第5节 物体的内能 第3课时（教学课件）科学浙教版九年级上册

第5节 物体的内能 （第3课时） 第3章 能量的转化与守恒 浙教版九年级上册 知识目标 热机 1 燃料的热值 2 素养目标 了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理；知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况；知道什么是燃料的热值和单位。 科学观念 从生活中体会不同燃料燃烧释放热的本领不同，建立热值的概念。 科学思维 利用动画、图片或模型讲解四冲程内燃机的基本结构和工作过程。 探究实践 热机 PART 1 探究新知 新课引入 热机在人类生活中发挥着重要的作用。许多现代交通运输工具靠它来提供动力。热机的应用和发展推动了社会的快速发展，使人类步入工业化时代。 你认识热机吗？ 我们最熟悉的蒸汽机便属于热机 新知讲授 那么什么是热机呢？ 以蒸汽机为例，你知道蒸汽机工作时的能量转化过程吗？ 燃料的化学能 热机的概念 通过做功把内能转化为机械能的机器 内能 机械能 燃烧 做功 新知讲授 蒸汽机可带动老式火车移动，除此之外还有哪些类型的热机呢？ 内燃机、燃气轮机、喷气发动机等都属于热机。 尽管不同种类的热机有不同的结构，但热机有个共同特点： 通过做功把内能转化为机械能 内燃机常用于汽车、摩托车发动机 燃气轮机常用于发电站、飞机发动机核心 喷气发动机常用于现代喷气式飞机 新知讲授 内燃机 概念： 类型： 燃料在机器汽缸内燃烧的热机 以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机 以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机 内燃机剖面图 新知讲授 汽车是我们最熟悉的交通工具之一。汽车品牌多种多样，但在汽车上用的动力装置绝大多数属于内燃机。 新知讲授 汽油机所用的燃料是汽油，如图是汽油机结构示意图。 工作原理 汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。 新知讲授 大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。 在一辆汽车的发动机中有多只汽缸，如四只、六只或八只汽缸，每一只汽缸都循环往复地重复“四个冲程”。 活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。 那么汽油机有几个冲程呢？ 新知讲授 吸气冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 打开 关闭 从上向下运动 汽油和空气的混合物被吸入汽缸 无 新知讲授 压缩冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 关闭 关闭 从下向上运动 压缩汽油和空气的混合物 机械能转化为内能 新知讲授 做功冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： ； ； 。 能量转化： 。 关闭 关闭 从上向下运动 在压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，产生的高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 内能转化为机械能 新知讲授 排气冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 关闭 打开 从下向上运动 把废气排出汽缸 无 新知讲授 牢记几个数字 ①一个工作循环中有四个冲程； ②活塞往复运动两次； ③曲轴和飞轮转动两周； ④对外做功一次； ⑤汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 新知讲授 思考与讨论 在汽油机的工作过程中，哪个冲程使汽车获得动力？在哪个冲程中汽车排出了尾气？ 做功冲程使汽车获得动力，排气冲程排出了尾气。 我们知道，热机工作时，不可避免的会出现能量损失，怎样衡量热机的效率呢？你知道都有哪些途径的能量损失吗？ 新知讲授 热机真正转变为对外做功的部分 废气排出带走的能量 由于机械传动、克服摩擦等所消耗的能量 燃料很难全部燃烧，燃料的化学能不能全部释放 机械传热损失一部分能量 新知讲授 热机效率 概念：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，就是热机的效率。 公式：； 汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达45%。 热机的效率无法达到100%。故提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 新知讲授 思考与讨论 怎样提高热机的效率呢？ 使燃料充分燃烧，如煤磨成粉末壮吹进炉膛燃烧； 尽量减少各种热量损失； 在热机的设计和制造上采用先进的技术； 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等。 新知讲授 热机的广泛使用，极大地改变了人类的生活和工作方式。但是，热机在使用过程中都要排出废气，这些废气中含有、、、CO等对人类有害的气体，严重污染了空气，影响着人类和动植物的生存。减少热机中有害物质的排放量，已成为人类保护环境的重要举措。 新知讲授 课外拓展：汽油机和柴油机的区别 ‌柴油机和汽油机的主要区别在于点火方式、燃油种类、燃烧模式、混合气形成方式、负荷调节控制要素和压缩比等方面。‌ ‌点火方式‌：汽油机‌：火花塞高压放电——点燃式‌ ‌柴油机‌：压缩空气使温度升高——压燃式‌ 燃油种类‌：‌汽油机‌使用汽油作为燃料‌。