12.4 机械能与内能的相互转化 第一课时 做功改变内能 热机 课件-2026-2027学年物理苏科版九年级上册

该初中物理课件聚焦“做功改变内能”及“热机（汽油机四冲程）”核心知识点，通过搓手取暖、滑滑梯臀部发热等生活现象设问导入，结合“温故知新”复习内能与热传递，以实验探究搭建新旧知识联系的学习支架。 其亮点在于以科学探究（弯折铁丝、空气压缩引火实验）和模型建构（汽油机四冲程工作过程）为主线，渗透能量观念，结合钻木取火、火箭发动机等实例。结构化小结与神舟飞船返回舱、东风导弹等情境化练习，助学生深化理解，教师可提升教学效率。

第十二章 机械能和内能 四、机械能与内能的相互转化 第一课时 做功改变内能 热机 知道热机是将内能转化为机械能的装置，了解汽油机的基本构造 知道做功是改变物体内能的另一种方式，能列举做功改变内能的实例 能描述汽油机四个冲程的工作过程及能量转化 01 02 03 学习目标 情境导入 冬天手冷了，你会怎么做？搓一搓手，不一会儿手就暖和了。小朋友从滑滑梯上滑下来，站起来摸摸屁股——怎么这么烫？这些现象中，手和屁股都没有接触热水袋或取暖器，没有发生热传递，为什么温度会升高、内能会增大？更神奇的是，试管里装点水，塞上橡胶塞，放在酒精灯上加热，水沸腾后“砰”的一声，橡胶塞竟然被冲了出去——水蒸气的内能居然变成了塞子的机械能！机械能和内能之间到底有什么关系？今天我们就来揭开做功改变内能的秘密 温故知新 内能的概念：物体内部所有分子动能与分子势能的总和。一切物体都具有内能，温度越高，分子热运动越剧烈，内能越大 改变内能的一种方式——热传递：当物体间存在温度差时，热量从高温物体传递到低温物体，这就是热传递。热传递可以改变物体的内能——物体吸收热量，内能增大；放出热量，内能减小 课堂探究——做功改变内能 探究活动一 · 弯折铁丝 实验：取一根铁丝，用手指捏住两端，快速反复弯折同一个位置十几次。然后用手背小心地触碰弯折处——有什么感觉？ 现象：铁丝弯折处的温度明显升高，甚至有些烫手。弯折越多次、速度越快，温度升高越明显 分析：弯折铁丝时，手对铁丝施加了力，铁丝在力的方向上发生了形变和移动，手对铁丝做了功。铁丝的内能增大了，温度升高了。这说明对物体做功可以增大物体的内能 想一想：铁丝增加的内能是从哪里来的？ 探究活动二 · 空气压缩引火 实验：空气压缩引火仪是一个底部放有硝化棉的厚壁玻璃筒。将活塞快速向下压，观察筒内有什么变化 现象：活塞迅速下压的瞬间，筒底的硝化棉燃烧起来，发出明亮的火光 分析：活塞快速下压时，筒内空气被急剧压缩，活塞对筒内空气做了功。空气的内能迅速增大，温度急剧升高，达到了硝化棉的着火点，硝化棉便燃烧了。 思考：为什么活塞必须“迅速”下压？ 做功改变内能 生活中做功改变内能的例子非常多。 钻木取火——摩擦做功增大木头内能，直到达到着火点； 搓手取暖——两手摩擦，机械能转化为内能； 给自行车打气时打气筒的筒壁会发热——压缩气体做功，气体内能增大传递到筒壁 做功改变内能 通过以上两个实验，我们可以得出结论： 做功是改变物体内能的另一种方式 做功改变物体内能的实质是其他形式的能(如机械能)与内能之间的转化，热传递改变物体内能的实质是内能的转移。做功和热传递都可以改变物体的内能。 机械能与内能的相互转化 做功不仅能使机械能转化为内能，反过来内能也能转化为机械能。 大量事实表明，机械能和内能可以相互转化。滑滑梯时机械能转化为内能（臀部发热），试管塞冲出时内能转化为机械能（塞子飞出）。这两种转化都是通过做功来实现的 概念建构——认识热机 什么是热机 将燃料燃烧产生的内能转化为机械能的装置，称为热机。 热机是人类历史上最重要的发明之一，它让人类从依靠人力和畜力、到能够利用燃料中储存的巨大能量来驱动机器，推动了工业革命 什么是热机 常见的汽车发动机、飞机发动机、火箭发动机，都属于热机。 尽管它们的结构各不相同，但工作原理都是相同的——利用燃料燃烧产生高温高压燃气，燃气膨胀推动活塞或涡轮运动，将内能转化为机械能 点火爆炸实验 在塑料盒中滴入几滴酒精，盖上盒盖，轻轻摇晃使酒精在盒内均匀挥发。用电子点火器在盒内点燃酒精蒸气，观察会发生什么 点火爆炸实验 我们会发现，酒精蒸气被点燃后，盒内气体急剧膨胀，“砰”的一声将盒盖冲飞出去。