12.4 热机与社会发展
【教学目标】
知识与技能
①理解内能可以转化为机械能.
②知道热机中能量的转化，理解四冲程汽油机的构造和工作原理.
过程与方法
通过观察汽油机模型和汽油机活动挂图的演示理解汽油机的工作过程，能够简单描述汽油机的四个冲程.
【教学重点】
理解内能可以转化为机械能.
【教学难点】
汽油机四个冲程的理解.
【教学准备】
试管、水、橡皮塞、酒精灯、火柴、汽油机模型、汽油机活动挂图.
【教学过程】
复习引入
1、复习提问：请举例说明机械能可以转化为内能.
打气时气筒会发热 用锯子锯木料时锯条会发热
2、刚才的事例都说明机械能可以转化为内能，那么反过来想，内能会转化为机械能吗？
进行新课
一、热机是人类历史上最伟大的发明之一.热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等.这些热机的共同特点，是将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能.
汽油机
汽油机是用汽油燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机.它常用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上.
构造及其作用
部件名称 作用
汽缸 汽油在汽缸的顶部燃烧从而产生高温、高压气体
活塞 在汽缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能
连杆和曲轴 连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置跟工作机相连，将活塞的动力传给工作机
进气门 汽油和空气形成的燃料混合气的进口
排气塞 燃料燃烧后废气的出口
火花塞 点火装置，能产生电火花使燃料混合物猛烈燃烧
汽油机工作原理
内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程.
开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门均关闭.工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭.由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入汽缸.这是第一个冲程，吸气冲程.
活塞运动到最下端，就开始转为向上运动，这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大，此时是机械能转化为内能，这是第二个冲程，压缩冲程.
压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点.在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞由上向下运动，通过连杆带动曲轴转动.实现了内能向机械能的转化.这是第三个冲程，做功冲程.
做功冲程结束，活塞继续由下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外.这是最后一个冲程，排气冲程.
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环.
概括来讲就是：内燃机工作时，四个冲程周而复始，在内燃机的一个工作循环中,活塞来回往复两次,曲轴转动两周,对外作功一次.只有做功冲程是对外做功的，其余的三个冲程是辅助冲程，要靠装在曲轴上的大飞轮的惯性来带动的.在压缩冲程中,是机械能转化成内能,在做功冲程中,是内能转化为机械能.
热机效率
1.热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率.
蒸汽机的效率很低，只有6%～15%.内燃机的效率较高，如汽油机的效率为20%～30%，柴油机的效率可达45%.提高热机的效率，是人类在制造热机技术方面孜孜不倦的追求.
四、热机与环境
1.交流讨论：热机的发展和应用推动了社会的快速发展.热机在能的转化过程中会对环境造成一定程度的污染.请指出热机工作过程中可能造成哪些环境污染.
（1）形成大气污染
热机排出的废气：①废气温度高于环境温度；
②废气中含有铅、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物质.
（2）噪声污染
2.怎样控制热机对环境造成的污染
（1）改进燃烧设备，消除烟尘；
（2）提高燃料的综合利用；
（3）充分利用污染少和无污染的能源；
（4）在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染
【课堂小结】
汽油机是用汽油燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机.它常用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上.
汽油机工作的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程.
3.热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率.
4.热机的发展和应用推动了社会的快速发展.热机在能的转化过程中会对环境造成一定程度的污染.
PAGE
4
12.3 研究物质的比热容
【教学目标】
知道比热容的概念，会用比热容的知识分析、判断有关问题.
会查物质的比热容表.
【教学重难点】
理解比热容的物理意义.
用比热容知识解释有关现象或问题.
【教学器材】
酒精灯、烧杯、水、砂石、温度计、铁架台.
【教学过程】
导入新课
据有关专家预测，我国目前最大的水电站——三峡水电站建成后，三峡水库区的气温会受到一定的影响：夏天气温将比原来下降2 ℃左右，而冬天气温将比原来升高2 ℃左右，请你们猜一猜可能的原因是什么？
海边的故事：中午沙子很烫而水不烫；晚上沙子很凉而水不凉.思考：为什么在同一时刻沙子和海水的温度却不一样呢？
这就是本节课要学习的：不同物质吸、放热性能的问题（比热容）.
推进新课
探究物质的吸热、放热性能
实验探究：物质的吸热本领一样吗？
1.演示实验：取两个相同的烧杯，甲烧杯里装水，乙烧杯里装相同质量的砂石，它们的初温相等.用相同的酒精灯同时给它们加热相同的时间，观察二者温度的变化.
2.思考：质量相等的水和砂石，当它们升高的温度相同时，加热的时间长短是否相同？这个事实说明了什么？
3.结论：质量相等的不同物质，在升高相同的温度时，吸收的热量是不相等的.所以，不同种类的物质吸、放热的本领不相同.
4.通过实验我们可以看出不同种类的物质吸收相同的热量，升高的温度不同；而升高（或降低）相同的温度，所吸收（或放出）的热量也不同，那么用什么方法来描述物质的这一特性呢？用比热容这一物理量来描述这一特性.
什么是比热容
1.定义：单位质量的某种物质温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量，叫做这种物质的比热容.
2.符号：c
3.单位：J/(kg·℃) 读作“焦每千克摄氏度”.
4.物理意义：水的比热容4.2×103J/(kg·℃)表示1kg的水温度升高（或降低）1℃所吸收（或放出）的热量是4.2×103J.
学生查看比热容表、练习并查找水的比热容、冰的比热容、明白比热容的大小变化规律.
比热容的计算：
计算：2kg的水温度从20℃升高到80℃吸收多少热量？
6.一些常见物质的比热容
(1)比热容是物质的一种属性.与质量、体积、形状、温度、位置等无关.（受状态影响，例如：水和冰的比热容不同）
(2)不同物质比热容一般不同；比热容相同的, 不一定是同种物质.
(3)水的比热容最大.
三、水的比热容比较大的应用
“水的比热容大”这一特点在人们的日常生活和生产中具有重要的意义.
讨论 ：
1.汽车发动机为何用水来冷却？
2.冬天的散热器（俗称暖气片）为何用热水供暖？
这是因为水的比热大.在温度变化相同时，水吸收(放出）的热量最多，冷却（供暖）效果最好.
砂石
单位：J／(Kg·℃)
PAGE
1
12.2 热量与热值
【教学目标】
知道热量的定义、符号和单位.
知道热量与内能和温度的关系.
了解并掌握物体吸热或放热与质量和温度的关系.
知道热值的定义，会用Q=qm进行简单的计算，了解燃烧的效率.
【教学重难点】
理解热量与内能和温度的关系.
会用公式Q=qm进行计算，了解燃烧的效率.
【教学过程】
什么叫做热量
思考：内能改变多少可以用什么来度量呢？
热量是物体内能改变的一种量度.
定义：在物理学中，把物体在热传递过程中内能改变的多少叫做热量.当仅有热传递时，物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少.
符号：热量通常用符号Q表示 ，吸热时Q吸，放热时Q放.
单位：焦（J） 一根火柴完全燃烧放出来的热量约为103J
热量是一个过程量，它对应于热传递的过程.一个物即使试温度很高，也不能说它含有的热量多.不能说一个物体含有多少热量，只能说一个物体吸收了多少热量或放出了多少热量.
探究物体吸收或放出的热量
这段内容是通过对水加热的实验，让学生认识水吸热的多少与水的质量和升高的温度之间的关系.通过这个实验既可以巩固加深学生对热量概念的理解，又为下节课学习比热容打基础.
活动1：实验之前，应先提出问题：物体吸收或放出热量的多少与哪些因素有关？引导学生根据生活经验和事实猜想.进行猜想可以为后面的实验研究定向，同时对最终理解实验结论具有铺垫作用.活动A按照教材设计进行即可.活动B可以让学生分小组讨论设计，教师要适时提醒学生如何控制变量.为方便计算，同时考虑到课堂上加热的时间有限，取100g、200g、300g的水即可.对质量不同的水进行加热时，如果用酒精灯作热源，要保证每个酒精灯的火焰大小、燃烧情况基本相同.
得出结论后，教材给出了1kg水温度升高（或降低）1℃需要吸收（或放出）的热量，这里可以根据学生实际适当扩展一下：1kg砂石温度升高1℃时，需吸收的热量是0.92×103J；1kg砂石温度升高10℃，需吸收多少热量？10kg砂石温度从10℃升高到100℃，需吸收多少热量？与水对比，你有什么发现？这样会对后面学习比热容作好铺垫.
三、燃料的热值
热值是表征燃料完全燃烧时放热本领的物理量，是选择燃料的主要依据.热值问题可以从生活中需要大量的热量引出.例如，通过阅读教材或用多媒体投影展示固体燃料、液体燃料或气体燃料，然后让学生列举生活中常见的燃料，判断属于上面的哪一类.再提出思考讨论题：这些不同燃料燃烧的过程有哪些相同点和不同点？学生交流后，教师及时总结，明确燃料燃烧过程都要放热，但质量相等的不同燃料完全燃烧放出的热量不相等.为了表示燃料燃烧时这种放热本领的不同，物理学中引入了热值的概念.至此可以顺势给出热值的定义和单位.
