定义 1、定义
2、改变物体内能有两种途径： 2、过程量
做功和热传递
教学反思
教学参考
1、各种温度计
除了课本中介绍的温度计外，在生产和科研中用到的温度还有很多种，例如：
气体温度计（gas thermometer） 利用气体在体积不变时压强随温度变化的规律，或压强不变时体积随温度变化的规律制成的温度计。前者称为定容温度计，后者称为定压温度计。常用的气体有氢、氦、氮、氖、氧和空气等。用接近理想气体的氢气（或氦气）制成的温度计精确度高，且测量范围较广，所以常用于精密测量。
辐射高温计（radiation pyrometer） 利用高温物体的热辐热来测量其温度的一种高温测量仪器。这种温度计可以不直接和被测物体接触而在远距离测量，所以可以用来测量星体温度。辐射高温计实际测量范围约为500—1600℃。
光测高温计（optical pyrometer） 利用炽热物体发的光测量其温度的一种高温测量仪器。主件是一个内部装有红色滤光玻璃镜和特制灯泡的简单望远镜。测温时将光测高温计望远镜筒对着待测物体，便可以看到灯泡的黑色灯丝映着后面的强光。灯丝与一节电池及一个可变电阻器连接，调整电阻的大小可改变通过灯丝的电流，直到灯丝的亮度与待测物体的亮度一样为止。由于仪器事前已将温度校好了刻度，所以通过电流表的示数就可以直接得出待测物体的温度。光测高温计实际测量范围是800—3200℃。在1968年国际实用温标中，把光测高温计定为测量1064.34℃以上温度的实用标准温度计。
温差电偶温度计（thermoelectric thermometer） 利用
温差电偶和电表组成。使用时将温差电偶的一个触点与待测物体
（设温度为T2）相接触，另一个触点与参考物体（设温度为T1）
相接触，如力067所示。温差电偶内产生的电压与两接点间的温
度差ΔT成正比。经过校正，ΔT可由电表的指针直接指出，从而
求得T2。常用的温差电偶温度计有：铂铑—铂（测量范围是-20—1600℃），镍铬—镍铝（测量范围是-50—1300℃），铜—康铜（测量范围是-100—500℃）等。
1990年，国际计量委员会再次对温标作出了修改，其中对标准的测温仪器作出了规定，把温度分成四个区域，每个区域规定一种测温仪器；
0.65—5.0K 用蒸汽压温度计
3.0—24.56K 用气体温度计
13.80—1234.93K 用铂电阻温度计
1234.93K以上 用光学高温计
2、热的本质的认识过程
摩擦生热早已在实践中被人们所熟悉，但是为什么会产生热？热是什么？人们很久也没有弄清楚。在古代就对热有两种不同的看法，一种把热看成是一种特殊物质；一种认为热是物质的某种运动形式。
17世纪以后，多数人根据摩擦生热的现象，认为热是一种特殊的运动形式，不少物理学家都相信这一点。但是这种看法由于缺乏精确的实验根据，还不能形成科学的理论。
到了18世纪，对热的研究走上了实验科学的道路，把热看成是一种特殊物质的热质说，由于能够解释某些实验结果，因而在当时获得了承认。热质说将热看成一种没有质量或不可称量的流质——热质，它不生不灭，存在于一切物体之中，物体的冷热程度，决定于其中所含热质的多少。热质说对摩擦生热的解释是是，摩擦并没有改变热质的总量，但物质在摩擦时比热降低了，因此摩擦可以使物体的温度升高。
1798年，英国学者伦福德（1753—1814）在从事枪炮制造时，发现钻孔钻下的金属屑具有极高的温度，用水来冷却时，甚至可以使水沸腾。他怀疑金属屑具有极高温度是不是由于比热降低造成的。伦福德在他的笔记中写道，由于摩擦所生的热，来源似乎是无穷无尽的，要用热质说解释摩擦生热现象，钻下的金属屑的比热要改变很大才行。于是他设计并做了一系列实验，发现钻下的金属屑的比热在摩擦时并没有降低。根据实验结果，伦福德断言热质说不足为信，应当把热看成是一种运动形式，热质说的统治地位开始动摇了。
1799年，巩固的戴维做了更加严格的实验。他在零摄氏度以下的露天里，在抽成真空的玻璃罩内，使金属轮子和盘在钟表装置的带动下相互摩擦，结果使金属盘上的蜡熔化了。在这个实验吕，热不可能是由周围物体传递给蜡的，而且伦福德的实验已经证明，金属也不会由于比热的降低而放热，那就只能是由于摩擦生热使蜡粒子的运动加快了。戴维的实验有力地打击了热质说。
此后，科学家进一步研究了热和做功的关系，特别是英国科学家焦耳做了大量实验，定理地研究了热和功的关系，证明做了多少机械功，就有多少机械能转化成热这种形式的能量。焦耳的工作，表明热不是一种特殊的物质，同时为能量守恒定律奠定了基础。
能量守恒定律的建立，彻底否定了热质说，同时为分子运动论的发展开辟了道路。经过科学家的长期研究，关于热是一种运动形式的设想，终于成为公认的真理。人们认识到：宏观的热现象原来是物体内部大量分子的无规则运动的表现，物体内部的能量就是前面讲过的内能。热量不是表示物质所含“热质”的多少，而是表示在热传递过程中传递的能量的多少。
第一节 温度与内能学案
学习目标：
1、知道温度的概念，能说出生活和自然环境常见的温度值。能用温度术语描述生活中的“热”现象。
2、了解液体温度计的工作原理，会使用温度计测量温度。知道测量度的方法有许多种。
3、知道温度的常用单位和国际单位制单位。
4、根据分子动理论，用类比的方法建立内能的概念。
5、通过探究活动，认识改变物体内能的途径。
6、了解“热量”概念。能在生活和相关的物理活动中正确使用热量术语。
7、在科学探究活动中，培养了学生初步分析概括能力，具有对科学的求知欲。
学法指导：
本节学习内能、热量这两个重要的热学物理量及温度计这一重要的测量仪器，应掌握的知识较多，可以用知识网络的形式总结、巩固。本节知识的学习过程，主要运用了观察法、实验探究和类比法。
释疑解难
1、温度
（1）温度表示物体的冷热程度，决定于物体的冷热状态，温度的同低可以凭感觉来判断，但感觉并不完成正确，例如冬天，用手触摸室外的铁块和木块时，会感到铁块更冷些，于是认为铁块的温度比木块的低，实际上它们的温度是相同的，都与气温相同，只是由于铁块比木块善于传热，要准确判断温度的高低需要用温度计来测量。
（2）温度的单位
温度的常用单位是摄氏度，用℃表示，摄氏温度是这样规定的：把冰水混合物的温度规定为0摄氏度，把标准大气压下沸水的温度规定为100摄氏度，0摄氏度和100摄氏度间分成100等份，每一等份是摄氏温度的一个单位，叫做1摄氏度，20℃读作20摄氏度，不能读成20度，温度的国际单位是开尔文，简称开，用K表示。
2、温度计
（1）常用温度计有实验室温度计，寒暑表和体温计，它们是根据液体热胀冷缩的原理制成的。
三种常见温度计的比较
项目种类 实验室温度计 体温计 寒暑表
构造 玻璃泡上部是均匀细管（水银） 玻璃泡上方有一段细的缩口（水银） 玻璃泡上部是均匀细管，有一个刻度板（酒精）
测量原理 液体的热胀缩 液体的热胀缩 液体的热胀缩
刻度范围 -20℃—110℃ 35℃—42℃ -30℃—50℃
分度值 1℃ 0.1℃ 1℃
区别 玻璃泡上方有段细的缩口
读数 不能离开被测物体读数 可以离开人体读数 不能离开被测物体读数
（2）使用温度计前：①选择量程合格的温度计，若待测温度高于温度计的最高温度，温度计会胀破；若待测温度低于温度计的最低温度，则测不出温度值。②认清温度计的分度值，以便测量时能准确读数。
使用温度计时：①应将温度计的玻璃泡全部浸入被测液体中，
不能碰到容器底和容器壁。②温度计的玻璃泡浸入待测液体中要
稍候一会儿，待示数稳定后再读数。③读数地玻璃泡 能离开被测
液体，否则示数会降低。同时，视线要与温度计中液柱的上表面相
平，若斜视会产生误差。如图068所示。
3、物体的内能
（1）物体内部所有分子由于热运动而具有的动能和分子之间势能的总和叫做物体的内能，内能是指物体内所有分子具有的以量，而不是指单个分子的能量。
（2）决定物体内能大小的因素主要是物体质量、温度和体积，因为质量决定了分子的数目，温度决定了分子热运动的快慢，而体积与分子势能有关。
（3）内能与机械能的区别与联系
①内能是物体内部所有分子由于热运动而具有的动能和分子之间势能的总和；机械能是整个物体做机械运动时具有的动能和势能的总和。
②物体的内能与温度密切相关；物体的机械能与温度无关。
③物体的内能大小取决于物体的质量、体积和温度，一切物体在任何情况下都具有内能；物体的机械能大小取决于物体的质量，相对位置和速度，在一定条件下，机械能可能为零。
④机械能和内能可以相互转化。
（4）内能的国际单位是焦耳，简称焦，用“J”表示。
4、改变物体内能的两种途径
改变物体的内能有两种方式：做功和热传递，这两种方式是等效的。
做功改变物体的内能，实质是内能和其他形式的能的相互转化，对物体做功，它的内能增加，是其他形式的能转化为内能；物体对外做功，它的内能减少，是内能转化为其他形式的能。
