12.4机械能和内能的相互转化-2025-2026学年苏科版物理九年级上学期

第四节 机械能与内能的相互转化 第1课时 第十二章 机械能和内能 TzT 1.知道机械能和内能可以相互转化，理解做功是改变物体内能的另一种重要方式。 01 2.了解热机的工作原理，熟悉四冲程汽油机工作过程及能量转化。 02 学习目标 3.了解热值是燃料属性，知道其物理意义、符号、单位并能简单计算。 03 4.从能量角度认识提高效率的意义，重视节约燃料与环境保护。 04 TzT 火上烤、晒太阳…… 摩擦、反复弯折、锤打…… 热传递 做功 如何改变铁丝的内能？ 小结：对铁丝做功，铁丝的内能 ，温度升高。 实质： 能转化为 能。 增加 机械 内 TzT 弯折铁丝，物体的内能变化了吗？消耗了什么能量？能说明什么？ 筒内空气增加的内能从何而来？能量是如何转化？ 实验1:空气压缩引火仪 现象：你看到 ； 分析：所看到的现象说明了什么? 硝化棉燃烧起来了 活塞对空气做了功使空气的内能增加 机械能转化为内能 硝化棉 筒内空气的温度升高了 内能增大了 TzT 棉花内能为什么升高 做功与热传递在改变物体内能上是等效的 注意： 热传递改变物体内能的实质: 内能的转移 做功改变物体内能的实质：其他形式的能与内能之间的转化 冬天双手捧着热水袋会感到暖和，这是利用________方式增加了手的内能；双手反复摩擦也会感到暖和，这是利用______的方式增加了手的内能。 热传递 做功 TzT 流星 对物体做功时,将 能转化成 能. 物体的内能 ,温度 . 机械 内 增大 升高 钻木取火 赛车急速行驶后车轮冒烟 TzT 在瓶中放少量水,将瓶口塞紧,往瓶中打气,观察现象. 瓶塞跳起过程中的瓶内气体的 能转化成瓶塞的 能，瓶内气体的内能________，温度 。 白雾：瓶内气体出现了 现象. 瓶塞弹开，瓶内出现白雾 内 机械 减少 下降 液化 实验2:气体膨胀做功 TzT B.物体对外做功 会使物体内能减少 小结：酒精点燃后，高温气体瞬间膨胀对外做功,高温气体的 能减少,转化为 能. 操作:将电子点火器的放电管紧紧塞进盒孔中,在盒内滴入几滴酒精,盖紧盒盖,按动按扭. 内 机械 电子点火器 现象：盒盖飞出 实验3:点火爆炸现象 TzT 根据这一原理，可以制造出一种将燃料燃烧释放的燃气的内能转化成机械能的机器—— 热力发动机(热机) 汽油机 热机内部图 柴油机 TzT 汽油机的结构图 火花塞 进气门 排气门 汽缸 曲轴 连杆 活塞 TzT 冲程： 进气门 ， 排气门 ， 活塞 运动。 打开 关闭 向下 冲程： 进气门 ， 排气门 ， 活塞 运动。 关闭 关闭 向上 机械能转化为内能 吸气 压缩 冲程： 进气门 ， 排气门 ， 活塞 运动。 关闭 关闭 向下 冲程： 进气门 ， 排气门 ， 活塞 运动。 打开 关闭 向上 内能转化为机械能。 做功 排气 TzT 一个工作循环中： 个冲程 曲轴旋转 周 活塞往返 次 对外做 次功 练一练 汽油机的飞轮转速是1200r/min，则每秒钟该汽油机活塞往复_____次，完成 个工作循环，对外做功______次，共完成 个冲程。 10 10 40 20 4 2 2 1 TzT 课时作业P45T3 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。 小型飞机 小型农业机械 汽油机 载重汽车 坦克 轮船 柴油机 TzT 1、以下的日常生活事例，通过做功来增加物体内能的是（ ） A．给自行车车胎打气，气筒发烫　 B．放进太阳能热水器中的水,温度升高 C．点燃的爆竹腾空而起 D．用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起 2、内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时这些气体的温度和内能变化的情况是（ ） A．内能减少，温度降低 B．内能增加，温度升高 C．内能减少，温度升高 D．内能增加，温度降低 A 课堂训练 A TzT 实践与练习 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。 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? 例如：可以采用加热的方式（热传递方式），或对冰进行摩擦（做功方式） ①打气筒的活塞与筒壁上下摩擦，机械能转化为内能，使气筒外壁变热； ②活塞压缩气体做功，使气体的内能增大，温度升高，通过热传递也使气筒外壁变热。 火箭外壳与大气摩擦，机械能转化为内能 TzT 改变物体内能的方式 热传递 做 功 (内能的转移) (能量的转化) 吸热—内能增加 放热—内能减小 对物体做功— 内能增大 物体对外做功—内能减小 课堂总结 TzT 第四节 机械能与内能的相互转化 第2课时 第十二章 机械能和内能 TzT 机械能转化为内能 内能转化为机械能 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 练一练 汽油机的飞轮转速是2400r/min，则每秒钟该汽油机活塞往复___次，完成 个工作循环，对外做功____次，共完成 个冲程。 