常见燃料的热值表比较简单，类似的表格前面见过多次，可以让学生阅读表格，谈谈有什么发现.教师要注意引导学生明确燃料的热值表示的含义，知道表示气体热值时单位常用J/m3，在常见燃料中氢的热值是最大的.
有关热值的计算公式比较简单，可以利用教材中的题目或者教师另选类似的题目进行练习.这里的计算只为帮助认识热值，不必扩展更多更深.
燃烧的效率问题和污染问题是目前社会关注的热点问题，如果只是让学生阅读教材中的文字或只由教师讲述，都显得比较枯燥，难以在学生脑海中形成深刻的印象，更不能达到对学生情感态度与价值观的教育效果.教学中可以通过加强视觉信号来突出这个问题，如用挂图或多媒体投影展示锅炉烟囱、蒸汽机车冒黑烟等类似情景，提出问题让学生思考：这些燃烧存在哪些问题？教师组织学生交流，最后归结到燃烧效率和环境污染两个方面，指出燃料不能完全燃烧会浪费燃料，降低效率，造成污染.还可回扣到热值定义中的关键词“完全燃烧”，让学生体会为什么要有这样的限定.教师要引导学生分析燃料燃烧所产生热量的流向，知道哪些是有用的，哪些被浪费掉了，进一步理解效率的意义.在比较普通家用煤炉、普通燃煤锅炉和现代化锅炉的效率时，通过多媒体投影、挂图展示相关情景，可以产生更加形象化的效果.教师还应加以引申，让学生知道节约能源、减少污染是可持续发展观的重要目标.
活动2：目的是使学生加深对热值概念的理解，运用热值概念分析解决实际问题.其中的第1个问题可以在课堂上完成，可以个人活动，也可小组活动.第2个问题应与课后课外活动1结合起来，布置每个学生回家完成.就一个班级而言，最好有不同燃料结构的家庭调查进行对比，以丰富学生对我国家庭燃料结构与节能措施的认识.一定要让学生实际进行调查，并在课堂上进行交流，这样有助于培养学生关注生活、关注社会的良好习惯，实现新课程标准中“从物理走向社会”的新理念.
信息浏览栏目
对西气东输作了简单介绍，是希望学生能够关注社会现实中的重大问题.西气东输是我国近年来重要的工程项目之一，是解决东部能源紧缺的重要举措，对东部地区的发展具有十分重要的意义.建议让学生通过上网或查阅书籍，搜集有关信息，然后全班进行交流共享.
课外活动1：是一个以调查、访问、观察为主要形式的综合性活动，意图是希望通过学生进行社会调查，了解我们周围普通人生活的变化和发展，感受社会的不断进步，进一步激发学生为社会发展做出自己贡献的热情.实际教学中，对不同层次、不同条件的学生可以提出不同的要求.也可结合研究性学习课程，将它作为一个课题，组织小论文评选等激励学生积极参与.教师自己也要带头进行这方面的调查研究，以丰富教学内容和教学资源.
课外活动2：目的是让学生学习阅读数据表，从中提取有用信息，通过计算来分析讨论有关饮食、运动和身体成长方面的问题，引导学生关注我们周围的生活，关注自身的发育和发展，并形成运用数据来分析和判断生活现象的意识，养成严谨求实的科学态度.对于第1个问题，由于需要提取信息，并进行简单计算，因而具有一定的难度.建议按性别将男、女学生分成若干小组分别活动，得出若干结果，再进行汇总.以13～15岁年龄段的女生为例，每天需要淀粉0.56kg，而16岁的男生则每天需要淀粉0.70kg.计算结果保留两位有效数字即可.第2个问题则可以结合当前我国青少年大量出现的“小胖墩”、“豆芽菜”这类亚健康体形的原因展开讨论，也可以与本章其他内容综合在一起，让学生以小论文的形式参与讨论交流.不管采用什么形式，都要要求学生联系自己和身边的实际，活动的目的是为了指导自己养成科学的生活习惯和健身意识.
以上两个活动很好地体现了新课程的理念，是引导学生从生活走向物理、从物理走向社会的绝佳素材，老师们在教学中一定要予以足够的重视，让学生实实在在地活动，切实有所收获.
【课堂小结】
热量：在物理学中，把物体在热传递过程中内能改变的多少叫做热量.
当仅有热传递时，物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少.
1kg纯水温度升高或降低1℃时所吸收或放出的热量是4.2×103J.
热值：在物理学中，把某种燃料完全燃烧时所放出的热量与燃料质量的比叫做这种燃料的热值.
