苏科版九年级物理教案：12.4机械能与内能的转化

教学基本信息
题目
机械能与内能的转化
学科
物理
年级
九
教材内容
苏科版12章第4节机械能与内能的转化
1.
教材分析
本节内容主要让学生了解内能与机械能的转化，通过学习汽油机的原理、结构和工作过程向学生体现物理知识的实用价值。2.
首先从做功能改变物体的内能入手，这样便于与上一节热传递改变物体内能的内容相联系，有助于学生认识这两种改变物体内能方式间的异同。接着介绍了内能转化为机械能，为下面进行热机的教学做了铺垫。根据课程标准的要求，本节重点介绍四冲程汽油机的构造和工作过程，而对柴没机和蒸汽机则在“信息库”中予以介绍，这样做既能突出重点又能扩大学生的知识面。通过“热机的发展历程”一文，展示热机的发展对人类社会文明的进程所起的积极作用，使学生了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。
2.
学情分析
本节内容要求学生动手实验、观察教师演示实验和多媒体动画，透过实验现象积极思考认识到客观事物运动变化的本质。学生学习最主要的障碍是把操作过程和实验现象与相应的物理概念对应起来从而得出正确的结论。2.
绝大部分学生对本节内容是很有兴趣的，会积极参与动手实验认真思考，但也存在能力上的差异要通过提问给予启发
3.
教学目标(含重、难点)
1.重点通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其他形式的能向内能转化的过程。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，借助多媒体动画，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程，这是难点。再通过探究，知道不同燃料的热值不同，会查阅热值表，会进行燃料燃烧放热的简单计算，能从能量转化角度认识燃料的热值2.通过动手实验、观察演示实验，培养学生的观察能力和透过实验现象认知事物发展变化内在规律的能力。3.通过学习汽油机的原理、结构和工作过程，揭开科学技术的内在秘密，提高学生的兴趣，增强学生的学习动力。通过阅读“热机的发展历程”，了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，
4.
教学过程
1.复习提问（关于热传递如何改变物体的内能）2.学生实验：双手互搓体验手的温度如何变化，用铜丝在桌边来回拉动摩擦再用手触摸铜丝有什么感觉。演示实验：教师使用压缩引火仪演示压缩引火实验。引出结论：对物体做功物体的内能会增加
机械能转化为内能
演示实验：教师用气筒向装有少量酒精的封闭瓶中打气直到瓶塞跳起。
引出结论：物体对外做功内能减少
内能转化为机械能
总结结论：做功也可以改变物体的内能演示实验：教师演示图12-32的实验
得出结论：利用内能可以做功
引出热机概念，重点讲述内燃机中的汽油机
汽油机的结构-----多媒体图画
汽油机的四个冲程----多媒体动画3.燃料的热值
演示图12-38实验引出热值概念
根据热值概念引出燃料完全燃烧放出热量的计算公式
Q=mq
关于热值的计算，延伸至关于热机效率的计算，热机的应用与环境的保护
5．板书设计
§12-4
机械能与内能的相互转化做功-----改变物体内能的另一种方式对物体做功物体的内能增加------机械能转化为内能物体对外做功物体的内能减少----内能转化为机械能
做功也可以改变物体的内能
改变物体内能的两种方法：做功和热传递热机----将内能转化为机械能的装置汽油机的结构：气缸、活塞、进气门、排气门、火花塞、连杆、曲轴汽油机的工作过程：
吸气冲程----------吸入空气和汽油的混合物
压缩冲程----------压缩空气和汽油的混合物做功（预热）
做工冲程----------点燃混合燃料推动活塞对外做功排气冲程----------排出废气四个冲程组成一个工作循环，一个工作循环曲轴转动两周，压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能，做工冲程是核心。热值：燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量之比。
燃料完全燃烧放出的热量Q=mq
氢的热值最高，所以末级火箭以液氢作为燃料。
6．教学活动设计（含师生对话设计）
一、复习提问什么叫热运动、内能？物体内能的大小与哪三个因素有关？内能与温度有什么关系？什么叫热传递、热量？物体内能与吸放热有什么关系？二、新授（一）改变内能的另一种方法：1．对物体做功，物体的内能会增大。
（1）演示实验：压缩空气引火实验。出示压缩空气引火器，简单介绍它的构造。取绿豆粒大小的一块干燥硝化棉，用镊子把棉花拉得疏松一些，放入玻璃筒底。将活塞涂上少许蓖麻油(起润滑和密封作用)，放入玻璃筒的上口。此时要提醒学生注意观察筒内的棉花。迅速地压下活塞，可看到硝化棉燃烧发出的火光。
（2）分析现象：组织学生议论"实验现象说明了什么"，从而得出压缩空气做功，使空气内能增大，温度升高引起棉花燃烧。（3）生活事例：实际这种现象在日常生活中，同学们也遇到过。例如，在给自行车轮胎打气时，打气筒也会变热，这也是由于压缩空气的缘故。用其他的方法对物体做功，也能使物体内能增加，摩擦生热就是一个例子。
（4）归纳学生所举事例，得出对物体做功，物体的内能就会增大。
同学们所举的事例都是做功使物体的内能增加，做功能不能使物体的内能喊小呢?
2．物体对外做功时，本身的内能会减小。
（1）演示实验：演示点燃爆炸——将内能转化为机械能
在茶叶筒内插入打火机的点火器，并滴几滴酒精，盖好筒盖，按下打火机的点火器，筒盖飞起（2）分析现象：点燃酒精和空气的混合气，立即燃烧产生大量高温高压的燃气，燃气膨胀，推动活塞做功，燃气的内能转化为筒盖的机械能（二）热机——将内能转化为机械能的装置1．汽油机：用汽油作燃料的内燃机（1）构造(出示模型或挂图。边指示边讲解)。进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。(介绍名称的同时，介绍各部分的功能)冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。（2）工作原理。(边运转模型边讲解，并提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的动作情况)
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。
〈吸气冲程〉开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。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气缸。这是第一个冲程。
〈压缩冲程〉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。这是第二个冲程。
〈做功冲程〉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向上向下运动，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。〈排气冲程〉做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，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。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。
（3）能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。（三）燃料的热值
1．燃料的特点。（1）能够燃烧，并放出热量；（2）燃烧是化学能转化为内能。2．实验：比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量
书图12—323．热值：1千克的某种燃料完全燃烧时放出的热量。（1）单位：焦/千克。（J/kg）。（2）查燃烧值表:干木柴的燃烧值是1.2×l07焦。物理意义是1千克的干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×l07焦
4．燃料燃烧放出热量的计算
Q=mq
7.教学反思
本节内容从生活现象到物理规律再到生活应用反应了人类认识自然到改造自然的发展过程。教学过程中要突出学生的主体地位，强调实验探究过程，教师只能起到引导和启发的作用，切忌平铺直叙。通过学习要使学生的观察、思考、动手的能力得到提高，对科学技术更感兴趣。
教学过程中实验顺利，面对学生提出的一些不同角度说法首先予以肯定然后再予以解释和鼓励，演示实验做一步解释一步做好思想引导。少数学生对冲程数、转数、做功次数、转速的计算上出现问题，这是能力问题同时也要求上课时动画演示要慢一些要讲解到位，不能因为赶时间而使一些学习困难的学生掉队。
演示压缩引火仪实验时，正常的棉花不容易燃烧将它改换成火柴头效果更明显。演示实验后在辅助以放大了的视频播放让每个学生都看到里面的火花，再提问下压活塞实际是在做什么？棉花为什么燃烧？瓶内温度升高说明里面空气怎么了？这个过程中有怎样的能量转化？边引导边启发直到得出正确结论，不跳过任何一个环节即使学习困难生也能理解，不留隐患。
这节课教学内容太多，分成两节课上较好，第一节课讲做功改变内能和汽油机，第二节课讲热值以及关于热机效率的相关计算。
通过培训使我更深刻的认识到学生的学习过程实际是学生认识世界的过程，学生的素质千差万别，教学过程中一定要以学生本体为主体，在教师的引导和启发下探究和思考，才能使每个学生都有收获。切忌平铺直叙使学生间的差距越拉越大而且只能捧着书本学物理越学头越大。