第十二章 内能与热机
第十二章 内能与热机 第一节 温度与内能
教学目标: 1、知识与技能
(1)知道温度的概念,能说出生活环境中常见的温度值 (2)了解液体温度计的工作原理,会用液体温度计测量温度
(3)了解内能的概念,能简单描述温度和内能的关系,知道做功和热传递可以改变物体的内能 (4)了解热量的概念 2、过程与方法
(1)掌握温度计的使用方法,尝试对环境温度发表自己的见解 (2)通过探究找到改变内能的两种方法 教学重点难点:
1、重点: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量温度
2、难点: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
教学设计:
(第一课时)
导入:冷与热与我们的生活有密切的关系,远古时代,人们就学会用火来取暖,到今天为止,人们已经离不开热的利用了。 进行新课: 一、温度与温度计
1、温度:温度表示物体的冷热程度,常用单位:摄氏度(℃),国际单位:开(K )
实验活动:在左手上擦上热水,右手涂上酒精,我们会感到左手热右手冷 教师:刚才的实验我们只能大概的感知冷和热,要准确的判断和测量温度,就要选择科学的测量工具----温度计 2、温度计
展示常见温度计:温度计、寒暑表、体温计 原理:利用液体的热胀冷缩
使用方法:参考教材P27图12—6,学生总结
点拨:①注意量程,认清分度值;②玻璃泡浸没在被测物体中,不要碰到容器壁和底部;③读数时玻璃泡必须留在被测液体中 学生活动:用温度计测量冷水和热水的温度并准确记录数据
交流讨论:医生在给病人测量体温时,首先要将体温计用力甩几下,读数时将体温计拿出来读数,这和一般的温度计的使用方法不同,这是为什么? 点拨:体温计和一般温度计的构造不同,其示数只能升高,不能降低。医生用力甩是利用惯性将液体甩下去
思考:某体温计的示数为38℃,医生使用时忘记甩,用此体温计测量实际体温为37℃和39℃人的体温,示数分别为多少?
点拨:由体温计的特点,其示数只能升高不能降低,测量的结果分别为38℃和39℃ 二、物体的内能
复习提问:1、什么叫做动能、重力势能、机械能? 2、动能与重力势能的大小取决于什么? 3、分子动理论的内容是什么?
交流讨论:物体由于运动具有动能,举高的物体具有重力势能,那么,分子在不停的运动,分子间具有相互作用力,分子是否也具有动能和势能呢? 点拨:分子由于运动具有动能,分子间有相互作用力,所以分子间具有势能
板书:
内能:物体内所有分子由于热运动具有的动能,以及分子间的势能的总和叫做物体的内能。单位:焦耳(J ) 交流讨论:一切物体都具有内能吗?
点拨:物体由分子组成,由分子动理论,由于分子在不停的运动,所以分子具有动能;分子间存在相互作用力,所以分子间具有势能,那么,一切物体具有内能
交流讨论:内能与机械能有何不同?
点拨:机械能等于物体的动能加上物体的势能,可以等于零;内能是物体内分子的动能加上分子间的势能,一定不为零 交流讨论:内能的大小与那些因素有关? 课件展示:分子运动的剧烈程度与温度的关系 点拨:
四、 温度越高,分子运动越快,分子的动能越大,内能越大。所以对同一物体,温度升高,内能增大,温度降低,内能减小
②对同一物质,质量越大,分子数目越多,所以分子动能与势能的总和越大,内能越大
③当物体的体积状态发生变化时,分子的间隙会变化,所以分子的势能会改变,内能变化 习题巩固:
1、关于物体的内能,下列说法正确的是 A 物体运动速度越快,具有内能越多 B 静止的物体没有内能也没有势能 C 静止的物体没有动能但有内能
D 火红的铁块具有内能,冰凉的冰块具有内能,一切物体都具有内能 2、关于温度、内能、热量,下列说法正确的是
A 物体温度越高,所含热量越多 B 温度高的物体,具有内能一定大 C 0℃的冰块内能一定为零
D 温度相同的两物体间不会发生热传递 3、下列说法正确的是
A 物体的温度降低,它的热量一定减少 B 物体吸收热量,温度一定升高 C 物体温度升高,其内能一定增加
D 两物体的温度相等,它们的内能一定相等 作业: 完成导学精炼 教学反思:
(第二课时)
复习:1、内能的概念是什么?内能的大小取决于那些因素? 2、内能和机械能有何区别?
