12.4 机械能与内能的相互转化2025-2026学年苏科版(2024)九年级上册物理

该初中物理课件围绕机械能与内能的转化、热机工作原理及燃料热值展开，通过空气压缩引火仪等实验观察导入，从做功改变内能过渡到热机四冲程，再到热值比较实验，搭建从现象到规律的学习支架。 其亮点是以实验探究为核心，用转换法（如硝化棉燃烧显示空气升温）和控制变量法（热值实验控制水的质量等）培养科学思维，结合火箭燃料等实例渗透能量观念，帮助学生建立物理概念，教师可通过直观实验提升教学效果。

复习： 1、我们通常怎样判断物体内能的变化？ 2、我们上节课学过改变物体内能的哪种方式？ 热传递 通过判断物体的温度变化, 物体的温度升高,其内能增大! 苏科版（2024）九年级上册物理 第十二章 机械能和内能 第 4 课 机械能和内能的相互转化 （第一节 ） 铁丝的内能变化了吗? 铁丝温度升高了。 铁丝内能增大了。 思考：你有哪些方法可以使铁丝温度升高？ 石头上磨 火上烧 铁锤敲打 开水烫 反复弯折 实验中,铁丝的温度是否发生变化? 改变物体内能的方式： 热传递 做功 增加的内能是哪里来的? 除了热传递外，还有什么途径可以改变物体的内能？ 观察实验 ① 描述实验现象 ② 实验中硝化纸(硝化棉)的作用是什么？ ③ 实验中谁对谁做功？ 空气压缩引火仪 硝化棉 【实验现象】 空气 被压缩 空气温度升高 （内能增大） 热传递 对物体做功，可以使物体的内能会增大； 做功是改变物体内能的另一方式 研究对象是___________________。 放入棉花的目的是____________________________。 空气，而不是硝化棉 利用转换法显示空气温度升高 空气压缩引火仪 硝化棉燃烧了 【原理分析】 棉花点燃 人通过活塞对空气 施加压力做功 【实验结论】 【能量转化】 活塞的 转化为 物体的 。 机械能 内能 活塞下移—1、这个现象说明了什么?答:筒内空气的温度升高了，筒内空气内能增大了。筒内空气增加的内能从何而来？活塞对空气做了功,使空气的内能增加.能量是如何转化？ 对物体做功，物体的内能增加，是机械能转化成内能。 联想： 物体的内能减少, 是内能转化成机械能。 物体对外做功， 一、改变内能的方式：做功、热传递 二、做功 观察实验 ①描述观察到的实验现象，此现象形成的原因是什么？ ②瓶内放水的作用？ ③实验中谁对谁做功？ 观察思考 观察思考 【实验现象】 物体对外做功，物体的内能会减小 研究对象是___________________。 放入水的目的是____________________________________。 空气(包括水蒸气) 利用转换法显示空气内能（温度）变化 木塞跳起 ，瓶内出现水雾 【原理分析】 对木塞做功 【实验结论】 水雾 瓶内空气温度降低 内能减小 水蒸气液化 木塞跳起 空气 【能量转化】 空气的 转化为 物体的 。 内能 机械能 （2）瓶塞跳起说明了什么？获得了动能，瓶内空气对瓶塞做了功 （3） 出现了水雾是什么现象？说明了什么？水蒸气液化 ，空气温度降低了 （4）这个实验说明了什么？ 空气膨胀对瓶塞做功，空气温度降低，内能减小 对物体做功，内能增加，温度升高。 物体对外做功，内能减少，温度降低。 结论 总结 做功改变内能的本质： 机械能与内能的相互转化 【能量变化】 运动的砂轮 古人钻木取火 机械能内能 机械能内能 如图所示，在试管里装入一些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲开。在这一过程中，水蒸气膨胀时对软木塞 ，消耗了水蒸气的一部分 能，转化为软木塞的 能。 做功 机械 内 典型例题 流星雨的产生是流星体与地球大气层相摩擦的结果 机械能内能 打气时，筒壁发烫 机械能内能 蒸汽机 内能机械能 热传递（热量：传递内能的多少） 做功 改变物体 内能的两种方法 ①外界对物体做功，内能增加 ②物体对外界做功，内能减小 实质：内能的转移 实质：其它形式的能和内能的相互转化 总结 1、两种方式在改变物体内能上是等效的。 2、本质不同 如图，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电火花发生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，然后按动电火花发生器的按钮。 