苏科版九年级上册 物理 教案 12.4机械能与内能的相互转化

机械能与内能的相互转化
一、教学任务分析
在教学实践中，老师们咋一看课本内容，会感到本节课知识点较少。事实上，结合自己的教学经验后思考，除了热值的概念、公式、物理意义及燃料燃烧放热公式的运用外，热值与内能、比热容、热机等知识还存在很大的联系，比如：炉灶和热机的效率问题等，应该将热值放在知识的网络之中去理解，注意知识点间横向和纵向的联系，这样内就丰富了。
“热值概念的理解和建立”与“燃料燃烧放热公式的运用”是本节的核心，属于重点知识。“加强环境保护意识的教育”是与核心知识有关的知识，属于非重点，但对于学生情感的培养很有帮助。“热值概念的理解和建立”与“燃料燃烧放热公式的运用”属于教学难点。
本节活动主要有:分组实验“比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量”、“自主查阅热值表”、合作讨论“怎样减少环境污染”等。
根据教材内容和课标要求，本节的“学习目标”是：
1．通过分组探究实验，得出“质量相等的不同燃料，完全燃烧时放出的热量一般不同”的结论。
2．能通过实验理解热值的概念，知道不同燃料的热值一般不同。
3．会利用公式Q放=qm，进行简单的计算。
4．认识燃料燃烧排放物对环境的影响，初步认识能源与人类生存和社会发展的关系，培养学生的环保意识。
二、课堂结构[footnoteRef:0]设计
[0:
]
根据教材呈现的内容线索，本课可分为四个活动板块。
活动板块
主要内容
基本意图
燃料的热值
[活动]
比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量
（活动12.8
“做一做”比较酒精和纸片燃烧时放出的热量）
展示实验器材并提问
（1）展示器材并搭装置：铁架台、燃烧皿、酒精、纸片、烧瓶、温度计、
（2）提问：①选取的两种燃料的质量有什么要求？（控制变量法）
②怎样知道哪种燃料燃烧放出的热量多？（转换法）
要知道水升高的温度，需要测水哪些时候的温度？
提醒学生：注意实验实验操作步骤的规范和实验安全
学生实验
投影展示实验装置图片和实验注意点，并提醒学生将实验数据记录在表格中
燃料加热前
的水温/℃燃料燃尽
后的水温/℃水温的
变化/℃3g酒精3g碎纸片
展示交流。
3.小组汇报：酒精和碎纸片燃烧后烧杯瓶中水温升高的数值（至少三组）
发现：质量相等的酒精和碎纸片燃烧后，烧杯中水温的变化
不同。
4.投影展示：
质量相等的不同燃料，燃烧时放出的热量一般不同。
通过小组讨论：让学生设计出实验的方案，培养学生的设计能力。
采用小组讨论和汇报的方式，培养学生的实验设计和创新能力。
师：如果让你来选择燃料，你会选择那种燃料？为什么？
所以燃料燃烧，即使质量相等，放热也不一样，这就成了我们选择燃料的依据。怎么来表示燃料的这种性质呢？
我们就用一定质量的燃料让它完全燃烧时放热Q放，与质量m的比值来表示。
Q放，与质量m的比值意味着什么？
如果这种燃料完全燃烧时放热与质量的比值比另一种大,就说明这种燃料好,这种性质我们用热值来表示.
在物理学中，我们用热值来表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小。
1.热值的概念、符号、公式、单位。
释疑：“完全燃烧”
强调热值的计算公式中各物理量的国际单位
3.
投影展示：热值（q）的概念、热值计算公式q＝Q放/m、
热值的单位J/kg（气体热值常用单位：J/m3）
通过简单题目运用公式q＝Q放/m，计算酒精的热值。
4.
热值的物理意义及其运用
提问：酒精的热值是3×107
J/kg，表示什么意思？
其它燃料的热值又是多少呢？
（1）查阅热值表并回答（P55：一些燃料的热值）
问：氢的热值是多少？火箭发动机为什么用氢作为燃料？
发现：不同燃料的热值不同，所以热值是反映燃料燃烧的一种性质。
揭示：热值的物理意义，强调热值只与燃料的种类有关，与是否完全燃烧等其它因素均无关。
巩固：
例、
有关热值的说法中，正确的是（
）
A.一滴酒精的热值比一瓶酒精的热值小
B.酒精不完全燃烧时，热值变小
C.燃料不燃烧时也有热值
D.热值大的燃料燃烧时放热比热值小的燃料燃烧放热量多
5.
