12.4 机械能与内能的相互转化-2022-2023学年九年级上册物理同步备课讲义（苏科版）

4 机械能与内能的相互转化 [学习目标] 1. 了解改变内能的另一种方式：做功 2. 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； 3. 熟练掌握汽油机的四个冲程； 4. 从能量转化的角度认识燃料的热值，并掌握其计算 5. 通过能量的转化和转移，进一步认识效率的概念。 1、 改变内能的另一种方式：做功 1． 做功改变物体的内能 1　 做功可以改变内能：对物体做功物体内能会增加，（例如：摩擦生热）物体对外做功物体内能会减少例如：通过活塞向盛有水的烧瓶里打气，当活塞从瓶口跳起时，烧瓶中出现“白雾”）。 2　 做功改变内能的实质是内能和其他形式的能的相互转化。 3　 如果仅通过做功改变内能，可以用做功多少度量内能的改变大小。(W＝△E) 4　 实质：能量从一种形式的能（其它形式的能）转化为另一种形式的能（内能）。 2． 做功和热传递改变内能的区别 1　 由于它们改变内能上产生的效果相同，所以说做功和热传递改变物体内能上是等效的。但做功和热传递改变内能的实质不同，前者能的形式发生了变化，后者能的形式不变。 2　 热传递是能量的转移，做功是能量的转化。这两种方法对改变物体内能是等效的。 2、 热值 1． 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/㎏。 2． 燃料完全燃烧释放出的热量公式为：Q放=mq。 3． 气体燃料完全燃烧释放出的热量公式也可为：Q放=qV。 其中，Q放表示燃料完全燃烧放出的热量，单位是J；q表示燃料的热值，单位是J/kg；m表示质量，单位是kg。V表示体积，单位是ｍ3。 说明：①中的公式对固体、液体、气体、均适用。②只对气体适用。两个公式的得出都是根据热值的定义式得到的。 3、 热机 1． 热机定义：热机是利用内能来做功，把内能转化为机械能的机器。 2． 热机的种类：蒸汽机、内燃机(汽油机和柴油机)、汽轮机、喷气发动机等 ①冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸一端运动到另一端的过程，叫一个冲程。 3． 工作过程：内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 1　 在这四个冲程中只有做功冲程是燃气对活塞做功，而其它三个冲程(吸气冲程、压缩冲程和排气冲程)是依靠飞轮的惯性来完成的。 2　 在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气4个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。 3　 压缩冲程将机械能转化为内能。 4　 做功冲程是由内能转化为机械能。 三、热机效率 1． 概念：用来做有用功的那部分能量W与燃料完全燃烧放出的热量Q之比。 2． 数学表达式：η＝×100% 3． 提高热机效率的途径 1　 减少各种热量损失； 2　 减少摩擦，保持良好的润滑； 3　 尽可能使燃料充分燃烧。 1、 内能改变的另一种方式:做功 图甲看到棉花燃烧起来了，这是因为活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，达到棉花燃点使棉花燃烧。钻木取火：使木头相互摩擦，人对木头做功，使它的内能增加，温度升高，达到木头的燃点而燃烧。图乙看到当塞子跳起来时，容器中出现了雾，这是因为瓶内空气推动瓶塞对瓶塞做功，内能减小，温度降低，使水蒸气液化凝成小水滴。 2、 热值 1． 内能的获得——燃料的燃烧——化学能转化为内能。 2． 热值(q) 1　 定义：1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。 2　 单位：J/kg 3　 公式：Q放＝mq（Q放 是燃料放出的热量，单位是J；q是热值，单位是J/kg；m 是质量，单位是kg。） 4　 煤气的热值是3.9×107 J/m3，它表示：1 m3煤气完全燃烧放出的热量是3.9×107 J。 5　 火箭常用液态氢做燃料，是因为：液态氢的热值大，体积小便于储存和运输。 注意：①对于热值的概念，要注重理解三个关键词“1 kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1 kg是针对燃料的质量而言，如果燃料的质量不是1 kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不是热值。某种燃料：说明热值与燃料的种类有关。完全燃烧：表明要完全烧尽，否则1 kg燃料化学能转变成内能就不是该热值所确定的值。 ②热值反映的是某种物质的一种燃烧特性，同时反映出不同燃料燃烧过程中，化学能转变成内能的本领大小，也就是说，它是燃料本身的一种特性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积等均无关。 3、 热机 1． 热机：利用内能做功的机械叫热机。 2． 热机的种类：分为蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机。 3． 内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。内燃机根据其所使用的燃料分为汽油机和柴油机两类。 4． 内燃机的工作原理 1　 汽油机：四冲程汽油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞。冲程—活塞在气缸内往复运动时，从汽缸