四、机械能与内能的相互转化（导学案）物理苏科版2024九年级上册

本文围绕机械能和内能的相互转化展开，涵盖做功改变内能、热机及热值等核心知识点。承接内能相关知识，为后续热学深入学习奠基。通过实验探究、案例分析等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 本教学设计创新点在于以丰富实例引导学生理解抽象概念，采用自主预习、探究新知等特色教法。既提升学生对物理知识的理解与应用能力，又为教师提供清晰授课路径，有效突破教学难点。

四、机械能和内能的相互转化 （导学案） 【学习目标】 1．通过活动，知道做功是改变内能的另一种方式，是其他能与内能的相互转化过程，并能举例说明； 2．知道热机是将内能转化为机械能的机械；了解四冲程汽油机的工作循环和各冲程涉及的能量转化； 3．通过实验探究，建立热值的概念，知道热值是物质的物理属性，能进行简单的计算。 【学习重点】 1．机械能与内能是可以相互转化的； 2．汽油机的工作四个冲程的特点； 3．热值及其计算、应用。 【学习难点】 1．汽油机工作的特点、应用、及求有关参数； 2．实验探究：比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量； 3．热值、比热容的综合应用。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1． 可以改变物体的内能，对物体做功，内能 ；物体对外做功，内能 。 2．热机是 的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的 转化为 的装置。 3．汽油机主要由 、 、 、 、 、 和 组成。 4．汽油机的一个工作循环分为 、 、 、 四个冲程。其中压缩冲程：机械能转化为 ；做功冲程：内能转化为 。 5．四冲程内燃机一个工作循环： 个冲程；活塞往复运动 次；飞轮转动 周；对外做功 次。 6．燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的 。燃料的热值用 表示，单位是 ，读作： 。公式： ；质量为m的燃料，完全燃烧放出的热量： 。 【探究新知】 探究一、机械能与内能可以相互转化 如图所示，小朋友从滑梯滑下，会感到臀部发烫；将试管中的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。 这些现象说明机械能与内能是可以相互转化的。 活动12.6 探究做功对物体内能的影响 【做一做】如图所示，将铁丝快速弯折十余次，然后用手指触摸弯折处，你有何感觉? 铁丝的内能变化了吗? 反复折弯铁丝 空气压缩引火仪 【看一看】如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，你看到了什么? 【实验现象】 【议一议】 （1）在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的?能量是如何转化的? （2）你还有什么办法可以使铁丝的温度升高?这些方法中，哪些是用热传递的方式改变物体内能的?哪些是通过做功改变物体内能的? （3）你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗? 【分析】 （1）在上述活动中，弯折铁丝，人在做功，铁丝增加的内能是通过做功实现的，是将人的机械能转化为内能。 （2）使铁丝的温度升高的一些办法：如下所示。 通过热传递改变内能 ①用火焰加热 通过做功方式改变内能 ⑤用砂纸摩擦 ②太阳晒 ⑥用锤子不断敲击 ③用热水烫 ⑦反复弯折 ④用手焐 …… …… 【看一看】如图，在烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水，并盖紧瓶塞。向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。 【思考】上述实验中，通过什么途径改变了烧瓶内空气的内能？ 【实验现象】发现水蒸气把橡皮塞弹飞，同时瓶口出现了白雾。 【现象分析】当瓶塞跳飞出时，是瓶内水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷，液化成小液滴，于是就观察到“白雾”这种现象。 【实验结论】 水蒸气对外做功，内能减小，温度降低。 （3）做功改变内能的实例： ①冬天双手快速互相摩擦会感觉暖和； ②用砂纸打磨木头，木头和砂纸接触面会发热； ③刹车时刹车片与车轮摩擦产生高温； ④给自行车轮胎打气时，打气筒的筒壁会明显发热； ⑤柴油发动机在压缩冲程中，气缸内空气被剧烈压缩后温度急剧升高，足以点燃柴油。 ⑥古人钻木取火。 ⑦打开高压气瓶阀门，气体高速喷出，阀门附近会变冷。 【结论】做功可以改变物体的内能，对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。 从能量转化的角度理解内能的改变 有了内能的概念后，我们就能理解，对一个物体加热或者做功，就是使能量“流入”了物体的内部，物体的内能増加。能量通过这种方式被储存起来。 反过来，物体也可以对外放热或者做功，从而释放内能。 【例题1】在做功改变内能的实验中，老师做了两个实验。 （1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩气体做功，空气的内能_____（选填”增加”或“减少”），温度_____(选填“升高”或“降低”)，达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把_____能转化为_____能。 （2）实验二：向装有少量水的瓶子内打气，使瓶内的气压增大，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为水蒸气对瓶塞做功，内能______ (填“增加”或“减少”)，温度______ (填“升高”或“降低”)，水蒸气______而成小液滴。 探究二、热机 （一）活动12.7 观察点火爆炸现象 【看一看】如图12-29所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，将电子点火器的放电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧， 按动电子点火器的按钮。 提醒：注意安全，千万不要将盖子对着自己或他人。 你观察到什么现象? 【现象】酒精开始燃烧，稍后，塑料盒盖飞出。 【总结】在上述活动中，酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为机械能。根据这一原理，可以制造出将内能转化为机械能的机器。 （二）热机 1．热机：热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 热机被广泛应用于各种车辆、船舶、飞机、火箭、工农业生产、矿山、火力发电站、核电站等等。 内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 2．汽油机的主要构造：如图所示，汽油机主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、曲轴和连杆组成。 3．汽油机的工作过程：汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动。活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为图12-31所示的四个冲程。 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合气体被吸入汽缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合气体被压缩，温度升高，内能增大，机械能转化为内能。 做功冲程：当活塞到达汽缸顶端时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃烧，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。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将高温废气排出汽缸。 4．汽油机的能量转化： （1）压缩冲程：机械能转化为内能； （2）做功冲程：内能转化为机械能。 5．汽油机一个工作循环，四个冲程的区分 （1）看进气门与排气门开关：①全关，则是压缩冲程与做功冲程；②一开一闭，则是吸气冲程与排气冲程。 （2）看活塞处的箭头方向：①箭头向下，则是吸气冲程与做功冲程；②箭头向上，则是压缩冲程与冲程排气。 6．四冲程内燃机一个工作循环的有关参数 （1）做功冲程中，燃气对外做功，带动与曲轴相连的飞轮实现持续运转。其余三个冲程是辅助冲程，活塞靠旋转飞轮的惯性带动曲轴连杆运动。 （2）四冲程内燃机一个工作循环： 4 个冲程；活塞往复运动 2 次；飞轮转动 2 周；对外做功 1 次。 7．汽油机与柴油机的应用： 汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械（如插秧机、 机动喷雾器）上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大， 热效率较高，因此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。 （三）生活•物理•社会——热机的发展历程 阅读教材，了解热机发展历程，从蒸汽机到内燃机，再到涡轮喷气发动机，火箭发动机。了解我国在火箭发动机的研制方面，已居世界前列，有力推动中国航天梦的加速实现。 【例题2】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。 【例题3】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 探究三、热值 （一）活动12.8 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 【做一做】取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量的水（约30g）的试管加热（图 12-35），使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。 提醒： 注意安全，防止烫伤。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精       面巾纸碎片     【想一想】质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗? 这说明了什么? 【结论】实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相等的。 （二）热值 1．热值：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用q表示，单位是J/kg，读作：焦耳每千克。 2．公式：；质量为m的燃料，完全燃烧放出的热量：Q放= mq 3．单位：q：燃料的热值；单位：J/kg；Q：燃料完全燃烧放出的热量；单位：J；m：燃料的质量；单位：kg 4．物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如：酒精的热值为3.0×107J/kg，其物理意义是：质量为1kg的酒精，完全燃烧放出的热量为3.0×107J。 5．一些燃料的热值 6．解读： （1）与比热容相似，不同燃料的热值一般不同，其大小与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关； （2）氢气的热值最大：氢气热值1.43×108J/kg。 （3）气体燃料的热值公式：，体积为V的燃料，完全燃烧放出的热量：Q放= Vq 【例题4】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ） A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大 C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 【例题5】如图是某内燃机的能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．①是废气带走的热量 B．该内燃机是在压缩冲程获得动力 C．该内燃机的效率为28% D．改进构造减小摩擦可提高③所占百分比 【课堂总结】 第4节 机械能和内能的相互转化 【课堂练习】 1．热机的发明及广泛使用，对人类社会的发展起到了重要的作用，下列不属于热机应用的（ ） A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机 C．纯电动汽车 D．燃油摩托车 2．四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是 ( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 3．关于的理解，下列说法中正确的是 ( ) A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 4．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远。实验时在盒内滴入2×10-4kg 的酒精（q酒精=3×107J/kg）。对于此实验过程，以下说法不正确的是 ( ) A．燃气在喷出的过程中温度会降低 B．燃气的内能转化为盒盖的机械能 C．能量转化方式与汽油机的做功冲程相同 D．酒精燃烧放出的热量一定是 6000J 5．如图所示， 2024 年 4 月 25 日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号 F 遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是 ( ) A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时， 内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 6．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是 ( ) A．一个工作循环的正确顺序是： 甲乙丙丁 B．图乙冲程是做功冲程 C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 7．如图所示， 甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内液体质量及液体初温均相同。不考虑热量损失，燃料点燃直至燃尽，三装置烧杯中液体升高的温度随时间变化 的图像如图丁所示。以下判断正确的是 ( ) A．液体 a 的比热容是液体b 的两倍 B．0 -t1 时间内甲、乙、丙烧杯中液体吸收的热量相等 C．燃料燃尽时乙中液体 a 吸收的热量小于丙中液体 b 吸收的热量 D．仅利用装置乙和丙进行实验可以比较燃料 2 和燃料 1 的热值大小 8．某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功_______次，有________个冲程,飞轮转________周。 9．酒精的热值是3.0×107J/kg ，表示的物理意义是 ；一瓶 500g 的酒精用掉一半，则剩下酒精的热值是 J/kg。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$ 四、机械能和内能的相互转化 （导学案） 【学习目标】 1．通过活动，知道做功是改变内能的另一种方式，是其他能与内能的相互转化过程，并能举例说明； 2．知道热机是将内能转化为机械能的机械；了解四冲程汽油机的工作循环和各冲程涉及的能量转化； 3．通过实验探究，建立热值的概念，知道热值是物质的物理属性，能进行简单的计算。 【学习重点】 1．机械能与内能是可以相互转化的； 2．汽油机的工作四个冲程的特点； 3．热值及其计算、应用。 【学习难点】 1．汽油机工作的特点、应用、及求有关参数； 2．实验探究：比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量； 3．热值、比热容的综合应用。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．做功可以改变物体的内能，对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。 2．热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 3．汽油机主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、曲轴和连杆组成。 4．汽油机的一个工作循环分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。其中压缩冲程：机械能转化为内能；做功冲程：内能转化为机械能。 5．四冲程内燃机一个工作循环： 4 个冲程；活塞往复运动 2 次；飞轮转动 2 周；对外做功 1 次。 6．燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用 q 表示，单位是J/kg，读作：焦耳每千克。公式： ；质量为m的燃料，完全燃烧放出的热量：Q放= mq。 【探究新知】 探究一、机械能与内能可以相互转化 如图所示，小朋友从滑梯滑下，会感到臀部发烫；将试管中的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。 这些现象说明机械能与内能是可以相互转化的。 活动12.6 探究做功对物体内能的影响 【做一做】如图所示，将铁丝快速弯折十余次，然后用手指触摸弯折处，你有何感觉? 铁丝的内能变化了吗? 反复折弯铁丝 空气压缩引火仪 【看一看】如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，你看到了什么? 【实验现象】 （1）用手指触摸弯折处，感觉烫手（温度升高）， 铁丝的内能变大。 （2）硝化棉发生燃烧，玻璃筒内发出火光。 【议一议】 （1）在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的?能量是如何转化的? （2）你还有什么办法可以使铁丝的温度升高?这些方法中，哪些是用热传递的方式改变物体内能的?哪些是通过做功改变物体内能的? （3）你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗? 【分析】 （1）在上述活动中，弯折铁丝，人在做功，铁丝增加的内能是通过做功实现的，是将人的机械能转化为内能。 （2）使铁丝的温度升高的一些办法：如下所示。 通过热传递改变内能 ①用火焰加热 通过做功方式改变内能 ⑤用砂纸摩擦 ②太阳晒 ⑥用锤子不断敲击 ③用热水烫 ⑦反复弯折 ④用手焐 …… …… 【看一看】如图，在烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水，并盖紧瓶塞。向瓶内打气，当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。 【思考】上述实验中，通过什么途径改变了烧瓶内空气的内能？ 【实验现象】发现水蒸气把橡皮塞弹飞，同时瓶口出现了白雾。 【现象分析】当瓶塞跳飞出时，是瓶内水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷，液化成小液滴，于是就观察到“白雾”这种现象。 【实验结论】 水蒸气对外做功，内能减小，温度降低。 （3）做功改变内能的实例： ①冬天双手快速互相摩擦会感觉暖和； ②用砂纸打磨木头，木头和砂纸接触面会发热； ③刹车时刹车片与车轮摩擦产生高温； ④给自行车轮胎打气时，打气筒的筒壁会明显发热； ⑤柴油发动机在压缩冲程中，气缸内空气被剧烈压缩后温度急剧升高，足以点燃柴油。 ⑥古人钻木取火。 ⑦打开高压气瓶阀门，气体高速喷出，阀门附近会变冷。 【结论】做功可以改变物体的内能，对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。 从能量转化的角度理解内能的改变 有了内能的概念后，我们就能理解，对一个物体加热或者做功，就是使能量“流入”了物体的内部，物体的内能増加。能量通过这种方式被储存起来。 反过来，物体也可以对外放热或者做功，从而释放内能。 【例题1】在做功改变内能的实验中，老师做了两个实验。 （1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活塞压缩气体做功，空气的内能_____（选填”增加”或“减少”），温度_____(选填“升高”或“降低”)，达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把_____能转化为_____能。 （2）实验二：向装有少量水的瓶子内打气，使瓶内的气压增大，当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为水蒸气对瓶塞做功，内能______ (填“增加”或“减少”)，温度______ (填“升高”或“降低”)，水蒸气______而成小液滴。 【答案】 增加 升高 机械 内 减少 降低 液化 【解析】（1）活塞压缩空气对空气做功，空气的内能增加温度升高，这个过程把活塞的机械能转化成空气的内能。 （2）向装有少量水的瓶子内不断打气瓶子内的空气被压缩外界对空气做功，空气内能增加温度升高，当瓶塞跳起来时空气膨胀对瓶塞做功内能减小空气内的水蒸气放出热量温度降低液化成小液滴。 探究二、热机 （一）活动12.7 观察点火爆炸现象 【看一看】如图12-29所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，将电子点火器的放电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧， 按动电子点火器的按钮。 提醒：注意安全，千万不要将盖子对着自己或他人。 你观察到什么现象? 【现象】酒精开始燃烧，稍后，塑料盒盖飞出。 【总结】在上述活动中，酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为机械能。根据这一原理，可以制造出将内能转化为机械能的机器。 （二）热机 1．热机：热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的内能转化为机械能的装置。 热机被广泛应用于各种车辆、船舶、飞机、火箭、工农业生产、矿山、火力发电站、核电站等等。 内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴油机和天然气发动机等。 2．汽油机的主要构造：如图所示，汽油机主要由气缸、活塞、火花塞、进气门、排气门、曲轴和连杆组成。 3．汽油机的工作过程：汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动。活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为图12-31所示的四个冲程。 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合气体被吸入汽缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合气体被压缩，温度升高，内能增大，机械能转化为内能。 做功冲程：当活塞到达汽缸顶端时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃烧，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。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将高温废气排出汽缸。 4．汽油机的能量转化： （1）压缩冲程：机械能转化为内能； （2）做功冲程：内能转化为机械能。 5．汽油机一个工作循环，四个冲程的区分 （1）看进气门与排气门开关：①全关，则是压缩冲程与做功冲程；②一开一闭，则是吸气冲程与排气冲程。 （2）看活塞处的箭头方向：①箭头向下，则是吸气冲程与做功冲程；②箭头向上，则是压缩冲程与冲程排气。 6．四冲程内燃机一个工作循环的有关参数 （1）做功冲程中，燃气对外做功，带动与曲轴相连的飞轮实现持续运转。其余三个冲程是辅助冲程，活塞靠旋转飞轮的惯性带动曲轴连杆运动。 （2）四冲程内燃机一个工作循环： 4 个冲程；活塞往复运动 2 次；飞轮转动 2 周；对外做功 1 次。 7．汽油机与柴油机的应用： 汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械（如插秧机、 机动喷雾器）上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大， 热效率较高，因此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。 （三）生活•物理•社会——热机的发展历程 阅读教材，了解热机发展历程，从蒸汽机到内燃机，再到涡轮喷气发动机，火箭发动机。了解我国在火箭发动机的研制方面，已居世界前列，有力推动中国航天梦的加速实现。 【例题2】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。 