机械能和内能的相互转化。

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课题三、机械能和内能的相互转化课时2课时课型新授课
教学目标1．认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其它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．了解汽油机的结构及其工作过程。了解内能的利用在社会发展史上的意义。
4．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。
5．认识燃烧排放物对环境的影响、认识能源与人类生存和社会发展的关系。
重点难点认识到做功是改变内能的另一种方式。了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程。知道热值的概念和单位，会进行燃料燃烧放热的简单计算。四冲程汽油机的工作过程和其中的能量转化。
教材分析本节以图片形式围绕重点内容举例提出问题，激发学生学习的兴趣。教材首先从做功能改变物体的内能入手，有助于学生认识到两种改变物体内能方式间的异同，介绍了内能转化为机械能，为热机的教学做了铺垫。
教学方法创设情景提出问题，通过几个活动说明做功可以改变物体的内能，联系实际引出热机的概念。
教具铁丝、空气压缩引火仪、电子式火花发生器、汽油机模型、温度计、铁架台、石棉网、烧杯、燃烧皿、酒精、碎纸片、水
教学程序设计学生活动
①观察课本P42图12-21、12-22
②日常生活中有哪些类似的现象？
③从能量转化的角度分析上述现象

探究做功能否改变物体的内能
（活动1）课本P42图12-23
现象：铁丝的弯折处发热
说明：对铁丝做功使铁丝的内能增大，温度升高。
（活动2）空气压缩引火仪
现象：棉花燃烧
说明：活塞压缩空气做功，使空气的内能增大，温度升高，达到棉花的着火点。
④上述实验中，物体增加的内能从何而来？
一、做功是改变物体内能的另一种方式
1．对物体做功可以使物体的内能增大，温度升高。
（机械能转化为内能）

①如果物体对外做功，会发生什么现象？
②生活中物体对外做功的事例？
（活动3）演示点火爆炸（课本P43图12-25）
现象：盒盖被顶开，盒口出现“白气”
③分析“白气”的形成
说明：酒精燃烧后的燃气对外做功，燃起的内能减少，温度降低。
从能量转化的角度分析上述过程
2．物体对外做功，使物体的内能减少，温度降低。
（机械能转化为内能）

①这一实验原理在实际生活中哪些方面有应用？
二、热机：是将燃料燃烧产生的高温高压燃气的内能转化为机械能的装置
②热机是如何将内能转化为机械能的？
观察课本P44图12-26，了解汽油机的构造。
1．构造：进气门、汽缸、曲轴、连杆、活塞、排气门、火花塞
观察课本P44图12-27，了解汽油机的工作过程。
2．冲程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一段运动到另一端的过程叫做冲程。
3．汽油机的一个工作循环：
(1)吸气冲程(2)压缩冲程(3)做功冲程(4)排气冲程

①改变内能的两种方式？
②如果一根锯条的温度升高，能否知道是什么方式改变了物体的内能？
③这说明了什么？
④阅课本P44“生活物理社会”，了解热机的发展历程和火箭发动机。

①一个三口之家，每月所需能量基本不变，如果使用不同的燃料，其月消耗量是否相同？
②燃料充分燃烧放出的热量可能与哪些因素有关？
（活动4）比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量
见课本P47图12-32
加热前的
水温（℃）燃料燃尽后的水温（℃）水温的变化（℃）
10g酒精
10g碎纸片
结论：质量相等的不同燃料完全燃烧所放出的热量一般是不相同的
三、热值q：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量
1．单位：J/kg
2．燃料完全燃烧放出的热量：Q放=mq
③烟煤的热值2.9×107J/kg表示什么？
④燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关？
复习巩固学生讨论

机械能和内能之间的相互转化

通过对物体做功的方式将机械能转化为内能

温度降低，空气中的水蒸气遇冷液化形成“白气”。

内能转化为机械能

学生讨论

对照实物模型，认识汽油机的各个组成部分。
做功和热传递
不能
做功和热传递对于改变物体的内能是等效的

不同

燃料的质量
燃料的种类
引导学生观察实验现象，记录实验数据

1kg的烟没完全燃烧所放出的热量是2.9×107J
热值、质量、燃料是否充分燃烧
三、思考与作业
四
教
学
后
记

相关知识

弹性势能和动能的相互转化

实验3：弹性势能和动能的相互转化。
演示课本图1一7动能和弹性势能的转化实验。实验可分两步做。首先手持着木球将弹簧片推弯，而后突然释放木球，木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。让学生分析在此过程中，弹性势能转化为动能。第二步实验，让木球从斜槽上端滚下，让学生观察木球碰击弹簧片的过程，然后，依据课本图1一7，甲一乙图和乙十丙图分析动能转化为弹性势能和弹性势能转化为动能的过程。得出：动能和弹性势能也是可以相互转化的。
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举，说明动能和势能的相互转化。有些事例比较复杂，例如：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中，动能和势能是如何相互转化的呢？
（板画足球轨迹，依图分析）首先我们来分析足球离地面的高度的变化，这是判断足球重力势能变化的依据。很明显，在上升过程中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。
人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大家并不陌生，然而围绕人造卫星，同学们还有许多的谜没有揭开。例如：人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来？在人造卫星内失重是怎么回事？等等，这些问题还有待于同学们进一步学习，今天我们只讨论卫星运行过程中，动能和重力势能的相互转化。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。（出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图）现以我国发射的第一＊人造卫星为例，它离地球最近时（此处叫近地点）离地面439公里，离地球最远时（此处叫远地点）离地面高度是2384公里，它绕地球一周的时间是114分钟＊它在近地点时，速度最大，动能最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小，重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地有动能和势能的相互转化。
4．小结
通过“想想议议”问题的讨论，进一步认识动能和势能的相互转化。
（1）在动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且是此增彼减。
（2）动能的增减变化，要以速度增减来判断。
（3）重力势能的增减变化，要以物体离地面高度的增减变化来判断。
（4）判断弹性势能的增减，要根据弹性形变大小的变化。
（四）说明
1．滚摆实验能宜观地表现动能和势能的转化。它的优点在于能量转化的过程比较缓慢，摆轮高度变化明显、直观，摆轮转动快慢变化也能直接观察。实验中应充分发挥上述优点，为此要注意以下几点。
（1）摆轮的轴应相对细些，以减缓摆轮的升降速度。固定摆绳时，应穿过轴的横孔，不宜用缠绕的方法固定，以防打滑。
（2）要在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，便于观察摆轮速度的变化。
（3）摆轮应当边缘厚重，以增大转动惯量。
2．关于人造卫星的知识，学生是非常感兴趣的，鉴于学生的知识基础，难以使学生揭开谜底，往往由此而损伤学生的求知欲。本节课如有可能，也可通俗地介绍卫星为什么能绕地球运行。讲法上可用想象推理的方法。
参看图1一1，水平地抛出一个物体，由于地球的吸引，它会落回地面，但是抛出的物体速度越快，它飞行的距离越远。
人抛物体，抛出的距离不过几十米，但汽枪子弹能飞行几百米，步枪子弹能飞行几千米，而炮弹能飞行几一公里。我们可以设想，物体的速度足够大时，它就能永远不落回地面，围绕地球旋转。这个速度大约是8公里／秒。如果速度再大些，物体绕地球运行的轨道就由圆形变为椭圆形。人造卫星就是根据这个道理发射的。
（一）教学目的
1．知道动能和重力势能、弹性势能可以相互转化，并能举例说明。
2．能解释一些有关动能、重力势能、弹性势能相互转化的简单物理现象。
（二）教具
滚摆。单摆，斜槽，弹簧片，木球，人造地球卫星的挂图等。
（三）出学过程
1．复习
手持粉笔头高高举起。以此事例提问：被举高的粉笔具不具有能量？为什么？
2．引入新课
学生回答提问后，再引导学生分析粉笔头下落的过程。首先提出，当粉笔头下落路过某一点时，粒笔头具有什么能量？（此时既有重力势能，又有动能）继而让学生比较在该位置和起始位置，粉笔头的重力势能和动能各有什么变化？（重力势能减少，动能增加）
3．进行新课
在粉笔头下落的过程，重力势能和动能都有变化，自然界中动能和势能变化的事例很多，下面我们共同观察滚摆的运动，并思考动能和势能的变化。
实验1：滚摆实验。
出示滚摆，并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，告诉学生观察颜色标志，可以判断摆轮转动的快慢。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象。开始释放摆轮时，摆轮在最高点静止，此时摆轮只有重力势能，役有动能。摆轮下降时其高度降低，重力势能减少；摆轮旋转着下降，而且越转越快，其动能越来越大。摆轮到最低点时，转动最快，动能最大；其高度最低，重力势能最小。在摆轮下降的过程中，其重力势能逐渐转化为动能。
仿照摆轮下降过程的分析，得出摆轮上升过程中，摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
实验2：单摆实验。
此实验摆绳宜长些，摆球宜重些。最好能挂在天花板上，使单摆在黑板前，平行于黑板振动，以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。分析单摆实验时，摆球高度的变化比较直观，而判断摆球速度大小的变化比较困难，可以从摆球在最高点前后运动方向不同，分析摆球运动到最高点时的速度为零，作为这一难点的突破口。顺便指出像单摆这种往复的运动，在物理学中叫做振动。
综述实验1、2，说明动能和重力势能是可以相互转化的。

功和机械能

“功和机械能”复习课案

复习目标
1．功力作用在物体上，并且使物体沿力的方向通过了一段距离。我们就说力对物体做了功。功的单位是焦（耳）。
2．功率描述做功快慢的物理量，单位时间所做的功叫功率。功率的单位是瓦（特）。
3．功的原理使用机械时做的功，等于不用机械直接所做的功，也就是使用任何机械都不省功。
4．机械效率，有用功跟总功的比值。常用百分数表示机械效率。
5．机械能，物体机械运动的量度，包括动能、重力势能、弹性势能等。
6．动能物体由于运动而具有的能。物体的动能与物体的质量和运动速度有关。
7．重力势能物体由于被举高而具有的能。重力势能与物体的质量和被举高的高度有关。
8．弹性势能物体由于发生弹性形变而具有的能，弹性势能与物体的弹性形变大小有关。
9．动能和势能的相互转化在一定的条件下，动能、势能可以互相转化，并且遵从一定的规律。
10．水能、风能流水和风都是具有大量机械能的天然资源，可以用来为人类服务。
1．杠杆在力的作用下能绕固定点转动的硬棒。从支点到力作用线的距离叫力臂。
2．杠杆的平衡条件动力乘动力臂等于阻力乘阻力臂，即F1L1=F2L2
3．滑轮周边有槽，可绕中心转动的轮子。定滑轮的转轴固定，不省力，能改变力的方向。动滑轮的转轴随物体移动，能省一半力，不改变力的方向。
4．轮轴由轴和大轮组成，能省力和改变力的方向。
一、简单机械
1．为了省力，应选用动力臂长、阻力臂短的杠杆，但使用这种杠杆时，动力通过的距离要比阻力通过的距离长；阻力臂长的杠杆虽费力，但使用时，动力通过的距离比阻力通过的距离小，工作方便，在使用杠杆时，不能同时做到又省力，又少移动距离。
2．轮轴是杠杆的变形。使用轮轴时，动力作用在轮上可省力。
3．使用定滑轮不省力，但可以改变力的方向；使用动滑轮能省一半力；使用滑轮组时，重物和动滑轮的总重量由几股绳子承担，提起重物所用的力就是总重量的几分之一。
4．滑轮组中动滑轮的个数为m，当绳的固定端系在动滑轮的框架上时，则“承担重力”的绳子段数n=2m+1，当绳的固定端系在定滑轮的框架上时，则“承担重量”的绳子段数n=2m。
二、功机械能
1．力和在力的方向上移动的距离是作功的两大要素，缺一不可。没有力也无所谓作功；虽有力的作用，但在力的作用方向上没有移动距离，这个力也没有作功。
作用在物体上的力，使物体沿着力的方向移动了一段距离，那么这个力就对物体作了功。
2．简单机械基本上可以分为二大类，一类称为杠杆类机构、如杠杆、滑轮、轮轴；另一类是斜面类机械，如斜面、螺旋等。这二类简单机械在不考虑无用功的情况下都可以用功的原理来研究。功的原理是机械的基本原理。它告诉我们，使用机械并不能省功。虽然不能省功，使用机械还是有很多好处的：有的可以省力，有的可以少移动距离，有的可以改变力的方向使做功方便。
3．摩擦是普遍存在的，所以使用简单机械时，不可避免地要克服摩擦阻力做功；简单机械本身有重量，在提起重物时又不可避免地要同时提起机械的一部分部件，克服这部分无用阻力要做功。所以，动力对机械所做的功（总功），除了包含有用功之外，还包括上述的额外功。有用功只占总功的一部分。有用功在总功里所占的百分比，叫做机械效率。
由于有用功总小于总功，所以，机械效率总小于1。
提高效率的方法：减小无用功便可提高机械效率。减少摩擦，减轻机械的重量这些都是减小无用功的办法。
4．功和功率是意义不同的两个物理量，因为做功的多少和做功的快慢是不同的，物体做功多，其功率不一定大。同样，功率大的物体也不一定做功多，因为做功多少不仅跟功率的大小有关，还跟做功的时间长短有关，功和功率的关系可表示为：W=Pt
5．动能和势能统称机械能，它们是可以相互转换的。如果没有摩擦和其他阻力，也没有外力作功，则在动能和势能的转换过程中，物体总的机械能保持不变，这就是机械能守恒定律。
6．功和能是密切联系的物理量，能量是表示物体状态的物理量，或者说能量是状态函数。能量的改变可以通过功定量地反映出来，功是从量的方面去看运动状态的变化。因此我们可以说功是能量变化的量度。做功必然伴随着能量的转换及传递，但不做功，不能说物体没有能量。
7．由互相作用的物体的相对位置和它们之间的相互作用力的性质决定的能量叫做势能，根据物体与物体之间相互作用力的性质的不同，力学中势能有重力势能和弹性势能两种。

实验3：弹性势能和动能的相互转化。

实验3：弹性势能和动能的相互转化。
演示课本图1一7动能和弹性势能的转化实验。实验可分两步做。首先手持着木球将弹簧片推弯，而后突然释放木球，木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。让学生分析在此过程中，弹性势能转化为动能。第二步实验，让木球从斜槽上端滚下，让学生观察木球碰击弹簧片的过程，然后，依据课本图1一7，甲一乙图和乙十丙图分析动能转化为弹性势能和弹性势能转化为动能的过程。得出：动能和弹性势能也是可以相互转化的。
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观，例如：物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举，说明动能和势能的相互转化。有些事例比较复杂，例如：踢出去的足球在空中沿一条曲线（抛物线）运动过程中，动能和势能是如何相互转化的呢？
（板画足球轨迹，依图分析）首先我们来分析足球离地面的高度的变化，这是判断足球重力势能变化的依据。很明显，在上升过程中足球的重力势能增加；在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升，说明它向上不能再运动。所以，足球在上升过程中，速度逐渐变小；在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析，可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能；在下降阶段重力势能转化为动能。
人造地球卫星在运行过程中，也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大家并不陌生，然而围绕人造卫星，同学们还有许多的谜没有揭开。例如：人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来？在人造卫星内失重是怎么回事？等等，这些问题还有待于同学们进一步学习，今天我们只讨论卫星运行过程中，动能和重力势能的相互转化。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行，它的位置离地球有时近、有时远。（出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图）现以我国发射的第一＊人造卫星为例，它离地球最近时（此处叫近地点）离地面439公里，离地球最远时（此处叫远地点）离地面高度是2384公里，它绕地球一周的时间是114分钟＊它在近地点时，速度最大，动能最大；此时离地面最近，重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小，重力势能增大，动能向重力势能转化。直到远地点时，动能最小，重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时，重力势能向动能转化。在卫星运行过程中，不断地有动能和势能的相互转化。
4．小结
通过“想想议议”问题的讨论，进一步认识动能和势能的相互转化。
（1）在动能和势能的相互转化过程中，必定有动能和势能各自的变化，而且是此增彼减。
（2）动能的增减变化，要以速度增减来判断。
（3）重力势能的增减变化，要以物体离地面高度的增减变化来判断。
（4）判断弹性势能的增减，要根据弹性形变大小的变化。
（四）说明
1．滚摆实验能宜观地表现动能和势能的转化。它的优点在于能量转化的过程比较缓慢，摆轮高度变化明显、直观，摆轮转动快慢变化也能直接观察。实验中应充分发挥上述优点，为此要注意以下几点。
（1）摆轮的轴应相对细些，以减缓摆轮的升降速度。固定摆绳时，应穿过轴的横孔，不宜用缠绕的方法固定，以防打滑。
（2）要在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志，便于观察摆轮速度的变化。
（3）摆轮应当边缘厚重，以增大转动惯量。
2．关于人造卫星的知识，学生是非常感兴趣的，鉴于学生的知识基础，难以使学生揭开谜底，往往由此而损伤学生的求知欲。本节课如有可能，也可通俗地介绍卫星为什么能绕地球运行。讲法上可用想象推理的方法。
参看图1一1，水平地抛出一个物体，由于地球的吸引，它会落回地面，但是抛出的物体速度越快，它飞行的距离越远。
人抛物体，抛出的距离不过几十米，但汽枪子弹能飞行几百米，步枪子弹能飞行几千米，而炮弹能飞行几一公里。我们可以设想，物体的速度足够大时，它就能永远不落回地面，围绕地球旋转。这个速度大约是8公里／秒。如果速度再大些，物体绕地球运行的轨道就由圆形变为椭圆形。人造卫星就是根据这个道理发射的。