12.4 机械能与内能的相互转化【知识梳理+易错】复习讲义 -2022-2023学年苏科版物理九年级上册

第十二章《机械能和内能》 12.4 机械能与内能的相互转化 【知识梳理】 一、改变物体内能的另一种方式——做功 1．对物体做功 甲乙丙丁 （1）将铁丝快速弯折多次,用手指触摸一下弯折处,我们会发现弯折处温度较高,这说明我们对铁丝做功铁丝的内能增加,温度升高 （2）将一个铁钉用铁锤反复敲打,一段时间后被敲打的铁钉很烫,这说明我们对铁钉做功,铁钉的内能增加,温度升高 （3）用如图甲所示的空气压缩引火仪进行实验我们通过活塞对筒内的封闭气体做功,气体的内能增加,温度升高,当达到棉花的着火点时,棉花燃烧了 （4）如图乙所示,将刀在磨刀石上来回迅速摩擦,人克服摩擦做功,则刀和磨刀石的温度升高,说明它们的内能增加了。 以上实验说明,我们对物体做功时,消耗的机械能转化为内能,使物体的内能增加，温度升高。 2．物体对外做功 试管内装一些水，放在火上加热，使水沸腾，水蒸气会把木塞顶起来，水蒸气瞬间变成白气，说明物体的内能转化为了机械能，温度降低。 归根到底：做功是改变物体内能的一种方式 物体对外做功（如爆炸、膨胀）内能→机械能 外力对物体做功（如弯折、压缩、敲打、摩擦）机械能→内能 二、热机 （1）一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。 （2）汽油机工作循环 ①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气； ②压缩冲程：进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动，活塞压缩缸内气体，气体温度升高，活塞的机械能转化为压缩气体的内能，当活塞运动到顶端时，混合气体温度达到最高； ③做功冲程：进气门关闭，排气门关闭，当活塞在顶端时，火花塞点火，汽油燃烧，产生高温高压的燃气，对活塞做功，活塞向下运动，气体的内能转化为活塞的机械能； ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出燃烧后的废气。 冲程名称 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门开、关情况 只有一个气门（进气门）打开 两个气门都关闭 两个气门都关闭 只有一个气门（排气门）打开 活塞的运动方向 向下运动 向上运动 向下运动 向上运动 能量的转化情况 机械能转化成内能 内能转化成机械能 注意：冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。 （3）汽油机和柴油机的不同处 项目 构造 吸入气缸的物质 点燃方式 效率 汽油机 气缸顶部有一个火花塞 空气和汽油混合物 点燃式 效率较低 柴油机 气缸顶部有一个喷油嘴 空气 压燃式 效率较高 三、燃料的热值 1．探究不同燃料的放热能力 【实验器材】铁架台、烧杯、玻璃棒、温度计、酒精灯、石棉网 【实验设计】 如图所示,用天平测出质量为10g的煤油和10g的菜籽油分别放入燃烧皿中,点燃后,给两个完全相同的烧杯和质量、温度相同的水加热,待煤油和菜籽油充分燃烧后分别记录水的温度 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 温度变化/℃ 10g煤油 10g菜籽油 【实验方法】 ①转换法 将吸收热量的多少转化为温度计示数的变化 ②控制变量法 控制相同的被加热条件、燃料的质量相等 【实验分析】质量相等的煤油和菜籽油充分燃烧，水温的变化不同，燃烧煤油使水的温度变化较大 【实验结论】质量相等的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量一般是不相等的。 2．燃料的热值： （1）定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃烧的质量(固体、液体)或体积(气体)之比，用q表示 （2）定义式：(固体、液体)或 （3）单位：J/kg或J/m3 （4）物理意义：单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。 （5）热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。不同燃料的热值一般不同。 3．燃料燃烧放热的计算 公式：(固体、液体)或(气体) 四、热效率 1．加热效率 （1）有效利用的热量与燃料完全燃烧释放的总能量的比值,就是热效率。 （2）公式：或。 2．热机效率 （1）热机效率：热机工作时,用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,叫作热机效率 （2）公式： ①热机所做的有用功W有用往往是热机对外的牵引力F使得热机在水平方向上通过一定的距离s，当匀速运动时，牵引力F与阻力f相等，于是有； ②是燃料燃烧放出的热量或，所以热机效率公式可变形为：或。 （3）能量损失的原因 如图所示是内燃机的能量流向图,燃料燃烧产生的内能,相当大一部分被废气带走,只有很少一部分转化为有用的机械能,所以热机效率一般都很低 （4）提高热机效率的途径 ①使燃料充分燃烧;②尽量减少各种热损失;③在热机的设计和制造上,采用先进技术;④注意保养,保持机械部件良好的润滑,减少因克服摩擦阻力而消耗的能量 【易错点】 1．热机的压缩冲程是活塞对气体压缩，做功冲程是