PAGE
1
12.1 认识内能
【教学目标】
1.知识与技能
能通过类比法理解内能的概念，并掌握类比法.
能简单描述温度和内能的关系.
知道内能的单位.
知道改变内能的两种途径.
2.过程与方法
通过类比，分析实例，用推理的方法认识分子由于热运动而具有动能和势能.
让学生动手实验探究改变物体内能的两种途径.
通过讨论，了解做功和热传递在改变内能时是等效的
3.情感、态度与价值观
从物理知识与生活的密切联系，激发学生的求知欲.
【教学重点】
内能的概念.内能与温度的关系.
【教学难点】
1.用类比的方法认识分子具有动能和势能.
2.了解内能与温度的关系，知道做功和热传递改变内能的实质是什么.
【教学过程】
一、引入课题
在我们生活中常会观察到这样一些现象，烧开水的壳盖常被蒸汽顶起来.装水的瓶子结冰后，瓶子会被胀裂.
请学生思考：壳盖能被顶起来，蒸汽对它做了功；瓶被胀裂，冰对瓶子做了功，说明蒸汽和冰都具有能，这是一种什么形式的能呢？
学生讨论后，教师讲述：这种能量不同于机械能，它来自于水蒸气和冰的内部，称作内能.内能与我们生活的关系是非常密切的，本节课我们就来学习这个内容.
二、新课教学
板书：认识内能
（一）什么是内能？
1.复习（先提问学生，播放课件）
分子动理论的初步知识：物体是由大量分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用力.
动能和势能的概念：物体由于运动而具有的能叫动能，物体由于被举高或发生弹性形变而具有势能.
2.用类比引导学生认识内能
学生活动：请学生观察教材图12-1，类比、思考、交流、讨论、总结.
运动的篮球具有动能，运动的分子也一定具有动能；
苹果和地球因相互作用而具有势能，分子之间也有相互作用力，分子也有势能.
被压缩的弹簧各部分互相排斥而具有势能，互相排斥的分子也具有势能.
教师讲述：同学们用这种将已知的事物跟未知的事物进行比较，根据它们的相同或相似推知未知事物也可能有某种属性，这种方法叫类比法，这是一种非常重要的方法.
小结：物理学中，把物体内部所有的分子动能与分子势能的总和，叫做物体的内能.一切物体，不论温度的高低，都具有内能.
3.认识内能与温度的关系
启发学生思考内能的大小可能与哪些因素有关.再请学生阅读回顾分子运动剧烈程度与温度的关系，使学生从微观角度认识到，同一物体温度越高，分子的无规则运动越剧烈，分子的动能越大，当物体的体积不变时，分子的势能是不变的，则物体的内能越大；反之，温度越低，内能越少.
小结：物体的内能与温度有关，同一物体，温度越高，内能越大.
（二）怎样改变物体的内能
教师讲述：既然内能与物体的温度有关，那么只要改变物体的温度就可以改变物体的内能.
教师演示，学生观察、判断.
（1）用力压打气筒的活塞
让学生触摸并描述压缩前后筒壁的温度的变化，并判断筒壁的内能是否发生变化.
（2）将一杯开水放在冷水中
让学生触摸水放入前后的温度，并作描述，判断水的内能是否发生变化.
2.学生实验：
给每组一根铁丝，请同学们互相讨论，想出各种办法来改变它的内能，并进行实验，再将实验情况记录下来.
小结：列举同学们所用的各种做法：如一类为弯折、磨擦、敲打等，另一类为晒、烧烫等.前者是通过做功的方法，后者是通过热传递的方法来改变内能的.
3.请学生阅读教材图12-3（或看课件）并知道它们分别是用什么方法来改变内能的.再让学生任选身边的两个物体来进行实验.并将实验过程下来，以便能孰悉改变内能的两种方式.
（课件）改变内能的两种方式是“做功”和“热传递.
4.热传递的三种方式（展示课件或看课本）
总结热传递是怎样改变内能的
5、做功改变内能（播放课件）
总结做功是怎样改变内能的
6、通过演示（或讨论、思考）让学生了解“做功”和“热传递”这两种改变物体内能的方式是完全等效.所以功与内能的单位是相同的，都是焦（J）.
【课堂小结】
1．分子热运动的动能、分子势能和内能的概念，知道内能与机械能的区别和联系.
2．一切物体，都具有内能.温度变化，内能也会变化.
3．改变内能的两种方法：做功和热传递；做功和热传递对改变物体的内能是等效的.
4．克服摩擦力做功，内能增大.
5．外界对物体做功，内能增加；物体对外界做功，内能减小.
PAGE
3