用热传递的方式改变物体的内能，实质是内能在物体间的转移，能的形式不变，物体吸收了热量，它的内能就增加，物体放出了热量，它的内能就减少。
5、热量
热量是物体通过热传递方式所改变的内能。
（1）热量本身不是能量，不能说某个物体具有多少热量，也不能比较两个物体热量的大小。
（2）热量是物体在热传递过程内能的变化量，所以说它是一个过程量，是内能变化的量度，若无热传递发生，则不存在热量。
（3）热量的多少与物体内能的多少、温度的高低没有关系。
（4）热量的单位是焦耳，热量通常用Q表示。
6、温度、热量、内能的联系和区别
区别：温度是指物体的冷热程度，从分子动理论的观点来看，温度是分子热运动激烈程度的标志，热量是物体通过热传递方式所改变的内能，是内能的变化量，内能是物体内所有分子由于热支动而具有的动和分子之间势能的总和。
联系：在不发生物态变化时，一个物体吸收了热量，它们的内能增加，温度升高；一个物体放出了热量，它的内能减少，温度降低。在发生物态变化时，物体吸收了热量，内能增加，温度可能不变；物体放出了热量，内能减少，温度可能不变。
自我检测
1、王楠同学测量体温后，体温计的示数如图069所示，
体温计的分度值是____℃，他的体温是____℃。
2、在古代，人类就掌握了钻木取火的方法，钻木之所以能取火，可以用下面的三句话来解释：
甲：木头内能增大，温度升高
乙：达到木头的着火点，使木头燃烧起来
丙：钻木头时克服摩擦做功
这三句话的正确顺序是：
A.甲乙丙 B.丙甲乙 C.乙甲丙 D.甲丙乙
3、关于热量和热传递，下列说法正确的是（ ）
A.温度高的物体含的热量一定多
B.比热大的物体含有的热量一定多
C.热总是从含有热量多的物体传递到含有热量少的物体
D.热总是从温度高的物体传向温度低的物体
参考答案：
1、0.1℃；36.5℃ 2、B 3、D
交流园地
课外空间
1、为什么有的温度计里装酒精，有的装水银。
天气冷了，温度计里的液柱一天天在下降；天气暖了，这个液柱又一天天回升，它能迅速告诉我们气温的变化。
温度计中的液柱是什么物质呢？红色的液柱通常是酒精，银白色的液柱是水银，为什么有的温度计里装酒精，有的装水银呢？
原来酒精和水银各有不同的职能，酒精是很“耐寒”的，它在-117℃才会凝固，就是在地球上温度最低的南极洲，酒精温度计也能用，水银就不同了，在-39℃就凝固，水银凝固后失去了流动性，即使周围的温度继续下降，水银也不能再指示温度了。在我国东北有些地区冬季的气温常在-40℃，因此这些地方只适宜用酒精温度计。
酒精温度计还有一个优点，就是读数清楚。因为酒精柱的膨胀能力比水银要大几十倍，在同样的温度变化下，酒精温度计中的红色酒精柱（加红颜色）比水银温度计里银白色水银柱升降变化要显著得多。
可是酒精也有个大缺点，就是同样质量的酒精和水银，要使它们都升高1℃所需的热量，酒精比水银多。使酒精升高（或降低）1℃的热量大约可使水银升高（或降低）20℃。对于同样的温度变化，水银温度计比酒精温度计又灵敏得多。因此做科学实验或测量人体温度，一般都用水银温度计。水银温度计还有一个优点，就是能用来测量高温，因为它的沸点高达356℃。
除了用水银、酒精做液柱的温度计以外，还有丙酮、甲醇、苯、乙醚、甘油等物质做液柱的温度计。
2、温室效应
当太阳辐射能达到地球表面时，地球大气层中
的CO2和水蒸气等在允许太阳能透过产到达地面的同
时，即吸收太阳和地面的长波辐射，也把部分长波辐
射能反射回地球表面，使地球表面温度升高，这犹如
把地球置进了一个巨大的“玻璃罩”内，“玻璃罩”允
许太阳辐射透过，但却阻止地面温度上升，这种作用叫做“温室效应”，如图070所示。
3、趣味实验——温室效应试验
取两只250ML的锥形瓶。一只装满制得的二氧
化碳气体，另一只内是空气，用连有温度计的单孔
橡皮塞塞住瓶口，把它们彼此靠近地置于实验桌上，
锥形瓶底部放一块面积大于两个锥形瓶瓶底面积的黑
色纸板，如图071所示。
在锥形瓶上方用功率为100W的反射灯泡均匀地照
射，观察瓶内温度升高的情况。约1min—2min内，装
有二氧化碳的锥形瓶内温度高出邻瓶7℃—8℃。
在这个实验中黑色纸板的存在是吸收可见光产生红外辐射引起温室效应气体变暖的要素。这个实验相对简单，而且也只是粗略地测试温室效应。
4、热力学发展简史
第一阶段：从远古到18世纪初。
这是系统科学还没有建立的阶段，人们只是在生产和生活上，利用热来达到生产和生活的目的。如考古发掘出来的史前的陶器，上古时时期的铜器和铁器，显示了古代用火制造的器具，以及生活中用火的情景等。
由于古代和中世纪生产发展比较缓慢，人们在生产上和生活中所积累的知识不够丰富，所以热学还不能作为一门系统科学建立起来。对于热的本质的理解，也只能是一些不成熟的想法，还不能成为科学的理论。如，中国古时候的五行说（五行说认为万物的根本是五样东西，它们是指土、火、木、金、土），把火作为万物的根本之一；古希腊的赫喇利突，提出的四元素说（四元素是指土、水、火、气），也把火当作自然界的一个独立的基本元素。在这阶段，古希腊还有另一个学说，认为火是一种运动的表现形式，这个学说是根据摩擦生热的现象而提出的，但是却被埋没了约2000年，到了17世纪，当实验科学开始发展时，得到了一些哲学家和科学家的支持，其中表达得最明确的是培根(Francis Bacon,1561-1626)，他根据摩擦生热的现象认为，热是物体微小的运动。
第二阶段：从18世纪初到19世纪中叶。
这是热机发展和热学实验发展的阶段。
18世纪初，在欧洲由于航海和海外贸易的巨大发展，钢铁和各种工业品的需要大大增加，出现了蒸汽机。1763年，瓦特（James Watt, 1736-1819）给蒸汽机加上了一个分离的冷凝器，大大提高了蒸汽机的效率。以后他又作出了其他改进，因而使蒸汽机可以方便地应用到其他工业部门。蒸汽机在工业上的广泛应用促进了工业的迅速发展，同时，人们对蒸汽机的效率提出更高的要求。这样就促使人们对于水和蒸汽以及其他物质的热的性质作深入的研究，因而推动了热学实验的发展。
在热学实验里，第一个问题是温度的测量。随着温度计的不断改进，人们确定了温标，从而能对各种物质的热的性质作定量的研究，这些都为热学这门科学的建立积累了所需要的资料。
在这一个时期，关于热的本质的讨论经历了由热质说到运动说的过程。热质说能成功地解释混合量热法的规律，但是不能解释摩擦生热中出现的情况。由于当时关于热与机械运动相互转化的思想还没有明确提出，电磁现象的研究还刚刚开始，电磁现象与热的关系还没有被揭示出来，化学现象与热的关系也还没有弄清楚，能量守恒定律才建立起来。
卡诺（1796-1832）在热机工作原理方面作了出色的工作，他总结了热机工作过程的最本质的东西，发现热机必须工作在两个热源之间，一个高温热源供给热量，一个低温热源吸收热量，只有这样，热机才能有效地把从高温热源所供给的热量转化为有用的机械功。卡诺在这篇论文中提出了热机的最高效率的概念，并且得到了可逆机效率的最高的定理。直到1850年，在能量守恒定律建立以后，克劳修斯才从卡诺定理中发现热力学第二定律。
第三阶段：19世纪后半叶。
这是热力学定律建立和完善的阶段。
1842年迈尔（1814—1878）发表论文阐述能量守恒定律，这是人们公认的第一个发表这个定律的人。虽然这个定律是建立应该归功于不同国家的不同科学家，他们都独立地发现了这个定律，而且从各个方面丰富这个定律。
然而，迈尔的这篇论文在当时并没有引起物理学界的重视。能量守恒定律得到物理学界的公认，是在焦耳（1818-1889）的实验工作结果发表之后。焦耳的第一篇证明热功等当实验的论文发表于1843年，在这篇论文里除了直接的热功当量以外，还有电与热相当的数值。之后，焦耳共用了20多年的时间，作过多种多样的实验，如用叶片搅动水的方法，用撞击的方法，用膨胀和压缩的方法，还用电加热的方法等，他的各种实验结果的一致性，为能量转化和守恒定律奠定了无可辩驳的坚实基础，这时才确认热力学第一定律已经完全建立了。
第四阶段：20世纪。
这是热力学和统计物理学相结合进一步发展的阶段，是物质在特低温、高温或高压下的热力学和统计物理学的发展阶段。
当人们把热力学的原理用到低温现象和化学反应的过程中后，1912年，能斯脱发表了热力学第三定律。
回顾热力学发展的历史我们看到，自然科学的发展受生产发展的推动，反过来又推动生产的进一步发展。在今天科学和技术的进一步发展下，热力学这门古老的科学，一方面作为一门基础学科，在各个方面继续不断地起着重要的作用；另一方面，新的科学和技术的发展又向热力学提出了新的课题，推动热力学继续向前发展。
4、关于热的本质的讨论