这和试管中水蒸气冲出橡胶塞的原理一致——燃料燃烧产生高温高压气体，气体内能转化为机械能。 汽油机 汽油机是内燃机的一种，也是最常见的热机。它的工作过程由四个冲程组成，循环往复。四冲程分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程 汽油机 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四个冲程。 汽油机——吸气冲程与压缩冲程 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞由上向下运动，气缸内气压降低，将汽油和空气的混合气吸入气缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，将混合气压缩到气缸顶部，体积缩小，温度和压强升高。这个冲程中，活塞对混合气做功，机械能转化为混合气的内能。 汽油机——做功冲程与排气冲程 做功冲程：压缩冲程结束时，混合气处于高温高压状态。火花塞打出电火花，点燃混合气，燃气急剧膨胀，推动活塞由上向下快速运动。活塞通过连杆带动曲轴转动，输出机械能。这个冲程中，燃气的内能转化为活塞的机械能。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞由下向上运动，将燃烧后的废气推出气缸。 热机的发展历程 热机的发展经历了漫长的历程。17世纪末，法国人巴本制成了最早的蒸汽机，后来英国发明家瓦特对蒸汽机进行了重大改良，使之广泛应用于工厂和交通运输，成为工业革命的标志。但蒸汽机效率很低，只有5%~8%，且体积庞大。后来人们发明了内燃机——燃料直接在气缸内燃烧，省去了蒸汽锅炉，效率更高，体积更小，逐渐取代蒸汽机用于汽车、拖拉机等 热机的发展历程 随着航空技术的发展，涡轮喷气发动机和火箭发动机相继问世。喷气发动机将压缩后的混合气体燃烧，高温气体高速向后喷出，产生反冲力推动飞机前进。火箭发动机则自带燃料和氧化剂，可以在没有空气的太空工作。我国研制的500吨级固体和液体火箭发动机已成功试车，标志着我国火箭发动机技术迈入世界先进行列 课堂小结 本节课我们学会了做功改变内能和热机： 做功改变内能：外界对物体做功→物体内能增大（机械能→内能）。物体对外做功→物体内能减小（内能→机械能）。做功和热传递是改变内能的两种方式，效果相同 热机：将内能转化为机械能的装置。汽油机是常见的热机，工作过程分为四个冲程——吸气、压缩、做功、排气 汽油机四冲程能量转化：压缩冲程（机械能→内能）；做功冲程（内能→机械能）。四个冲程中只有做功冲程对外输出动力，其余三个冲程靠飞轮惯性完成 课堂练习——基础巩固提升 课堂练习·基础 1、如图是古人发明的一种活塞式点火器，以牛角作为套筒，木质推杆前端粘附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即被点燃。下列改变内能的方式与其不同的是（ ） A. 摩擦生热 B. 弯折铁丝 C. 热水取暖 D. 擦燃火柴 C 【解析】套筒中的气体在被推杆压缩的过程中，推杆对气体做功，气体内能增加；热水取暖是通过热传递改变物体内能的；摩擦生热、弯折铁丝、擦燃火柴都属于做功改变物体的内能，故 C 符合题意。故选 C。 课堂练习·基础 2、“神舟十七号”载人飞船返回舱进入大气层的一段时间内，被“烧成”一个火球（如图所示），而舱内的航天员和设备却安然无恙。此过程中返回舱（ ） A. 克服空气阻力做功，内能减小 B. 克服空气阻力做功，内能增大 C. 与空气发生热传递，内能不变 D. 与空气发生热传递，内能减小 B 【解析】返回舱进入大气层后，克服空气阻力做功，机械能转化为内能，使返回舱的内能增大，温度升高，故 A、C、D 错误，B 正确。 课堂练习·基础 3、热机是利用内能来做功的机器。热机在人类生活中发挥着重要的作用，现代化的交通工具都靠它提供动力。我国已将发动机研发列为国家重大科技专项，目前已取得重大突破。下列我国“陆、海、空”装备中动力机械不属于热机的是（ ） A. 长征序列火箭使用的液氢液氧发动机 B. 055大型导弹驱逐舰使用的燃气轮机 C. 歼-20战机涡扇-15使用的煤油发动机 D. 