教师:一切物体都具有内能,并且对同一物体,温度升高,内能增大,温度降低,内能减小,那么,我们有哪些方法来改变物体的内能? 交流讨论:
点拨:从内能的决定因素着手(温度、质量、体积) 三、改变内能的方法:
学生活动:1、将铁丝反复弯折数十次,铁丝被弯折处发热 2、双手反复摩擦,手的温度升高
教师:铁丝、手的温度升高,说明铁丝和手的内能增大,这是用什么方法改变内能的? 学生讨论:
说明:做功可以改变物体的内能
学生思考:用火炉给水加热,水的温度会升高,内能增大,是用什么方法改变内能的?
说明:热传递可以改变物体的内能
总结:改变物体内能的方法有做功和热传递
交流讨论:做功和热传递主要是靠改变物体的什么来改变内能的?它们在改变内能的过程中有何区别?
点拨:做功和热传递改变内能的方法不同,但效果一样,主要都是靠改变物体的温度来改变物体的内能。做功是将其他形式的能转化为内能;热传递是将热量由高温物体转移给低温物体,吸收热量的物体内能增加,放热的物体内能减少,所以热传递改变内能是能量的转移。
四、热量
教师:温度不同的物体相互接触,低温物体温度升高,内能增加;高温物体温度降低,内能降低。物体通过热传递的过程中内能的变化量叫做热量。符号:“Q ”,单位:焦耳(J ) 重点说明:
热量等于在热传递的过程中内能的变化量,在做功的过程中内能改变,但没有热量的传递,所以离开热传递谈热量已经失去了意义。热量是过程量,它等于在热传递的过程中内能大小的变化,所以不能说物体具有多少热量,或者说某物体含有的热量多。 习题巩固:
1、炮弹里火药燃烧产生的高温高压气体炸开弹壳后温度降低,是用______的方法减少气体的内能,食物放进冰箱后温度降低,是用_______的方法减少食物中的内能
2、开启啤酒瓶盖的瞬间有“嘭”的一声,瓶口有一股“白烟”,下列说法正确的是
A 瓶内外温度相等,啤酒内能不变 B 瓶内气体对外做功,啤酒内能增加
C 瓶口“白烟”是瓶内二氧化碳气体液化形成的 D 瓶口“白烟”是瓶口水蒸气液化形成的
解析:在物态变化中就学习到“白气”“白雾”“白烟”是水蒸气液化形成的。开启瓶盖时,瓶内二氧化碳气体膨胀对外做功,内能减少,温度降低,空气中的水蒸气遇冷液化形成“白烟”。 3、关于温度、内能、热量下列说法中正确的是 A 物体吸收热量,内能一定增大,温度一定升高 B 物体的温度升高,内能一定增大,一定是吸收了热量 C 物体的内能增加,温度一定升高,一定是吸收了热量
D 以上说法都不对
讲解:导学精炼T1、T3、T6、T9、T12 作业:完成导学精炼未讲习题 教学反思:
第二节 科学探究:物质的比热容
教学目标: 1、知识与技能
(1)通过探究实验了解比热容的概念,知道比热容是物质的一种属性 (2)尝试用比热容解释简单的自然现象 (3)能根据比热容进行简单的热量计算 2、过程与方法
(1)通过探究,比较不同物质的吸热能力
(2)通过阅读“气候与热污染”了解利用比热容解释海边与沙漠昼夜温差问题,并了解一下“热岛效应” 教学重点难点:
1、重点:组织、指导学生进行探究活动,归纳、理解比热容的概念 2、难点:组织、指导学生进行探究活动 教学设计:
(第一课时)
复习提问:
1、什么叫做内能?内能与机械能有哪些区别?
2、内能的大小取决于那些因素?改变内能的方法有哪些? 3、热传递的实质是什么?什么叫做热量? 引入新课:
物体温度升高吸收热量的多少与哪些因素有关呢?从经验知道,要烧开温度相同的一壶水和半壶水时,一壶水需要吸收的热量多。若都是一壶水,温度低的那一壶水吸收的热量多。那么,将相同质量的铜块和铁块加热,使它们升高相同的温度,需要的热量一样多吗? 进行新课:
一、探究比较不同物质的吸热能力
1、提出问题:质量相同的煤油和水,吸收相同的热量,它们升高的温度是否相同,比较它们的吸热能力的差异 2、猜想与假设:
(1)水升高的温度少,沙子升高的温度多 (2)水和沙子升高的温度相同 (3)水比沙子的吸热能力强 3、制定计划与设计实验:
用水和沙子作为研究对象,装置如图所示,在两个金属盒内分别装入质量相同的水和沙子,用相同的酒精灯加热,用温度计测量吸收热量后的温度值
交流讨论:为什么要用相同的酒精灯加热?煤油和水的体积为什么不相等?怎么体现煤油和水吸收热量的多少?