热与分子运动联系紧密，热的本质就是大量分子的无规则的运动。但是，在历史上却有两种对立的观点进行过长期的争论。一种是把热看作某种特殊物质（热质），叫做热质说；另一种是把热看作物体内部微粒的某种运动，叫做运动说。为了鉴别这两种观点熟是熟非，人们做了大量实验研究。可以说，热学发展史的一条主线就是如何科学地认识热的本质。
热学这门科学起源于人类对冷热现象的探索，对温度的测量，或者说温度计的发展为热学业定量实验打下了基础。然而，在18世纪中叶之前，人们往往把热和温度混为一谈，如1724年，著名的化学家布尔哈夫曾写道：“相同体积的不同物体应含有相同的热量，因为不管温度计插在哪里，都指示相同的热度。”显然，他在温度和热量间没有找到正确的关系。
不过，布尔哈夫对热学还是有贡献的，他根据物体混合时热量交换的现象，首先提出热量守恒的思想。他写道“物体混合时，热不能创造，也不能消灭。”但是，他当时不能解释为什么“40℃的水和同体积80℃的相混合，混合后的水温为60℃，而40℃的水和同休积的80℃酒精相混合，混合后的温度却低于60℃。”
热量守恒定律是热学中最核心的内容。英国化学家布莱克（1728—1799）在这个定律的发现和运用上发挥了特殊的贡献。布莱克研究了不同温度的水和汞混合后的温度，认识到：混合后的温度既不与这两种物质的体积成正比，也不与质量成正比。以等量的热质加热汞比加热等量的水更有效，要使等量（指质量）的汞增加同样的“热度”（指温度），更少的热质就已足够……可见，汞比水对热质具有更小的容量。因此，布莱克发现了“热容量”。后来，他的学生罗巴松在1803年将他的概念加以发展，提出：不同物质具有不同的比热。
布莱克对多从热学现象进行解释，一方面研究了其中的规律，另一方面，他通过认真的分析，区分出热量和温度是两个不同的概念。但是，由于时代的局限性，他的工作也促使了错误概念的巩固，这就是所谓的热质。
热质说的大意是：热是一种特殊的物质，这种物质在自然界中普遍存在，总量守恒。它既不看见，也摸不着，没有固定的形状，总是伴随着各种物体。物体温度升高，所含热增多；物体温度降低，热质就转移到别的物体上。热质说能解释许多热现象，特别是混合量热实验，所以到18世纪末，热质说成了热学的统治学说，大多数科学家都相信热质说。
然而，热质说在联系到更多的现象时，如解释摩擦生热时发现了漏洞，甚至遇到无法解决的矛盾。首先，关于热质是否具有重量的问题，引起了人们的怀疑。其中，美国人汤普森（也称伦福德，1753—1814）为了驳斥热质说，在1799年公布了他做过的一个实验，这个实验的目的是测量热质的重量，看看一定重量的物质在温度变化前后重量有何变化。他的实验是这样做的：用三个完全一样的瓶子分别装有等量的水、酒精和汞，放在一个恒温（16℃）的大房间内，搁置24h后，用当时欧洲最精密的天平（灵敏度达到百万分之一）来称量重量。为了保证三个瓶子重量相等，他在较轻的瓶颈上挂一小段极细的银丝。然后将三个瓶子都移到0℃的房子里，保持完全静止不受扰动，48小时后再称其重量，结果是重量丝毫也没有发生变化，这时水已结成了冰。再将瓶子移回温室，即使冰又化成了水，重量仍无变化。伦福德宣称，他证明了热对物体的重量没有任何影响。然而，仅以此实验结果来否定热质说是不够的，因为热质说者还可以假设热质不具有重量。伦福德接着又做了一个实验，无可辩驳地证明了热质说的荒谬。
当时，伦福德在德国的一家兵工厂监制大炮镗孔，他注意到铜炮被钻削时会产生大量的热，切下的铜屑更热，用水冷却，竟可使水立即沸腾。对于这个现象，热质说者也作了自圆其说的解释：这是物体在摩擦时，热质被拉拽，金属屑在从金属块中切削下来时带走了大量的热质，因此显得特别热。伦福德对此予以否定，他通过实验比较了金属屑和金属片的比热，从量热实验判定它们的比热是相同的，于是驳斥了金属屑比热大的论点。接着，伦福德又做了一个专门设计的大炮钻孔实验。他取一只重约51kg的圆筒铸件，放在钻孔机上，故意拿已经磨钝了的钻头钻孔。经过30min，铸件温度从16℃升高到55℃。他在炮孔里共收集到切削下来的金属屑约54g，只占圆筒质量的1/944。伦福德问道：炮筒升温39℃所需的热质是金属屑提供的吗？如果是这样，那么金属屑的温度不是要降低39℃×944=36816℃吗？
伦福协又做了一个实验，他把圆筒放在一只水箱中，水重8.5kg。他用马带动钝钻头在圆筒中转，经过2.5h水竟沸腾了。当时周围的观众都感到非常惊讶，这么多的水不用火烧居然能沸腾，真是个奇迹。伦福德自己也无法抑制喜悦的心情。他想，这些热量从哪里来？是从金属切削的微粒里来，事实证明不可能。从空气里来，也不可能，因为实验是在水箱中做的，和空气是隔绝的。从水里来，更不对！水本身也热了，而且没有发生任何化学变化。只要摩擦在继续，热就会源源不断地产生，这说明，热是来源于运动。
伦福德的报告在1798年发表，立即得到英国化学家戴维（1778-1829）的响应。戴维对热质说也持怀疑的态度，他在1799年发表了自己的摩擦生热的实验，并且致力于宣传热的运动说。戴维的实验是把两块温度为-2℃的冰固定在由时钟改装的机构上，使两块冰不停地互相摩擦，整个装置放在大玻璃罩内再抽成真空。经过几分钟的剧烈摩擦，冰几乎全化了，温度达到2℃。戴维根据这一类的实验论证道：热质是不存在的，摩擦和碰撞引起了物体内部微粒的特殊运动或振动，这种运动和振动就是热的本质。
伦福德和戴维的实验为热的运动说提供了有力的支持，后来人们逐渐认识到热现象是与物质内部的热运动相联系，并不存在热质。
5、课本中图片介绍
图12-3的温度计是测量体温的。它的工作物质不是液体汞，是根据半导体的导电性能与温度有关的原理制成的。银色的细棒为测量探头，测温时将探头消毒后放入口中或其他测温部位，几分钟后取出，从液晶窗口直接读出温度值。
图12-4是利用不同金属的热胀冷缩原理制成的温度计。
图12-5的彩色高温温度计的原理是：炽热物体发光的颜色与温度有关。将与温度相关的颜色预先制成的彩色温度表与炽热物体的颜色对照，就可以知道被测物体的温度。
图12-8右边的台灯没有通电，灯丝是冷的，左边则表示台灯通电了，灯丝热到炽热状态，温度很高，左图灯丝内能比右图灯丝内能高。
第二节科学探究：物质的比热容教学建议
1、课时安排： 2课时
2、重点难点： 探究计划的定与实验的事施和对实验结果的交流讨论是本节的重点。
热源及加热时间的控制和实验数据的分析是本节的难点。
3、教材分析：
本节包括两部分：比热容和热量的计算
“比热容”这部分内容是生活经验知道，同种物质升高相同的温度，质量大的吸收的热量多，通过科学探究，认识物体温度变化时吸收或放出热量的能力，即研究物质的比热，探究过程突出了由猜想到制定实验方案的探究环节，同时，探究结论的得出体现了物理知识来源于实践的思想。
“热量的计算”这部分内容是通过计算物体温度升高（或降低）时，吸收或放出热量的多少，归纳出物体受热时吸收热量的公式和温度降低时放出热量的公式。
4、课标要求：
（1）了解比热容概念、符号及单位。
（2）会查比热表。能根据水的比热大这一特性解释一此有关的简单现象。
（3）根据比热容能进行热量的计算。
（4）能根据科学探究的猜想与假设，制定探究计划，设计实验方案，有控制变量的意识。
（5）在科学探究中能积极与他人交流探究结论，能对数据进行初步评价。
5、措施与建议
本节要求通过科学探究认识物体温度变化时吸收或放出热量的能力，即研究物质的比热容。
因为物体吸热、放热现象与生活紧密相关，所以问题的提出应是比较自然的。
对提出的问题做解释时（猜想与假设），还应从发掘生活中的现象开始，要启发和鼓励学生举出一些物体吸热、放热时温度变化的例子，猜测造成它们温度变化不一致的原因，带学生归纳出几个假因素——如质量、物质种类、吸收或放出热量的多少等。
由于假设的因素是多元的，在设计探究计划时就要控制变量。对于同类物质，从生活经验总结出必然的猜想是：升高相同温度时，质量大的吸热多。用实验探究可取不同质量的种液体，让它们吸收相同的热量，测量升高的温度数值，比较温度升高与质量的关系。对于不同的物质，让它们吸收相同的热量，测量升高的温度数值，比较温度升高与质量的关系。对于不同的物质，则控制其质量相同这一变量，而探究其升高单位温度时所吸收热量的多少，计划方案有两种。一种是让质量相同的不同物质吸收相同的热量，记录其升记温度的多少，然后比较不同物质每升高1℃所吸收的热量。课本中采用的是前一方案，教学中也可采用后一方案。也可以在班级不同的组采用不同的方案。
课本中图12-16所示是本节课的主要实验装置。关于比热容实验最大的困难是能定量测量的热源，限于学生的知识，以及实验室现有的设备，课本中给出半定量的电热源，其具体制作请参照实验活动部分。教学中可将班级分成甲、乙、丙、丁四个组，其中两组（设是甲、乙两组）分别用质量不同的水做实验，另两组（设丙、丁两组）分别用质量不同的煤油（也可用酒精）做实验。甲、丙两组的水与煤油质量要相同，乙、丁两组的水和煤油的质量要相等。
