12.6 机械能与内能计算专题-2022-2023学年九年级上册物理同步备课讲义（苏科版）

第15讲 机械能与内能计算专题 [学习目标] 1. 进一步掌握比热容的应用及吸放热计算 2. 进一步掌握热值的计算 3. 进一步掌握热机及热机效率计算 1、 比热容 1． 比热容 1　 在热传递过程中，传递能量的多少叫做热量。温度不同的两个物体相互接触，高温物体内能减少，低温物体内能增大；对物体做功时，物体内能会增大，物体对外做功时，物体内能会减少。 2　 比热容是物质的一种特性，与物质的种类和状态有关，与物质的质量、温度和吸热、放热的多少无关。 3　 水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，表示的物理意义是：1千克的水温度升高1℃吸收的热量是4.2×103J。 2． 热量的简单计算 热量的计算：(1)吸热：Q吸=cm△t=cm(t-t0)；(2)放热：Q放=cm△t= cm(t0-t) 其中：Q吸—吸收的热量，单位：焦(J)，Q放—放出的热量。 c—比热容，单位：焦每千克摄氏度(J/(kg·℃)) m—质量，单位：千克(kg) △t—变化的温度(升高或降低的温度)，单位：摄氏度(℃)；t0—初始温度、t—末温。 2、 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，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 汽油机的工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 吸气冲程—靠惯性运动，吸进汽油与空气的混合物； 压缩冲程—外界对气体做功，机械能转化为内能，气体温度升高； 做功冲程—化学能转化为内能，气体温度升高，气体对外做功，内能转化为机械能； 排气冲程—靠惯性运动，排出废气。 2． 柴油机：四冲程柴油机的结构—汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、喷油嘴。 柴油机的工作过程与汽油机几乎一样，但有三个区别：1)吸气冲程：汽油机吸进的是汽油和空气的混合物，柴油机吸进的仅仅是空气；2)压缩冲程：汽油机压缩的是汽油和空气的混合物，汽油机压缩的仅仅是空气；3)做功冲程：汽油机用火花塞点火，柴油机用喷油嘴喷油。 3． 内燃机一次工作循环包括4个冲程、飞轮转动2圈、活塞往复2次以及1次对外做功 3、 热值 1． 热值(q)：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值；热值单位是：J/kg。 1　 燃料燃烧放出热量：Q放 ＝qm；(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。) 对于热值的概念，要注重理解三个关键词：“1kg”、“某种燃料”、“完全燃烧”。1kg是指燃料的质量，如果燃料的质量不是1kg，那么该燃料完全燃烧放出的热量就不等于热值的数值；某种燃料是指热值与燃料的种类有关；完全燃烧意思是燃料要完全烧尽，否则1kg燃料燃烧过程中，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。 4、 热机效率 1． 热机的效率：用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式： 2． 在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量，是提高燃料利用率的重要措施。 注意：热机能量的损失：①燃料未完全燃烧(完全燃烧条件：充足空气，研磨成细颗粒)； ②废气排出带走能量(废气的利用)；③克服磨擦，消耗能量(使用润滑剂，减小摩擦) 5、 能量转化与守恒 1． 能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 2． 能量守恒定律是自然界最重要、最普遍的基本定律。大到天体，小到原子核，也无论是物理学问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵从能量守恒定律。 3． 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。 1、 热量的计算 1． 热量的计算公式：用c表示物质的比热容，用m表示物体的质量，用t表示物体的末温，用t0表示物体的初温，则物体温度升高时，所吸收的热量Q吸=cm(t–t0) ：物体温度降低时，所放出的热量Q放=cm(t0–t)，若用Δt表示物体温度的变化，则上述两个公式可统一表示为Q＝cmΔt。 2． 应用热量的计算公式解题时，公式中各物理量的单位要统一，即比热容c的单位是J/(kg·℃)，质量m的单位是kg，温度的单位是℃，