点拨:用相同的酒精灯加热可以保证加热相同的时间,煤油和水吸收的热量相等;因为煤油和水的质量相等,但煤油的密度小,所以煤油的体积大;我们可以比较加热时间的长短来体现吸热的多少。 4、进行实验与收集证据
根据具体情况分成若干小组,一部分以水为探究对象,另一部分以煤油为探究对象
① 实验步骤:用温度计记录加热前水和沙子的初温t1。用酒精灯加热一段时间,记录水和沙子的末温t2。 ② 实验数据记录表格
5、分析与论证
交流讨论:煤油温度升高较快,这一现象说明了什么?要使水和沙子升高相同的温度,相应应该怎样操作?
结论:相同质量的同种物质,升高相同的温度,吸收热量相同 相同质量的不同种物质,升高相同的温度,吸收热量不同 教师:我们为了体现物质吸收热量的能力,引入了比热容的概念 二、比热容
1、定义:单位质量的某种物质,温度升高 1℃所吸收的热量,叫做这种物质的比热容,符号为:C 。
2、单位:焦每千克摄氏度 ; 符号为:J/(kg·℃) 3、物理意义:
①比热容是物质的一种特性,每种物质都有自己的比热容 ③它反映了物质吸热或放热的本领
教师:指导学生阅读教材P34常见物质比热容表 三、比热容的应用
教师:从表中看出水的比热容较大,即升高或降低相同的温度,水吸收或放出的热量较多,即水吸收或放出相同的热量,水升高或降低的温度小 举例:(1)教材P35图12-17、图12-18
(2)在农业上,人们往往会在傍晚往田里灌水,保护秧苗 (3)沿海地区昼夜温差小,沙漠地区昼夜温差大 四、巩固练习
1、酒精的比热容是2.4×103J/(kg•℃),它表示 ________________________。
一瓶酒精倒去1/3,剩下的酒精的比热容将__________。(填“变大”,“变小”或“不变”)
2、小丽在海边游泳时发现,同样在烈日下,沙滩很热,而海水却比较凉,这是因为什么?小丽感到不可理解,请你给她解释一下。
答:因为水的比热容较_________,水和沙相比,在同样受热或冷却的情况下,吸收或放出的热量相同,但比较而言,水的温度变化比沙_________,因此,在受太阳照射条件相同时,沙滩比海水温度_________。
3、沿海地区的昼夜气温变化不大,而内陆沙漠地区的昼液气温变化较大,形成这种现象的主要原因是__________________。
4、水的比热容较大,下列做法中不是利用这一特性的是
A 炎热的夏天,在室内的地面上散水感到凉爽
B 用水做内燃机的冷却液
C 在城市里修建人工湖,除了美化环境外,还能调节周围的气候
D 供暖系统使用热水循环供暖
作业:完成导学精炼
教学后记:
第二课时:热量的计算
复习提问:
什么是比热容?它的单位是什么?通过总结学生的回答,进一步阐述比热的物理意义,继而让学生查出水、铝、铁的比热,连同单位板书于黑板上。
引入新课:
以铝的比热入手,说明它的物量意义:使1kg 的铝,升高1℃,需要吸收0.88×103J 的热量。
进行新课:
1、从铝的比热入手,将课本的例题分解成几步,逐步深入地引导学生归纳热量的计算公式
①1千克铝温度升高1℃,需要吸收多少热?(依据铝的比热)
②1千克铝温度升高2℃,需要吸收多少热量?(0.88×103J×2=1.76×103J ) ③1千克铝温度升高100℃-30℃=70℃时,需要吸收多少热量?(0.88×103J×(100-30)℃=6.16×104J )
④2kg 铝温度升高2℃,需要吸收多少热量?(0.88×103J×2×2=3.52×103J ) ⑤2kg 铝温度升高100℃-30℃=70℃时,需要吸收多少热量?(0.88×103J×2×(100-30)℃=1.23×105J )
讲解:至此,在完成课本例题的情况下,再由特殊到一般,推导热量的计算公式。继续利用上例,在问题③之后再提出:1千克铝温度升高(t-t0) ℃时,需要吸收多少热量?在问题⑤之后提出:mkg 铝温度升高(t-t0) ℃时,需要吸收多少热量?最后提出如果升温的不是铝,而是比热为c 的另外的物质,如何计算吸收的热量。从而归纳出公式:
Q 吸=cm(t-t0) Q 放=cm(t-t0)
2、我们已经总结出了物体吸收热量的计算公式。如果物体温度降低,像刚才的例题中如果铝块从100℃降到30℃,那末它要放出热量,放出的热量
应当怎样计算呢?同学们可仿照物体吸热公式导出放热公式。只需要把(t-t0) 改为(t0-t) ,即:Q 放=cm(t-t0)
利用公式,讲解课本例题2,讲解过程中讲清单位的演算。
例题1:保温瓶中原有60℃的水500g ,现又倒入1.5kg 沸水,混合后温度变成90℃。在此过程中温水和沸水分别吸收或放出多少热量?