热量的利用：
很多时候，热量是通过燃烧来获得的。
如：炉灶
通过学生自主学习来完成，培养学生的自学能力。
学会查热值表，通过练习反馈和巩固概念。
从能量角度分析燃烧的实质。
与热值有关的计算
放热公式Q放＝q
m的简单运用
讲授与分析：燃料完全燃烧放热公式Q放＝q
m的由来、应用条件
和单位等。
【例1】小明将烧瓶内200g的水从25℃加热到55℃，完全燃烧了3g酒精（酒精的热值是3.0×107J/kg）。
求：（1）烧瓶内的水吸收的热量Q吸是多少J？
（2）酒精完全燃烧放出的热量Q放是多少J？
（3）
Q吸与Q放相等吗？为什么？
′分析：Q吸与水的质量、升高的温度等有关，
用公式：Q吸=cm△t来计算；Q放的计算与我们今天所学的热值有关；通过比较Q吸与Q放，分析原因。
解：
（1）Q吸=cm△t=4.2×103J/(kg·℃)×0.2
kg×(55-25)℃
=
2.52
×104J
（2）Q放＝qm
=
3×107J/kg×3×10-3kg
=
9×104J
（3）不相等。因为这里算出的Q放是燃料完全燃烧时放出的热量，而实际上燃料很难做到完全燃烧，故燃料本身放出的热量就要小一些；而且放出的热量不能被完全利用，有一部分热量要散发到空气中去，烧瓶也要吸收一些热量，所以Q吸小于Q放。
拓展：
炉灶的热效率
师：在实际利用燃料中，燃料很难完全燃烧，有效利用的能量只占燃料完全燃烧放出总能量的一部分。
（1）炉灶的热效率：炉灶有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比。
（2）公式：η=
Q吸/
Q放×
100％，其中：Q吸=cm△t
、Q放=qm
从能量转化角度引入例题的讲解，衔接自然、无痕。
发展绿色经济，保护生命家园
刚开始，我问大家：为什么国家鼓励使用天然气汽车呢？难道天然气热值比汽油大吗？
再次
展示热值表
从热值角度看，还不如选汽油，原来天然气的热值虽然比汽油小一点点，但是用天然气作燃料，尾气排放少，对环境的污染小。
师：人类在发展经济过程中，大量燃烧煤、石油、天然气等燃料以获得大量内能的同时,也给人类生存的环境造成了污染。
读一读：P55《化石燃料的燃烧与环境保护》
1.
展示大气污染的图片和视频
2.
讨论：怎样减少大气污染？
3.
学生汇报，老师补充，加强培养学生节能减排的环保意识，提倡开发新能源。
可以展示：新能源发电、电动汽车等
小结与练习
一、比较不同燃料燃烧放热
质量相等的不同燃料燃烧时，放热不同
热值
热值（q）
公式：q＝Q放/m
单位：J/kg
物理意义：
热量的计算
三、燃烧与环境保护
三、教学细节谋划
关于新课的导入
本节课的导入可以采用课本P53的导入，提出：为什么有的汽车用汽油，有的汽车用天然气呢？而且，我国还鼓励人们使用天然气汽车？这个例子贴近时代，激发学生的兴趣。也可以从学生的生活实际引入。例如，要求学生课前先进行一项调查：现在和以前家庭中使用的燃料是什么？一个月大约要用多少？课堂展示和分析调查结果。
提出问题：质量相同的不同燃料完全燃烧时释放的热量相同吗？设置悬念，自然引入到要探究的内容：“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”。
关于“活动12.8
比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量”的教学
活动12.8
是“比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量”该活动有三个环节：
首先是实验设计的引导，可以采用小组讨论和汇报的方式，培养学生的实验设计和创新能力。
其次是学生分组进行实验与搜集证据过程。最后是实验数据的处理和分析、得出结论的环节。让学生在探究实验中，进一步体验科学探究的一般步骤。