【答案】 压缩 增加 机械 内 【解析】 从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械能转化为内能。 【例题3】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 【答案】A 【解析】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，A错误. B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，B正确. C．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故C正确. D．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故D正确。 所以选A。 探究三、热值 （一）活动12.8 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 【做一做】取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量的水（约30g）的试管加热（图 12-35），使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。 提醒： 注意安全，防止烫伤。 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精       面巾纸碎片     【想一想】质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗? 这说明了什么? 不一样；说明了它们所放出的热量不相等。 【结论】实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相等的。 （二）热值 1．热值：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用q表示，单位是J/kg，读作：焦耳每千克。 2．公式：；质量为m的燃料，完全燃烧放出的热量：Q放= mq 3．单位：q：燃料的热值；单位：J/kg；Q：燃料完全燃烧放出的热量；单位：J；m：燃料的质量；单位：kg 4．物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。如：酒精的热值为3.0×107J/kg，其物理意义是：质量为1kg的酒精，完全燃烧放出的热量为3.0×107J。 5．一些燃料的热值 6．解读： （1）与比热容相似，不同燃料的热值一般不同，其大小与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关； （2）氢气的热值最大：氢气热值1.43×108J/kg。 （3）气体燃料的热值公式：，体积为V的燃料，完全燃烧放出的热量：Q放= Vq 【例题4】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ） A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量 B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大 C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多 D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关 【答案】D 【解析】热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同。燃料燃烧时放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量不一定多。 故选D。 【例题5】如图是某内燃机的能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） A．①是废气带走的热量 B．该内燃机是在压缩冲程获得动力 C．该内燃机的效率为28% D．改进构造减小摩擦可提高③所占百分比 【答案】C 【解析】A．内燃机的能量流向中，废气带走的能量占比最大，所以③是废气带走的热量，故A错误； B．内燃机是在做功冲程获得动力，内能转化为机械能，故B错误； C．该内燃机的效率为100%-6%-30%-36%=28%，故C正确； D．改进构造减小摩擦可提高机械效率，即提高有用机械能的占比，故D错误。 故选C。 【课堂总结】 第4节 机械能和内能的相互转化 【课堂练习】 1．热机的发明及广泛使用，对人类社会的发展起到了重要的作用，下列不属于热机应用的（ ） A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机 C．纯电动汽车 D．燃油摩托车 【答案】C 【解析】ABD．喷气式飞机、燃油摩托车、柴油拖拉机均是使用热机进行运作，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，故ABD不符合题意； C．纯电动汽车利用的是电能，将电能转化为机械能，没有使用热机，故C符合题意。 故选C。 2．四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是 ( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】C 【解析】A．吸气冲程没有能量转化，故A不符合题意；B．压缩冲程是将机械能转化为内能的过程，故B符合题意；C．做功冲程是将内能转化为机械能的过程，故C不符合题意；D．排气冲程没有能量转化，故D不符合题意．故选C。 点睛：内燃机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能，压缩冲程是依靠飞轮的惯性完成的；二是做功冲程中内能转化为机械能． 3．关于的理解，下列说法中正确的是 ( ) A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比 B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小 C．当燃料未燃烧时，其热值为零 D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关 【答案】D 【解析】A．热值是质量为1kg的燃料完全燃烧时所释放出的热量，热值是燃料本身的特性，与热量无关，故A错误； B．热值的大小只与燃料的种类有关，与燃烧程度无关，故B错误； C．热值是燃料的一种特性，与燃料是否燃烧无关，故C错误； D．热值是由燃料本身特性决定的，与燃料是否充分燃烧无关，故D正确。 故选D。 4．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远。实验时在盒内滴入2×10-4kg 的酒精（q酒精=3×107J/kg）。对于此实验过程，以下说法不正确的是 ( ) A．燃气在喷出的过程中温度会降低 B．燃气的内能转化为盒盖的机械能 C．能量转化方式与汽油机的做功冲程相同 D．酒精燃烧放出的热量一定是 6000J 【答案】D 【解析】ABC．燃气在喷出的过程中，燃气的内能转化为盒盖的机械能，燃气的温度会降低，能量转化方式与汽油机的做功冲程相同，故ABC正确，不符合题意； D．酒精完全燃烧放出的热量为 在燃烧过程中，酒精若不能完全燃烧，酒精燃烧放出的热量将小于6000J，故D错误，符合题意。 故选D。 5．如图所示， 2024 年 4 月 25 日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号 F 遥十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是 ( ) A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大 B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大 C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时， 内能为零 D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变 【答案】D 【解析】A．热值是燃料的特性，与燃烧情况无关，所以火箭的燃料燃烧得越充分，热值不变，故A错误； B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的热值较大，燃烧时释放的能量多，故B错误； C．一切物体在任何情况下都具有内能，所以火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃，内能不为零，故C错误； D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，燃料的质量在变小，即质量变小，而热值是燃料的属性，因此热值不变，故D正确。 故选D。 6．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是 ( ) A．一个工作循环的正确顺序是： 甲乙丙丁 B．图乙冲程是做功冲程 C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程 D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程 【答案】D 【解析】ABD．甲图中两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能；乙图中进气门打开，活塞向下运行，气缸容积增大，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，气缸容积减小，是排气冲程；丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能。一个工作循环的正确顺序是：乙丁甲丙。故AB错误，D正确； C．甲图为做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，但转化过程中会有能量损失，因此不可能所有的内能都转化为机械能，故C错误。 故选D。 7．如图所示， 甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内液体质量及液体初温均相同。不考虑热量损失，燃料点燃直至燃尽，三装置烧杯中液体升高的温度随时间变化 的图像如图丁所示。以下判断正确的是 ( ) A．液体 a 的比热容是液体b 的两倍 B．0 -t1 时间内甲、乙、丙烧杯中液体吸收的热量相等 C．燃料燃尽时乙中液体 a 吸收的热量小于丙中液体 b 吸收的热量 D．仅利用装置乙和丙进行实验可以比较燃料 2 和燃料 1 的热值大小 【答案】C 【解析】A．由图丁甲丙图线可知，加热相同时间，吸收相同热量，液体a、b升温之比为，根据，质量相同时，比热容和温度变化量成反比，所以液体a、b比热容之比为，则液体a的比热容是液体b的一半，故A错误； B．甲、丙中燃料相同，但乙中燃料不同，所以时间内甲、乙、丙烧杯中液体吸收的热量不都相等，故B错误； C．由于甲、丙是同一种燃料，相同的时间内燃料燃烧释放的热量相同，相同时间内，甲、丙中液体吸收的热量相同；故再用甲与乙相比较，同种液体，比热容相同，质量相同，则根据，甲升高的温度高，故甲中液体a吸收的热量比乙中液体a吸收的热量多，而甲、丙中液体吸收的热量相同，故丙中液体b吸收的热量多于乙中液体a吸收的热量，故C正确； D．装置乙和丙燃料和烧杯内液体的种类均不同，不可以比较燃料2和燃料1的热值大小，故D错误。 故选C。 8．某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功_______次，有________个冲程,飞轮转________周。 【答案】10 40 20 【解析】[1] [2][3]曲轴转速为1200r/min=20r/s，一个工作循环，四个冲程，曲轴转两转，飞轮转两圈，做功一次，所以每秒做功10次经历40个冲程，飞轮转20周。 9．酒精的热值是3.0×107J/kg ，表示的物理意义是 ；一瓶 500g 的酒精用掉一半，则剩下酒精的热值是 J/kg。 【答案】1kg的酒精完全燃烧放出的热量是3.0×107J 3.0×107 【解析】[1][2]热值是指1kg某种燃料完全燃烧放出的热量，因此，酒精的热值是，表示的物理意义是1kg的酒精完全燃烧放出的热量是。 [3]热值是燃料本身的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量无关，所以，剩下酒精的热值还是。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ / 学科网（北京）股份有限公司 $$