解析:
计算结果表明:温水跟沸水混合时,温水吸收的热量恰好等于沸水所放出的热量。这仅仅是巧合吗?不是,这是必然的。在热传递的过程中,内能从高温物体传到低温物体,直到两物体温度相等时为止。在此过程中,如果没有内能传到其他的物体,那么高温物体放出的热量必定等于低温物体吸收的热量。
例题2:实验室里有两个相同的烧杯中装有质量相等的水和煤油,用相同规格的电加热器同时加热一段时间,则加入过程中煤油和水升高的温度之比为
A 1:1 B 2:1 C 1:2 D 无法确定
解析:
例题3:设计汽车发动机时,既要考虑能量的使用效率,也要考虑发动机的冷却问题
(1)为了防止发动机过热,汽车的冷却系统常用水来降低发动机的温度,5kg 水在冷却过程中温度升高50℃,所吸收的热量为多少?
(2)柴油在某汽车发动机气缸内燃烧,如果每分钟释放1.2×107J 的能量,发动机输出功率是8.5×104W ,则汽车发动机的效率为多少?
解析:
例题4:小红同学家原来用液化石油气烧水,每天约用60℃水100kg ,后来在老师的帮助下安装了太阳能热水器:
(1)若这台热水器平均每天可将100kg 水从20℃加热到60℃,吸收的热量为多少?
(2)若液化石油气燃烧释放的热量有70%被水吸收,她家改用太阳能热水器后,平均每天可节约液化石油气多少千克?(液化石油气的热值8×107J/kg)
(3)请你说明太阳能热水器的优点
解析:
讲解:导学精炼第二节
第三节 内燃机
教学目标:
1、知识与技能
(1)理解内燃机的基本原理
(2)了解汽油机在构造和工作过程
(3)了解汽油机与柴油机的异同
(4)知道汽油机、柴油机是活塞式发动机,知道轮机和火箭发动机的原理。
2、过程与方法
(1)观察“塑料盒内酒精的爆炸过程”,活动爆炸力做功的体验
(2)通过分析发动机的四个过程,了解活塞式发动机的工作过程
(3)了解不同的热机的不同用处
教学重点难点:
1、重点:内燃机的基本构造和工作原理
2、难点:内燃机的工作过程。
教学设计:
复习提问:
1、改变物体内能的两种方法是什么?
2、内能有哪两方面的主要应用?举例说明
3、什么叫热机?举出几种常见的热机说明热机中能的转化
进行新课:
教师讲解:内燃机就是燃料在气缸内燃烧的热机。最常见的内燃机,以汽油或柴油为燃料,分别叫做汽油机和柴油机。
一、汽油机:
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:
交流讨论:汽车在开动前,是如何使内燃机起动的?
点拨:“马达”也好,“摇车”也好,都是为了给内燃机输入能量,通过外力先使飞轮和曲轴转动起来,由曲轴通过连杆带动活塞运动,消耗机械能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程。内燃机一旦开始做功,内能就会转化成曲轴的机械能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功,一部分通过飞轮(与曲轴相连的质量较大的轮子)保存起来。然后依靠飞轮的惯性再
反过来向外输出带动曲轴转动,靠消耗飞轮的机械能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。
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。
二、柴油机:
(教师引导学生观察挂图,比较汽油机和柴油机,讨论并找出它们异同点。) 柴油机与汽油机的区别:
1、柴油机与汽油机的相同点:都是内燃机;一个工作循环都要经历四个冲程;没完成四个冲程对外做功一次(做功冲程)
2、柴油机与汽油机的不同点:
(1)构造方面:汽油机有火花塞,而柴油机在相应位置上安装的是喷油嘴。
(2)吸入气体不同:汽油机吸入的是空气和汽油;柴油机吸入的只是空气
(3)点火方式不同:汽油机是点燃式;柴油机是压燃式
三、巩固练习
讲解教材课后习题
四、作业:完成导学精炼
教学后记: