第十四章 内能的利用 讲义-2025-2026学年九年级全一册物理人教版

第十四章 内能的利用 讲义-2025-2026学年九年级全一册物理人教版 一、学习目标 1.理解原理：掌握热机的工作原理以及内燃机的四个冲程。 2.明确转化：清楚内能与其他形式能量之间的相互转化关系。 3.会算效率：能够根据相关公式计算热机效率。 4.了解应用：知晓内能利用在生活、生产中的常见应用实例。 二、知识点梳理 （一）热机 定义：利用内能做功的机械叫做热机。 工作原理：将燃料燃烧时产生的内能转化为机械能。 （二）内燃机 定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。常见的内燃机有汽油机和柴油机。 四个冲程： 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入燃料和空气的混合物（汽油机）或只吸入空气（柴油机）。 压缩冲程：进气门、排气门都关闭，活塞向上运动，对气体进行压缩，机械能转化为内能，气体温度升高。 做功冲程：在压缩冲程末，火花塞点火（汽油机）或喷油嘴喷油（柴油机），燃料剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能，此冲程是内燃机对外做功的冲程。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。 （三）热机效率 定义：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，叫做热机效率，用符号“η”表示。 公式：η = ×100%，其中是热机做的有用功，是燃料完全燃烧放出的能量。 （四）能量的转化和守恒 内能与其他形式能量的转化：如内能可转化为机械能（热机工作过程）、电能（火力发电过程）等；机械能、电能等也可转化为内能（摩擦生热、电流的热效应等）。 能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 三、课堂总结 1.核心原理：热机尤其是内燃机通过一系列冲程实现内能与机械能的转化，这是本章的核心物理过程，要深入理解每个冲程的特点及能量转化情况。 2.效率关键：热机效率反映了热机对能量利用的有效程度，计算热机效率时要准确确定有用功和燃料完全燃烧放出的能量，理解影响热机效率的因素有助于提高能源利用效率。 3.能量视角：从内能利用出发，进一步认识到能量在不同形式之间的转化与守恒，这有助于理解各种物理现象及实际应用中的能量关系，提升对物理世界能量规律的整体认知。 同步练习 一、选择题 1．正确电器设备中，将机械能转化为电能的是（　　） A．发电机 B．电动机 C．电磁继电器 D．电热水器 2．下列说法正确的是（　　） A．内燃机的压缩冲程是将内能转化为机械能 B．一根铁丝很难被拉断，表明固体分子间存在相互作用的斥力 C．沙漠的昼夜温差大的主要原因是沙石的比热容较小 D．热机工作时可以将燃料中的化学能全部转化为机械能 3．关于能量转化，下列说法中正确的是（　　） A．电暖气正常工作时，主要是将电能转化为机械能 B．电风扇正常工作时，主要是将电能转化为内能 C．电动汽车在行驶过程中，发生的能量转化主要是将机械能转化为电能 D．人造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器 4．下列说法错误的是（　　） A．家用小汽车的发动机属于热机 B．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞 C．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率 D．热机效率是热机性能的重要指标之一 5．如图是四冲程汽油机的工作循环示意图，下列说法中错误的是（　　） A．甲冲程是吸气冲程 B．乙冲程把机械能转化为内能 C．为汽车提供动力的是丙冲程 D．丁冲程是做功冲程 6．一小孩从公园中的滑梯上加速滑下（如图所示），对于其机械能的变化情况，下列说法中正确的是（　　） A．重力势能减小，动能不变，机械能减小 B．重力势能减小，动能增加，机械能不变 C．重力势能减小，动能增加，机械能增加 D．重力势能减小，动能增加，机械能减小 二、填空题 7．秸秆是一种很好的清洁可再生能源，是最具开发利用潜力的新能源之一，具有较好的经济、生态和社会效益．秸秆发电机组能量转化流程是秸秆的　 　能转化为燃气的内能，高温高压的燃气推动机组转动发电，内能转化为　 　能最后转化为　 　能． 8．最早出现的热机是　 　（选填“蒸汽机”或“内燃机”）。四冲程汽油机的一个工作循环中，　 　冲程是由活塞对气体做功，气体的温度升高，其实质是将　 　能转化为　 　能。 9．如图是单缸四冲程汽油机的　 　冲程；汽油机工作时会产生大量的热，需要用水为其降温，这是利用水的　 　（选填“密度”“热值”或“比热容”）大的特点，通过　 　的方式改变汽油机的内能。 10．流星是指运行在星际空间的流星体进入地球大气层，并与大气摩擦燃烧所产生的光迹。流星体在进入大气层坠落到地面的过程中，重力势能　 　 ，与大气摩擦导致流星体表面温度急剧升高，部分　 　 能转化为内能。 11． 2025年2月11日，长征八号甲运载火箭成功发射，如图所示。该火箭芯二级以液氢为燃料，这主要是因为液氢的　 　大，它燃烧过程中将　 　能转化为内能。 12． 如图所示为生活中常用的热水瓶，其外壁采用镀银的双层玻璃，并将中间抽成真空，这是为　 　 ．注入一定量的热水后，立即盖上软木塞，软木塞会跳起来．这一过程中瓶内气体的　 　 能转化为软木塞的机械能．汽油机的　 　 冲程也发生同样的能量转化．如果该汽油机飞轮转速是1800r／min，则该汽油机每秒钟内对外做功　 　次． 13．随着生活水平的提高，汽车已经进入百姓家庭，它给我们的生活提供了便利，促进了社会的发展。汽车应用了许多物理知识，请你解答： （1）汽油机是汽车的“心脏”，其中　 　冲程将机械能转化为内能。如图甲、乙所示，与此冲程原理相同的是　 　实验（选填“甲”或者“乙”），在这个实验中，改变内能的方式是　 　；（选填“热传递”或“做功”） （2）当汽车快速行驶在平直公路上，它对地面的压力　 　（选填“大于”或“小于”或“等于”）车静止时对地面的压力。它的重力有没有对车做功？　 　；（选填“有”或“没有”） （3）某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，对外做功　 　次。 三、实验探究题 14．李辉同学在家庭实验室中做了如图所示的实验，他在塑料胶卷盒的盖子上开了一个小圆孔，然后将电子打火器伸进圆孔并套紧，向胶卷盒里滴入2滴酒精．稍过几秒钟，待酒精汽化后，手握电子点火器，使胶卷盒指向空旷的地方，按动电子点火器，产生电火花，胶卷盒盖被弹到很远的地方；重新向胶卷盒里装入等量的2滴汽油，经过同样的过程，胶卷盒盖被弹到更远的地方． （1）塑料胶卷盒盖弹出很远的原因是：　 　对　 　做功，　 　能转化为　 　能． （2）若实验中发现燃烧与酒精同样多的汽油总能使胶卷盒盖弹得更远，则这个实验可说明：　 　 （3）你认为该实验过程类似于汽油机工作时的　 　冲程． 15．如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开。 （1）酒精灯燃烧，　 　能转化为　 　能； （2）水的温度升高，水汽化产生高温高压的水蒸气，增加了试管内物质的内能； 水蒸气冲开瓶塞后，水蒸气的温度降低，内能　 　； （3）水蒸气冲开瓶塞的过程，　 　能转化为　 　能，这相当于四冲程内燃机的　 　冲程。 四、计算题 16．有一种抽水蓄能水电站可以把晚上多余的电能储存起来，放到白天使用.其原理是：将晚上多余的电能用来把水抽到高处的水库里，到白天再将高处的水放出来发电以补充电能.假设：抽水机的工作效率为75%，发电机的工作效率为80%，不计其他损耗，水库水位平均高度为100m.白天每度电的电费为0.617元，晚上每度电的电费为0.307元，每千克水升高1m 的能量为10J.则电厂利用 水储能转换，因白天和晚上的电费价格差，而获取的利润为多少元? 17．“在热力学中，热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变．”这是能量守恒定律的在热力学中的一种表述，被称为“热力学第一定律”．设物体与环境之间交换传递的热为Q，与环境其他能量转化做功为W，可得内能的变化量△U=Q+W．请根据上述原理分析解答下面的问题： 空气压缩机在一次压缩中，活塞对空气做了2.7×105J的功，同时空气的内能增加了4.3×105J．空气从外界吸收的热量是多少？ 答案解析部分 1．【答案】A 【解析】【解答】解：A、发电机是利用电磁感应现象的原理制成的，即消耗机械能，产生电能，所以是将机械能转化为电能的过程，故A正确； B、电动机是利用电流工作的，工作过程中将电能转化为机械能．故B错误； C、电磁继电器内部有一个电磁铁，是利用电流的磁效应工作的，故C错误； D、电热水器是电能转化为内能的用电器．故D错误； 故选A． 【分析】判断清楚下面各个选项中的用电器，消耗什么能，产生什么形式的能即可； 2．【答案】C 【解析】【解答】A、内燃机工作时，压缩冲程中将机械能转化为内能，故A错误； B、由于分子间存在引力，因此一根铁丝很难被拉断，故B错误； C、根据Q=cm△t，质量和吸收相同热量时，沙漠地区主要是沙石，沙石的比热容小，沙石的温度变化量大，所以昼夜温差大，故C正确； A、内燃机工作时，并不能将燃料所蕴藏的化学能全部用来对外做有用功，转化为机械能，有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了，故 D错误。 故选： C。 【分析】(1)内燃机在做功冲程中，将内能转化为机械能，压缩冲程中将机械能转化为内能； (2)分子间存在相互作用的引力与斥力； (3)根据Q=cm△t，质量和吸收相同热量时，物体的比热容越小，温度变化量越大； (4)在做功冲程中，燃料燃烧，化学能转化为内能，内能转化为机械能，其中只有少部分最后转化为机械能。 3．【答案】D 【解析】【解答】A．电暖气正常工作时，利用电流的热效应将电能转化为内能使周围温度升高，A不符合题意； B．电风扇正常工作时，将电能转化为机械能，带动扇叶转动，B不符合题意； C．电动汽车在行驶过程中，将电能转化为机械能，C不符合题意； D．造卫星展开太阳能电池板，把太阳能转化为电能供给卫星用电器，D符合题意。 故答案为：D。 【分析】判断能量的转化，我们主要看它要消耗什么能量，得到什么能量，总是消耗的能量转化为得到的能。 4．【答案】B 【解析】【解答】A.家用小汽车的发动机为内燃机，属于热机，故A正确不合题意； B.汽油机顶部有火花塞，柴油机顶部有喷油嘴，故B错误符合题意； C.使燃料燃烧更充分，可以放出更对的热量，做更多的游泳馆，那么可以提高热机效率，故C正确不合题意； D.热机效率是热机性能的重要指标之一，故D正确不合题意。 故选B。 【分析】根据对热机的分类，结构和效率的知识分析判断。 5．【答案】D 6．【答案】D 【解析】【解答】小孩从公园中的滑梯上加速滑下：（1）没有发生弹性形变，不具有弹性势能． （2）小孩有一定的质量，加速滑下，速度变大，动能变大． （3）小孩有一定质量，从滑梯上滑下，高度不断减小，重力势能减小． （4）小孩在下滑过程中与滑梯摩擦生热，一部分机械能转化成内能，导致机械能总量减小． 故选D． 【分析】影响动能大小的因素有质量和速度，分析动能的变化就是分析质量和速度的变化；影响重力势能的因素是质量和高度，分析重力势能的变化就是分析质量和高度 的变 化．解题时注意抓住表示物体运动状态变化的关键字词，从中找出表示“质量、速度、高度、弹性形变”变化的字眼，从而分析机械能的变化情况． 7．【答案】化学；机械；电 【解析】【解答】解： 秸秆发电是通过秸秆的燃烧，将燃料的化学能转化为燃气的内能，水吸收了燃气的内能后汽化为水蒸气，水蒸气膨胀做功转化为涡轮的机械能，涡轮带动发电机转动将机械能转化为电能． 故答案为：化学；机械；电． 【分析】判断出每个过程中消耗了哪种形式的能，进而又产生了哪种形式的能是解决该题的关键； 8．【答案】蒸汽机；压缩；机械；内 【解析】【解答】最早出现的热机是蒸汽机，世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家亚历山大港的希罗于公元1世纪发明的汽转球。内燃机的四个冲程中，其中压缩冲程中进气门与排气门关闭，活塞向上运动，对气体做功，气体的温度升高，其实质是将活塞的机械能转化为空气的内能。 【分析】内燃机是一种把内能转化为机械能的装置，内燃机的效率为机械能与燃料完全燃烧释放的热量的比值，减少能量损耗、使燃料充分燃烧可以提高效率，但效率不会达到100%。