第十四章 内能的利用 课件-2024-2025学年人教版九年级物理全一册

第1节 热机 第十四章 内能的利用 人教版九年级物理（初中） 1 课堂导入 复习： 做功改变内能的实质是什么？ 问题： 他们运行的能量来自于哪里？ 汽车奔驰 喷气式飞机 大型客轮 2 在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧。对试管加热使水沸腾。 演示实验 观察 观察到的现象有： ① 。 ②_____________________。 瓶塞被冲出来 管口附近出现白雾 课堂活动 实验中的能量转化过程为： ① 酒精燃烧放出热量，酒精的_______能转化为水的 能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的 能转化为瓶塞的 能 . 化学 内 内 机械 思考 1.定义： 利用内能做功的机械 2.工作原理： 热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 3. 种类： 蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等 最早的汽车(1886年） 蒸汽机 热机 蒸汽机带来第一次工业革命！ 　热蒸汽提供了强大的推力，把人们从繁重的体力劳作中解放出来。 1814年，英国人史蒂芬孙把瓦特的蒸汽机装在火车上，蒸汽机的体积庞大、效率很低 热机 4.内燃机 （1）工作原理：燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气对外做功，把内能转化成机械能。 （2）种类： 汽油机 柴油机 汽油机 柴油机 热机 1.汽油机的构造 由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。 汽油机 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 2.汽油机的工作过程 一个工作循环：包括四个冲程 汽油机 进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入气缸。 吸气冲程 消耗机械能 汽油和空气 汽油机 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。 压缩冲程 机械能转化为内能。 汽油机 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。 做功冲程 内能转化为机械能。 汽油机 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 排气冲程 需要消耗机械能 汽油机 燃烧后的废气 1.在四冲程汽油机的四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 2.哪个冲程使汽车获得动力？ 3.哪个冲程排出了汽车的废气？ 压缩冲程：机械能转化为内能 做功冲程：内能转化为机械能 排气冲程 做功冲程 想想议议 1.柴油机的构造 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 排气门 气缸 曲轴 和汽油机不同的是： 喷油嘴代替火花塞 柴油机 2.柴油机的工作过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 柴油机 进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，在大气压的作用下，将空气吸进气缸。 吸气冲程 消耗机械能 柴油机 空气 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞对空气做功，空气的内能增加，温度很高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。 压缩冲程 机械能转化为内能。 柴油机 在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到高温的空气，立即燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。 做功冲程 内能转化为机械能。 柴油机 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 排气冲程 消耗机械能 柴油机 柴油机和汽油机都是：一个工作循环都有四个冲程，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。 燃烧后的废气 内燃机 项目 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 构造 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 主要特点 主要用途 火花塞 喷油嘴 汽油和空气的混合物 空气 压缩程度小 压缩程度大 点燃式 压燃式 轻巧、效率较低 笨重、效率较高 小汽车和小型农业机 械、低速飞机等 载重汽车、 拖拉机、火车、轮船等 想想议议：柴油机和汽油机的相同点与不同点？ 相同点：都是把内能转化成机械能，都包括四个冲程 1．老式摩托在启动时，需踏动启动杆，这是为什么？ 2．现代汽车里的“马达”起什么作用？ 内燃机的启动： 内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，靠飞轮的惯性完成后面的工作循环。 想一想 概念 能量转化情况 内燃机 汽油机 柴油机 构造 一个工作循环 能量转化 热机 本堂重点: 理解每个冲程的能量转化和特点 本堂难点：由曲轴和连杆判断活塞的运行方向 课堂小结 (2019 黑龙江绥化市)如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，不是靠飞轮惯性完成的冲程是（　 　）  A B C D B 经典例题 （2019 山东枣庄市）如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　） A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 C 经典例题 感谢各位的聆听 人教版九年级物理（初中） 26 第2节 热机的效率 第十四章 内能的利用 人教版九年级物理（初中） 27 课堂导入 复习 内燃机的哪个冲程把内能转化为机械能？ 做功冲程 还可以怎样利用内能？ 除去利用内能做功以外 28 想想议议：燃料燃烧产生热量的多少和什么因素有关？ 1.kg干木柴和2kg干木柴，燃烧情况一样，谁放出热量多？ 2.同样1kg干木柴，一个完全燃烧，另一个燃烧不充分。哪种情况放出热量多？ 跟燃料的质量有关 跟燃料燃烧的程度有关 3.1kg干木柴和1kg煤，燃烧情况一样，谁放出热量多？ 跟燃料的种类有关 课堂活动 影响燃料燃烧放出热量的因素： 燃料的质量；燃料的种类；燃料燃烧的状况。 1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值。 1.定义： 2.单位： J/m3（气体） J/kg（固体） 3. 公式： q=Q/m （固体燃料） q=Q/V （气体燃料） Q放＝mq； Q放＝Vq； 燃料的热值（ q） 4.燃料的热值表 观察燃料的热值表，看有什么发现。 燃料的热值（ q） 你有哪些发现？ 1. 不同燃料的热值一般不同。 热值是燃料的一种特性，其大小只与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关。 2. 氢的热值最大。 为什么发射火箭上天要用氢做燃料？ 想一想 燃料的热值（ q） 计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？ 若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？ Q氢放 =q氢×m氢 = 1.4×108 J/kg× 10×103 kg = 1.4×1012 J 　大约需要120吨的干木柴。 燃料的热值（ q） 废气带走的能量 散热、克服摩擦损失 由图可知，真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分。 在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？ 想一想 1.定义：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧释放的能量之比称为热机效率. W有 Q放 η= X 100% 2.公式： 3.热机的效率都小于1。 热机的效率（ ɳ ） 热机的效率是热机性能的重要指标。 热机的效率高，在做功同样多的情况下， 就消耗更少的燃料，从而节约资源，减少污染。 热机的效率（ ɳ ） 5.提高热机效率的方法： （1）使燃料充分燃烧; （2）尽量减少各种热量损失； （3）利用废气的能量；（主要措施） （4）注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 热机的效率（ ɳ ） 图14.2-3 斯蒂芬森的“火箭号”蒸汽机车，它诞生于1829年 图14.2-4 摩托车使用汽油机，挖土机使用柴油机，货船使用大型柴油机 从火车到火箭 热机的效率（ ɳ ） 图14.2-6 自带燃料和氧化剂的火箭 图14.2-5 高温高压水蒸气直接推动蒸汽轮机的叶片 热机给人类文明带来进步，也给生态环境造成污染 热机的效率（ ɳ ） 重点：燃料完全燃烧放出热量的计算 难点：机械效率的计算 课堂小结 （2019 无锡市）用煤气灶将质量为4kg的水从25℃加热到50℃，水吸收的热量为__________ J，若水吸收的热量等于煤气燃烧所放出的热量，则需要完全燃烧__________的煤气。 [水的比热容为 4.2×103J/（kg·℃）， 煤气的热值为4.2×107J/kg]. 4.2×105 0.01kg. 典型例题 （2019 湖南郴州市)用液化气灶烧水，把1.5kg初温为20℃的水加热到100℃，需要吸收的热量为　 　 J．若上述过程中完全燃烧了0.021kg液化气，且只有60%的热量被水吸收，则液化气的热值为　 　 J/kg。 [c水＝4.2×103J/（kg℃）] 5.04×105 4×107 典型例题 感谢各位的聆听 人教版九年级物理（初中） 43 第3节 能量的转化和守恒 第十四章 内能的利用 人教版九年级物理（初中） 44 课堂导入 复习 1.改变物体内能的方法有两种，分别是_________和________。它们本质上的区别是：热传递是能量的________，做功是能量的________。 转化 转移 做功 热传递 2.在汽油机的压缩冲程中 能转化为___能，做功冲程中____能转化为_____能。 机械 内 机械 内 45 课堂活动 你知道哪些形式的能量？ 机械能 内能 光能 …… 在一定的条件下，各种形式的能量之间可以相互转化 想想做做 1. 快速摩擦双手 2. 反复弯折铁丝 能量的转化 你能分析这些能量之间的转化吗？ 机械能转化为电能 电能转化为机械能 观察与思考 尝试一下，按图中给出的实例，你能做些补充吗？ 观察与思考 蒸汽机 摩擦生热 太阳能电池 电 灯 电热器 发电机 电动机 充电机 电 池 光合作用 燃料燃烧 太阳能热水器 高温物体发光 吸热化学反应 燃料燃烧 火药爆炸 加压使化学平衡移动 地热发电 纳米层次上实现将光能转化为机械能 观察与思考 停止用力，秋千会越来越低；掉在地上的弹性小球越跳越低。想一想，为什么高度会逐渐降低？是否丢失了能量？减少的机械能到哪去了？ 秋千和空气的阻力，小球跟空气和地面与绳索摩擦力做功，一部分的机械能转化为内能,机械能总量减少。 想想议议 大量事实表明，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。 能量守恒定律 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 能量守恒定律 能量转化和转移的方向性 机械能可以全部转化为内能，而内能不可能全部转化为机械能而不引起其他变化。 既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？ 内能总是自发地从高温物体向低温物体转移，而不会自发地由低温物体向高温物体转移 能量守恒定律 有人曾设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。 　　这种机器有可能制成吗？ 一种设想中的永动机 要使机器持续不断地做功，就要消耗能量把低处的水抽到高处，而做机械运动的各部件间有摩擦，会有部分机械能转化为内能，一部分能量用来对外做功抽水，使流下的水不能全部抽回.违背能量守恒定律的永动机是永远不能制成的。 讨论 本堂重点: 能量的各种形式之间的转化 本堂难点: 利用能量守恒定律分析现象 课堂小结 （2019 山东枣庄市）如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（　　） A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能 C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能 C 典型例题 （2019 四川广安）下列关于能量的说法中，正确的是（　　 ） A．洗衣机工作时是将机械能转化为电能 B．电水壶工作时是将内能转化为电能 C．用热水泡脚，身体会感觉暖和，说明内能可以转移 D．能量无论是转化还是转移，能量总和会逐渐减少 C 典型例题 感谢各位的聆听 人教版九年级物理（初中） 58 $$