机械能和内能[上学期]

第十二章 机械能和内能
[课题]：一、动能 势能 机械能
[教学目标]
（1）．知识与技能
1、通过实例分析，认识到运动的物体能做功，具有动能。
2、通过探究，知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关，并能解释简单的现象。
3、通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象。
（2）．过程与方法
通过观察和实验，认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单物理现象。
（3）．情感态度与价值观
能够运用“控制变量法”进行实验设计，逐步养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。[教学重点] 动能、弹性势能、重力势能的概念和决定其大小的因素
[教学难点] 分析解释有关能量及能量转化的实例
[教学方法]
通过对生活中实例的分析，引出本节的课题。通过三个活动进一步分析探究决定动能、势能大小的因素。运用动能、弹性势能、重力势能的概念及能量转化的观念分析讨论日常生活中的相关事例。
[教学用具] 斜面、小车、木块、砝码、卡片、橡皮筋、木桩、细纱、大小不同的木块、单摆（摆球、细线）、滚摆。
[课时安排] 2课时
[教学程序]
[一]、导入
①为什么在高速公路上要限制汽车的最大行驶速度？
②人脚踩滑板从高处滑下，为什么会越来越快？
③什么是能量？
[二]、新课讲授
一、能量：一个物体如果能够对另一个物体做功，这个物体就具有能量。
①物理学中做功的含义？
1．做功的两个必要条件：(1)作用在物体上的力；(2)物体在力的方向上移动一定的距离
②如何理解能够做功的意义？物体有做功的本领，但不一定就做功。
2．物体能够做的功越多，具有的能量就越大。③那些物体具有能量？
二、动能：物体由于运动而具有的能量
观察课本P30图12-1
①由图可得到哪些信息？
公路上对车辆行驶的速度有限制，且对不同的车辆行驶速度的限制不同。
②根据图提供的信息提出问题
提出问题：动能的大小可能与哪些因素有关？
进行猜想：动能的大小可能与物体的质量和速度有关
设计实验：
③实验应采用的方法？
控制变量法
④选用那些实验器材？
⑤通过观察什么现象而知道物体的动能大小？
观察木块被推动距离的远近
木块被推动得越远，说明小车对木块做功越多，即小车具有的动能越大。
（活动1）探究动能大小与哪些因素有关
1． 动能大小与速度大小的关系
条件：同一小车从同一斜面的不同高度滑下
①小车运动到水平面上时的速度大小是否相同？
②木块被撞后移动的距离是否相同？
现象：速度大的小车使木块移动距离远，对木块做功多，
小车具有的动能大。
结论：运动物体的动能大小与物体的速度有关，质量相同时，速度越大，物体的动能越大。
2． 动能大小与质量的关系
条件：改变小车的质量，让它们从同一高度、同一斜面由静止下滑。
现象：质量大的小车使木块移动距离远，对木块做功多，小车具有的能量大。
结论：运动物体的动能大小与物体的质量有关，速度相同时，质量越大，物体的动能越大。
动能大小与物体的速度和质量有关，物体的速度越大，质量越大，它具的动能就越大。
三、弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量
提出问题：弹性势能的大小可能与哪些因素有关？
进行猜想：弹性势能的大小可能与弹性形变的大小有关
设计实验：
①选用实验器材
②通过观察什么现象知道物体具有的弹性势能大小
观察橡皮筋拉伸后弹出去的距离（卡片弹起情况）
（活动2）探究弹性势能与弹性形变大小的关系
现象：橡皮筋拉伸得越长，弹出去的距离越远。
说明：被拉伸的橡皮筋具有的弹性势能越大。
在一定的范围内，形变越大，发生形变的物体具有的弹性势能就越大。
四、重力势能：物体由于被举高而具有的能量
提出问题：重力势能的大小可能与哪些因素有关？
进行猜想：重力势能的大小可能与物体的质量和被举高的高度有关
设计实验：
①实验方法：控制变量法
②选用器材
③通过观察什么现象知道物体具有的重力势能大小
观察木桩在沙中下陷的深度
木桩下陷的越深，说明重锤对木桩做功越多，重锤举高时具有的重力势能就越大。
（活动3）探究重力势能的大小与那些因素有关
1． 重力势能大小与质量的关系
条件：质量不同的重锤从同一高度自由下落
现象：质量大的重锤下落后将桩打得越深
结论：物体具有的重力势能大小与物体的质量有关，在举高的高度相同时，质量越大，物体具有的重力势能越大。
2． 重力势能大小与被举高的高度的关系
条件：同一重锤从不同高度自由下落
现象：重锤举得越高，下落后将桩打得越深。
结论：物体具有的重力势能大小与物体被举高的高度有关，质量相同时，举得越高，物体具有的重力势能越大。
重力势能的大小与物体的质量和被举高的高度有关，质量越大，被举高度越大，物体
具有的重力势能就越大。
五、势能：弹性势能和重力势能的总称
观察课本P30图12-2
①小明从高处滑下越来越快说明了什么？
②生活中有哪些类似的例子？
③小明的动能为什么会越来越大？增大的动能从何而来？
