机械能和内能发动机的秘密.ppt

义务教育课程标准实验教科书苏科版,第12章 机械能和内能 发动机的秘密 教材建议及评价示例,一、物理课程标准（实验稿）相关要求, 能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其它形式的能的转化。 了解内能的概念。能简单描述温度和内能的关系。 结合实例认识功的概念。知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。 了解热量的概念。 了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。 从能量转化的角度认识燃料的热值。 能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。,二、知识网络,三、课时建议,四、编写思路,本章教材的编写有明、暗两条线索，明的一条是以现代交通工具汽车为载体来引入，先后介绍了机械能、内能及其相互转化，以及燃料的热值、内燃机等知识。暗的一条线索是以能量的概念展开，让学生了解能量的形式是多种多样的，前面学习的机械运动、分子热运动这两种运动形式分别对应着机械能和内能，而且每种形式的能量并不是孤立的，是可以相互转化（如动能与势能的转化、机械能与内能的转化）或转移（如内能的转移）的，在能的转化过程中一般对应着做功的过程。,本章的三节内容是从学生最熟悉的动能、势能入手，在原有知识的基础上进一步定性研究了影响动能、势能大小的因素和动能与势能间的相互转化；接着结合分子动理论知识采用类比的方法介绍了内能的概念、内能与温度的关系以及物体间内能转移的形式热传递和热量的概念及其计算；最后说明了内能与机械能之间的相互转化以及它的应用热机（汽油机），介绍了燃料热值的概念和由于燃料燃烧造成的环境问题。 本章的教学内容的选择、组织和呈现中力图体现以下几点：,1注重前后知识的衔接和联系,在本章的学习中，许多知识都是在前面学习的基础上进一步的深入，因此在教材的编写时注重前后知识的联系。 如：由于本教材的特点之一是将能量问题贯穿整个教材的始终，在8年级学生就接触了诸如动能、重力势能、弹性势能的一些实例，就为本章进一步学习机械能打下了基础，教材在举例方面就注意前后不重复。其他的还有如：进行温度与内能之间关系的学习时联系到分子动理论的相关知识；在进行热传递的计算时联系到比热容的概念等。,2注意物理与生活、社会的联系,本章内容在课程标准中的要求并不高，大部分内容是要结合实例来认识，如“能用实例说明物体的动能和势能以及它们的转化。能用实例说明机械能和其它形式的能的转化”，“能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系”等。因此在教材内容的选择上比较注重联系生活、社会实际。 例如在谈到动能、势能和内能时，列出了大量的图片实例；讲到热机时介绍了热机的发展历程对促进社会发展所作的贡献；讲到燃料的热值时联系环境保护的问题等。,3注重研究方法的学习,在本章的探究活动中常用到“控制变量法”，如“探究动能的大小与哪些因素有关”、“模拟打桩”、“比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量”等问题时都用到这种方法，这种研究方法在8年级的学习中已经多次接触过，因此，在教学中要注意学生的掌握情况并对学生提出一定的要求。由于受知识基础和抽象思维能力的限制，学生对内能的概念（特别是分子势能的概念）往往感到不容易理解，教材中是采用分子势能与重力势能类比的方法来处理的，这也是科学家在研究问题时常采用的一种推理方法，要让学生体会到这种研究问题的方法。,4探究活动取材简单，效果明显,本章中安排的活动，如：“卡片为什么会跳起来”、“模拟打桩”、“演示点火爆炸”、“比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量”等与老教材相比，都是一些新增加的实验，这些实验的取材不仅比较简单，而且效果明显，一般学校的教师甚至学生都可准备。,例如“在研究做功能否改变物体的内能”的活动中，只要一小段铁丝，但其作用效果却非常明显。让学生在反复弯折铁丝的时候，细细体会铁丝温度升高、内能增加的过程，作用要比说教有用得多，教学时决不能因其简单而不为。因此教师在教学中要创造条件开展实验活动，让学生能对实验现象有亲身的体验，提高学习的兴趣，促进对概念、规律的理解。,五、导图说明,汽车对学生来说并不陌生，从儿时爱不释手的玩具到重要的现代交通工具都离不开它，可能有的学生（特别男生）从小对汽车就充满着好奇，渴望解开其中的奥秘。而汽车的行驶过程和发动机的工作过程与燃料的燃烧、机械能与内能及其相互转化等都有着密切的关系，因此，汽车的发动机是本章组织教学的一个良好载体，本章的副标题就取名为“发动机中的秘密”。,本章导言围绕汽车的发动机提出了一些问题，这些问题可能在有的学生头脑中已经存在了很久，意在激发学生的学习兴趣；同时，这些问题也正是通过本章的学习所要解决的。 本章导图是一辆在沙漠中疾驶的赛车，由于路途的不平，正在上下颠簸，既显示动能与势能之间的相互转化，同时蕴含着汽车有强劲的发动机。在导图的背景中隐含着一个钟表，意在使学生由汽车发动机联想到其他机械装置同样也具有“发动机”，实际上任何一个机械装置的“发动机”其工作实质都是能量的转化将其他形式的能转化为动能。,六、教材说明和教学建议,第一节、动能 势能 机械能 【教学目标】 1通过实例分析，认识到运动的物体能做功，具有动能； 2通过探究，知道动能的大小与物体的质量和运动速度有关，并能解释简单的现象； 3通过探究，知道弹性势能和重力势能的概念和决定因素，并能解释简单的现象； 4通过观察和实验认识并理解动能和势能的转化过程，能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能之间相互转化的简单的物理现象。 5能够运用控制变量法进行实验设计；逐步养成在实验中认真观察、勤于思考的习惯。,【教材说明】,由于动能、重力势能、弹性势能的概念在8年级的教学中已经出现，有关它们的一些现象学生并不陌生，因此本节教材从前面学生没有接触过的“公路限速”和“滑板下滑”两个实例提出问题，目的是激发学生的学习兴趣，同时也揭示了本节要研究的内容动能、势能及其相互转化。,“一个物体如果能对另一个物体做功，这个物体就具有能量”这仅是对能量概念一个粗略的定义，在初中阶段不必追求这个概念的严密性。,决定动能、弹性势能、重力势能大小的因素是本节的教学重点之一，教材先后安排了三个探究活动并结合实例分析来进行说明。在第一个探究活动中穿插了一条信息快递，目的是要消除学生可能存在的错误观念，便于顺利得出探究活动的结论。在这三个探究活动中都用到了“控制变量法”，且活动过程的设计也逐步放开，意在培养学生的实验能力。,接着，教材安排了观察摆球摆动的实验，目的是要学生通过观察和思考，发现动能与势能的相互转化，同时渗透机械能转化与守恒的思想观点。,后面所例举的实例目的是要让学生学会运用动能与势能之间相互转化的观点来分析，并认识到生活中这类现象是很多的。,生活物理社会安排了一段关于“大海中蕴含的机械能”的短文，目的是扩大学生的知识面，了解在大海中还有巨大的能源还没有被开发，从而激发学生进一步学习的兴趣。,【教学建议】,本节的教学内容和探究活动较多，宜安排三课时来组织教学，旨在突出探究过程的教学。第一课时学习动能的概念；第二课时学习弹性势能和重力势能；第三课时学习动能与势能间的相互转化。 动能、重力势能、弹性势能概念的教学中应紧紧抓住“能做功”和“比较做功本领的大小”来讲授这几个概念。既要使学生认识它们能够做功的共性，又要使学生理解每个概念的个性特征。,1关于“动能”的教学,由于在8年级学习“物体的运动”一章时就结合实例出现了动能的概念，因此在教学时首先可以让学生回忆能说明运动物体具有动能的实例。 