12.4机械能与内能的相互转化（课件）(共43张PPT) -2023-2024学年九年级物理上册（苏科版）

(共43张PPT)
12.4机械能与内能的相互转化
第12章 机械能和内能
教师
xxx
苏科版 九年级上册
做功-改变内能的另一种方式
燃料的热值
热机
热机效率（拓展）
01
03
02
04
CONTANTS
目 录
现代的热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机、火箭上。
热机到底是怎样将内能转化为我们需要的能量的呢？
世界上第一列火车利用了蒸汽机
火，能够驱散寒冷与黑暗，带来温暖和光明。钻木取火，人类第一次学会使用自然的力量；
而古老的热机——蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。
钻 木 取 火
情景引入
液态氢气储罐
为什么发射火箭上天要用液态氢气、氧气做燃料？用汽油、柴油做火箭燃料可以吗？
情景引入
做功-改变内能的另一种方式
01
增加的内能是哪里来的
实验中铁丝的内能变高了吗
弯折铁丝
实验中,铁丝的温度是否发生变化
探究新知
探究实验1
做功可改变内能
结论：对物体做功，物体的内能增加，温度升高。
（1）观察到的现象有哪些？
活塞下移——硝化棉燃烧
（2）厚玻璃筒内的硝化棉燃烧说明什么？
讨论：
活塞压缩空气做功
空气的内能增加
温度升高，达到硝化棉燃点，硝化棉燃烧
探究新知
探究实验2
（1）观察到的现象有哪些？
（2）瓶塞跳起说明了什么？
获得了动能，瓶内空气对瓶塞做了功
（3）出现了水雾是什么现象？说明了什么？
水蒸气液化 ，空气温度降低了
（4）这个实验说明了什么？
空气膨胀对瓶塞做功，空气温度降低，内能减小
结论：物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。
讨论：
打气
瓶塞跳起
出现水雾
探究新知
　　上面的两个实验中，通过什么途径改变了玻璃筒和烧瓶内空气的内能？
结论：做功可以改变物体的内能。
对物体做功，物体的内能增加，温度升高。
物体对外做功，物体的内能减少，温度降低。
探究新知
生活中物理
举例说明机械能转化为内能的现象：
流星雨
运动的砂轮
给自行车车胎打气，气筒发烫　
古人钻木取火
外界对物体做功，物体的内能
增大
探究新知
点燃的火药燃烧时内能转化为机械能使爆竹腾空而起
举例说明内能转化为机械能的现象：
火药燃烧时的内能转化为机械能
水蒸气的内能转化为机械能
蒸汽机
探究新知
用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起
燃料燃烧时将大量的内能转化为机械能推动火箭升空
物体对外界做功，物体内能 。
减少
探究新知
热机
02
点火爆炸
你观察到什么现象
在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的 能减少，转化为 能
内
机械
探究新知
在上述活动中,
酒精燃烧产生的燃气对外做功,燃气的内能转化为机械能,
根据这一原理,可以制造出将内能转化为机械能的机器.
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,
探究新知
热机结构与原理
热机原理是将燃料燃烧产生的高温高压的燃气的内能转化为机械能的装置
探究新知
汽油机的工作循环
探究新知
热机
（1）原理：
将内能转化为机械能
（2）汽油机的构造：
汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞
（3）汽油机在工作时,
活塞在汽缸里做往复运动,活塞从汽缸的一端运动到另外一端的过程叫做一个冲程.
（4）汽油机的一个工作循环：
吸气冲程：燃料和空气的混合气体吸入汽缸
压缩冲程：机械能转化为内能
做功冲程：内能转化为机械能
排气冲程：废气排出汽缸
一个工作循环由四个冲程组成，曲轴旋转两周，活塞往复两次，对外做功一次。
做功冲程是主要冲程，其它三个冲程是辅助冲程，是靠飞轮的惯性完成的 。
探究新知
汽油机 柴油机
不同点 燃料 汽油 柴油
结构 火花塞 喷油嘴
吸气冲程吸入气体 吸入是汽油和空气的混合物 吸入的是空气
压缩冲程 气压、温度相对较低 气压、温度相对较高
点火方式 点燃式 压燃式
主要特点 轻巧、效率较低 笨重、效率较高
主要用途 小汽车和小型农业机 械、低速飞机等 载重汽车、拖拉机、火车、轮船等
汽油机和柴油机的不同点:
探究新知
探究新知
一个工作循环里，活塞往返 次，曲轴转动 周。 冲程是燃气对外做功，其他三个冲程是靠 来完成。
两
做功
两
飞轮的惯性
练一练
探究新知
探究新知
燃料的热值
03
【实验设计】选取相同质量的不同燃料，点燃后，对相同质量的水进行加热，比较两杯水温度的升高多少，来确定燃料的放热本领。
实验方法
控制变量法和转换法
大量的实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。 我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。
探究新知
某种燃料完全燃烧放出的热量与该燃料的质量之比，叫做这种燃料的热值。
国际单位：焦每千克；符号：J/kg
1．燃料的热值（q）
热值在数值上等于1 kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（1）定义
（2）物理意义
（3）单位
定义式：
比值定义法
q: 燃料的热值
Q：燃料完全燃烧放出的热量
m: 燃料的质量
探究新知
对某些气体燃料完全燃烧放出的热量与其体积之比，叫做这种气体燃料的热值。
物理意义：热值在数值上等于在标准状态下1 m3的燃料完全燃烧放出的热量。
定义式：
气体燃料的单位：焦每立方米；符号：J/m3。
（4）气体燃料的热值
探究新知
★课堂活动
燃料的热值三点说明
①“某种燃料”是说明热值与燃料的种类有关，反映了燃料的燃烧特性、化学能转化成的内能的本领大小.