用同种物质、但质量不同的各实验组计算出单位质量该物质温度升高1℃吸收的热量是否相同；再比较不同物质单位质量温度升高1℃吸收的热量是否相同。最后得出比热容的概念。实验分析中要注意热量不是具体的数值，要用字母Q来表示。
影响探究实验的因素很多，实验误差可能较大，教学中要引导学生进行恰当的交流与评价，得出合理的结论。
本节重点是探究计划的制定与实验的实施，对实验结果的交流讨论也是本节的重点。教学中的难点是热源及加热时间的控制，对实验数据的分析也是实验中的难点。关于用比热容进行的有关计算，只要求是简单直接应用公式，或只作一次变形的应用，重在对公式物理意义的理解，不主张进行繁难的计算。
在教学中提倡学生联系实验提出问题，提出自己的猜想，不应包办代替。提倡通过探究实验得出结论（尽管实验误差较大），提倡用手边器材自制教具完成实验，提倡尊重实验事实，提倡用比热容概念解释自然现象、生活和生产的应用事例，不提倡陷入过多的计算和背诵。
课时教案（一）比热容
教学目标：
1、知道什么是物质的比热容，知道比热容的单位及其读法。
2、知道比热是物质的特性之一，会查物质的比热表。
3、会根据水的比热较大这一特性来解释一些有关的简单现象。
4、能经历科学探究物质比热容的过程，体现学生自身去感受知识产生过程的新课程理念。
5、会根据设计的实验方案，选择装配实验器材，完成探究实验。
重点难点：
比热容概念的建立
教学准备
演示实验：烧杯，电加热器，温度计，水和煤油。
学生实验：烧杯，电加热器，温度计，水和煤油，一部分小组以煤油探究对象；另一部分小组以水为探究对象，各小组选取的煤油或水的质量应不相同，最好成比例关系。
教学设计
教师活动 学生活动 说明
复习提问1、什么叫热量？2、1千克的水温度升高1℃吸收多少热量？ 思考作答 巩固铺垫
大家都有这样的经验：烧开一壶水比烧开半壶水需要的热量多，把一壶水烧开比烧成温水需要的热量多。可见，水在温度升高时吸收的热量和水的质量有关，和温度升高的度数有关，水的质量越大，温度升高的度数越多，吸收的热量越多。别的物质也是这样。那么，所有的物质，在质量相等、温度升高的度数也相等时，吸收的热量是不是一样多呢？我们要解决这个问题，就得学习物质的比热容 思考认同所研究的问题 引入新课
一、探究物质的比热容1、按教材设问提出问题，引导学生猜想，并整理学生的猜想。问：用什么法研究每个因素对物体吸收热量的多少有影响。2、组织讨论：怎样探知物体温度变化时，吸收或放出热量的能力。3、提出问题：如何制定“探究不同质量的同种物质，温度变化时吸收（或放出）热量的能力”实验方案，如何制定：“探究相同质量的不同种物质温度变化时吸收（或放出）热量的能力”实验方案。让学生分组讨论交流，并通过学生展示予以肯定。4、巡视学生实验进行情况。5、组织学生分析实验数据，归纳得结论。二、比热容1、概念出示自学提纲：（1）什么是物质的比热容？符号是什么？单位是什么？（2）比热容的计算公式是什么？2、水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)其物理意义是什么？3、水的比热较大在生生产中有哪些应用？ 1、猜想吸收热量的多少可能与什么因素有关，知道用控制变量法进行实验探究。2、讨论交流：得方法选相同的电加热器。3、讨论交流后，展示所制定的方案：a.不同质量的水（或煤油）吸收相等的热量后，看温度升高的大小。b.同质量的水和煤油吸收相等热量后看温度升高的大小。4、分组实验探究5、分析得结论看书掌握比热容的定义、符号、单位及比热的计算公式 由猜想到制定探究方案实验探究板书结论
三、出示目标，让学生小结 依目标小结所学知识 可投影目标
四、巩固练习1、铝的比热是0.88×103J/(kg·℃)，表示的意义是__________________________________。2、一般的温度计用水银做工作物质，是因为水银的比热容__________，当温度变化时需要吸收和放出的热量________，这样对被测物体的温度影响较小，并且水银的热膨胀性能强，温度改变时，体积变化大，容易观察。3、状态一定的物质的比热容（ ）A.跟它吸收的热量成正比B.跟它的质量成反比C.跟它的温度变化成反比D.是物质的一种属性，大小与上述因素无关4、某同学从下表提供的信息中，得出以下几个结论，其中错误的是（ ）A.汽车发动机用水来冷却效果比较好B.液体的比热容都比固体大C.同种物质在不同状态下比热容值不同D.质量相等的铜和铅，升高相同的温度铜吸收的热量多几种物质的比热容表c/[J(kg·℃)]水 4.2×103干泥土 0.84×103酒精 2.4×103铜 0.39×103冰 2.1×103铝 0.88×103煤油 2.1×103铅 0.13×103水银 0.14×103砂石 0.92×103五、作业：课本P49 1题 完成练习反馈矫正
板书设计：
第一节 第一课时 比热容
一、实验探究 二、比热容
1、猜想 1、单位质量的某种物质温度升高
2、制定方案：控制变量法 1℃所吸收的热量叫该物质的比
3、结论 容，符合“C”
2、单位：J/（kg·℃）
教学反思：
课时教案（二）热量
教学目标：
1、加深对比热容概念的理解。
2、会根据比热容进行热量的计算。
重点难点：
热量的计算。
教学准备：
多媒体课件或小黑板。
教学设计：
教师活动 学生活动 说明
复习提问：1、什么是比热容？单位是什么？2、C铅=0.88×103J/(kg·℃)其物理意义是什么？以铝的比热容为例：1千克的铝温度升高1℃需要吸收0.88×103J的热量，那么质量为 千克的铝，温度升高Δt℃，需要吸收多少热量？引入新课。 思考回答认同所研究的问题 巩固铺垫引入新课
一、热量计算公式推导1、从铝的比热容入手，逐步深入地引导学生归纳热量的计算公式。（1）1千克铝温度升高1℃需要吸收多少热量？（2）1千克铝温度升高2℃需要吸收多少热量？（3）1千克铝温度升高100℃—30℃时，需要吸收多少热量？（4）1千克铝温度升高t-t0=Δt℃时，需要吸收多少热量？（5）2千克铝温度升高t-t0=Δt℃时，需要吸收多少热量？（6）m千克铝温度升高t-t0=Δt℃时，需要吸收多少热量？2、我们已总结出物体吸收热量的计算公式，如果物体降温低，放出热量的计算公式呢？二、例题：课本P49例1例2三、出示目标，学生小结 计算：（1）0.88×103J（2）0.88×103J×2（3）0.88×103J×（100-30）（4）0.88×103J×（t-t0）（5）0.88×103J×2×（t-t0）（6）0.88×103J×m×归纳得结论：Q吸=C·M·（t-t0）进一步归纳得结论：Q放=C·M·（t0-t）做后讨论，进一步巩固热量的计算依目标小结所学内容 也可从课本例题得结论可投影目标
四、巩固练习1、质量为2kg的水，温度从20℃升高到95℃，水吸收了_______J热量,水的内能增加了_______J。2、质量和初温都相同的水和铁块，当它们吸收相同的热量后，再将铁块投入水中，这时（ ）A.热量由铁传给水 B.热量由水传给铁C.铁与水之间无热传递 D.温度由铁传给水3、据有关专家预测，长江三峡水电站蓄水后，将对大坝上游流域的气候产生一定的影响，夏天将比原来下降2℃左右，而冬天将比原来升高2℃左右，请你解释发生这个现象的原因。五、作业：课本P49 2题 完成练习反馈矫正 可当堂完成
板书设计：
第二课时 热量
一、热量的计算 二、例题
1、Q吸=C·M·（t-t0） 例1
2、Q放=C·M·（t0-t） 例2
教学反思：
教学参考
1、理解比热容和比热公式 c= Q/mΔt
比热是物质特性之一.对同一种物质,比热容是确定的。 比热容不随物体吸热多少, 温度升高了多少而改变 .比热容与物体的质量无关 .为了比较不同物体的吸热本领的大小, Q与mΔt的比值 , 反映了单位质最某一种物质升高和降低 1℃吸收或放出热的本领 , 对同一种物质 , 在公式 C = Q/mΔt中,当 Q 增大时, 可能物体质量不变 , 升高的温度增大了; 也可能是升高的温度不变, 参与吸热的物体质量增大了,但比值仍不变。
2、利用公式 Q =cmΔt 解题时需要注意的问题
从公式 Q=cmΔt 可以看出 , 热传递过程中吸收、放出热量的多少只与温度的改变值有关 , 与初温、末温的具体值无关 .在用此公式计算时,要注意不能超越物态变化点,因为物质在物态变化过程中要吸收或放出热量,且吸收或放出的热量并不满足上 述的计算公式 .另外 , 同种物质在不同的状态下比热值有可能不相等 .
--一
3. 解题时从哪些方面把握比热容与热量的区别与联系
第二节
比热容 热量
特点 反映质量相等的不同物质升高相 同的温度时吸收的热量不同的性 质 反映物体吸收或放出热量的多 少
概念 单位质量的某种物质温度升高1℃时吸收的热量。 在热传递过程中 , 传递能量的 多少
单位 J/(kg ·℃ ) J
有关 只与物质的种类、状态有关 , 与 质量、温度和热量无关 与比热、质量、温度改变量有 关
联系 Q =cmΔt
第二节 科学探究：物质的比热 学案
学习目标
1. 了解比热容概念。
2. 会查比热容表。能根据物质的比热容解释简单的物体温度变化和吸放热问题。
3. 能计算有关物质比热容、温度变化或吸放热等简单问题。
4. 能经历科学探究物质比热容的过程。
5、 根据科学探究的猜想与假设 , 制定探究计划 , 设计实验方案。有控制变量的意识。
6、 会根据设计的实验方案选择、装配实验器材 , 完成探究实验。
7. 能积极与他人交流探究结论 , 能对数据进行初步评价。
学法指导
本节的习题大多是以比较比热容的大小、热量的计算为主 .在解这类习题时,常用的方法有比例法、图象法、讨论法等.比例法主要用来解决比值方面的问题,也可以用来求解有关物理量的大小,运用比例法解题时.首先要明确已知的物理量有那 些 , 具体的比值是多少 , 所求的物理量跟已知条件存在何种关系 , 然后应用公式和已 知条件求出结果,通过图象来反映某一物理量的特征,是物理学中常用的研究问题的方法,分析图象的关键是正确理解每段图象的物理意义.讨论法: 由于题中包含一些不确定的因素, 所以具体答案也不确定 .条件不同则答案不同 .在运用讨论时应充分考虑不确定因素,不可漏掉,应从多方面考虑 .
释疑解难
1. 比热容
(l) 我们之所以能从众多的物质中把各种不同的物质区分出来 , 是因为每种物 质都有自己的特性 .如颜色、气味、密度等 .而比热的概念就反映了不同物质的热学性质 .对于质量相同的不同物质, 即使升高相同的温度,所吸收的热量也不相同; 对同一 种物质来说,物体吸收或放出的热量与物体的质量和温度的变化量有关 .所以我们要比较不同物质的吸放热能力,应取相同的质量,并使其变化相同的温度,比较吸收或放出的热量 .为简便起见,相同的质量取单位质量,变化相同的温度取变化单位温度,再看吸收或放出的热量,这便得到了比热的概念.所以比热是物质的特性之一 , 它只由物质本身决定 .
(2) 根据公式 Q =cmΔt变形 .可得到c= Q/mΔt，这里需要注意的是这个公式是利用Q 、m和Δt求物质比热 .但不能认为物质的比热与 Q 成正比,与 m 和Δt成反比 .因比热是物质的一种特性 , 它不随外界条件的变化而变化,只与物质的种类和物质的状态有关，可以用来鉴别物质,不同物质的比热不同,同种物质在同种状态下比热是相同的。比热跟物体的质量、温度变化量和吸热( 或放热 )的多少无关 .但物质的状态变 化时比热将随之变化 .
(3) 对于质量相同的不同物质.吸收或放出相同的热量时.比热大的物质温度变化小。
··一··
一 -一 -
(4) 水的比热容较大 , 这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要意义,主要表现在两个方面 .一方面,由于水的比热容较大,那么一定质量的水升高 ( 或降低 )一定的温度,吸收( 或放出 )的热量较多 , 这使我们有利于用水作冷却剂或取暖。作冷却剂时,是让水吸收带走更多的热量;用来取暖时,是让水放出更多的热量提供给人们.另一方面,由于水的比热容较大,一定质量的水吸收( 或放出 ) 较多的热量而自身的 温度却改变不多,这一点有利于调节气候,夏天,太阳晒到海面上,海水的温度升高过程中吸收大量的热 , 所以人们住在海边并不觉得特别热;冬天,气温低了,海水由于温度降低而放出大量的热,使沿海气温不是降得太低,所以住在海边的人又不觉得特别冷.
2、关于热量的计算
(l) 热盘的计算公式实际上是根据比热的定义导出的,所以只有真正理解了比热的含义,才能真正理解吸热公式.对于Q吸=cm(t-t0)和Q放=cm(to-t), 可以用一个公式表示,即Q =cmΔt。 式中Δt表示温度的变化量, 如果物体吸热,Δt就等于末温度减初温度,表示升高的温度 ; 如果物体放热 ,Δt就等于初前度减末温度 , 表示降低的温度。Δt 总是等于较高的温度减较低的温度.不取负值。如果被减温度是负值(即零下摄氏度 ), 运算时要带负号 .例如 : 一冰块从 -4 ℃降到 -lO ℃ , 则降低的温度是Δt=-4 ℃ -(-10 ℃ )=-4 ℃ +10 ℃ =6 ℃.
(2) 计算公式只适用于无状态变化时升温 ( 或降温 ) 过程中的吸收( 或放出 ) 的热 量 .在解题时 , 要注意习题文字中的温度 " 升高 "" 升高到 "" 升高了 "" 降低 "" 降低到 " " 降低了 " 等不同的说法 , 要正确辨别 .
(3) 两个温度不同的物体放在一起时 , 高温物体将放出热量.温度降低 ; 低温物体 ，将吸收热量 , 温度升高 ; 最后两物体温度相同 , 称为达到热平衡 .在热传递过程中若低温物体吸收的热量为Q吸。如高温物体放出的热血为 Q放, 如果没有热量损失,则 Q吸=Q放 , 利用这个关系可以求出物质的比热容或物体的质 量或物体的温度。
自我检测
1、水的比热是 4.2 × l03J/(kg ·℃ ),它表明 l kg 的水温度升高1℃ , 需吸收 J的热量 .0.5 千克水的比热是 J/(kg ·℃ ), 在标准大气压下 ,100g35 ℃有水吸收了 2.94 × 104J 的热量 , 水温可升高 ℃ .
2、如图072所示的图线是表示甲、乙两个质量相同的物体,吸收热量后, 温度变升高的情况,图中横坐标表示 物体的温度变化 , 纵坐标表示物体吸收的热量 , 对于甲、乙 两种物体的比热容 , 下列说法中正确的是 ( )
A. 甲的比热容大
B. 乙的比热容大 C. 甲和乙的比热容一样大 D. 条件不足 , 无法判断
3、" 早穿皮袄午穿纱 , 守着火炉吃西瓜 " 是对沙漠气候的生动描写 , 当太阳照射到 沙漠上时 , 沙石的温度会迅速升高,而太阳落山后砂石的温度会马上下降 , 而在沿海地区昼夜的温差变化不大 , 这是为什么呢 内陆地区冬季比沿海地区寒冷,而夏季又比沿海地区炎热 , 这又是为什么呢
参考答案：
1.4.2ⅹ103; 4.2ⅹ103;35 2.B 3.沙石的比热容小，吸收（或放出）相同的热量，温度变化较大；沿海地区多水，而水的比热容较大，吸收（或放出）相同的热量，温度变化较小。
课外空间
1、“人造火山”——城市热岛
在人口高度密集、工业集中的城市区域 , 由于人类活动排放的大量热量与其他自然条件的共同作用致使城区气温普遍高于周围效区的气温,人们把这种现象称为 " 人造火山 "; 高温的城市处于低温郊区的包围中 ，如同举洋大海中的一个个 小岛，因此也 称为 " 城市热岛 " 现象。城市热岛现象早在十八世纪初首先在英国的伦敦发现。此后 , 随着世界各地城市的发展和人口的稠密化 , 热岛效应变得日益突出 .如图073所示.
气温资料 :2003 年夏天,中国南方的高温闷热天气已经持续了40多天而且7月下旬至 8 月上旬,很多地方频频刷新当地气象记录,实属罕见 .
武汉:40 ℃ , 从 7 月 25 日至 8 月 3 日连续 9 天超过 40℃ ,打破了1907 年以来的历史记录。
长沙 : 41 ℃,8月3日创下 50 多年最高温记录。
福州 :41 ℃ ,7 月 26 日创下 120多年来的最高记录。
杭州 :40.3 ℃ ,8 月 1 日出现历史最高温,再次刷新 7 月 26 日的 40 ℃最高记录;
上海 :39.6 ℃ 。8 月2日和7 月 25 日创近 60 年来高温记录, 且首次预报 8 月 2 日最高温度为 40 ℃。
城市热岛效应主要是由 以下几种因素综合形成：(1) 城市建筑物材料和铺砌水泥地面材料的比热容小 , 吸收太阳的辐射后,升温快 .(2) 人口高度密集;工业集中大 量人为热量喷发。(3) 高耸入云的建筑物使地表风速小且通风不良 .(4) 人类活动释放的废气排人大气,改变了城市上空的大气组成,含有大量废气的大气，夜间会减少城区地表热量向外辐射, 减少了热量散失,起到保温的作用 .