教师也可以进行一些演示实验，如：风吹动小风车转动，水流冲击水轮机转动，玩具手枪射出的子弹推动泡沫塑料块等，说明运动的物体具有动能。然后改变风速和水流速度的大小、改变玩具手枪子弹的质量再次进行实验，要学生观察实验现象有什么变化，从而引入动能的大小与哪些因素有关的问题。,探究动能的大小与哪些因素有关的实验不论是进行演示还是分组，都要调动学生参与的热情，注意引导学生联系前面所学的控制变量法，明确在先后两次实验中哪些量是保持不变的，哪个量是改变的，并注意对实验现象进行观察和对比。要注意：实验中研究的对象是小车，而观察的对象是木块移动的距离。只要学生认识到木块移动的距离越大，小车撞击前的动能越大即可，不必深究在撞击过程中能量转移的详细过程。,为了让学生接受“质量不同的小车从同一斜坡的同一高度释放，运动到水平面时速度的大小相等”这一信息，条件许可的学校可增加一个演示实验，即：如教材图126（a）（b）装置，去掉木块，让两个小车同时滑下，仔细观察，可以发现两个小车的运动情况是一样的。,实验的结论“越大越大”是一种定性的说法，至于两个量是否是成正比，可以告诉学生到高中再进一步研究。 为了让学生理解动能的大小与物体的质量和运动速度有关，还可以让学生再举一些生活中的实例来说明，如：操场上飞来的足球可以用脚去踢，而飞来的铅球却避之不及；高速行驶的汽车在车祸中造成的损害要更大一些；“雷声大雨点稀时”的雨点落到脸上，会打得生疼，而浴室中房顶上的水滴落到脸上时却不会感到疼痛”。,2关于“弹性势能”的教学,在进行“卡片为什么会跳起来”的活动时，要鼓励学生积极动手。由于取材比较简单，可让学生课前先准备好相关物品。在实验时要注意：卡片纸要适当硬一些，实验中手松开时动作要迅速。 本实验也可以用其他实验来替代。如：取一只尾部装有弹簧的圆珠笔，笔尖向上放置，下压弹簧，突然松手，观察发生的现象。若仅压下一半的距离，观察笔弹起时高度的变化，想一想说明了什么？,3关于“重力势能”的教学,“模拟打桩”实验中应用玻璃容器盛沙，以便于观察桩被打下的深度。桩可用演示压强的小桌来替代；重锤质量不宜过大，可用大小不等的立方体木块替代。 实验操作时要注意重锤下落要击中桩的中部，以免发生歪斜。对实验中学生提出的各种方法，教师要注意引导学生进行分析，使之通过实验能发现物体重力势能的大小与物体的质量和被举的高度有关。,4关于“动能与势能的相互转化”的教学,要通过观察实验与实例分析来得出动能与势能可以相互转化的结论。在进行教材中摆球摆动的实验之前，可以先观察并讨论上抛小球在上升阶段和自由下落阶段动能与势能之间的转化情况，为下一步过渡到观察比较复杂的摆球摆动实验做好铺垫。,为加深对动能与势能相互转化的理解，教师要引导学生认真分析教材中图1212所提供的实例，可能的话，可以先放一些相关的录象（过山车）或做实验（滚摆），以增加学生的感性认识。,对图（b）和（c）实例的分析要让学生认识到：撑竿跳高运动员由于助跑，起跳时具有一定的速度，因而具有一定的动能；起跳后撑竿弯曲，运动员的动能转化为撑竿的弹性势能；在运动员上升过程中撑竿的弹性势能转化为运动员的重力势能；在下落过程中重力势能转化为动能。皮球落地过程中高度减小速度增大，势能转化为动能；接触地面后皮球被压扁，动能转化为弹性势能；接着皮球弹起，在此过程中弹性势能转化为动能；离开地面后皮球上升，动能转化为重力势能。,5关于生活物理社会的教学,教师可以引导学生阅读栏目的内容，也可以补充一些动能、势能为人类服务的事例。有条件的学校也可以鼓励学生上网或上图书馆查询相关资料进行交流，使学生充分认识到动能、势能知识在生活中有广泛的应用，感受到学习物理的价值。,第二节、 内能 热量,【教学目标】 1了解内能的概念，通过类比的方法，知道任何一个物体都具有内能； 2能简单描述温度与内能之间的关系； 3结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的一种方式，是内能的转移过程； 4了解热量的概念，知道热量的单位。