②“完全燃烧”的含义是烧完、烧尽.某种燃料，只有在完全燃烧时放出的热量与质量之比才是这种燃料的热值，如果用没有完全燃烧放出的热量计算出的热值就比实际值小.
③“热量与其质量之比”可以理解为热值是针对一定质量的燃料而言的，如果同种燃料的质量不同，则完全燃烧时放出的热量大小不同.
探究新知
2.完全燃烧10千克的焦碳所放出的热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴放出的热量？
思考：
1. 1kg的干木柴热值和0.5kg干木柴热值是否一样？
1. 热值表中所列固体、液体、气体燃料的热值中，各找出一种热值最大的燃料，并说明它表示什么意思？
2. 燃料没有完全燃烧，燃料的热值会不会发生改变？
25kg
一样
不改变
热值是燃料的一种特性，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。
探究新知
为什么发射火箭上天要用氢做燃料？
因为氢的热值大，相同质量的不同燃烧中，氢释放的热量最多，故利用氢做燃料。
探究新知
3．有关燃料燃烧放热的计算
定义式
Q=qm
Q=qV
热量计算公式
例题 根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？再算算，若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？
解：（1）氢完全燃烧放出热量
Q = q1m1=1.4×108 J/kg× 10×103 kg
=1.4×1012 J
（2）需要干木柴
约120吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量。
探究新知
热机效率
*04
1、部分燃料未完全燃烧
2、克服摩擦消耗能量
转化为对外做有用功的能量
4、机械传热损失能量
3、废气排出带走能量
热机中燃料释放能量的主要走向示意图
　　在热机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？
探究新知
1．定义 对外做的有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
（1）热机的效率是热机性能的重要指标（看下页图片）
2．提高热机效率，节约能源，减少污染
（2）提高效率的途径
　①提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；②改进热机，减少各种能量损失；③充分利用废气的能量；④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。
定义式
探究新知
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
喷气式飞机上的发动机的效率能达到50%~60%
柴油机的效率为30%~45%
探究新知
热机效率是热机性能好坏的物理量。
热机效率与功率无关。
探究新知
1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（ ）
A．温度升高，内能增大，压强增大
B．温度升高，内能增大，压强减小
C．温度降低，内能减小，压强减小
D．温度降低，内能减小，压强增大
C
2.如图为四冲程汽油机工作过程的示意图。其中表示做功冲程的是（　 ）
A
课堂练习
3．汽油机在压缩冲程中工作物质被压缩，汽缸中的（ ）
A．压强增大，温度降低
B．压强减小，温度升高
C．压强增大，温度升高
D．压强减小，温度降低
C
课堂练习
4．汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是（ ）
A．柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
B．在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的
C．柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高
D．在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油机的高
C
课堂练习
6.汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是______冲程。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内做功______次，活塞往复______次，完成______个冲程。
压缩
10
20
40
5.关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ）
A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞
B．柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
C．汽油机在做功冲程中，进气阀关闭，排气阀打开
D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
D
课堂练习
7.对于燃料的热值，下列说法中，属于正确理解的是 (　　 )
A.燃料的热值跟燃料燃烧时放出的热量成正比
B.燃料没燃烧时就没有热值
C.就某种确定的燃料而言，它的热值是一个确定的值，跟燃料 的质量及燃料燃烧放出的热量无关
D.容易燃烧的燃料热值一定大
C
课堂练习
8. 关于热机效率，下列说法正确的是 (　　 )
A.热机效率越高，即热机做的有用功多
B.热机效率越高，即热机的功率越大
C.要提高热机效率，就要尽量减少各种能量损失，并且要保
证良好的润滑
D.提高热机效率，并不能环保减排
C
课堂练习
9．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。
35%
课堂练习
1.做功-改变内能的另一种方式
2.热机
做功是改变物体内能的另一种方法
对物体做功，物体的内能增加。物体对外做功，物体的内能减少
热机原理是将燃料燃烧产生的高温高压的燃气的内能转化为机械能的装置
油机的一个工作循环：吸气冲程：燃料和空气的混合气体吸入汽缸
压缩冲程：机械能转化为内能 做功冲程：内能转化为机械能
排气冲程：废气排出汽缸
3.燃料的热值
定义：1kg单位某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值.用符号“q”表示，单位是：J/kg。
公式：Q放=mq Q放=vq
课堂小结