城市要减弱热岛效应，在规划和设计上应考虑：
（1） 要开发和保护好城区的绿地、水体面积。
（2） 在城市发展的同时，要控制城市人口密度、建筑物密度。
-…·一
(3) 加强城市通风
(4) 减少人为的热释放,尽量将民用煤改变为液化气、天然气,集中供热也是根本对策。
2、水的比热的特点及其物理意义·
水的比热特点就是比热较大。这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要意义，主要表现在两个方面 : 一方面 , 由于水的比热较大 , 那么一定质量的水升高 ( 或降 低 ) 一定的温度吸收 ( 或放出 ) 的热量较多 , 这使我们有利于用水作冷却剂或取暖 . 作冷却剂时 , 是让水吸收带走更多的热量 ; 用来取暖时 , 是让水放出更多的热量提 供给人们 .另一方面 , 由于水的比热较大 , 一定质量的水吸收 ( 或放出 ) 较多的热量 而自身的温度却改变不多 , 这一点有利于调节气候 .夏天 , 太阳晒到海面上 , 海水的 温度升高过程中吸收大量的热 , 所以人们住在海边并不觉得特别热 ; 冬天 , 气温低 Z , 海水由于温度降低而放出大量的热 , 使沿海气温不至降得太低 , 所以住在海边 的人又不觉得特别冷.
3.热量的计算公式
（1） 吸热公式 :Q吸=cm(t-to) 式中 C 表示物质的比热 ,m 表示物质的质量 ,to 表示物体原来的初温 ,t 表示吸热后的终温 ,“t- to”表示温度的升高,有时可用Δt=t-to 表示, 此时吸热公式可 写成 :Q 吸 =cmΔt 。
（2）放热公式 :Q放=cm(to-t)式中 cm 、 to、t 的含义不变 ,"to-t" 表示温度的降低 , 有时可用Δt =to-t 表示。此时放热公式可写成 Q 放 =cmΔt。
（3） 热量计算的一般式 :Q= cmΔt 。Δt 表示温度的变化 .可见 , 物体吸收或放出热量的多少由物体质量、物质比热和物体温度的变化量这三个量的乘积决定 , 跟物体的温度的高低无关 .
（4）Q吸与 Q放公式中各物理量的单位:
比热 C 的单位是 J/(kg ·℃ ), 质量 m 的单位是千克 , 温度 (t 或 to 或Δt) 的单位是℃ ( 摄氏度 ), 热量 Q 的单位是焦耳 , 计算时要注意单位的统一 .
4、热平衡关系式 :Q 吸=Q放
两个温度不同的物体放在一起时,高温物体将放出热量, 温度降低; 低温物体吸收热量,温度升高; 最后两物体温度相同, 称为达到热平衡 .
在热传递的过程中, 若低温物体吸收的热量为 Q 吸,高温物体放出热量为 Q放 ,若无热量损失, 即高温物体放出的热量全部被低温物体吸收, 则Q吸 =Q放，利用这个关 系可以求出物质的比热或物体的质量或物体的温度 .在解答此类习题时,一定要分析哪些物体吸收了热量, 哪些物体放出了热量,是否有热量的损失,若无热量损失 就可利用 Q 吸 =Q 放建立方程求解 ; 若有热量损失,则有 Q 放 〉Q 吸.
由上面的分析可知 , 温度差的存在是热传递发生的条件 , 热传递的过程中,传递的是热量 , 而不是温度 .
在利用热量公式进行计算时 , 需要注意以下四点 :
(1) 正确理解式中各量的物理意义 .
(2) 同一公式中各物理量的单位务必统一到国际单位中来 .
(3) 公式适用于物态不发生变化时物体升温 ( 或降温 ) 过程中吸热 ( 放热 ) 的计 算·如果过程中存在着物态变化,不能使用这几个公式 .例如冰熔化为水需吸热,此时冰的温度 ( 或冰水混合物的温度 )没有变化,但需要从外界吸收热量.
(4) 注意文字叙述中升高 t ℃ , 升高了 t ℃ , 降低 t ℃、降低了t℃对应的是温度 的改变量 .而升高到t℃、降低到t℃,对应的是物体的末温 t℃.
2. 几种发动机原理简介 蒸汽轮机利用锅炉产生的高温、高压蒸汽从喷嘴中高速喷出 , 冲击叶轮 , 使叶轮与机
轴一同旋转。蒸汽轮机的输出功率很大 , 大型的蒸汽轮机输出功率可达几十万千瓦。
燃气轮机基本原理与蒸汽轮机相似 , 但工质不是蒸汽 , 而是燃料燃烧后生成的烟气。 中国民间工艺品 " 走马灯 " 即是一种原始简单的燃气轮机 , 早在 800 年前就已在我国出现。 燃气轮机不仅输出功率大 ( 可达十几万千瓦 ), 而且效率高 , 可达 50%~60% 。
空气愤气发动机燃料在发动机的燃烧室内燃烧 , 生成的烟气从喷口高速喷出 , 根据反
冲原理 , 发动机身将向反方向运动。
火箭发动机其结构与原理和喷气发动机相似。区别是空气喷气发动机燃料燃烧时的 氧化剂 ( 氧气 ) 取自空气 , 因此空气喷气发动机只能在大气层内工作 , 主要用在飞机上 ; 火箭 发动机则自带氧化剂 , 燃料燃烧时不依赖于空气 , 因此可在大气层外工作 , 是发射人造卫星 和宇宙飞船的动力源。中国在节日放的 " 起花 " 也即是火箭的原型 , 中国是火箭的故乡。
3、内燃机的工作过程表
进气门开关 排气门开关 活塞的运动 曲轴的运动 能量的转化
吸气冲程 开 关 向下 半周
压缩冲程 关 关 向上 半周 机械能→内能
做功冲程 关 关 向下 半周 内能→机械能
排气冲程 关 开 向上 半周
(1)每个工作循环飞轮转两阁,完成1个做功冲程
联系 (2)在一个工作循环中,只有第三个冲程燃气对外做功,其他三个辅冲程不但不做功,还要消挺机械能(3)做功冲程为其他三个冲程提供能量,其他三个冲程为第三冲程做功提供基础(4)依靠飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程
第三节 内燃机 （学案）
学习目标：
1. 体会现代交通工具对人们生活的巨大影响。
2. 初步认识发动机的作用 , 知道热机的概念 , 了解内燃机是热机的一种。
3. 通过模型、挂图了解汽油机的构造 c
4. 通过模型、挂图了解柴油机的构造。 ~
5. 能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
6. 知道内燃机工作时有废气污染 , 树立环保意识。
学法指导
本节的习题主要考查对四冲程的汽油机和柴油机的构造和工作过程中的异同点的掌握。在解题时，常用分析法，即根据四冲程的汽油机和柴油机的构造和工作过程中的异同点，对解答的问题作出判断。
释疑解难
1. 内燃机
(1) 热机是把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置,它利用内能做功,蒸汽汽机等 .
(2) 内燃机是燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机,内燃机包括汽油机、柴油机.
(3) 内燃机的工作原理 , 它的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成 ,四冲程的汽油机和柴油机在吸气冲程中，进气门开，排气门关闭，吸入工作物质；在压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞压缩气体做功，飞轮的一部分机械能转化为汽缸内气体的内能；在做功程中,两个气门仍 关闭,高温高压燃气推动活塞做功,把燃气的一部分内能转化为机械能;在排气冲程, 进气门闭 ,排气阀( 门 )开 ,排出废气 .在一个工作循环中, 活塞往复两次 ,曲轴( 飞轮 ) 转动两周, 只有做功冲程对外做功一次 , 其他三个冲程在飞轮的惯性完成 .
2、汽油机和柴油机构造及工作过程比较
不同点 汽油机 柴油机
构造 有火花塞无喷油嘴 无火花塞有喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程吸进的物质 汽油和空气的混合物 空气
压缩冲程末汽缸内的温度 较高 更高
点火方式 点燃式 压燃式
做功冲程燃气的压强 较大 更大
优缺点 效率低，燃点低；功率一般不大，较轻巧，工作平稳 效率较高，燃点较高；功率很大，较笨重，工作时震动较剧烈。
应用 适于轻便快速工作，常在飞机、小汽车、摩托车上采用 适宜长途负荷大的工作，常在拖拉机。舰艇。坦克等上使用
相同点 都有进气门、排气门。活塞、汽缸。曲轴、连杆都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
-
自我检测
1、柴油机工作的四个冲程中， 冲程是燃气对活塞做功，此过程是将 能转化为 能。
2、以内燃机为动力的各种机械,在人类生产生活中应用极为广泛.从轮船、火车, 到拖拉机、摩托车等,它们的动力大都来源于内燃机,它们虽然在构造上略有差异,但工作原理都是一样的.下面对内燃机的有关叙述, 错误的是 ( )
A. 内燃机是内能转化为机械能的装置
B. 内燃机用水冷却，是因为水的比热容大
C. 它排出的废气无污染，是一种环保型的机器
D. 内燃机靠产生的高温高压气体做功
3、把燃料燃烧时释放 的转化为 的装置称为热机。
---
参考答案：
1、做功；内；机械 2、C 3、内；机械
课外空间
一、汽油机
1. 汽油机 : 是利用气缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的
热机 .
2. 构造 :
①进气门②火花塞③排气门④汽缸⑤活塞⑥连杆⑦曲轴
3. 工作过程 :
汽油机在工作的时候,活塞在汽缸内往复运动,活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端,叫做一个冲程 .
汽油机的一个工作循环由四个冲程组成,分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲 程、排气冲程 .曲轴和飞轮均转动两周,对外做功一次,活塞往复两次.在四个冲程中,只有做功冲程是燃气对外做功,其他三个冲程是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成.
二、柴油机
1. 柴油机 : 是利用汽缸内燃烧柴油所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功
的热机。
2. 构造 : 柴油机的构造和汽油机的构造大致相同 , 所不同的是柴油机的汽缸顶部无火花塞而是喷油嘴.
3. 工作过程 :
柴油机一个工作循环,也是由四个冲程组成,曲轴和飞轮均转两转,对外做功一次,活塞往复两次,除做功冲程外的其他三个冲程,也是靠安装在曲轴上的飞轮 的惯性来完成 .
三、热机
从瓦特改进蒸汽机到现在,热机被广泛的应用于人类生活的各个方面.
蒸汽机的改进为交通工具提供了新的动力.约在19世纪初,安装蒸汽机的火车开始行驶在路轨上,安装蒸汽机和蒸汽轮机的船舶航行在江、河、湖、海上安装了蒸汽机械的交通工具，
不仅装得多、行得远、跑得快，而且也安全得多。
蒸汽机的使用使人类的交通开始摆脱自然条件的限制 .
蒸汽机是将燃料燃烧的化学能转化为水的内能 , 再转化为交通工具 ( 车、船 ) 的机械能。
蒸汽机的构造简单,工作可靠,在超负荷机40％－50% 下也能长时间工作,还可以使用价格较低的煤作为燃料。但蒸汽机工作时产生大量的烟尘和二氧化碳、二氧化硫等气体,会污染空气和环境.蒸汽的能量利用率很低,只 10%－14%, 能源浪费很大,现在已很少使用了 .
蒸汽轮机是旋转式蒸汽动力装置,也是将燃料的化学能转化为水的内能,再转化为机械能 .蒸汽轮机能输出较大的功率,能量利用率也比蒸汽机要高.蒸汽轮机目前主要应用在船舶和火力发电等方面 .
汽油机和柴油机都是内燃机,它将燃料燃烧时释放的内能直接转化为机械能,是当前船舶、车辆的主要动力机械,也是一些低速飞机的发动机.内燃机比蒸汽机工作时干净得多, 而且能量利用率要高出 3－4倍, 所以火车都已改用内燃机提供动力了,火车的速度也因此大幅度提高 .汽油机发明之初,就被用在航空上,使人类实现了像鸟儿那样在空中飞翔的愿望.
因为汽油燃烧会产生污染空气的气体 , 所以人们一方面改进内燃机,一方面在研究减少污染或无污染的燃料,例如使用液化气的汽车已开始在一些城市运行.
喷气发动机是将燃料燃烧产生的内能转化为飞机机械能的机械 .它使燃料在发动机燃烧室内进行,产生的高温、高压气体从喷嘴高速喷出 , 由于反冲 , 使飞机飞行 .喷气发动机可以使飞机速度达到音速以上 .但喷气发动机工作时噪声特别大 .
火箭的工作原理与喷气发动机一样 , 不同的是喷气发动机燃料燃烧所需的氧气来 源于空气 , 因此它不能脱离大气层工作,火箭燃料燃烧所需的氧气是自带的 , 因此火箭 工作时不需要空气,可以脱离大气层工作,所以火箭可作为发射卫星和宇宙飞船的发动机.
第四节 热机的效率和环境的保护
教学建议
一、课时安排：2课时
二、重点难点：热值的要领的建议和热机的效率
三、教材分析：
本节包括三部内容，燃料及其热值、热机的效率和环境的保护。
“燃料及其热值”这部分内容是通过学生能从生活中体会到不同燃料燃烧释放内能的本领不同建立的。知道热值单位，会查热值表，并知其物理意义。
“热机效率”这部分内容安排了燃料燃烧能量走向示意图得出的热机的效率。通过引导学生讨论：如何提高热机的效率。结论的得出体现了物理知识来源于实践的思想。
“环境保护”这部分内容主要讲述，热机为人类的发展做出了重大贡献的同时，也带来了许多环境污染问题，初步认识到科学及相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响。
四、课标要求：
1、能从生活中体会不同燃料燃烧释放内能的本领不同，建立热值的概念
2、会查燃料的热值表，能根据燃料的热值计算机一定质量的燃料完全燃烧所释放的热量
3、能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的途径
4、能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响，能大致说出燃料内能的利用与人类社会的关系
5、能从科学角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自觉的环境保护意识
6、能了解内能的利用和环境保护的关系，能激发起环境保护的意识
五、教学建议
对于燃料的热值，建议从日常生活中的燃料使用，让学生认识到不同燃料的热值是不同的。
热机效率建议从观察汽车等交通工具的结构、工作情况引入，引导学生结合简单机械中学习的机械效率认识到燃料燃烧释放的内能不可能全部转化为有用的机械能，对热机效率有初步的认识。不向学生讲热机效率的卡诺公式，但可以大致介绍一点思想。
环境保护具有一定的综合性，可以与化学、生物和地理有机配合。这部分内容不在于有多少知识内容，重在使学生既了解燃料内能的利用促进了人类社会的发展，也要使学生了解到由于燃料的使用对大自然产生的负面作用。让学生初步建立既要发展，又要保护的综合评价思想，树立人类与自然和谐相处的意识。
本节课教学中，建议向学生提供一些关于热机效率、节能、燃料燃烧排放物污染与治理方面的资料（文字、图片、录音带和光盘等多媒体），或指导学生从有关的科普读物、电影、电视、新闻媒体及因特网上查寻，让学生通过阅读、调查、综合总结有关教学内容。
热值教学中不需要进行繁难的计算。
课时教案（一）燃料及其热值
教学目标
1、知道燃料在燃烧的过程中，燃料的化学能转化为内能。
2、从生活中体会不同燃料燃烧释放热量的本领不同，建立热值的概念。
3、能说出热值的单位及所表示的物理意义吗？
4、会查燃料的热值表。能根据燃料的热值计算机一定质量的燃料完全燃烧所释放的热量。
5、通过讨论交流，培养了学生乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
重点难点
热值概念的建立及热值的计算
教学准备：
利用燃料的文字、图片、录音带和光盘等多媒体资料
教学设计
教 师 活 动 学 生 活 动 说 明
人要生存，离不开能量。机器要运转，也离不开能量。而内能又是人类和各种动力机械主要利用的能量形式之一，让我们一起来认识一下人们是如何利用内能的，引入新课 认同所研究的问题 引入新课
一、燃料的热值1、从原始人类至今，人们使用的能量大部分还是通过燃料燃烧获得的，常见的燃料很多，有煤、石油、天然气和木柴等等，你们家中常燃烧哪种燃料？燃料有哪些共同特点？为什么同样质量的不同燃料燃烧后放出的热量不同？2、提出自学要求：①什么是燃料的热值？符号是什么？单位是什么？②酒精的热值是3.0×107J/kg，其物理意义是什么？ 1、讨论交流，归纳得结论：燃料的共同特点：①能够燃烧②燃烧是化学能转化为内能的过程2、按要求看书自学回答问题 进行新课可用多媒体展示各种燃料的燃烧
二、热值的计算1、热值的计算公式是什么？2、强调热值的计算中“燃料完全燃烧”3、例题 1、针对问题看书自学得公式Q=mq2、讨论交流3、做后讨论，进一步巩固热值的计算
三、出示目标，学生小结 依目标，小结所学内容 可投用目标
四、巩固练习：1、燃料在燃烧的过程中，燃料的 能转化为 能。2、有一种天然气的热值是8.4×107J/m3 ，完全燃烧2m3 这种天然气可放出 J的热量，相当于热值为1.2×107J/kg的干木柴 kg完全燃烧放出的热量。3、有关热值的概念，下列说法中正确的是A、燃料完全燃烧时，它的热量最大B、没有燃烧的燃料，热值等于零C、燃料燃烧时放出的热量越多，热值越大D、燃料的热值与燃烧情况无关4、无烟煤的热值大于干木柴的热值，则A、烧无烟煤比烧干木柴产生的热量多B、要使它们放出同样多的热量，完全燃烧的无烟煤的质量小于完全燃烧的干木柴的质量C、烧无烟煤比烧干木柴产生的烟尘多D、煤比木柴含有的热量多 完成练习反馈矫正
五、作业：课本P58 1、2题
板书设计
第四节 第一课时 燃料及其热值
1、 燃料的热值
1、燃料的共同特点
①能够燃烧
②燃烧是化学能转化为内能
2、1千克燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值。
二、热值的计算
1、 公式：Q=mq
2、 例题
教学反思
课时教案（二）热机效率和环境保护
教学目标
1、能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向
2、对热机效率有初步认识，能大致说出提高热机效率的途径
3、能举例说明燃料燃烧产生的排放有对环境的影响，能大致说出燃料内能的利用与人类社会关系
4、能科学的角度读懂媒体对与热机有关的环境方面的报道，培养自学的环保意识
5、能了解内能的利用和环境保护的关系，能激发起环境保护的意识
重点难点：
热机的效率
教学准备：
关于热机效率、节能、燃料燃烧排放物污染与治理方面的文字、图片、录音带和光盘等多媒体资料
教学设计：
教 师 活 动 学 生 活 动 说明
复习提问：什么是机械效率？ 思考回答 巩固辅垫
一、热机是内能转化为机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题。热机的产生和发展，推动了社会生产力的发展，促进人类文明的同时，也带来了环境污染的问题。这一节课，我们就来学习热机效率和环境的保护。引入新课 认同所研究的问题 引入新课
二、热机的能量损失1、提出问题，热机把燃料所蕴藏的化学能除了做有用功以外；同时还有哪些形式损失能量？2、梳理总结，说出热机燃料释放能量的主要走向。 1、针对问题看书，热机燃料燃烧能量走向示意图。2、归纳总结热机能量的损失①燃料未完全燃烧②废气排出带走能量③克服磨擦，消耗能量 进行新课
三、热机效率1、引出热机效率的概念，提出自学要求，看课本相关内容画出热机效率2、组织学生讨论：如何提高热机效率 1、对着要求看书、自学，得热机效率概念讨论交流，得结论
四、环境保护1、热机给人类生活带来方便的同时，也带来什么问题，你觉得应怎样解决这些问题？2、组织学生分组讨论、交流，并通过学生的展示予以肯定。 1、按要求看书，对环境的污染有初步的认识2、分组讨论交流，归纳环境污染的防治措施 引导学生参与讨论交流，促进学生主动学习，激发学生的环保意识
五、出示目标，学生小结 依目标，小结所学内容 可投影目标
六、巩固练习：1、热机是把 能转化为 能的机械，在热机里，转变为 的能量和燃料完全燃烧所释放的能量的比值称为热机效率。2、如何提高热机效率，是减少能源消耗的重要问题，要提高热机效率，其主要途径是减少热机工作中的各种 损失，其次是保证良好的 ，减少机械损失。3、为节约能源，需提高热机的效率，下列措施中不能提高效率的是A、尽量使燃料充分燃烧B、尽量增加热机的工作时间C、尽量减少废气带走的热量D、尽量减少热机部件间的摩擦4、目前，社会上有一些旧的被淘汰的内燃机，从长远看，你认为有必要修一修再使用吗？说明原因？ 完成练习反馈矫正 当堂可完成1、2、3题，课下完成4题
七、作业：写一份关于热机与环境的调查报告
板书设计
第二课时 热机效率和环境保护
一、热机的能量损失
①燃料未完全燃烧
②废气带走能量
③克服磨擦消耗能量
二、热机效率：热机转变
为有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量的比值
三、环境保护
1、环境污染
2、防治措施
教学反思：
教学参考
1、关于气体燃料的热值
关于气体燃料的热值有两种定义方式：一种与液体、固体定义方式相同，即单位质量某种气体燃料完全燃烧所释放的热量；另一种采用单位体积某种气体燃料完全燃烧所释放的热量。课本中采用的是后一种，因为在生活与生产中大多采用此方式，例如家庭中使用的管道煤气和天然气都用此方式计算机使用量。但单位体积燃料的热值，必然与气体的压强和温度有关，课本中提供的气体燃料热值是在压强为1.013×105Pa、温度为25℃的条件下。
2、关于热机效率
热机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部转变为对外做有用功，有很大一部分能量在工作过程中损耗了。课本图12-28是热机燃料能量主要流向示意图。
燃料是很难完全燃烧的，因此所燃烧的燃料的化学能不可能全部释放。另外，由于燃烧设备的不完善,燃料释放的化学能也不可能都转变为做功气体〈常称为工质 ) 的热能,所以热 机在燃烧过程中要损失一部分热量,通常称为燃烧损失。
做功气体内能变化付程中也有能量损失。以内燃机为例,做功冲程中高温、高压气体体 积膨胀 , 推动活塞对外做功,内能减少,温度降低,从排气道排出的废气温度虽比气缸内混合气体爆发时的温度低。但排出的废气也会带走一部分热量,通常称为废气能量损失,或称内能损失。
机械传动装置对所有的热机都是不可少的,因而还要有一部分能量消耗在使传动装置运转以及克服摩擦力上,这项损耗通常称为机械损失。
由此可见 , 真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料完全燃烧放出的能量的一部分。热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所放出的能量的比值称为热机效率。
为合理利用能源,人们一直在努力提高热机效率,其主要的途径是减少热机工作中的各
种能量损失。首先要减少燃烧加热过程中的热量损失,如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间;蒸汽类热机,应将煤研磨成粉状,用风吹入锅炉内燃烧,这些措施都可以使燃料燃烧得更充分些。其次是要尽量简化机械传动部分,并选用优良的润滑材料减小摩擦 , 以减少机械损失。
减少废气带走的能量是提高机械效率的重要途径之一。法国工程师卡诺在理论上证
明:理想热机的效率为(T1-T2)/T1=1-T2/T1 。
式中 T1 为做功气体初始的热力学温度,T2 为排到冷凝器的气体温度,可见 T2 与 T1
之差越大,热机的效率越高。因此必须尽力提高热机中做功气体的温度,降低排出废气的温
度。
因为 T2/T1 不可能为零 , 所以即使是理想热机,其热机效率也不可能大于 1 。真实热机的效率都低于理想热机效率。
3. 热机与环境
燃料很难完全烧尽,大多数燃料又都含有一定的杂质,因此燃烧后会留有灰烬等废弃
物.这些废弃物不仅占用地面,而且会污染环境。
燃料燃烧不仅生成二氧化碳 , 还会生成一氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等气体和一些粉尘。
飘浮在空气中的粉尘会影响人和动物的呼吸系统正常工作,还会降低光照,影响植物的光合作用,影响动植物生长。
二氧化碳本身是无毒的,但研究认为二氧化碳排放量的增加可能是引起地球温室效应的原因之一,地球温度的升高将引起干旱等灾害,影响植物生长,影响人类生存的环境。
一氧化碳主要是燃料不能完全燃烧形成的,它如进入人体会阻碍体内氧气的传输,使人
缺氧致死( 即 “ 煤气中毒”)。内燃机排出的废气中就含有一氧化碳。
二氧化硫会形成酸雨,危害植物、危害庄稼、破坏生态 , 还将腐蚀建筑物。
氮气在空气中含量极丰富 , 正常温度下是无毒无害的。含氮的空气在吸气冲程中进入内燃机气缸中,当气缸内燃油爆发燃烧时,温度高达1500 ℃ 以上,氮在此高温下会与氧化
合生成一氧化氮和二氧化氮,它们都是有毒的气体,会损害人和动物的身体,也会形成酸雨。
第四节 热机效率和环境保护（学案）
学习目标：
1.从生活中体会不同燃料燃烧释放热能的本领不同,建立燃料热值概念。
2. 会查燃料的热值表。能根据燃料的热值计算一定质量的燃料完全燃烧所释放的热
量。
3、 能说出热机工作时燃料释放的能量的主要流向。对热机效率有初步认识 ,能大致说出提高热机效率的途径。
4. 能举例说明燃料燃烧产生的排放物对环境的影响,能从科学角度读懂媒体对与热机
有关的环境方面的报道,培养自觉的环保意识。
5. 能大致说出燃料内能的利用与人类社会的关系。
学法指导
热值反映了燃料的燃烧特性.它的大小只与原料本身的性质有关,而与燃料的形状、体积、质量的多少无关.理解热值的概念应抓住三个关键:l kg 、某种燃料、完全燃 烧 .否则燃料燃烧放出的热量就不是燃料的热值 .
本节的习题重点是围绕根据热值公式 Q=mq和物体的吸、放热公式 Q=cmΔt 综合起来设计.在解题时,先要分析各物理量之间的关系,然后运用公式代人数值求解.求公式的掌握和对物体吸、放热过程的正确理解是解题关键 .
释疑解难
1. 燃料的热值
(l) 对于热值概念的理解 , 应主要抓住三个关键词:l kg、某种燃料 、完全燃烧 ."l
kg" 是指燃料的质量 .如果燃料的质量不是lkg, 那么完全燃烧时放出的热量就不等于热值的数值."某种燃料"是说热值与燃料的种类有关,确定了燃料才能确定热值,不同的燃料有不同的热值.由此可见,热值反映了燃料的燃烧特性,热值大,说明这种燃料完全燃烧时放的的热量多,或者说化学能转化成的内能多。"“完全燃烧”是一种理想的燃料状态,是指燃料烧完烧尽 。1kg的某种燃料只有完全燃烧放出的热量才等于这种燃料的燃烧值。
(2) 热值反映了不同燃料完全燃烧时放热本领不同的特性。不同的燃料,其热值一般不同,同一种燃抖的热值是一定的,与燃料的质量,体积放出热量的多少等无关。
2. 热机效率
(1) 热机效率是指热机转变为有用功的能量与燃料完全燃烧所择放的能量的比值,它反映了能量的利用率,热机性能的一个重要标志.
(2) 由于热机在工作过程中,总有能量损失,所以热机的效率总小于1。柴油机的效率比汽油机的效率高,主要是因为柴油机在压缩冲程中对气体的压缩比汽油机更大。热机的效率跟热机做功的多少、功率大小无关 .
3. 环境保护
燃料的利用使人类得到大量内能,但同时造成环境污染,尤其是热机的使用.因此,保护环境,控制和消除大气污染是必须重视的问题,对于内能利用中产生的污染,可采取的防治措施有:
(1) 改进燃烧设备;
(2) 集中供热,减少大气污染;
(3) 充分开发利用污染小或无污染的能源；
(4) 在内燃机排气管上安装消声器来减小噪声污染.
自我检测
1、煤油的比热容是 2.1× l03 J/(kg ·℃ ), 将质量4kg的煤油从20℃加热到70℃需要吸收 J热量,如果将煤油倒掉一半,它的比热容将为 J/(kg ·℃ ).
2、在我国实施的 " 西气东输 " 工程中,西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区。天然气与煤相比,从热学角度分析它突出的优点是 ； 从环保角度分析它突出的优点是 .( 天然气、煤的热值分别为1.14 ×108J/kg、3x107J/kg)。
3、四口之家分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量分别为:木材约200kg,烟煤约 80kg,液化石油气约3Okg.煤气约6Okg.这四种燃料中哪一种燃料的热值最高 ( )
A.、液化石油气 B、煤气 C、烟煤 D、木材
参考答案：
1.4.2χ105;2.1χ103 2.热值较大； 含杂质少，利用率高，污染少 3.A
课外空间
一、酸雨简介