（活动4）观察摆球的动能和势能的转化
④摆球在摆动过程中具有何种形式的机械能？
⑤摆球从A到O摆动的过程中，速度_____，动能______;
高度______，重力势能_______。
⑥物体增大的动能从何而来？重力势能减小到哪里去了？
结论：物体的重力势能转化为动能
⑦摆球从O到B摆动的过程中，速度_____，动能______;
高度______，重力势能_______。
结论：物体的动能转化为重力势能
观察课本P35图12-12(a)、(b)、(c)三幅图中物体的动能和势能的变化及相互转化情况。
（练习）
（1）滚摆（过山车）：
上升过程：动能减小，重力势能增大
动能转化为重力势能
下降过程：动能增大，重力势能减小
重力势能转化为动能
（2）皮球下落：
下降过程：动能增大，重力势能减小
接触地面到形变最大：动能减小，弹性势能增大
形变最大到复原：弹性势能减小，动能增大
上升过程：动能减小，重力势能增大
六、物体的动能和势能可以相互转化
①生活中还有那些事例表明动能和势能可以相互转化
②上述事例中，如果没有摩擦和空气阻力，结果又会如何？
③实际事例中损失的能量到哪里去了？
[三]、小结
[四]、作业
倍速12.1
[课题]：二、内能 热量
[教学目标]
1．知识与技能
⑴了解内能的概念，通过类比的方法，直到任何一个物体都有内能。
⑵能简单描述温度与内能之间的关系。
⑶结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，是内能的转移过程。
⑷了解热量的概念，知道热量的单位，能正确使用“热量”这一术语，会利用公式Q=cm△t进行关于物体吸热、放热的简单计算。
⑸了解用热传递来改变物体内能的方法在生产、生活中的应用，或用相关知识解释一些现象。
2．过程与方法
　　通过对实例的分析讨论，运用类比的方法引出内能的概念。通过小实验说明内能与温度的关系。
联系八年级所学的分子动理论的相关知识，采用类比的方法介绍内能的概念，通过实验说明温度与分子热运动剧烈程度的关系，并进一步分析说明温度与内能之间的关系。联系八年级比热容的概念介绍关于热传递中吸收或放出热量的简单计算。
3．情感态度与价值观
　　（1）乐于探索自然现象和物理规律，乐于参与观察、实验、探索活动。
（2）有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
（3）培养学生的综合学习能力，激发学生的求知欲。
[教学重点] 内能、热量的概念，内能和温度的关系
[教学难点] 内能、热量的概念，内能和温度的关系。
[教学方法] 通过对实例的分析讨论，运用类比的方法
[教学用具] 墨水、烧杯、热水、冷水
[课时安排] 2-3课时
[教学程序]
（一）、引入新课
①回力小汽车运动时具有的动能从何而来？
②马路上行驶的汽车具有的动能又是从何而来的？
汽油、煤、天然气等燃料燃烧时和磨擦生热都会产生一种与热运动有关的能量—内能。
③什么是热运动？分子动理论描述了物质的微观结构
④什么是分子动理论？(1)物质由分子组成(2)分子在不停地做无规则运动(3)分子间存在相互作用的引力和斥力
宏观物体和微观分子类比：
(1)物体由于运动而具有动能；分子由于作物规则运动而具有分子动能。
(2)弹簧由于（被拉伸、压缩）弹性形变而具有弹性势能，物体由于被举高而具有重力势能（因为存在地球引力）；
分子间由于存在相互作用的引力和斥力而具有分子势能。
（二）、讲授新课
一、内能：物体内所有分子作无规则运动的动能和分子势能的总和。
观察课本P39图12-17
1．一切物体都具有内能
（活动）观察墨水在冷水和热水中扩散的快慢
现象：墨水在热水中扩散的快
分析：温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子动能越大。
结论：
2．物体的内能与温度有关，温度越高，内能越大。
举例：日常生活中物体内能发生变化的事例
观察课本P39图12-18
3．热传递是改变物体内能的一种方式。
二、热传递：能量从高温物体向低温物体或者从同一物体的高温部分向低温部分传递的现象。
1．热传递的条件：存在温度差
在热传递过程传递的究竟是何种形式的能量？
2．热传递的实质：内能的转移
3．热量Q：热传递过程中转移的能量的多少
在热传递过程中：
高温物体，_______热量，_______减少，_______降低；
低温物体，_______热量，_______增加，_______升高；
4．热量的单位：焦耳，简称焦，符号J。
物体吸收或放出热量的多少究竟与哪些因素有关？
物体吸收或放出热量的多少与物质的种类、物体的质量、温度的变化有关。
三、物体吸、放热的计算公式
Q吸 = cm( t - t0 ) Q放 = cm( t0 - t )
Q吸 —— 物体吸收的热量( J )
Q放 —— 物体放出的热量( J )
c —— 物质的比热容 J/(kg·℃)
m—— 物体的质量( kg )
t0 —— 物体的初温( ℃ ) t —— 物体的末温( ℃ )
例题：在20℃室温下，烧开一壶5kg的水，大约需要多少热量？
解：△t=100℃-20℃=80℃
