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

该初中物理课件聚焦机械能与内能的转化，围绕做功改变内能、热机工作原理及四冲程过程展开。通过生活热机应用导入，结合弯折铁丝等实验活动，衔接内能改变方式与热机能量转化，搭建知识支架。 其特色在于以实验驱动科学探究，如空气压缩引火仪、电火花发生器实验等，通过汽油机柴油机结构对比表和四冲程总结表建构模型，渗透科学思维。学生能在探究中深化能量观念，教师可借助系统资料提升教学效率，落实核心素养。

12.4机械能与内能的相互转化 1. 通过活动，知道做功是改变物体内能的另一种方式，是其他形式的能与内能相互转化的过程。 2. 了解热机的工作原理。 3. 了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程。 学习目标 一、做功—改变物体内能的另一种方式 1. 研究做功能否改变物体的内能 【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? 【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? 反复弯折铁丝 空气压缩引火仪 （1）对物体做功，物体的内能增加 如柴油机的压缩冲程，活塞压缩气缸内空气，对空气做功，使空气的内能增加，温度升高，是机械能转化为内能。 压缩气体做功，内能增加 一、内能的改变 水蒸气膨胀做功， 内能减小 （2）物体对外做功，物体的内能减少 如汽油机的做功冲程，气缸内的高温高压气体对活塞做功，内能减少，温度降低，是内能转化为机械能。 做功改变物体内能的实质是机械能与内能的转化。 热传递改变物体内能的实质是内能的转移。 对物体内能的改变是等效的。 一、做功—改变物体内能的另一种方式 明确改变物体内能的两种途径：做功和热传递 二、热机 1. 探究内能做功过程中的能量转化 【演示实验】在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 【实验现象】 ①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 如图 如图 scc3zbwl25091104 7 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 什么是热机？ 热机是通过燃料燃烧获取_____并转化为______的装置。 内能 机械能 世界上第一辆以汽油为动力的车开始只有三个轮子，这就是德国人卡尔•本茨于1885年制造出的“奔驰一号”。 scc3zbwl25091104 9 内燃机 热机 一 人们发现了内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械——热机。 蒸汽机 汽轮机 喷气发动机 火箭发动机 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。 2. 热机及其原理 （1）探究热机原理 【实验】如图所示，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。你观察到什么现象? 【现象】塑料盒盖飞出去。 二、热机 新知讲授 内燃机 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 热机内部图 汽油机 气缸 活 塞 连 杆 排气门 曲 轴 火花塞 进气门 汽油机的构造 由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成 汽油机 汽缸 汽油机的结构 ①吸气冲程 旋转的曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 二、汽油机 冲程： 活塞从汽缸一端运动到另一端的过程。 ②压缩冲程 两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 二、汽油机 ③做功冲程 压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 二、汽油机 ④排气冲程 飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 二、汽油机 工作过程 四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 二、汽油机 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 （3）汽油机四个冲程工作情况总结 二、汽油机 对外做功1次 飞轮转动2周 活塞往复2次 有4个冲程 1个工作 循环 在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 二、汽油机 三、柴油机 1. 柴油机 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 2. 构造 它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 喷油嘴 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 三、柴油机 柴油机工作过程示意图 三、柴油机 二、热机 4. 柴油机和汽油机的异同点 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与适用范围 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等 笨重、功率大；载重汽车、轮船等 相同点 一个工作循环都由四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。压缩冲程把机械能转化为内能。做功冲程把内能转化为机械能。 综合提升训练 如图A、B、C、D为四冲程内燃机工作示意图，其中图A表示的是_______冲程，图________ 表示中表示的做功冲程，图E、F中能量转化情况与做功冲程相同的是图_______ 。 F 吸气 D 【例题1】 【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。 综合提升训练 压缩 增加 机械 内 【例题3】内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功___次。 综合提升训练 吸气 压缩 做功 排气 10 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 热机效率 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：； 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。 热机效率 四、热机效率 一些热机的效率 各种热机的效率是不同的。如推动世界上第一次工业革命的蒸汽机，其效率只有 6%～15%，汽油机的效率为 20%～30%，柴油机的效率为 30%～40%，而喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%～60%。 蒸汽机效率 6%～15% 汽油机效率为20%～30% 喷气式飞机发动机效率 能达50%～60% Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 $