柴油机‌使用柴油作为燃料‌。 混合气形成方式‌：汽油机‌吸气冲程吸入汽油和空气的混合物 柴油机‌的吸气冲程吸入空气，在压缩冲程末喷油嘴将燃油以雾状喷入气缸‌ 压缩比‌：柴油机‌的压缩比一般比汽油机要大，动力强‌ 应用范围‌：汽油机‌多用于小型机器，如摩托车、小汽车、飞机及轻巧的机械‌ 柴油机‌多用于大型机器，如载重汽车、火车、轮船、拖拉机等‌ 燃料的热值 PART 2 探究新知 新知讲授 我们知道热机的效率不高其中一个原因就是燃料无法完全燃烧，我们平时使用的燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。 火箭使用液态或固态氢 灶具使用液化石油气或天然气 汽车使用柴油或汽油 新知讲授 由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。为了衡量不同燃料的燃烧效果，引入了热值的概念。 热值 概念：我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 符号：q 单位：J/kg或J/ 热值的意义 热值反映了一定质量的不同燃料完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小。 新知讲授 热值的理解 ①“1千克”指出热值是对一定质量的燃料而言的，如果不是1千克，那么燃料完全燃烧时放出的热量与热值在数值上不相等。 ②某种燃料，故该物质一定是具有可燃性的，我们不能说一个不可燃的物体具有热值。 ③完全燃烧，要求可燃物一定是在氧气充足的情况下完全燃烧的，如碳燃烧生成一氧化碳，这属于不完全燃烧。 新知讲授 燃料完全燃烧放出热量的计算公式 固体或液体燃料： ， q：J/kg，m：kg，Q：J 气体燃料： ， q：J/，V ：，Q ：J 注意：公式中每个量都有其特殊的意义，不能错误地认为q与Q成正比，与m成反比。 新知讲授 不同燃料的热值一般不同，那么燃料可以完全释放出其中的能量吗？ 常用燃料的热值（焦/千克） 新知讲授 燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。 典例分析 例1.除草是校园环境维护的重要环节之一。如图是割草机的核心元件——汽油机的工作原理图，以下说法正确的是（　　） A．甲冲程中，吸入的是汽油 B．丙冲程中，曲轴只利用惯性进行转动 C．丁冲程中，能量的转化是机械能转化为内能 D．这四个冲程的正确顺序是甲丙丁乙 【解析】分析：甲图进气门打开，活塞向下运行，是吸气冲程，是第一冲程；乙图排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，是第四冲程；丙图气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，是做功冲程，是第三冲程；丁图两气门都关闭，活塞向上运行，是压缩冲程，是第二冲程。 A．汽油机的吸气冲程，吸入的是汽油和空气的混合物，故A错误； B．丙冲程是做功冲程，将内能转化为了机械能，没有利用惯性进行转动，故B错误； C．丁冲程是压缩冲程，能量的转化是机械能转化为内能，故C正确。 D.这四个冲程的正确顺序是甲丁丙乙，故D错误。 故选C。 C 典例分析 例2.涡轮发动机也是一种内燃机，其工作过程如图所示。空气通过压缩机被压缩后进入燃烧室，与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，会推动涡轮机旋转，剩余能量经排气管排出。其与汽油机中的做功冲程作用相同的环节发生在（ ） A．进气室 B．压缩室 C．燃烧室 D．排气室 【解析】汽油机中的做功冲程中，燃气燃烧产生的高温高压燃气对活塞做功，将内能转化成机械能；涡轮发动机燃烧室内压缩空气与燃料混合燃烧，产生的高温高压燃气向后高速喷出，会推动涡轮机旋，其与汽油机中的做功冲程作用相同的环节发生在燃烧室，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 C 典例分析 例3.小明在加油站看到普通汽车只要加92号汽油，而涡轮增压的车需要加95号汽油，通过查资料得知，汽油标号不同是因为汽油中的异辛烷（化合物）含量不同：汽油标号越高，越不容易在压缩冲程中爆燃。涡轮增压的汽车利用发动机排出的废气驱动涡轮旋转，将空气压缩后压入汽缸，使汽油获得更多氧气，燃烧更充分。下列说法正确的是（　　） A．95号汽油和92号汽油的热值一定相同 B．增压技术使汽缸内压强变大，压缩冲程中活塞对油气混合物做功更多，使之易爆燃 C．涡轮增压技术使汽油燃烧更充分，从而能提高汽油的热值 D．高温尾气仍含有较多热量，将这部分能量利用起来可以提高热机效率 D 【解析】A．95号汽油和92号汽油的成分不同，热值不一定相同，故A错误； B．增压技术使气缸内压强变大，压缩冲程中，活塞对油气混合物做功更多，油气混合物的温度越高，同时增加了氧气含量，使汽油燃烧更充分，不易爆燃，故B错误； C．热值跟燃料的种类有关，跟燃料的质量，燃烧情况等无关，故C错误； D．高温尾气仍含有较多热量，将这部分能量利用起来的话可以增加有用功的比例，可以提高热机效率，故D正确。故选D。 典例分析 例4.小宁在妈妈的指导下练习炒菜时，用天然气将质量为0.04kg的菜油加热，若使用的天然气体积为且天然气完全燃烧释放出的热量有50%被菜油吸收。[取𝑐菜油，天然气的热值为] （1）天然气完全燃烧放出的热量为 J； （2）菜油升高的温度为 ℃。 【解析】（1）天然气完全燃烧放出的热量为； （2）菜油吸收的热量为； 由知道，菜油升高的温度为。 8000 50 归纳总结 物体的内能 燃料的热值 热机 汽油机的原理及冲程 热机的概念和类型 燃料的热值 热量的计算 THANKS 感谢观看 第3章 能量的转化与守恒 浙教版九年级上册 $