四、机械能与内能的相互转化（培优教学课件）物理新教材苏科版九年级上册

该初中物理课件聚焦“机械能与内能的相互转化”，涵盖做功改变内能、热机工作原理及燃料热值等核心知识点。通过滑梯下滑臀部发热、试管烧水橡胶塞冲出等生活实例导入，衔接前序内能知识，搭建从现象到本质的学习支架。 其亮点在于以实验探究为核心，如“反复弯折铁丝”“空气压缩引火仪”等实验，结合科学思维中的对比分析（做功与热传递的转化与转移），渗透科学态度与责任（热机发展、环保燃料选择）。采用实验操作与实例分析结合的教学方法，小结系统，练习分层，帮助学生构建能量观念，提升探究能力，也为教师提供清晰教学路径和丰富素材。

四、机械能与内能的相互转化 第十二章 机械能和内能 苏科版九年级上册 导入新课 小朋友从滑梯滑下，会感觉到臀部发热；将试管中的水加热至沸腾后，橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。 机械能与内能是可以相互转化的 学习目标 物理观念 1.知道做功是改变物体内能的另一种方式。 2.知道热机是将内能转化为机械能的机械，了解四冲程汽油机的基本结构和工作过程，能分析各冲程中涉及的能量转化。 3.理解热值的概念，运用热值进行燃料燃烧放热的简单计算。 科学思维 能通过对比“热传递改变内能”和“做功改变内能”两种方式，区分“能量的转移”与“能量的转化”，培养对比分析能力。 科学探究 能独立完成“反复弯折铁丝”实验，通过触摸弯折处感受温度变化，亲身体验做功改变内能的过程。 科学态度 与责任 通过了解热机的发展历程，感受人类文明进步和人类智慧的伟大，增强科学探究的兴趣；通过了解不同燃料的热值差异，认识合理选择燃料对节约能源和保护环境的重要意义。 重点难点 重点 1. 做功是改变内能的另一种方式。 2. 四冲程汽油机的工作过程和能量转化。 3. 热值的概念及其计算 难点 1. 做功改变内能与热传递改变内能的本质区别——能量的转化与能量的转移。 2. 汽油机压缩冲程和做功冲程中能量转化方向的判断。 3. 实验探究“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”的设计与数据分析 学习内容 1. 做功 2. 热机 3. 燃料的热值 4. 课堂小结 5. 练习与应用 6. 提升训练 一、 做功 机械能与内能的相互转化 一、做功 活动12.6 探究做功对物体内能的影响 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？ 实验现象：手指触摸弯折处，会有发烫的感觉。 实验分析：反复弯折铁丝，对铁丝做功，铁丝的温度升高，内能增大 一、做功 看一看 如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小片硝化纸，将活塞迅速下压，你看到了什么？ 硝化棉 实验现象：硝化棉燃烧，手指触摸筒壁，会有发烫的感觉。 实验分析：向下压活塞，压缩气体做功，气体内能增大、温度升高，气体温度达到硝化棉的燃点，点燃硝化棉。 一、做功 议一议 还有什么办法可以使铁丝的温度升高？哪些是用热传递的方式改变内能的？哪些是通过做功改变内能的？ 答：对铁丝做功，利用做功的方式将机械能转化为铁丝的内能： (1)在石头上磨一磨； (2)来回弯折铁丝； (3)用锤子砸几下等。 利用热传递把内能转移到铁丝上，使铁丝的内能增加，温度升高： (1)把铁丝放进热水里；(2)把铁丝放在火上烧。 一、做功 1.做功是改变物体内能的另一种方式。 2.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。 3.做功和热传递在改变物体内能上是等效的。 其他形式能 （如机械能） 内能 转化 转化 一、做功 你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗？ 从滑梯下滑时屁股有点发烫 冬天人们搓手感到暖和 做功改变内能 汽车急刹车时，轮胎克服地面间的摩擦做功，内能增加，温度升高，轮胎表面被烧焦。 流星穿越大气层时，克服空气阻力做功，内能增加，温度太高，达到流星燃点，流星燃烧。 【例1】要使一个物体的内能增加，可以采用______和热传递两种方法。冬天，手冷时可以捂热水袋取暖，也可以两手搓搓取暖，前者是用______的方法改变内能的，后者是用______的方法改变内能的。 做功 一、做功 做功 热传递 【解析】改变物体内能的两种方式为做功和热传递。由热传递的本质是内能的转移可知，捂热水袋取暖是内能从高温的热水袋转移到低温的手，属于热传递改变内能； 由做功改变内能的本质是能量的转化可知，搓手时克服摩擦做功，机械能转化为内能，属于做功改变内能。 【例2】学完内能后，芳芳找了一个矿泉水瓶，装上少量的水，拧上瓶盖，此时瓶内外气压相等。芳芳此时拧动瓶身，压缩瓶内气体，使瓶内气体的内能增加，温度___________，产生更多水蒸气。芳芳松动瓶盖，瓶盖飞出去，此时瓶内气体内能将___________（选填“增大”或“减小”）。 减小 一、做功 【解析】拧动瓶身，压缩瓶内气体，对瓶内气体做功，机械能转化为内能，瓶内气体内能增加，故温度升高； 瓶盖飞出过程中，瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为瓶盖的机械能，故瓶内气体内能减小。 升高 二、热机 机械能与内能的相互转化 二、热机 活动12.7 观察点火爆炸现象 如图所示，在塑料盒的底部钻一个孔，将电子点火器的放电管紧紧塞进孔中，打开盖子，向盒中滴入几滴酒精，再将盖子盖紧，按动电子点火器的按钮。 实验现象：盒盖被冲开，盒口有白烟。 