第十三讲 机械能与内能的相互转化-【暑假辅导班】2021年新九年级物理暑假精品课程（苏科版）

第十三讲 机械能与能内能的相互转化 【学习目标】 1．了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义，知道常见的热机——内燃机工作过程及其在历史、现实生活中的应用实例； 2．从能量转化的角度认识燃料的热值； 3．知道能量守恒定律，并能用能量转化与守恒的观点分析物理现象； 4．通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。 【基础知识】 知识点一、热机 利用燃料燃烧释放出能量做功的机械，叫做热机。常见的热机有：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 知识点诠释： （1）内能利用的两种方式：加热、做功。 （2）内燃机及其工作原理： 　 ①内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 　　②内燃机的工作原理：汽油或柴油在气缸里燃烧时生成高温高压的燃气，用来推动活塞做功。活塞通过连杆使内燃机的飞轮转动，从而带动其他机械转动。 （3）内燃机的四个冲程： 活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程，汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。在一个工作循环中，汽缸内的活塞往复两次，曲轴转动两周。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是靠飞轮惯性完成的。一个工作循环有两次能量转化，在压缩过程中，机械能转化为内能，在做功过程中，内能转化为机械能。 SHAPE \* MERGEFORMAT SHAPE \* MERGEFORMAT 汽油机 柴油机 （4）汽油机和柴油机的异同点： 不同点 相同点 项目 汽油机 柴油机 （1）构造基本相同都是燃料在气缸内燃烧，都是内燃机。 （2）都将内能转化为机械能。 （3）每一个工作循环都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴 点火方式 压缩冲程末由火花塞放出电火花点燃，称点燃式 压缩冲程末由喷油嘴向气缸内喷雾状柴油遇到高温高压的空气自动燃烧，称压燃式 燃料 汽油、吸气冲程吸进汽油和空气混合物 柴油、吸气冲程吸进气缸的只是空气 压缩比 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／9至1／6 压缩冲程末气体体积被压缩为吸进体积的1／22至1／16 做功 做功冲程初燃气压强为30至50个大气压，温度2000℃至2500℃，高温高压的气体推动活塞做功 做功冲程初燃气压强为50至100个大气压，温度1700℃至2000℃，高温高压的气体推动活塞做功 效率 效率较低20％至30％ 效率较高30％至45％ 用途 轻便，多用于汽车、飞机、小型农机具 笨重，多用于拖拉机、载重汽车、轮船等重型机械 知识点二、热值 我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。单位是：J/㎏。 知识点诠释： （1）燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关： 　　①燃料的种类； 　　②燃料的质量； 　　③燃料是否充分燃烧。 （2）燃料完全燃烧放出热量的计算公式：Q放=mq。其中m为燃料的质量，q为燃料的热值。 知识点三、热机的效率 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量之比，叫做热机的效率。 知识点诠释： （1）热机的效率是热机性能的一个重要指标，热机的效率越高，它的机械性能就越好。 （2）提高热机效率的途径： 　　①在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。 　　②在使用上，要正确使用，注意保养。例如加润滑剂以保证良好的润滑，减小摩擦；运动零件之间的间隙要调整得当，减小摩擦和防止漏气。 　　③充分利用废气带走的能量。例如热电站就是利用废气来供热的，这种既供电又供热的热电站，比一般的火电站，燃料的利用率将大大提高。 知识点四、能量的转化和守恒 1．常见的能量形式有：机械能、内能、电能、光能、化学能等。这些不同形式的能在一定的条件下可以相互转化。如摩擦生热是机械能转化为内能；水电站里的水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能。 2．能量的转化和守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 知识点诠释： 定律中能的转化，是指通过做功，能的形式发生了变化，一种形式的能转化为另一种形式的能。如钻木取火，就是通过克服摩擦做功，使机械能转化为内能。能的转移，是指同一种能从一个物体转移到另一个物体上，能的形式没有变化，如热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体。 【考点剖析】 考点一、热机 例1、下列现象中，利用内能做功的是（　　） A．冬天在户外时两手相互搓一会儿就暖和了 B．刀在砂轮的高速