第十四 内能的利用1 2 3

第十四章内能的利用第一节热机教学目标1．知识与技能●了解四冲程汽油机、柴油机的基本工作原理．●了解内能的利用在人类发展史上的重要意义．2．过程与方法●通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功．●利用动画、图片或模型讲解四冲程汽油机、柴油机的基本结构和工作原理．●通过阅读“科学世界”了解现代汽车的一些常识．3．情感态度与价值观●通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力．●通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面．教学重点与难点重点：汽油机、柴油机的工作原理及能的转化过程。

难点：热机中的能量转化及损失．教学课时：1时教学过程：引入新课用酒精灯给试管中的水加热，由于燃料在试管外燃烧，热量损失较大，内能的利用率较低。

能不能把燃料移到内部去燃烧，来获得更大的动力？进行新课内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机(1)汽油机：最常见的内燃机，以汽油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机我们首先介绍汽油机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。

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。

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气缸。

这是第一个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。

这是最后一个冲程此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。

③能的转化。

教师：汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？学生回答后总结：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。

(2)柴油机柴油机与汽油机有共同的地方，也有不同之处。

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②柴油机与汽油机的不同点：构造方面：柴油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴；工作过程上：吸入的气体不同（汽油机吸入的是什么？柴油机吸入的只是空气）；压缩情况不同（问：汽油机压缩冲程末温度、压强多大？柴油机压缩冲程末，气体体积要小得多。

所以压强更大，温度更高，这个温度早已超过了柴油的燃点）；点火方式不同（汽油机靠火花塞点火。

柴油机由于压缩气体温度已超过柴油燃点，从喷油嘴喷入雾状柴油便可立即燃烧。

这种方式称为压燃式）；小结（略）布置作业（l）简述四冲程内燃机的工作过程。

（2）回答下列问题：①内燃机的四个冲程顺序能颠倒吗？为什么？②内燃机一个工作循环活塞往复运动几次？曲轴转动几周？第二节热机的效率教学目标1、从能量转化的角度认识燃料的热值2．通过能量的转化和转移，知道认识热机效率3 .了解提高效率的途径4.了解内能的利用在人类发展史上的重要意义教学重、难点：1.燃料的热值2.通过学生讨论了解热机的效率，提高热机效率的方法和意义教学过程一、燃料的热值1、常见的燃料有煤、石油（加工炼制成汽油、煤油、柴油和液化气等）、天燃气等，农村还用草木等植物的秸杆作燃料。

质量相等的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。

2、定义：在物理学中，把1kg某种燃料在完全燃烧时所放出的热量叫做燃料的热值。

3、单位及符号：J／Kg4.分析小资料：一些燃料的热值P23二、热机效率在汽油机中，燃料释放的能量全部都用来做有用功了吗？1、热机效率：（1）概念：热机所做的有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫做热机的效率，用热机效率来描述热机的性能。

（2）公式：η=Q有用/Q总×100﹪或η=W有用/ Q总×100﹪练习：例1：在观察水的沸腾实验中，用酒精灯将杯中230g，60°C的热水加热到沸腾，共用去2.5g的酒精，问：酒精完全燃烧所释放的热量中有百分之几被水吸收？解：酒精完全燃烧产生的热量Q1=3.0×107J/kg×2.5×10-3Kg=7.5×104J水吸收的热量Q2=4.2×103J/(kg.°C) ×250×10-3kg×40°C=4.2×104Jη=Q2/Q1×100﹪=56﹪例2:一台内燃机工作时,燃料不完全燃烧损失热量5%,汽缸散热损失25%,废气带走热量为30%,摩擦等机械损耗占10%,则它的机械效率是 .例3:一台柴油机消耗柴油5×10-3kg ,对外输出有用功为66000J,已知柴油的热值q=3.3×107 J/ kg,求:此柴油机的效率是多大2.如何提高热机效率的措施（1）改善燃料的燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧。

（2）减少散热的损失（3）是运动部件润滑良好和废气的内能损失。

提问：（1）看P24页的一般热机效率，不同的热机的效率一般不同，那么想一下热机效率会不会达到100﹪？（2）机械效率和热机效率是不是一回事？（用机械做功时，有用功和总功的比值叫做机械效率，热机的燃料释放出的能量用来开动热机，这些热量不会用来全部做有用功也就是不会用来全部开动热机，那么有用的热量与总的热量之比就是热劲效率。

可见研究的问题是不一样的，不过研究问题的思想是一样的，都反映的是性能的好坏，机械效率是机械做功的性能的好坏，热机效率是热机性能好坏的标志）小结第三节能量的转化和守恒教学目标1．知识与技能●知道各种形式的能是可以相互转化的．●知道在转化的过程中，能量的总量是保持不变的．●列举出日常生活中能量守恒的实例．●有用能量守恒的观点分析物理现象的意识．2．过程与方法●通过学生自己做小实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式能量之间的相互转化．●通过讨论体会能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体．3．情感态度与价值观●通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个感性的认识．●通过学生讨论锻炼学生分析问题的能力．教学重点与难点重点：能的转化和守恒定律，强调能的转化和守恒定律是自然科学中最基本定律．难点：运用能的转化和守恒原理计算一些物理习题；运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的．教学课时：1时教学过程：引入新课我们知道物体的动能和热能，是由物体的机械能运动情况决定的能量，内能跟物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。

物体内部分子的热运动，物体的机械运动都是物质运动的形式，由于运动形式不同，与之相联系的能量也不相同。

进行新课(1)自然界存在着多种形式的能量。

尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。

(2)在一定条件下，各种形式的能量可以相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。

在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。

运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。

在这种转移的过程中能量形式没有变。

在自然界中能量的转化也是普遍存在的。

小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，课本图2-17中画出了一些农常用的生活、生产设备。

请同学分析在使用图中设备时能量的转化。

(3)在能量转化和转移的过程中，能的总量保持不变。

大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。

如在热传递过程中，高温物体放出多少热量（减少多少内能），低温物体就吸收多少热量（增加多少内能）；克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化为能量，但能量的总量不变。

就是说某物体损失的能量等于几个物体得到几个物体得到的能量的总和。

例如，把烧热的金属块，投到冷水中，冷水，盛水的容器以及周围的空气等，都要吸收热量，它们所吸收的热量总和跟金属块放出的热量相等。

再如水电站里，水从高处流下，损失了机械能，一方面由于推动发电机转动而转化为电能，一方面水跟水轮机、管道摩擦而转化为内能。

那么水的机械能的损失等于产生的电能和内能的总和。

以上规律是人类经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律棗能量的转化守恒定律。

通常把它表述为：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总保持不变。

小结能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

(1)能量守恒定律普遍适用。

在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。

从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。

(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。

自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。

电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。

植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。

(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。

人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。