能正确使用“热量”这一术语，会进行关于物体吸、放热的简单计算； 5了解用热传递来改变物体内能的方法在生产、生活中的应用，会应用相关知识解释一些现象。,【教材说明】,本节教材主要介绍了内能的概念和物体内能的转移热传递及热量的概念。 首先联系8年级所学的分子动理论相关知识，采用类比的方法介绍了内能的概念，通过一个小实验说明温度与分子热运动剧烈程度的关系，进而分析说明了温度与内能之间的关系。然后结合实例说明热传递是改变物体内能的一种方式，并进一步引申建立了热量的概念，同时联系8年级比热容概念介绍了关于热传递过程中吸收或放出热量的简单计算。,【教学建议】,本节教学中关于内能、热量的概念是本节教学的重点，其中内能、温度与内能之间的关系是比较抽象的内容，也是本节教学的难点。因此教学中要注意借助学生自身的生活经验，也可以做一些小实验，以帮助学生正确理解概念。 1关于“内能”的教学 教学中可以这样引入：“玩具回力汽车运动，其动能是从弹性势能转化而来的，而真正的汽车开动时它的动能从何而来？”学生自然想到汽车行驶要使用汽油燃料，“那么这种燃料燃烧所产生的能叫什么能呢？”从而引入课题。,在回顾分子动理论的基础上可以引导学生讨论：运动的物体具有动能，那么处于热运动的分子是否具有动能呢？受到地球吸引的物体若被举高，具有重力势能；分子与分子之间也有相互作用力，分子之间是否也具有势能？,只要学生通过类比，知道由于分子之间存在相互作用力，因而具有分子势能即可，不必对分子势能的有关知识作深入介绍，也不要求懂得分子势能的大小在宏观上同物体的体积有关。 教学中要注意结合课本的实例，纠正学生对内能可能存在的一些错误认识，如：“内能与机械能是一回事”；“物体的温度达到0时内能为0”；“固体、液体有内能，气体没有内能”等。可以组织学生围绕一些实例来讨论，如：静止在地面上的球和运动在空中的球所具有的机械能和内能。使学生认识到内能与机械能是两种不同形式的能量，一个是跟物体内大量分子的热运动有关，另一个是跟宏观物体的机械运动情况有关。物体的机械能在一定条件下可以为0，但物体的内能却永远不可能为0。,2关于“温度与内能关系”的教学,在这部分内容的教学中，要注意调动学生思维的积极性，培养他们初步的推理能力。可以首先让学生观察“墨水滴入不同温度的水里后的扩散速度不同”的实验，并思考：“墨水的扩散速度不同说明了什么？”进而启发学生分析：“当一个物体的温度升高时，它的内能有无变化？如何变化？”然后指导学生概括出结论（即依据“温度高扩散快分子运动得快分子动能大物体的内能大”这一逻辑推理过程来组织教学）。在此基础上指出：实验表明，一个物体温度升高时，它的内能会增加；温度降低时，内能就会减少。对于较好的学生还可以进一步讨论：“物体内能增加温度一定会升高，物体内能减少温度一定会降低”的说法对吗？,3关于“热传递、热量”的教学,热传递是在小学科学中学习过的内容，因此教材以信息快递方式仅提供了发生热传递的条件和结果，并没有涉及其他更多的内容。教学中可以首先要求学生观察课本中的图1218的例子，再根据生活经验举出一些热传递的实例（所举实例最好要能包含热传递的三种方式），接着对各个实例重点分析在热传递过程中物体的温度如何变化？内能（能量）如何转移？从而使学生认识到热传递是改变物体内能的一种方式，其实质是在发生热传递过程中物体的内能（能量）发生了转移。,“热量”概念学生相对比较好接受一些，不过要强调“热量”是对应于热传递过程而言的，让学生认识到“物体具有多少热量”这种说法的错误所在。热量的单位与能量一样也是焦耳（J）。关于热量的计算，可以在回顾8年级所学比热容概念的基础上，从比热容的定义式出发，推导得出热量的计算公式。根据课程标准的要求，有关热量的计算要求不要过高，只要利用课本提供的一道例题，让学生初步学会运用热量的计算公式进行计算即可。通过对例题后面所提出问题的讨论，可以使学生知道一般情况下热传递过程中是有热损失的，例题中水在吸热的同时也在向外放热，另外水壶也要吸收部分热量。,生活物理社会提供了一小段关于汽车散热装置的短文，要指导学生联系比热容及本节课所学习热传递的相关知识分析其降温的原理和能量转移的情况。教师也可以另外补充一些其它的热传递改变物体内能的实例来进行分析、讨论。,第三节、机械能与内能的相互转化,【教学目标】 1通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其他形式能向内能的转化过程； 2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； 3借助模型或挂图等媒体，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程； 4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； 5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； 6通过阅读“化石燃料的燃烧和环境保护”一文，认识燃烧排放物对环境的影响，培养环保意识，初步认识能源与人类生存和社会发展的关系。,【教材说明】,本节开始以图片形式举的两个实例就是围绕本节重点内容而提出的，意在激起学生的疑问，产生学习的兴趣。 教材首先从做功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，有助于让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进行了铺垫。根据课程标准的要求，本节重点介绍了四冲程汽油机的构造和工作过程，而对柴油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。教材中“热机的发展历程”一文，通过展示热机的发展对人类社会文明的进程所起的积极作用，让学生了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义。,本节通过比较酒精、纸片燃烧放热的不同，建立热值的概念，并指导学生从能量转化的角度认识燃料的热值。教材提供“化石燃料的燃烧和环境保护”一文，目的是要让学生认识到燃烧排放物对环境的影响，从而培养自觉的环保意识。,【教学建议】,本节的教学内容较多，宜安排两课时进行教学。第一课时“内能与机械能的相互转化，热机”，第二课时“燃料的热值及其计算”。教学中要注意培养学生认真观察和实验，勤于思考的良好习惯，同时要引导学生联系生活实际，关注科技发展，认识技术的进步给人类社会带来的利与弊。,1关于“做功改变物体内能”的教学,这部分内容的教学可以直接先提出问题：“同学们采用哪些办法可以使铁丝温度升高内能增大？”从而启发学生开动脑筋、积极思维。再让学生思考对所提出的各种方法来进行归类，一种是通过热传递的方式，而另一种是通过做功的方式来实现的。这时可以结合学生讲的一些具体方法来进一步分析铁丝的内能从何而来，使学生认识到：热传递方式是内能的转移过程，能的形式没有变；而做功方式是机械能向内能的转化过程，能的形式已经发生改变。也可以进一步提出问题：“仅凭铁丝温度升高内能增大这一现象，能否断定是通过热传递方式还是做功方式来实现的？”使学生认识到做功与热传递的等效性。,在这一部分教学中要注意让学生体验到做功能改变物体的内能，使物体温度升高。建议可以增加一些小实验，如：拿一根橡皮筋先碰一下你的额头，再快速地将它来回拉几下，然后用橡皮筋碰一下额头，它有什么变化？取一根棉线，把线的一端捏在左手的拇指与食指之间，用右手很快地把线从左手两指间拉出来，手指有什么感受？（注意：手拉动的速度不能太快，以免手指划伤）。把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使图钉在粗糙的硬纸板上来回摩擦，图钉的温度有什么变化？对上述现象要注意引导学生进行分析，以加深对做功改变物体内能的理解。,在进行“空气压缩引火仪”的演示实验时要注意：如果活塞有漏气现象，则要在活塞上涂上凡士林；棉花球不宜太大，绿豆大小即可；棉花球所浸的乙醚也不能太多，太多反而实验不易成功；演示时下压活塞要迅速有力，一次不成功可拉起活塞再做一次；实验成功后如还要接着演示，可将活塞拔出，用接有细长乳胶管的打气筒向玻璃筒的底部打入新鲜空气，确保下一次实验的成功。,2关于“热机”的教学,热机是人类发明的将内能转化为机械能的一种重要机械，与生产、生活实际联系密切。这部分内容宜采用阅读、讨论、演示、讲解的方法来组织教学。 可以用点火爆炸的实验引入。实验中要注意塑料盒中酒精不宜太多，23滴即可。滴入酒精后将盖子盖上，过一会儿让酒精挥发成酒精蒸汽后再揿动电火花发生器的按钮。实验中要注意安全，不要将盖子对着自己或他人。实验后要引导学生分析其内能转化为机械能的过程，从而引入到热机的教学中。,关于汽油机的结构和工作过程在教材中已经做了比较清晰的阐述，因此这部分内容的教学要注重培养学生的阅读自学能力和语言表达、交流的能力。可以先提出一些问题，如：汽油机的主要结构是哪几部分？名称各是什么？吸气冲程中燃料混合物为什么能吸进汽缸？压缩冲程中能量怎样转化？什么时候点燃燃料？在做功冲程中是什么做功？能量发生了怎样的转化？等。,让学生带着问题有目标地去观察图1226，阅读课本内容并结合自身经验，进行思考和讨论。自学结束后可让学生先进行小组内的交流并完成教材中“想一想”的内容，然后选派代表借助于挂图或模型等媒体对全班学生介绍汽油机的构造和工作过程，学生表达错误或表达不准的内容可由其他学生进行补充说明。教师宜对一些关键处进行说明，如：各冲程中活塞的运动和能量的转化情况、飞轮的作用、热机的效率和环境保护等。,在完成汽油机的教学后可以让学生阅读信息库中关于“柴油机的工作过程”的内容，让学生初步了解汽油机和柴油机结构及工作过程的异同点。生活物理社会中介绍了热机的发展历程，可以让学生初步了解热机发展对人类社会作出的巨大贡献。教师也可以根据实际情况补充一些蒸汽机、燃气轮机、涡轮喷气发动器、火箭发动机的一些初步知识，扩大学生的知识面。要鼓励学生课后从图书馆、电视、网上获取热机的发展和热机与社会发展的关系，以及环境保护等问题，适当的时候组织一次交流汇报活动。,为搞好这部分内容的教学，最好能制作一些较大型的挂图，利用多媒体或活动投影片进行热机工作的动态演示，提高教学效果。可能的话，也可以组织学生参观汽油机（柴油机）厂，请工人师傅介绍某一具体型号热机的工作过程。,3关于“热值”的教学,这部分内容的教学可以从学生的生活实际引入，如：要求学生进行一项调查，向家长了解一下现在和以前家庭中所使用的燃料是什么？一个月大约要用多少？对调查情况进行对比后就可以发现，不同的燃料其燃烧放热的本领不同。接着可以利用课本中的127活动来进一步说明，从而引出热值的概念。,127活动要让学生动手操作、仔细观察并思考，同时要注意：酒精的浓度高一些可以使实验的效果更好一点；10g纸片可以裁成纸条形状，逐个放在燃烧皿中使其充分燃烧。 在介绍热值概念时要强调“完全燃烧”的含义。也可以让学生思考、讨论燃烧过程中能量的转化情况，了解燃料燃烧过程是个化学变化的过程，将化学能转化为内能，知道到目前为止，人类社会使用的能源，大部分来自燃料的燃烧。,燃料燃烧的计算公式出来后，可以补充一个简单的例题，巩固热值的概念。 要让学生会查燃料的热值表，认识到热值也是燃料的一种特性，知道某种燃料热值的物理意义，初步认识常见的各种燃料热值的大小关系。可以补充介绍一下，气体的热值有时可以用J/m3为单位。 关于燃料的燃烧和环境保护的教学，除了要学生阅读教材“读一读”的内容外，还可以采取多种形式，如：请环保专家进行环保方面的科普报告；要求学生就某一环保问题进行调查，形成调查报告，在班上进行交流；提供一些燃料排放物污染与治理方面的图片、录像带、光盘等资料让学生观看等。通过这些教学活动要使学生