在学生实验前，应该把实验步骤和实验安全注意点描述清楚，同时展现在投影上。
关于“热值概念建立”的教学
我们可以从燃料选择的角度引出热值。通过刚的实验，我们发现：相等质量的酒精和碎纸片燃烧时放出的热量是不同的，接着让同学们来选择燃料，并让他说出，选择这种燃料的依据。依据是：燃烧质量相等的酒精和碎纸片，酒精放出的热量多。说明不同燃料的燃烧特性是不一样的，我们让一定质量的燃料完全燃烧，放出的热量与燃料的质量之比，来表示燃料的这种性质，用热值来表示。由此得出热值的概念、公式、单位等内容。
在介绍热值概念时，要强调“完全燃烧”的含义。接着介绍热值是燃料的燃烧的一种属性，强调热值只与燃料的种类有关，与是否完全燃烧等其它因素均无关。可以通过相应的练习加以巩固反馈。
有关热值计算公式的理解，可以通过简单的计算加以示范。
4．关于“与热值有关的计算”
“与热值有关的计算”属于习题教学，如果衔接不好而直接讲解，显得有点僵硬，我们可以从从能量转化的角度，让学生知道燃烧是化学能转化为内能。进一步引入人们是怎样利用燃烧所释放出的内能的？主要从能量的转移和转化两个方面进行分析：使得热量和效率的讲解衔接比较自然。
在习题的讲解过程中，遇到天然气热量的计算，教师要说明燃料的热值大部分采用J/Kg的单位，但由于气体燃料的一些特性，热值也可采用J/m3的单位，因此燃料完全燃烧放热的公式也可写作：Q
=
q·V
（V为气体燃料的体积，单位为m3。）
5.关于“燃料的燃烧和环境保护”的教学
可以让学生自主阅读课本“读一读”的内容外，还可以展示燃烧引起的大气污染的图片和视频（如：雾霾天气、PM2.5的危害等）网搜集资料和小组讨论等活动，使学生意识到环境保护形势的严峻性和紧迫性，树立环保意识，走持续发展的道路，积极探索和利用新能源。
6.关于小结与练习
课堂小结的功能，主要是回顾知识的获得过程，梳理（整合）知识的关系，对主要、重点知识再强化，落实预设的学习目标。
从方法上说，一般不要笼统地问学生“本节课你学到（收获）了什么”，宜以具体问题为载体”。结合小结，可以讨论或讲解一些共性的问题，比如有关热值与内能、比热容概念的联系与区别的练习，有关燃料燃烧放热和热效率的计算等。
7．对有关实验的处理
（1）关于“比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量”实验的注意点。
燃烧皿与烧杯底的距离不一定要相同，但要保证用燃料火焰的外焰加热；为了记录数据不显得匆忙，两个实验不一定要同时做，可以先做碎纸片加热的实验，再做酒精加热的实验。
（2）关于“比较质量相等的不同燃料完全燃烧时放出的热量”实验的改进。
①10g酒精燃烧时间较长，对课堂时间的有效利用有一定的影响。因此为了节省课堂时间，我们可以选取3g酒精和3g碎纸片进行实验。
②为了能够使纸片充分、连续燃烧，我们可以选用蓬松易燃的餐巾纸揉成空心纸团逐个少量添加到燃烧皿中，使其充分燃烧，燃烧过程中由于餐巾纸较轻，人脸不要贴近燃料，防止纸片燃烧过程中被人呼出的气吹离燃烧皿，而发生危险。
③有关酒精的选择：为了节省课堂时间，很多老师建议事先维学生准备好与纸片相等质量的酒精放在燃烧皿中，但是酒精容易蒸发。为了节约课堂时间又能比较准确地准备好一定质量的酒精，减少酒精的蒸发，我们可以利用注射器。注射器是封闭的活塞可以防止酒精的蒸发；注射器上有容积的刻度，通过公式：m=pV计算好规定质量液体的体积,我们可以用注射器量取，节省了课堂时间。但将注射器中的酒精注入燃烧皿中时，我们要提醒学生：针筒的顶部要顶住燃烧皿的底部，并缓慢推动活塞，防止酒精溅出燃烧皿。
友情提示：
有关热值的影响因素，确实与燃料的种类有关，这里的种类还是比较笼统的，比如，同样种类的干木材，由于干木材的密度等因素不同，它们的热值就不一定相同；同样是天然气，由于供气的气压不一样，它们的热值也不一定相同。这个应该怎样给学生讲，还是值得商榷的。