机械能与内能的相互转化-初中-物理-教学设计

《机械能与内能的相互转化》教学设计李洁西安滨河学校一、教学目标1.

知识与技能：理解机械能与内能可以通过做功的方式相互转化。能举例说明生活中机械能与内能相互转化的现象（如摩擦生热、热机工作等）。知道做功是能量转化的量度，明确“做功”在能量转化中的关键作用。2.

过程与方法：通过观察实验现象，分析能量转化的过程，培养科学探究能力和逻辑思维能力。通过小组讨论和实例分析，体会“从生活到物理，从物理到生活”的学习方法。3.

情感态度与价值观：感受物理与生活的紧密联系，激发探究能量转化现象的兴趣。体会科学技术对社会发展的推动作用（如热机的应用）。二、教学重点与难点-重点：机械能与内能相互转化的实例分析及规律总结。-难点：理解“做功”在能量转化中的本质作用，区分能量转化与转移的不同。三、教学方法实验探究法、案例分析法、多媒体辅助教学法、小组讨论法。四、教学准备-实验器材：压缩空气引火仪、一端封闭的玻璃管（内有活塞和少量棉花）、气球、酒精灯、试管（带橡胶塞）、铁架台、细线、砂纸。-多媒体资源：机械能与内能转化的动画视频（如钻木取火、汽油机工作原理）、PPT课件。五、教学过程环节一：情境导入【知识梳理】一、改变物体内能的另一种方式——做功1．对物体做功甲乙丙丁（1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高（2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高（3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了（4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。2．物体对外做功试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。-生活实例分析：-讨论“流星划过夜空发光”“汽车刹车时轮胎发热”等现象，强化“做功是机械能转化为内能的方式”。2.内能转化为机械能实验探究2：内能对外做功实验3：加热试管中的水，橡胶塞弹出（如图）：操作：用酒精灯加热试管中的水，观察塞子被弹出，管口出现白气。分析：水蒸气膨胀对塞子做功，内能转化为塞子的机械能；白气是水蒸气液化形成的小水滴。实验4：气球充气后放手，气体喷出推动气球运动。结论：气体内能转化为气球的机械能。科技应用：播放汽油机工作原理动画，讲解“做功冲程”中内能转化为机械能，说明热机的工作原理。3.归纳总结能量转化的条件：通过做功实现（机械能↔内能）。公式表达：W=E（做功的多少等于能量转化的量）。对比辨析：能量转化：不同形式能量的转化（如机械能→内能）。能量转移：同种形式能量的转移（如热传递）。二、热机（1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。（2）汽油机工作循环①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气；②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高；③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能；④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。冲程名称吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程气门开、关情况只有一个气门（进气门）打开两个气门都关闭两个气门都关闭只有一个气门（排气门）打开活塞的运动方向向下运动向上运动向下运动向上运动能量的转化情况机械能转化成内能内能转化成机械能注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。（3）汽油机和柴油机的不同处项目构造吸入气缸的物质点燃方式效率汽油机气缸顶部有一个火花塞空气和汽油混合物点燃式效率较低柴油机气缸顶部有一个喷油嘴空气压燃式效率较高三、燃料的热值1．探究不同燃料的放热能力【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网【实验设计】如图所示,用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中,点燃后,给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热,待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度加热前的水温/℃燃料燃尽后的水温/℃温度变化/℃10g煤油10g菜籽油【实验方法】①转换法将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化②控制变量法控制相同的被加热条件、燃料的质量相等【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大【实验结论】质量相等的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量一般是不相等的。2．燃料的热值：（1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量(固体、液体)或体积(气体)之比，用q表示（2）定义式：(固体、液体)或（3）单位：J/kg或J/m3（4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。（5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。3．燃料燃烧放热的计算公式：(固体、液体)或(气体)四、热效率1．加热效率（1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。（2）公式：或。2．热机效率（1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率（2）公式：①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有；②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。（3）能量损失的原因如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低（4）提高热机效率的途径

①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量【易错点】1．热机的压缩冲程是活塞对气体压缩，做功冲程是燃气对活塞做功。2．热值是物质的属性，只与物质种类有关，与其他因素均无关。3．温度、内能、热量之间的关系环节三：课堂讨论与练习（10分钟）1.

小组讨论：列举生活中机械能与内能转化的例子（如：打气筒发热、柴油机工作等），分析能量转化方向。2.

典型例题：例1：判断下列现象的能量转化：①弯折铁丝发热；②内燃机做功冲程；③陨石坠入大气层燃烧。例2：为什么用打气筒打气时，筒壁会发热？（提示：活塞压缩空气做功，同时活塞与筒壁摩擦做功）环节四：课堂小结（5分钟）1.

学生总结：通过思维导图梳理核心知识：机械能⇌内能（做功实现转化）实例：摩擦生热、热机工作、压缩/膨胀气体2.

教师强调：做功是能量转化的“桥梁”，能量转化过程中总量守恒。环节五：课后作业（布置5分钟）1.

基础题：课本习题（分析能量转化方向）。2.实践题：用废弃的塑料瓶设计实验，验证“内能可以转化为机械能”（如：瓶内装热水，盖紧后拧瓶身，观察瓶盖弹出）。3.

拓展题：查阅资料，了解“新能源汽车（如电动车）是否涉及机械能与内能的转化”，并说明理由。六、板书设计机械能与内能的相互转化一、转化方式：做功（其他形式能↔内能）二、具体转化：1.机械能→内能实例：搓手、压缩空气引火、摩擦生热本质：外界对物体做功，内能增加2.内能→机械能实例：水蒸气推塞子、热机做功冲程本质：物体对外做功，内能减少三、核心结论：做功是能量转化的量度，能量守恒七、教学反思1.