在上述活动中，酒精燃烧产生的高温燃气对外做功，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。 你观察到什么现象？ 我们利用这个原理制成了热机 观察与思考 盒盖被顶飞 【原理分析】 燃气的内能 盒盖的机械能 热机是热力发动机的简称。热机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。 汽油机 柴油机 热机 蒸汽机 内燃机 燃气轮机 喷气发动机 … 汽油机的工作过程 冲程： 活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程 活塞往复一次，完成两个冲程 汽油机 【工作原理】 利用汽缸内燃烧的汽油产生高温、高压的燃气推动活塞做功 实物透视图 模型图 【构造】 汽缸 进气口 排气口 火花塞 曲轴 连杆 活塞 汽油机的工作过程： 看一看，说一说 每个冲程的作用是什么？ 请你从进气门、排气门的开关情况及活塞的运动方向说一说每个冲程的工作特点。 ①吸气冲程： 进气门____，排气门____， 活塞向___运动，__________的混合物进入气缸。 曲轴转____周。 打开 关闭 下 汽油和空气 半 汽油机的工作原理 ②压缩冲程： 进气门和排气门_______， 活塞向__运动，燃料混合物被____。 内能变___ 能量转化：______________ 都关闭 上 压缩 曲轴转____周。 半 机械能 内能 大 汽油机的工作原理 ③做功冲程： 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧产生高温高压的气体。 高温高压的气体推动活塞向___运动，带动曲轴转动，对外_____。 下 做功 内能 机械能 能量转化：______________ 汽油机的工作原理 进气门 ， 排气门 ， 活塞 运动。 关闭 关闭 向下 曲轴转____周 ④排气冲程： 进气门_____，排气门_____， 活塞向____运动， 把______排出气缸 废气 上 打开 关闭 半 汽油机的工作原理 机械能转化为内能 4个冲程 工作过程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 内能转化为机械能 活塞往复2次 燃气对外做1次功 曲轴旋转2圈 做功冲程： 燃气推动活塞做功 其余三个冲程： 靠飞轮的惯性来完成 (一个循环) 汽油机 一个循环 吸气 压缩 做功 排气 开始 结束 循环 1. 压缩冲程和做功冲程中的能量是怎样转化的？ 压缩冲程：机械能转化为内能； 2. 汽油机的一个工作循环，活塞经历___个冲程，曲轴旋转___圈，活塞往复运动___次，燃气对外做___次功。 2 4 2 1 3. 在汽油机的四冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，那么其他3个冲程是靠什么完成的？ 飞轮的惯性 巩固练习 4.一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速1200r/min，则汽油机每秒钟内完成 个冲程，做功 次。 40 10 做功冲程：内能转化为机械能 二、做功 1.对物体做功：机械能转化为内能，内能增加。 一、改变内能的方式：热传递、做功 三、热机 机械能转化为内能 工作过程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 内能转化为机械能 （一个循环） 课堂小结 吸气冲程 2. 物体对外做功：内能转化为机械能，内能减少。 1. 给你一块冰，你能用哪些方法使其熔化？这些方法中，哪些是采用做功方式？哪些是采用热传递方式？ 2. 用打气筒给自行车轮胎打气。打完后摸一摸打气筒的外壁，发现外壁变热了。请用所学的物理知识解释这一现象。 汽油机和柴油机的异同点比较 种类 汽油机 柴油机 相同点 不 同 点 构 造 燃 料 吸入气体 点火方式 都是内燃机，一个工作循环都经历四个冲程 火花塞 喷油嘴 汽油 柴油 汽油和空气 空气 点燃式 压燃式 汽缸 进气口 排气口 曲轴 连杆 活塞 火花塞 汽油机 柴油机 柴油机比汽油机要笨重些，噪音大一些， 但柴油机的效率___，功率____。　 高 大 下课了！同学们再见！ 苏科版（2024）九年级上册物理 第十二章 机械能和内能 第 4 课 机械能和内能的相互转化 （第二节 ）热值 燃料燃烧时放出的热量与哪些因素有关？ 质量相等的不同燃料，完全燃烧时放出的热量不等。 二.燃料的热值 为什么有的汽车用汽油，有的汽车用柴油，还有的汽车用天然气？ 也许是由于相等质量的不同燃料燃烧时，产生的热量不同。 相同质量的不同燃料，完全燃烧时放出的热量是不是相同？ 这说明了什么？ 根据生活实验发现：1kg的煤燃烧释放出的热量比1kg木柴燃烧放出的热量 。 由此可见：质量相同的不同燃料在完全燃烧时所放出的热量是不同的。 不同燃料燃烧时放热本领是不同的。 思考 多 【提出问题】 【猜想假设】 【设计实验】 1.如何比较质量相等的不同燃料完全燃烧放热多少？ 转换法 将燃料释放的热量给物体吸热升温，观察温度变化 2.如何比较不同燃料燃烧时放出热量的多少？ 燃料燃烧放出热量 水吸收热量 水温度升高 比较水吸热后升高的温度 燃料完全燃烧放出热量的多少，是 通过　　　　　　　 来反映的。 水吸热后升高的温度 3、实验中还需控制哪些因素相同？ 【进行实验】 如图所示，用天平分别测出质量均为10g的酒精和碎纸片，将它们分别放入燃烧皿中，点燃后，分别给用两个完全相同的试管装质量相同的水加热，待酒精和碎纸片完全燃烧后分别记录水的温度 吸热液体的 种类 质量 盛装容器(试管） 燃料的 质量 盛装容器(燃烧皿) 液体的初温 （不同也行） 4、控制相同的条件有： 【数据表格】 【实验结论】 相同质量的不同燃料，在完全燃烧时放出的热量一般不相等的。物理学中，用热值表示燃料在完全燃烧时放热本领的大小。 实验方法 控制变量法和转换法 1、定义： 3、单位： 4、物理意义： q汽油=4.6×107J/kg 三、热值：q J/kg 表示1kg的汽油完全燃烧时放出的热量为4.6×107Ｊ。 　　燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比 2、公式：   读作：焦耳每千克 = 观察热值表，你有什么收获？ 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。 一些燃料的热值 不同燃料的热值一般不同。 练习1 一桶汽油用去一半，质量 , 体积 ,密度 ,比热容 , 热值 .（减半／扩大一倍／不变） 课堂练习 减半 减半 不变 不变 不变 1kg汽油完全燃烧放出的热量为4.6×107J 1m3煤气完全燃烧放出的热量为3.9×107J 氢与其他燃料相比，具有较大的热值 ①汽油热值是4.6×107J/kg，物理意义是？ ②煤气热值是3.9×107J/m3，物理意义是？ ③为什么发射上天的火箭要用液态氢做燃料？ 热值 热量的计算 注意：只有燃料完全燃烧时放出的热量才能用Q放 = mq进行计算，不要与Q放 = cm(t0 − t)混淆 气体： Q放 = Vq 5、燃料燃烧时放出的热量 此时:q的单位: J/kg m的单位： Kg = 此时q的单位: J/m3 V的单位：m3 已知无烟煤的热值为3.4×107 J/kg，则10kg无烟煤完全燃烧放出多少热量？ 已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，则完全燃烧多少干木柴可获得1.44×1012 J的热量？ =3.4×107 J/kg× 10kg =3.4×108J 解：需要干木柴 解：10kg无烟煤完全燃烧放出的热量 Q放= qm 热量的计算 热 值 　　某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比， 叫做这种燃料的热值, 符号q 国际单位：焦每千克；符号：J/kg。 气体燃料热值的单位：焦每立方米；符号：J/m3 （1）定义： （2）公式： （3）单位： 气体：q= Q V （4）公式变形： Q=mq 或 Q=Vq (气体) 注意事项：使用公式时，各物理量统一用国际单位。 m= Q q 或 V= Q q （气体） 固体：q= Q m 课堂小结 3. 随着“西气东输”工程的实施，我国大部分城市开始用天然气来取代煤气和液化石油气。请你查阅相关资料，谈谈这样做有什么好处。 4. 火箭的外壳有一层烧蚀材料，可以有效防止火箭因高温而损坏。想一想，为什么火箭在大气层飞行时温度会升高？ Lavf57.83.100 $