高中物理內能利用章節(jié)課件及復習教案引言：從能量的視角看世界在我們周圍的世界里，能量無處不在，它驅動著萬物的運動和變化。內能，作為能量的一種重要形式，與我們的日常生活息息相關。從冬日里取暖的暖氣，到驅動汽車飛馳的引擎，再到工廠里轟鳴的機械，都離不開對內能的巧妙利用。本章我們將深入探討內能的本質、改變內能的途徑，重點研究熱機這一內能轉化為機械能的核心裝置，分析其工作原理與效率，并思考能源的可持續(xù)發(fā)展問題。這不僅是對物理知識的深化，更是培養(yǎng)我們運用科學知識解決實際問題、樹立節(jié)能意識的重要契機。---第一節(jié)：內能與內能的改變一、內能的概念回顧1.定義：物體內部所有分子熱運動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內能。*分子動能：與分子的熱運動劇烈程度有關，溫度是其宏觀標志。溫度越高，分子熱運動越劇烈，分子動能越大。*分子勢能：與分子間的相互作用力及分子間距離有關，宏觀上與物體的體積、狀態(tài)等因素有關。2.普遍性：一切物體，不論溫度高低，都具有內能。3.單位：焦耳（J），與其他形式能量的單位相同。二、改變物體內能的兩種方式1.做功：*實質：其他形式的能與內能之間的相互轉化。*實例：摩擦生熱（機械能→內能）、壓縮氣體做功（機械能→內能）、氣體膨脹對外做功（內能→機械能）。*判斷方法：若物體與外界有“力”的作用，且在力的方向上有位移，或有明顯的機械能變化，則通常伴隨做功改變內能。2.熱傳遞：*實質：內能從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分。*條件：存在溫度差。*方向：內能總是從高溫物體（或部分）向低溫物體（或部分）轉移，直至溫度相等（熱平衡）。*方式：熱傳導、熱對流、熱輻射。*實例：燒水時水溫升高、冬天曬太陽感到溫暖。3.兩者關系：做功和熱傳遞在改變物體的內能上是等效的，但它們的本質不同。>教學提示：此處可結合生動的演示實驗，如壓縮空氣引火儀、打氣筒打氣后筒壁發(fā)熱、冷水和熱水混合等，幫助學生直觀理解。強調“等效不等質”。---第二節(jié)：熱機及其工作原理一、熱機的定義與分類1.定義：熱機是將燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能的裝置。2.常見類型：*內燃機：燃料在氣缸內燃燒，如汽油機、柴油機。*蒸汽機：燃料在氣缸外燃燒（鍋爐）。*汽輪機、噴氣發(fā)動機等。*重點：內燃機（汽油機和柴油機）是我們學習的重點。二、汽油機的工作原理1.構造：主要由氣缸、活塞、連桿、曲軸、進氣門、排氣門、火花塞等組成。2.工作循環(huán)：一個工作循環(huán)包括四個沖程，活塞往復兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。*吸氣沖程：進氣門打開，排氣門關閉，活塞由上向下運動，吸入汽油和空氣的混合物。*壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞由下向上運動，燃料混合物被壓縮，內能增大，溫度升高。（機械能→內能）*做功沖程：在壓縮沖程末，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣。燃氣推動活塞由上向下運動，通過連桿帶動曲軸轉動。（內能→機械能）——此沖程為對外做功沖程。*排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞由下向上運動，將廢氣排出氣缸。3.輔助沖程：吸氣、壓縮、排氣三個沖程靠飛輪的慣性來完成。三、柴油機的工作原理1.構造：與汽油機相似，但沒有火花塞，而有噴油嘴。2.工作循環(huán)：同樣包括吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程。*吸氣沖程：吸入的是空氣（無汽油）。*壓縮沖程：壓縮的是空氣，且壓縮程度比汽油機更高，因此空氣被壓縮后溫度更高，遠超柴油的燃點。*做功沖程：在壓縮沖程末，噴油嘴向氣缸內噴射霧狀柴油，柴油遇到高溫空氣立即燃燒，產(chǎn)生高溫高壓燃氣推動活塞做功。（壓燃式，無需火花塞）*排氣沖程：與汽油機類似。3.汽油機與柴油機的比較（簡要總結）：*吸入物質：汽油機吸油氣混合物，柴油機吸空氣。*點火方式：汽油機點燃式，柴油機壓燃式。*效率：柴油機效率通常高于汽油機。*應用：汽油機一般用于小汽車、摩托車等；柴油機一般用于載重汽車、拖拉機、輪船等。>教學提示：利用動畫或掛圖清晰展示四沖程的動態(tài)過程，對比汽油機和柴油機的異同點，引導學生理解各個沖程中能量的轉化和氣門、活塞的狀態(tài)。強調做功沖程的核心地位。---第三節(jié)：熱機的效率一、燃料的熱值（q）1.定義：某種燃料完全燃燒放出的熱量與其質量（或體積，對于氣體燃料）之比，叫做這種燃料的熱值。2.物理意義：表示燃料燃燒放熱本領的物理量。3.公式：*對于固體和液體燃料：\(Q_{放}=mq\)（m為燃料質量）*對于氣體燃料：\(Q_{放}=Vq\)（V為燃料體積）4.單位：焦每千克（J/kg）或焦每立方米（J/m3）。5.特性：熱值是燃料本身的一種特性，只與燃料的種類有關，與燃料的質量、是否完全燃燒等均無關。二、熱機效率（η）1.定義：用來做有用功的那部分能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機的效率。2.公式：\(\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}\times100\%\)*\(W_{有用}\)：熱機轉變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰俊?\(Q_{放}\)：燃料完全燃燒所釋放的能量。3.物理意義：反映熱機性能好壞的重要指標，效率越高，能量利用率越高。4.提高熱機效率的途徑：*使燃料盡可能完全燃燒（如改進燃燒裝置）。*盡量減少各種熱量損失（如給機器部件加保溫套減少散熱，優(yōu)化氣缸結構）。*在熱機的設計和制造上，不斷改進和創(chuàng)新，減少克服摩擦所做的額外功（如使用潤滑劑，改善機械結構）。5.現(xiàn)狀：熱機的效率普遍不高，汽油機效率通常在20%-30%，柴油機效率通常在30%-45%。>教學提示：通過具體數(shù)據(jù)和實例說明提高熱機效率的重要性（節(jié)能、減排）。引導學生思考能量損失的具體環(huán)節(jié)，從而理解提高效率的方法。---第四節(jié)：能量的轉化和守恒定律一、能量的多種形式機械能、內能、電能、化學能、光能、核能等。二、能量的轉化與轉移1.轉化：一種形式的能量變?yōu)榱硪环N形式的能量。例如：摩擦生熱（機械能→內能），電動機（電能→機械能），燃料燃燒（化學能→內能）。2.轉移：能量從一個物體轉移到另一個物體，或從物體的一部分轉移到另一部分，能量的形式不變。例如：熱傳遞（內能的轉移）。三、能量守恒定律1.內容：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到其他物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。2.意義：是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，是我們認識自然和改造自然的重要依據(jù)。3.永動機不可能制成：因為它違背了能量守恒定律。>教學提示：結合本章所學的熱機能量轉化，分析其是否遵循能量守恒定律。通過討論“永動機”的不可能性，加深對定律的理解。強調能量的“轉化”和“轉移”是有方向性的（雖然高中階段不深入，但可稍作提及，為后續(xù)學習或觀念建立鋪墊）。---第五節(jié)：能源與可持續(xù)發(fā)展一、能源的分類1.按產(chǎn)生方式：*一次能源：可以從自然界直接獲取的能源。如化石能源（煤、石油、天然氣）、風能、水能、太陽能、地熱能、核能等。*二次能源：無法從自然界直接獲取，必須通過一次能源的消耗才能得到的能源。如電能、汽油、柴油、煤氣等。2.按是否可再生：*可再生能源：可以在自然界里源源不斷地得到的能源。如太陽能、風能、水能、生物質能等。*不可再生能源：越用越少，不可能在短期內從自然界得到補充的能源。如煤、石油、天然氣等化石能源，核能（核燃料也是有限的）。二、能源的利用與環(huán)境問題1.化石能源的大量使用帶來的環(huán)境問題：*空氣污染（二氧化硫、氮氧化物導致酸雨，顆粒物污染）。*溫室效應加劇（二氧化碳排放）。*生態(tài)破壞（開采過程）。2.合理利用能源的重要性：能源是人類生存和發(fā)展的重要物質基礎。三、能源的可持續(xù)發(fā)展1.提高能源利用率：減少能源浪費。2.開發(fā)和利用新能源：太陽能、風能、水能、地熱能、潮汐能、生物質能、核能等清潔能源。3.樹立節(jié)能意識：從自身做起，節(jié)約每一度電、每一滴水。>教學提示：此部分內容與生活聯(lián)系緊密，可組織學生討論或進行小型調研，了解當?shù)啬茉词褂们闆r及面臨的挑戰(zhàn)，培養(yǎng)學生的社會責任感和可持續(xù)發(fā)展觀念。---復習教案一、復習目標1.知識與技能：*深刻理解內能的概念，能辨析改變內能的兩種方式。*掌握汽油機和柴油機的工作原理，能準確描述四個沖程的特點及能量轉化。*理解燃料熱值的概念，能進行簡單計算；理解熱機效率的定義，掌握其計算公式，并能分析提高效率的方法。*理解并能運用能量守恒定律解釋現(xiàn)象。*了解能源的分類，認識能源利用與環(huán)境保護的關系，樹立可持續(xù)發(fā)展觀念。2.過程與方法：*通過對比、歸納，加深對核心概念（如做功與熱傳遞、汽油機與柴油機）的理解。*通過典型例題分析，提高運用物理知識解決實際問題的能力。*培養(yǎng)分析問題、總結規(guī)律的能力。3.情感態(tài)度與價值觀：*體會物理知識在生產(chǎn)生活中的廣泛應用。*增強節(jié)能意識和環(huán)境保護意識，關注社會發(fā)展。二、復習重點與難點1.重點：*改變內能的兩種方式及其區(qū)別與聯(lián)系。*熱機的工作原理（四個沖程）及能量轉化。*熱機效率的概念及計算。*能量守恒定律。2.難點：*熱機各沖程的動態(tài)分析及判斷。*熱機效率的理解及相關計算（結合熱值）。*運用能量守恒定律分析復雜的能量轉化過程。三、復習策略與方法建議1.構建知識網(wǎng)絡：引導學生將本章知識點進行梳理，形成以“內能”為核心，輻射“改變方式”、“熱機應用”、“效率”、“能量守恒”、“能源利用”的知識體系。2.對比歸納法：*對比做功和熱傳遞改變內能的異同。*對比汽油機和柴油機的異同。*對比不同類型能源的特點。3.問題驅動法：通過設置一系列遞進式問題，引導學生回顧和深化理解。例如：“熱機為什么需要四個沖程？”“為什么柴油機效率比汽油機高？”4.典型例題引路與變式訓練：選取代表性例題進行精講，強調解題思路和方法，然后輔以變式練習，鞏固所學。5.實驗與情景再現(xiàn)：回顧課堂演示實驗，或利用多媒體重現(xiàn)熱機工作過程，幫助學生直觀記憶。四、典型例題解析例題1：關于內能，下列說法正確的是（）A.物體的內能增加，一定是吸收了熱量B.物體吸收熱量，溫度一定升高C.物體溫度越高，內能一定越大D.0℃的冰沒有內能解析：A.改變內能的方式有做功和熱傳遞，內能增加可能是吸熱，也可能是外界對物體做功，A錯誤。B.物體吸收熱量，溫度不一定升高，例如晶體熔化過程，吸熱但溫度不變，B錯誤。C.內能與溫度、質量、狀態(tài)等有關，同一物體，溫度越高，內能越大。這里說“物體”，如果質量不同，則不一定，但若選項默認是同一物體或可比較的情況，C相對正確。但嚴格說，此選項表述不夠嚴謹，需結合具體選項設置。D.一切物體都有內能，D錯誤。答案：（若選項中C是最佳選擇，則選C，并強調其前提條件）例題2：如圖所示為汽油機工作循環(huán)中的某一沖程示意圖，請根據(jù)圖示判斷這是哪個沖程？并說明該沖程的能量轉化情況。（此處應有一個單缸汽油機沖程示意圖，例如：兩個氣門都關閉，活塞向上運動）解析：觀察氣門狀態(tài)：進氣門和排氣門均關閉。觀察活塞運動方向：向上運動。結論：此為壓縮沖程。能量轉化：機械能轉化為內能。例題3：一輛汽車的發(fā)動機效率為25%，該車行駛時消耗了5kg的汽油，這些汽油完全燃燒放出的熱量是多少？汽車獲得的有用機械能是多少？（q汽油=4.6×10?J/kg）解析：已知：m=5kg，q=4.6×10?J/kg，η=25%求：Q放，W有用解：Q放=mq=5kg×4.6×10?J/kg=2.3×10?Jη=W有用/Q放所以W有用=η×Q放=25%×2.3×10?J=5.75×10?J答：汽油完全燃燒放出的熱量是2.3×10?J，汽車獲得的有用機械能是5.75×10?J。四、鞏固練習與拓展思考1.填空題：*冬天搓手取暖是通過______方式改變內能，用熱水袋取暖是通過______方式改變內能。*汽油機的做功沖程中，______能轉化為______能。*某太陽能熱水器，將質量為100kg的水從20℃加熱到70℃，水吸收的熱量是______J。（c水=4.2×103J/(kg·℃)）（此題為熱傳遞計算，鞏固比熱容公式，與內能相關）2.選擇題：（圍繞核心概念，設計3-5題）3.簡答題：*為什么熱機的效率不可能達到100%？*列舉生活中利用內能的實例，并說明能量的