Q= cm△t
= 4.2×103 J/(kg·℃) ×5kg×80℃=1.68×106J
答：大约需要1.68×106J热量。
①实际烧开这壶水所需的热量要大于1.68×106J，为什么？
在烧开水的过程中灶台、周围的空气、壶都会吸收热量。
②课本P41“生活 物理 社会”汽车发动机是如何实现降温的？
[三]、小结
[四]、作业
倍速12.2
[课题]：三、机械能和内能的相互转化
[教学目标]
1．知识与技能
（1）认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其它形式能向内能的转化过程。
　 （2）通过观察、分析内能转化为机械能的现象，知道热机的工作原理。
（3）了解汽油机的结构及其工作过程。了解内能的利用在社会发展史上的意义。
⑷通过探究，知道不同燃料的热值不同，会查热值表，会进行燃料燃烧放热的简单计算，⑸能从能量转化的角度认识燃料的热值。
⑹认识燃烧排放物对环境的影响、认识能源与人类生存和社会发展的关系。　
2．过程与方法
　　 以图片形式围绕重点内容举例提出问题，激发学生学习的兴趣。教材首先从做功能改变物体的内能入手，有助于学生认识到两种改变物体内能方式间的异同，介绍了内能转化为机械能，为热机的教学做了铺垫。
3．情感态度与价值观
　　（1）乐于探索自然现象和物理规律，乐于参与观察、实验、探索活动。
（2）有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
[教学重点] 认识到做功是改变内能的另一种方式。了解四冲程汽油机的基本结构及其工作
过程。四冲程汽油机的工作过程和其中的能量转化。
[教学难点] 知道热值的概念和单位，会进行燃料燃烧放热的简单计算。
[教学方法] 创设情景提出问题，通过几个活动说明做功可以改变物体的内能，联系实际引出热机的概念。
[教学用具] 铁丝、空气压缩引火仪、电子式火花发生器、汽油机模型、温度计、铁架台、石棉网、烧杯、燃烧皿、酒精、碎纸片、水
[课时安排]2-3课时
[教学程序]
（一）、引入新课
①观察课本P42图12-21、12-22
②日常生活中有哪些类似的现象？
③从能量转化的角度分析上述现象
探究做功能否改变物体的内能
（活动1）课本P42图12-23
现象：铁丝的弯折处发热
说明：对铁丝做功使铁丝的内能增大，温度升高。
（活动2）空气压缩引火仪
现象：棉花燃烧
说明：活塞压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高，达到棉花的着火点。
④上述实验中，物体增加的内能从何而来？
（二）、讲授新课
一、做功是改变物体内能的另一种方式
1．对物体做功可以使物体的内能增大，温度升高。
（机械能转化为内能）
①如果物体对外做功，会发生什么现象？
②生活中物体对外做功的事例？
（活动3）演示点火爆炸（课本P43图12-25）
现象：盒盖被顶开，盒口出现“白气”
③分析“白气”的形成
说明：酒精燃烧后的燃气对外做功，燃起的内能减少，温度降低。
从能量转化的角度分析上述过程
2．物体对外做功，使物体的内能减少，温度降低。
（机械能转化为内能）
①这一实验原理在实际生活中哪些方面有应用？
二、热机：是将燃料燃烧产生的高温高压燃气的内能转化为机械能的装置
②热机是如何将内能转化为机械能的？
观察课本P44图12-26，了解汽油机的构造。
1．构造：进气门、汽缸、曲轴、连杆、活塞、排气门、火花塞
观察课本P44图12-27，了解汽油机的工作过程。
2．冲程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一段运动到另一端的过程叫做冲程。
3．汽油机的一个工作循环：
(1)吸气冲程 (2)压缩冲程 (3)做功冲程 (4)排气冲程
①改变内能的两种方式？
②如果一根锯条的温度升高，能否知道是什么方式改变了物体的内能？
③这说明了什么？
④阅课本P44“生活 物理 社会”，了解热机的发展历程和火箭发动机。
4、①一个三口之家，每月所需能量基本不变，如果使用不同的燃料，其月消耗量是否相同？
②燃料充分燃烧放出的热量可能与哪些因素有关？
（活动4）比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量
见课本P47图12-32
加热前的水温（℃） 燃料燃尽后的水温（℃） 水温的变化（℃）
10g酒精
10g碎纸片
结论：质量相等的不同燃料完全燃烧所放出的热量一般是不相同的
三、热值q：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
1．单位：J / kg
2．燃料完全燃烧放出的热量：Q放 = mq
③烟煤的热值2.9×107 J / kg表示什么？
1kg的烟没完全燃烧所放出的热量是2.9×107 J
④燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？
[三]、小结
[四]、作业
倍速12.3
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