20 20 80 40 TzT 热机的发展历程 瓦特改良的蒸汽机 内燃机 涡轮喷气发动机结构示意 TzT 火箭：液态氧、液态氢 热机的发展历程 我国在火箭发动机的研制方面，固体火箭发动机和液体火箭发动机齐头并进，现已居世界前列。 2021年10月19日，我国研制的直径为3.5m的500t级整体式固体火箭发动机试车成功，这是目前世界上推力最大的固体火箭发动机。 2022年11月5日，我国自主研制的500t级液体火箭发动机首次整机试车成功。这些成果标志着我国火箭发动机的研制水平大幅提升，将有力推动中国航天梦的加速实现。 液体火箭发动机结构示意图 TzT 火箭：液态氧、液态氢 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。 思考：如何比较不同燃料燃烧放出的热量的多少？ 用等质量的不同燃料，加热质量相同的水，用水升高的温度反映燃料放出的热量。 TzT 转换法 燃料种类： 测量器材： 天平和温度计 应控制相同的量: 燃料的质量 试管中水的质量 酒精、面巾纸碎片 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 活动 12.8 燃 料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒 精 面巾纸碎片 表格设计： TzT 燃 料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽时的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒 精 面巾纸碎片 表格设计： 实验表明： 质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温变化______(相同/不同)。说明了：酒精比面巾纸碎片放出的热量_____。 更多的实验表明，质量相等的不同燃料充分燃烧所放出的热量一般是_______（相同/不同）的。 多 不同 不同 27 27 66 51 39 24 TzT 2、定义：燃料 放出的热量与燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。用符号“q”表示. 3、公式： 4、单位： 完全燃烧 J/kg q = Q m q = Q V J/m3 燃料的热值 变形公式： Q放=mq Q放=Vq 化学能转化为内能 表示燃料完全燃烧时放热本领大小的物理量； 5、 燃料燃烧时能量转化： 1、 物理意义： TzT 比值定义法 注意：热值是燃料本身的一种物理属性，只与燃料的种类有关，与燃料的形态、质量、体积、是否完全燃烧无关。 观察热值表，你有什么收获？（信息、物理含义） 一些燃料的热值（J/kg） 固 体 热值/() 液 体 热值/() 气 体 热值/() 干木柴 酒 精 煤 气 烟 煤 柴 油 天然气 焦 炭 石 油 无烟煤 汽 油 氢 气 木 炭 煤 油 酒精热值的物理意义是： 1kg 的酒精完全燃烧所放出的热量为3.0X107 J TzT ①热值表中，热值最大的是哪种燃料？热值最小的是哪种燃料？ ②火箭上为什么用液态氢作燃料？氢热值大 ③热值反映了燃料的什么性质？不同燃料的热值一定不同吗？ 1. 在探究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的实验中，若被加热液体的温度升高不明显，可采取哪些措施？ ①减少液体质量 ③增加燃料质量 ②换比热容更小的液体 2. 如果利用实验中测得的数据计算出燃料的热值，是否准确？计算结果偏大还是偏小？理由是什么？ 不准确，偏小，在热传递过程中，存在热量散失。 课堂反思 TzT 热机的效率: 用来做有用功的能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比 课堂反思 3. 热机工作过程中，消耗了 的内能，通过 的方式转化为 能，热机消耗的内能会不会全部转化为机械能？理由是什么？ 燃料燃烧产生 做功 机械 不会，会有部分能量通过热传递被冷却水吸收，废气会带走部分热量，同时还要克服机械摩擦消耗能量。 x 100% TzT 热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，可以节约能源。 实践与练习 3. 随着“西气东输”工程的实施，我国大部分城市开始使用天然气来取代煤气和液化石油气。请你查找相关资料，谈谈这样做有什么好处。 ①对大气的污染小； ②既可缓解东部地区电力紧张的局面，又有利于促进西部地区经济发展； ③天然气热值大，可以节约成本。 TzT 热值 热机的效率 课堂总结 ①定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比。 是燃料的一种特性。 ②公式：固体q 气体q ③单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/m3 ） ①定义：用来做有用功的这部分能量，与燃料完全燃烧放出的热量之比。 ② 公式：η 机械能与内能的相互转化 TzT Lavf59.27.100 $