中国首辆登陆月球的月球车玉兔号 D 课堂练习·基础 【解析】以液氢液氧为推进剂的火箭发动机，通过燃烧产生高温高压的燃气，推动火箭前进，这个过程中，燃料的化学能转化为内能，再转化为机械能，利用了内能做功，属于热机，故 A 不符合题意；燃气轮机通过燃烧燃料产生高温高压的燃气，推动叶片旋转，进而产生动力，这个过程中燃料的化学能转化为内能，再转化为机械能，利用了内能做功，属于热机，故 B 不符合题意；煤油发动机通过燃烧煤油产生动力，推动战机前进，这个过程中，煤油的化学能转化为内能，再转化为机械能，利用了内能做功，属于热机，故 C 不符合题意；玉兔号月球车是将电能转化为机械能，不是用热机来驱动的，故 D 符合题意。故选 D。 课堂练习·基础 4、高铁技术是我国面向世界的一张名片。东风11型内燃机车车头牵引复兴号进行道路测试，网友评论“带你熟悉一下路线，以后的路就要自己走了”。东风11型内燃机车车头工作时，利用内能通过飞轮带动车内各部分机械运转的冲程是（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 C 【解析】在内燃机的做功冲程中，气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能，利用内能通过飞轮带动车内各部分机械运转的冲程是做功冲程，故 ABD 错误，C 正确。故选 C。 课堂练习·基础 5、如图为内燃机的四个冲程工作示意图，下列说法正确的是（ ） A. 一个工作循环的正确顺序是乙、甲、丙、丁 B. 乙图冲程能获得动力 C. 丁图冲程中汽缸内气压变高，气体温度升高，内能增大 D. 丙图冲程中排出的废气已经没有内能了 C 课堂练习·基础 【解析】甲图中两个气门都关闭，火花塞打火，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，活塞向下运动，是吸气冲程；丙图中排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程；丁图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，此冲程将机械能转化为内能。四冲程内燃机一个工作循环有四个冲程，按顺序排是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，即乙、丁、甲、丙，故 A 错误；乙图是吸气冲程，该冲程没有能量转化，不能获得动力，故 B 错误；丁图为压缩冲程，该冲程汽缸内气压变高，气体温度升高，内能增大，故 C 正确；丙图为排气冲程，一切物体都有内能，因此排出的废气也有内能，故 D 错误。故选 C。 课堂练习·基础 6、光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图，密闭化学反应室中 在光照下会分解，使反应室内气压增大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可实现活塞往复运动。活塞右移过程相当于汽油机的（ ） A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程 C 【解析】当太阳光照射时，反应室内发生化学反应，导致反应室内气压增大，从而推动活塞右移，相当于汽油机的做功冲程。故选 C。 课堂练习·基础 7、“东风快递，使命必达”。如图所示是在纪念中国人民抗日战争暨反法西斯战争胜利80周年阅兵式上亮相的高超音速导弹东风-17，该导弹采用火箭动力助推系统。东风-17的表面层由耐高温材料制成，可防止弹头飞行过程中因高温而损坏。 (1) 助推火箭的发动机是否属于热机？为什么？ (2) 弹头飞行过程中温度升高，发生了什么能量转化？ 【解析】(1) 火箭动力助推系统将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，所以助推火箭的发动机属于热机。（合理即可） (2) 弹头飞行过程中与空气发生摩擦，弹头克服摩擦做功，将机械能转化为内能，导致温度升高。（合理即可） 第十二章 机械能和内能 四、机械能与内能的相互转化 第一课时 做功改变内能 热机 $