内燃机的压缩冲程是把机械能转化成气体的内能，内燃机的做功冲程是把气体的内能转化成机械能。 9．【答案】做功；比热容；热传递 【解析】【解答】（1）根据图片可知，活塞向下运动，两个气门关闭，则为做功冲程。 （2）根据题意可知，水的比热容比较大，则在质量相同、升高的温度相同时，水可以吸收更多的热量，可以更好地降低发动机的温度，所以汽油机用水做冷却剂， （3）冷却过程中，水吸收热量，内能增加，则这是通过热传递的方式来改变汽油机的内能。 【分析】（1）根据活塞的运行方向和气门的开合情况，确定冲程的名称； （2）比热容表示物体吸放热本领大小的物理量； （3）改变物体内能的方式：做功，本质为能量的转化；热传递，本质为能量的转移。 10．【答案】减小；机械 【解析】【解答】重力势能的大小与物体的质量和高度有关。流星体下落过程中，质量不变，高度降低，所以重力势能减小；流星体与大气摩擦时，要克服摩擦力做功，流星体原本具有机械能（包括动能和重力势能），摩擦过程中，机械能减少，内能增加，即部分机械能转化为内能。 故答案为：减小；机械 【分析】1、重力势能：由物体的质量和被举高的高度决定，质量越大、高度越高，重力势能越大。生活中，被举高的杠铃、高山上的石头都具有重力势能。 2、能量转化：能量可以在不同形式间转化，遵循能量守恒定律。 11．【答案】热值；化学 【解析】【解答】 该火箭的芯二级以液氢为燃料，这主要是因为液氢的热值大，完全燃烧相同质量的液氢时，可以释放出更多的热量。它燃烧过程中将化学能转化为内能。 【分析】 液氢的热值大，完全燃烧相同质量的液氢时，可以释放出更多的热量。 燃料燃烧时的能量转化是化学能转化为内能。 12．【答案】减少热量散失；内；做功；15 【解析】【解答】（1）热水瓶中间为双层玻璃瓶，两层之间抽成真空，并镀银或铝，真空状态可以避免热对流，玻璃本身是热的不良导体，镀银的玻璃则可以将容器内部向外辐射的热能反射回去，所以抽成真空可以避免空气发生对流而散失热量，防止发生热传递，减少热量散失，起到保温作用； （2）瓶塞跳起来，机械能增大，这是由于暖瓶内气体膨胀做功造成的，水蒸气的内能转化成瓶塞的机械能； （3）汽油机的四个冲程中，压缩冲程机械能转化为内能，做功冲程内能转化为机械能． （4）已知飞轮每秒转数为：n=1800r/60=30r， ∵内燃机的一个工作循环包括四个冲程，飞轮转两周，对外做功一次， ∴此柴油机每秒钟内完成60个冲程，对外做功15次． 【分析】热传递；有关热机的计算． 13．【答案】压缩；甲；做功；小于；没有；20 14．【答案】气体；塑料胶卷盒盖；内；机械；汽油的热值比酒精的热值大；做功 15．【答案】（1）化学；内 （2）减小 （3）内；机械；做功 【解析】【解答】（1）酒精灯燃烧，化学能转化为内能； （2）水蒸气冲开瓶塞过程中，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，所以 水蒸气冲开瓶塞后，水蒸气的温度降低，内能减小； （3）水蒸气冲开瓶塞过程中，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，这相当于四冲程内燃机的做功冲程； 【分析】（1）燃料燃烧，将化学能转化为内能； （2）做功可以改变物体的内能，物体对外界做功，内能减小； （3）内燃机的做功冲程能量转化：内能转化为机械能。 16．【答案】解：设晚上抽水耗能为△E耗，则有 度. 白天放水发电为△E电，则有 度. 因白天、夜晚电费的价格差而产生的利润为 0.617×2.22×108元—0.307×3.70×108元=2.34×107元. 【解析】【分析】 先计算晚上抽水消耗的电能，再计算白天放水产生的电能，再根据白天和夜晚电费的价格差而产生的利润。 17．【答案】解：由于在能量转换过程中，能量的总量保持不变，已知活塞对空气做了2.7×105J的功，同时空气的内能增加了4.3×105J， 由△U=Q+W得， 空气从外界吸收的热量：Q=△U﹣W=4.3×105J﹣2.7×105J=1.6×105J． 答：空气从外界吸收的热量是1.6×105J． 【解析】【分析】根据能量守恒的观点，结合内能的变化量△U=Q+W，知道活塞对空气做的功，知道空气内能的增加量，可计算空气从外界吸收热量的多少． 1 学科网（北京）股份有限公司 $$