实验分析：酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为盒盖的机械能，燃气对外做功，内能减小，温度降低，盒口周围的水蒸汽遇冷液化形成“白烟”。 二、热机 热机：是热力发动机的简称，它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。 内燃机：是最常见的一种热机。 内燃机分类：汽油机、柴油机、天然气发动机。 汽油机 柴油机 天然气发动机 二、热机 汽油机：用汽油作燃料的内燃机叫做汽油机。 进气门 火花塞 排气门 汽缸 活塞 连杆 曲轴 二、热机 冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。 工作循环：多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 二、热机 工作循环： 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 二、热机 吸气冲程 进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，汽油和空气的混合物被吸入气缸。 二、热机 压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，内能增加，温度升高。 能量转化： 机械能转化为内能。 二、热机 做功冲程 在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。 能量转化： 内能转化为机械能。 二、热机 排气冲程 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 二、热机 活塞往复运动 次; 飞轮转动______周； 对外做功 次; 2. 四冲程内燃机一个工作循环： 2 1 1. 做功冲程中，燃气对外做功，带动与曲轴相连的飞轮实现持续运转。其余三个冲程是辅助冲程，活塞靠旋转飞轮的惯性带动曲轴连杆运动。 2 【例3】如图，是汽油机_________冲程。该冲程工作过程中将把_________能转化成机械能。 做功 二、热机 内 【解析】由图中气门全部关闭、活塞向下运动、火花塞点火的特征，可知该冲程是做功冲程；做功冲程中燃气对外做功，故将内能转化为机械能。 【例4】某如图，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，筒内形成酒精蒸气和空气的混合气体，用电火花点火，橡胶塞跳出。上述能量转化过程与汽油机的__________冲程类似。 做功 二、热机 【解析】因混合气体燃烧膨胀推动橡胶塞做功时，内能转化为机械能；汽油机做功冲程中燃气推动活塞做功，同样将内能转化为机械能，故该过程与汽油机的做功冲程类似。 三、燃料的热值 机械能与内能的相互转化 三、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。 三、燃料的热值 活动12.8 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量 做一做 取酒精和面巾纸碎片各 5 g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量（约 30 g）的水的试管加热，使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。 酒精 面巾碎纸片 想一想 质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样吗?这说明了什么? 三、燃料的热值 燃料 加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃ 酒精       面巾纸碎片     实验数据 实验分析 相同质量的酒精与碎纸片充分燃烧后，烧杯中水温的变化不一样。实验表明：相同质量的酒精与碎纸片燃烧后，酒精比碎纸片放出的热量多。 实验结论 质量相等的不同燃料，完全燃烧所放出的热量一般是不相等的。 三、燃料的热值 燃料的热值 （1）燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。 （2）定义式：q= q表示燃料的热值； Q表示燃料完全燃烧放出的热量； m表示燃料的质量。 （3）物理意义：热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。 （4）单位：国际单位是焦/千克；符号为J/kg； 气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3 三、燃料的热值 一些燃料的热值表 固体 热值/（J·kg-1） 液体 热值/（J·kg-1） 气体 热值/（J·kg-1） 干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 煤气 4.2×107 烟煤 2.9×107 柴油 4.3×107 天然气 4.4×107 焦炭 3.0×107 石油 4.4×107 无烟煤 3.4×107 汽油 4.6×107 氢气 1.4×108 木炭 3.4×107 煤油 4.6×107 观察一些燃料的热值表，你有哪些发现？ （1）热值是燃料的一种特性。不同燃料的热值一般不同，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。 （2）氢的热值最大：氢气热值1.43×108J/kg 三、燃料的热值 燃料燃烧释放热量的计算 （1）质量为m的固、液燃料完全燃烧释放的能量： Q放=mq q：燃料的热值，单位是焦每千克，符号是J/kg； m：是燃料的质量，单位是kg。 （2）质量为V的气体燃料完全燃烧释放的能量： Q放=Vq q：燃料的热值，单位是焦每千克，符号是J/m3； V：是燃料的体积，单位是m3。 【例5】中为比较酒精和汽油热值的大小，小华制订了以 下实验方案。 (1)取质量________（选填“相同”或“不同”）的酒精 和汽油作燃料，制成酒精灯和汽油灯； (2)两灯同时点燃后分别给两杯质量和初温都相同的水加热（两个烧杯完全相同），如图所示。通过观察水温的变化，判断两种燃料热值的大小； ①安装实验器材时，应按照________（选填“自上而下”或“自下而上”）的顺序组装； ②当两灯的燃料燃烧完后，甲装置中温度计的读数是80℃，乙装置中温度计的读数是90℃，由此判断________（选填“酒精”或“汽油”）的热值较大。 相同 三、燃料的热值 自下而上 汽油 【例6】中关于燃料及其热值，下列说法中正确的是（     ） A．没有燃烧的燃料，热值等于零 B．燃料完全燃烧时，它的热值最大 C．燃料的热值与质量和燃烧状态无关 D．一瓶煤油用去一半，剩余煤油热值将减小 A 三、燃料的热值 【解析】A．热值与燃料是否燃烧无关，未燃烧的燃料热值不为零，故A错误； B．热值与燃料是否完全燃烧无关，不会因完全燃烧变大，故B错误； C．热值与燃料的质量、燃烧状态均无关，故C正确； D．煤油用去一半后种类不变，热值不变，故D错误。 故选C。 【例7】小榕一家去露营时，用卡式炉烧水泡茶。其配备的卡式炉气罐中装有质量为0.2 kg的丁烷，其热值约为 4.8×107J/kg，若这些丁烷完全燃烧可以放出热量约为多少？ 三、燃料的热值 【解析】这些丁烷完全燃烧可以放出热量 四、课堂总结 机械能与内能的相互转化 四、课堂总结 五、练习与应用 机械能与内能的相互转化 五、练习与应用 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？ 【解析】要想让冰熔化，需要增大冰的内能；可以通过摩擦冰做功来增大冰的内能；用电热吹风吹冰，冰吸收热量，这是通过热传递改变冰的内能。 五、练习与应用 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。 【解析】打气筒外壁变热是因为压缩气体做功和活塞与筒壁摩擦做功，使打气筒的内能增加，温度升高。 五、练习与应用 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。 【解析】(1)可减轻对大气的污染；(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)可以节约成本。 五、练习与应用 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？ 【解析】火箭在大气层飞行时，因与空气摩擦克服阻力做功，机械能转化为内能，导致外壳温度升高。 六、提升训练 机械能与内能的相互转化 1.“华龙一号”是我国具有完整自主知识产权的三代核电技术，被誉为“国之重器”。“华龙一号”核电装置用水作冷却剂给核反应堆的堆芯降温，主要利用了水的___________较大的特性。为了获得强劲的推力，某些火箭使用液态氢作为推进剂，原因是液态氢具有较高的___________。 六、提升训练 比热容 【解析】相同质量的水和其他物质升高相同温度时，水能吸收更多热量，故用水作冷却剂利用了水比热容大的特性。 相同质量的液态氢和其他燃料完全燃烧时，液态氢能放出更多热量，故用液态氢作推进剂利用了液态氢热值高的特性。 热值 2.2.1千克无烟煤完全燃烧，将可以放出____________J热量，在标准大气压下，这些热量能使____________千克15℃的冷水烧开（无烟煤的热值是3.4×107J/kg），无烟煤完全燃烧一半后热值____________（选“变大”或“变小”、“不变”）。 六、提升训练 7.14×107 200 不变 【解析】烟煤完全燃烧放出的热量为 由题意可知，水升高的温度为 水的质量为 热值是燃料的固有属性，与燃料质量无关，故无烟煤燃烧一半后热值不变。 3.某型号汽车发动机采用的是汽油机，如图是该汽油机的________冲程，将__________能转化为________能。该汽油机的飞轮转速为1800r/min，每秒钟对外做功________次。 六、提升训练 压缩 【解析】由图可知，两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；将机械能转化为内能； 在汽油机的一个工作循环中，完成4个冲程，并对外做功1次，曲轴和飞轮转2圈，该汽油机的飞轮转速为1800r/min，即30r/s，则每秒钟完成15个工作循环，对外做功15次。 机械 内 15 4.大多数汽车的内燃机采用的都是汽油机，关于以下汽油机的四个冲程，说法正确的是（     ） A．依靠飞轮惯性完成的冲程是：甲、丙、丁 B．四冲程汽油机在一个工作循环中的工作过程依次是丁、丙、乙、甲 C．为汽车提供动力的冲程是乙 D．甲冲程中汽缸内气体的温度会下降 六、提升训练 D 5.在一个标准大气压下，完全燃烧0.5kg焦炭，用来加热初温为60℃、体积为20L的水，这些热量的28%被水吸收。[q焦炭=3.0×107J/kg，ρ水=1.0×103kg/m3，c水=4.2×103J/（kg·℃）]求： (1)完全燃烧0.5kg焦炭放出的热量； (2)加热后水的末温； 六、提升训练 六、提升训练 【解析】（1）焦炭完全燃烧，放出的热量 （2）水的体积 水的质量 水吸收的热量 理论上水升高的温度 理论上水的末温 而标准大气压下水的沸点是100℃，水温最高不会超过沸点，所以水的末温为100℃。 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $