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第十二章 第三节 机械能与内能的相互转化?
教学目标?
1、 知识与技能?
通过实例和实验，知道做功是改变物体内能的另一种方式。?
通过实验知道内能可以转化为机械能。?
了解热机的工作原理和内燃机的工作过程。?
2、 过程与方法?
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，能从能量转化的角度认识燃料的热值。?
3、 情感、态度和价值观?
通过"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。?
通过阅读"化石燃料的燃烧和环境保护"一文，认识燃料排放物对环境的影响，培养环保意识，逐步认识能源与人类生存和社会发展的关系。?
教学资源分析?
本节教学中，生动、形象的图片可以起到教好的直观教学作用，而演示实验可以通过过程性的研究事物变化的原理，揭示物理现象的规律。?
本节教学内容中，既有对物理学发展历史的回顾，例如热机的发展历程"对人类社会发展所做的贡献，也有对科学新技术的展望，例如火箭发动机的应用，而在学习燃料的热值和汽油机工作原理时，环境保护意识的渗透涉及到人类可持续发展的新问题。?
教学策略分析?
1、 以汽车、机车等交通工具的发展为线索，通过图片创设问题的情境，把做功能否改变物体内能和内燃机的工作过程是怎样的这两个本节先后需要解决的问题展现在学生面前，意在使学生产生疑问，激发学生的学习兴趣。?
2、 教学中采用静态图片与动态实验相结合的方式，可以让学生对物理现象的变化过程有清楚地认识，以便掌握事物变化的规律。?
3、 热机是人类发明的将内能转变为机械能的一种重要机器，与生产、生活密切联系，这部分内容可采用阅读、讨论、演示、讲解的方法组织教学。?
教学重点、难点?
重点：1、做功改变物体内能及其应用（内燃机的原理）?
2、燃料的热值及燃料燃烧放热的简单计算?
难点：做功和热传递改变物体内能的等效性的理解?
课前准备?
1、 图片类（包括汽车发动机、汽油机四冲程、蒸汽机、火箭发动机等）?
2、 录象类（包括蒸汽机、内燃机、火箭发动机以及环保措施等）?
3、 实验类（铁丝、空气压缩引火仪、电子式火花发生器、汽油机模型、烧杯、温度计、酒精、纸片、铁架台和水等）
课时建议? 2课时?
教学过程设计?
第一课时?
创设情境 提出问题?
投影图片?
1、 为什么汽车高速行驶时，轮胎温度会升得很高？?
2、 燃料是怎样使汽车发动机工作的？?
引入新课?
机械能与内能的相互转化?
学生活动?
研究做功能否改变物体的内能?
实验方法?
反复弯折铁丝，触摸弯折处的温度有无变化（小心烫手）?
演示实验?
空气压缩引火仪?
实验方法?
在玻璃筒中放入浸有乙醚的一小撮棉絮，用力迅速向下压活塞，观察看到的现象。?
（看到燃烧的火光）?
问题讨论?
1、 在上述活动中，物体增加的内能从何而来？能量是如何转化的？?
2、 你还有什么方法使铁丝的温度升高？在这些方法中，哪些是用热传递的方式改变物体内能，哪些是用做功的方式改变物体内能？?
3、 你能再举出一些通过做功的方式改变物体内能的实例吗？?
学生回答?
1、 物体增加的内能通过做功转化而来，是机械能转化为内能。?
2、 将铁丝加热，使铁丝的温度升高。加热铁丝是用热传递的方式改变物体内能，弯折铁丝?
是用做功的方式改变物体内能的。?
3、 用做功的方式改变物体内能的实例还有：钻木取火、拉锯条锯木头、搓手取暖等?
实验和事例表明： 是改变物体内能的另一种方式。?
事实证明；做功和热传递在改变物体内能上是等效的。?
提出新的问题?
做功可以将机械能转化为内能，那么能否反过来，通过做功将内能转化为机械能呢？汽车发动机的动力是不是来源于此呢？?
演示实验?
电子式火花发生器：将内能转化为机械能?
实验方法?
如图12- 所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒内滴入2-3滴酒精，在将盒盖盖紧，揿动电子式火花发生器的按钮，观察发生的现象。?
实验表明：酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的 能减少，转化为 能。根据这个原理，可以制造出一种将内能转化为机械能的机器来提供动力装置。?
课堂小结（略）?
板书设计?
三、机械能与内能的相互转化?
（一）做功是改变物体内能的另一种方式?
（二）做功分为对内做功和对外做功：?
对内做功，机械能转化为内能；?
对外做功：内能转化为机械能。?
（三）机械能与内能之间可以互相转化。?
第二课时?
复习提问?
做功能否将内能转化为机械能？这种转化有什么应用价值？?
学生演讲（一分钟）?
"我所知道的汽车发动机"?
设问：什么是热机？?
热机是将燃料燃烧产生高温、高压燃气的内能转化为机械能的机器。?
汽油机就是一种内燃式热机（内燃机），它是如何工作的呢？?
投影图片?
汽油机的构造示意图?
信息快递?
什么叫汽油机的冲程？?
汽油机工作时，活塞在汽缸里往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做冲程。?
演示实验（汽油机模型）?
汽油机的四个冲程（结合实验分析）?
汽油机的一个工作循环由以下四个冲程组成：?
1、 吸气冲程?
如图12- 甲所示?
2、 压缩冲程（机械能转化为内能）?
如图12- 乙所示?
3、 做功冲程（内能转化为机械能）?
如图12- 丙所示?
4、 排气冲程?
如图12- 丁所示?
想一想?
汽油机完成一个工作循环：?
1、活塞经历四个冲程，分别为 、 、 、 ； 冲程是燃气对外做功的过程；?
2、曲轴旋转 周，活塞往复 次；?
3、 压缩冲程和做功冲程的能量是如何转化的？?
谈一谈?
内燃机的应用?
（1） 汽油机的应用?
汽车、飞机、插秧机、喷雾器等?
（2） 柴油机（见信息库）的应用?
载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船等?
生活 物理 社会?
热机的发展历程?
1、 人类第一辆蒸汽驱动的三轮汽车?
2、 蒸汽机?
3、 莱特兄弟第一次飞行的飞机?
4、 喷气发动机?
5、 火箭发动机?
提出问题?
为什么有的汽车的燃料用汽油，有的汽车的燃料用柴油？而火箭发动机的燃料不用汽油或柴油？?
学生活动?
比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量?
做一做?
如图12- 所示，用天平分别测出10g的酒精和碎纸片，分别点燃后给相同质量的水加热，直到酒精和碎纸片全部烧完，记录温度计示数的变化情况。?
想一想?
相同质量的不同燃料完全燃烧后，烧杯中水温的变化情况一样吗？这说明了什么？?
实验表明：相同质量的酒精和碎纸片燃烧后，酒精比碎纸片放出的热量 。?
更多实验表明：质量相同的不同燃料，完全燃烧时放出的热量一般 （相同/不相同）。?
引入热值概念?
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值（用q表示，单位为J/kg）?
质量为m的燃料完全燃烧时放出的热量为：?
Q= m q?
几种燃料的热值（J/kg）?
例题?
　　小明家开始使用天然气了，学习了有关热学的知识后，他仔细记录了他家每天烧水煮饭等需要的热量，并折算成烧水的时间，相当每天将30kg20℃的水烧开，（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？（2）如果天然气的燃烧值为8.7х107J/kg,从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少kg天然气?(3)请说出使用天然气的好处(至少写出两点)。?
解：= =?
需要天然气的质量，天然气的好处有热值高，污染小，安全，应用广泛等。?
读一读?
化石燃料的燃烧和环境保护?
人为制造的几种污染气体的来源?
气体污染物 来源 全球每年产生的数量/106t 一氧化碳(CO) 燃料的燃烧 约300 二氧化碳(CO2) 燃料的燃烧 约23000 二氧化硫(SO2) 媒和石油的燃烧含硫矿石的焙烧 约146 信息资料：伦敦的烟雾事件?
环保措施：国际公约（东京协议书等）?
板书设计?
（一）什么是热机？?
热机是将燃料燃烧产生高温、高压燃气的内能转化为机械能的机器。?
（二）内燃机的工作原理?
汽油机的四个冲程?
1、吸气冲程?
2、压缩冲程（机械能转化为内能）?
3、做功冲程（内能转化为机械能）?
4、排气冲程?
（三）燃料的热值?
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量叫做这种燃料的热值（用q表示，单位为J/kg）?
质量为m的燃料完全燃烧时放出的热量为：?
Q= m q?
例题?
解：= =?
需要天然气的质量，天然气的好处有热值高，污染小，安全，应用广泛等。?
资源库?
火箭发动机技术?
火箭发动机技术 　　火箭发动机在火箭上的地位，有如心脏和心血管系统在人体中的地位。因此，火箭发动机技术是航天高技术的重要组成部分。?
　　所谓火箭发动机，是指由飞行器自带推进剂(燃料和氧化剂)，不依赖外界空气的喷气发动机。火箭发动机与其它喷气发动机不同之点在于：飞机等其他各种喷气发动机只自带燃料，燃料燃烧所需的氧由大气中获得。所以其它喷气发动机只能在大气层内使用，而火箭?
发动机既能在大气层内使用，也能在大气层外使用。?
　　火箭发动机将能源转化为工作介质(工质)的动能，形成高速射流排出而产生推力。按能源分类，可分为化学能火箭发动机、核能火箭发动机和电火箭发动机。?
　　化学能火箭发动机的推进剂既是能源也是工质，它在燃烧室内进行放热反应，将化学能转化为热能，生成高温燃气，经喷管膨胀加速，将热能转化为气流动能，以高速从喷管排出，产生推力。按推进剂的物态又分为液体火箭发动机、固体火箭发动机和混合火箭发动机。液体火箭发动机比冲高，工作时间长，可以多次启动，推力调节和方向控制简单，但结构复杂，推进剂不能长期贮存，多用于各种航天运载火箭和载入航天器。固体火箭发动机比冲低，工作时间短，不能多次启动，推力调节和方向控制较困难，但结构简单，工作可靠，勤务处理和操作方便，适合于各种军用导弹。固液混合火箭发动机虽然兼有固体和液体火箭发动机的某些优点，但技术上还不很成熟。目前，技术上最成熟的是液体火箭发动机，尤以使用液氢液氧的发动机性能最高，称为低温高能发动机。液体火箭发动机由推力室(包括推进剂喷注器、燃烧室和喷管)、推进剂供应系统和发动机控制系统组成。?
　　核能火箭发动机用核燃料作能源，用氢作工质，由核反应或放射性衰变释放热能加热工质，经喷管膨胀加速后高速排出，产生推力。核能发动机还在研究中。?
　　电火箭发动机用电作能源，用氢、氮、氟或抱、汞、铆、钾等碱金属蒸气作工质。电能加速工质，形成高速射流排出，产生推力。?
　　由于火箭发动机工作时产生高温、高压和强振动，一些推进剂具有极低温和强腐蚀性能，因此，对制造火箭发动机的材料，要求有极高的耐热、耐极低温、抗疲劳、抗腐蚀的性能，有高的比强度、比刚度和良好的加工性能。

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