(共15张PPT)
第十四章 内能的利用
第3节 能量的转化和守恒
知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。
从能量转化和转移的角度认识效率。
3 列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
1
2
3
预习课本P27～30内容，回答以下问题。
问：骑自行车下坡时，人不蹬脚踏板，车速也会越来越快。请你从能量转化的角度解释这个现象。
答：__________________________________________________________ _______________________________________________________________________________________________________________________________________
当人骑自行车下坡时，总质量不变，高度变小，故其重力势能变小；同时其速度变快，即动能变大，故人骑自行车下坡时重力势能逐渐转化为动能，使人和自行车的重力势能减小，动能增加，所以车速越来越快。
1．能量的转化
(1)普遍性：在一定条件下，各种形式的能量是可以相互________的。请补充下列现象中的能量转化。
①摩擦生热：________能转化为______能；
②水电站里水轮机带动发电机发电：________能转化为______能；
③电动机带动水泵把水送到高处：______能转化为________能；
④植物吸收太阳光进行光合作用：______能转化为________能。
(2)方向性：我们利用的各种形式的能最终会自然地转化成内能，散失到周围空气中，但内能不会自然地转化成其他形式的能量。
转化
机械
内
机械
电
电
机械
光
化学
2．能量守恒定律
(1)内容：能量既不会凭空________，也不会凭空________，它只会从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量____________。
(2)方向性：任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。因此，__________(选填“可能”或“不可能”)造出永动机。
消灭
产生
转化
转移
保持不变
不可能
考点一 不同形式的能量
【例1】 判断下列现象或物质中存在且可被利用的能量形式。(填序号)
①光能 ②机械能 ③内能 ④电能 ⑤化学能
(1)奔流的河水具有______。
(2)发光的白炽灯具有________。
(3)煤炭具有______。
(4)崭新的干电池具有______。
②
①③
⑤
⑤
方法点拨：
能量也有不同的形式，如机械运动的机械能(动能和势能)，热运动的内能，电磁运动的电磁能，化学变化的化学能等。
考点二 能量的转移和转化
【例2】 以下现象中，属于能量转移的是________，属于能量转化的是__________。
①煤炭燃烧 ②热水变凉 ③搓手取暖 ④摩擦起电 ⑤温度计测温度
【例3】 (跨学科·语文)唐朝诗人杜甫的诗作《登高》中有这样的两句诗，“无边落木萧萧下，不尽长江滚滚来。”从物理学角度来说，“不尽长江滚滚来”则揭示着一种能量的转化关系，即__________能转化为______能。
②⑤
①③④
重力势
动
方法点拨：
能量转化是一种形式的能转化为另一种形式的能，前后的能量形式不同；而能量转移是能量不经过变化直接由一个物体转移到另一个物体，前后的能量形式相同。
考点三 能量守恒定律
【例4】 (跨学科·物理学与社会发展)现在很多电动汽车为了节能安装了一套“能量回收装置”，在刹车时该装置可带动发电机发电。有人认为，只要不断改进，这种汽车就可以一边行驶，一边发电，所产生的电能又可以供给电动机转动，从而永远运动下去，这种观念违背了____________定律。在汽车刹车制动时，轮胎与地面摩擦会产生大量内能，但这些内能是无法自动转化成机械能供汽车运动的，这是因为能量的转移和转化具有__________。
能量守恒
方向性
方法点拨：
1．能量既不会凭空产生，也不会凭空消灭，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中，能量的总量不变。
2．自然界中的一切实际变化过程都具有方向性，朝某个方向的变化是可以自发发生的，相反方向的变化却是受到限制的，这时如果要使变化了的事物重新恢复到原来的状态，一定会对外界产生无法消除的影响，这就是自然界的不可逆性。
考点一 不同形式的能量
1．下列选项中关于能量的说法中错误的是( )
A．我们使用各种家用电器，就是把其他各种形式的能量转化成电能
B．做机械运动的物体具有能量
C．利用能量的过程，就是能量转移和转化的过程
D．电池具有化学能
A
考点二 能量的转移和转化
2．自然界中的各种现象都是互相联系的。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的，下列有关能量转化的实例分析中错误的是( )
A．随着技术的发展，电动汽车的电动机可以将电能全部转化为机械能
B．太阳能电池工作时将太阳能转化为电能
C．植物吸收太阳光进行光合作用，光能转化为化学能
D．发光二极管发光时，将电能大部分转化为光能
A
考点三 能量守恒定律
3．不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，如图中给出了两个实例，请你做一些补充。圆圈内A的能量形式是______能，圆圈内B的能量形式是_____能，序号⑤的实例有_________(选填“摩擦生热”或“燃料燃烧”)。大量事实表明，能量在转化和转移的过程中，能量的总量______ (选填“变小”“不变”或“变大”)。
内
电
摩擦生热
不变(共20张PPT)
第十四章 内能的利用
第2节 热机的效率
从能量转化的角度认识燃料的热值。
预习课本P22～26内容，回答以下问题。
问：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。如图所示是某热机工作过程的“能流图”，请结合能流图谈一谈如何有效地利用能量，减少热量的耗散。
答：__________________________ ____________________________________________________________
根据能流图可知，应减少热机部件间的摩擦，减少机械散热耗能，同时减少废气带走的热量。
1．燃料的热值
(1)定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其________之比。
(2)热值的符号是____，单位是_______________或_________________。
(3)热值的表达式为_______或_______，公式中的物理量及其单位如下：
物理量(符号) 热值(q) ③_________ ④_________ 体积(V)
单位(符号) ①_____________ 或②___________ _______ 焦耳(J) 千克(kg) ⑤______ _______
质量
q
焦每千克(J/kg)
焦每立方米(J/m3)
q＝
q＝
焦每千克(J/kg)
焦每立方米
(J/m3)
热量(Q)
质量(m)
立方
米(m3)
(4)物理意义：1 kg(或1 m3)某种燃料完全燃烧放出的热量。如木炭的热值是3.4×107 J/kg，其物理意义是_____kg的木炭完全燃烧放出的热量为____________ J。
2．热机的效率
(1)燃料利用率比较低的原因：①燃料很难____________；②有效利用的热量比放出的热量要小。
(2)热机中燃料释放能量的主要流向，
如图所示。
1
3.4×107
完全燃烧
(3)定义：用来做__________的那部分能量与燃料____________放出的能量之比。
(4)热机效率的符号是_____，其表达式为___________，公式中的物理量及其单位如下：
(5)提高热机效率的途径：①让燃料尽可能地____________；②减少各种能量损失；③设法利用________带走的能量。
有用功
物理量(符号) ①_______________ 有用功(W有用) 热量(Q放)
单位 无单位 ②___________ ③___________
完全燃烧
η
η＝
热机效率(η)
焦耳(J)
焦耳(J)
充分燃烧
废气
考点一 燃料的热值
【例1】 下列关于燃料的热值的说法中正确的有__________(填序号)。
①燃料燃烧时，质量越大，热值越大
②燃料的热值与燃料的质量成反比，与燃料完全燃烧放出的热量成正比
③热值与燃料是否完全燃烧无关
④燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
⑤一罐氢气用掉了一半，剩余半罐的热值不变
⑥相同质量的不同燃料完全燃烧后放热越多的，其热值越大
⑦汽油的热值为4.6×107 J/kg，表示1 kg汽油燃烧一定可以放出4.6×107 J的热量
③⑤⑥
方法点拨：
热值是燃料的一种特性，与燃料的种类有关，与燃料的形状、质量、是否完全燃烧无关。(与比热容和密度类似)
考点二 热值的相关计算
【例2】 焦炭的热值为3×107 J/kg，5 kg的焦炭完全燃烧释放的热量是多少？
解：5 kg焦炭完全燃烧放出的热量
Q放＝mq＝5 kg×3×107 J/kg＝1.5×108 J
答：(略)
【例3】 我们学校的食堂用天然气作燃料，给水加热、蒸米饭、蒸馒头等。已知：水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝4.0×107 J/m3。(不计热量损失)
(1)完全燃烧3.15 m3的天然气可以获得多少热量？
解：(1)完全燃烧3.15 m3的天然气可以获得热量
Q放＝Vq＝3.15 m3×4.0×107 J/m3＝1.26×108 J
答：(略)
【例3】 我们学校的食堂用天然气作燃料，给水加热、蒸米饭、蒸馒头等。已知：水的比热容c＝4.2×103 J/(kg·℃)，天然气的热值q＝4.0×107 J/m3。(不计热量损失)
m＝＝＝ ＝400 kg
解：(2)这些热量最多可以使水从25 ℃升高到100 ℃的水的质量为
(2)这些热量最多可以使多少千克水从25 ℃升高到100 ℃？
答：(略)
方法点拨：
燃料热量的计算公式Q＝mq或Q＝Vq(根据热值的单位选择对应的公式)。若涉及热量的传递，可联系比热容相关公式(Q＝cmΔt)进行计算。
考点三 热机效率的理解和计算
【例4】 关于热机的效率，下列说法中正确的是( )
A．热机的效率可以等于1
B．燃料完全燃烧放出的热量不可能全部用来做功
C．减少热损失对提高热机效率无影响
D．设法利用废气的能量也不能提高热机效率
【例5】 汽油因热值高常作为内燃机的燃料，已知汽油的热值为4.6×107 J/kg，完全燃烧50 g汽油所释放的热量是____________J，若发动机获得的机械能是9.2×105 J，该发动机的效率是________。
B
2.3×106
40%
方法点拨：
对于热机效率可与机械效率进行对比理解，热机效率是衡量热机性能好坏的一个重要参数，要提高热机的效率就是要提高热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，并且热机的效率总小于1。
考点一 燃料的热值
1．把一杯酒精倒掉一半，则剩下的酒精( )
A．质量变小，比热容变小，密度不变，热值不变
B．质量变小，比热容变小，密度不变，热值变为原来的一半
C．质量、比热容、密度和热值都变为原来的一半
D．质量变小，比热容、密度和热值都不变
D
考点二 热值的相关计算
2．汽车的散热器通常用水作冷却剂，是因为水的_________大；燃气汽车主要以天然气为燃料，相比汽油而言，天然气的______更大，完全燃烧0.6 m3的天然气可以放出___________J的热量。(q天然气＝3.9×107 J/m3)
比热容
热值
2.34×107
考点三 热机效率的理解和计算
3．关于热机效率下列说法中，正确的是( )
A．通过科技创新，采用先进热机的制造工艺，热机效率可以达到100%
B．若汽油机甲的热机效率高于汽油机乙的热机效率，则甲消耗的汽油比乙消耗的少
C．柴油机的热机效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
D．保持汽油机转动部分良好的润滑可以提高汽油机的热机效率
D
4．如图是内燃机的能量流向图，根据图中给出的信息，该内燃机的效率为____%。已知汽油的热值是4.6×107 J/kg，完全燃烧0.5 kg的汽油，
30
按该内燃机的工作效率计算，该汽车获得的机械能是____________J，燃料燃烧不充分时，燃料的热值__________(选填“变大” “变小”或“不变”)。
6.9×106
不变
预习课本P27～30内容，回答以下问题。
问：骑自行车下坡时，人不蹬脚踏板，车速也会越来越快。请你从能量转化的角度解释这个现象。(共20张PPT)
第十四章 内能的利用
第1节 热机
了解热机的工作原理。
知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。
1
2
预习课本P17～21内容，回答以下问题。
问：如图所示为我国古代劳动人民的智慧成果“取火器”的模型图，把木质推杆迅速推入内壁光滑的牛角套筒时，杆前端的艾绒立刻燃烧起来。点燃艾绒的过程与四冲程柴油机哪个冲程的工作原理相同。
答：__________________________________________________________ ________________________________________________________________________________________________
封闭的气体被推杆压缩过程中，推杆对气体做功，气体内能增加，则温度升高，达到艾绒的着火点，此过程中是机械能转化为内能，与汽油机的压缩冲程的能量转化相同。
1．热机
(1)人们发现内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械——________。
(2)热机的种类很多，例如蒸汽机、___________、汽轮机、喷气发动机等。
(3)燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做__________。它分为__________和___________两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
热机
内燃机
内燃机
汽油机
柴油机
2．四冲程汽油机
示意图 冲程名称 特点 能量转化
①______冲程 进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，②____________________进入汽缸 无能量转化
③______冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向 ④______运动，燃料混合物被压缩 ⑤________能转化为⑥______能
吸气
汽油和空气的混合物
压缩
上
机械
内
示意图 冲程名称 特点 能量转化
⑦______冲程 火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞向⑧________运动，带动曲轴转动，对外做功 ⑨______能转化为⑩________能
______冲程 进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把 ________排出汽缸 无能量转化
做功
下
内
机械
排气
废气
3．汽油机和柴油机的比较
内燃机种类 汽油机 柴油机
汽缸构造 有①__________ 有②__________
吸入物质 ③____________________ ④________
点燃方式 点燃式 压燃式
特点 对气体压缩程度较低，整体轻巧、噪声小 对气体压缩程度较高，整体笨重、噪声大
应用 小汽车、摩托车等 载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船等
火花塞
喷油嘴
汽油和空气混合物
空气
考点一 热机
【例1】 人们制造了各种利用内能做功的机械统称________机，其分为__________、__________、汽轮机、喷气发动机等。
【例2】 下列交通工具用热机获得动力的是( )
A．纯电动汽车 B．双燃料汽车
C．电动平衡车 D．自行车
热
蒸汽机
内燃机
B
方法点拨：
对热机工作的理解(物理观念)
将储存的化学能转化为蒸汽或燃气的内能，各种热机将蒸汽或燃气的内能转化为机械能。
考点二 四冲程
【例3】 如图所示四冲程内燃机工作时各冲程的示意图，它们正确的排列顺序为( )
A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、乙、甲
C．甲、丙、乙、丁 D．丙、乙、丁、甲
D
【例4】 如图所示是柴油机某一冲程的示意图，由图可知，这是________冲程。在这个冲程中的能量转化是____________________。
压缩
机械能转化为内能
40
80
20
20
【例5】 一台四冲程汽油机的飞轮转速为2 400 r/min，那么该汽油机每秒飞轮和曲轴转______圈，完成冲程______次，对外做功______次，完成______个工作循环。
方法点拨：
1．辨认冲程的方法
2．冲程的相关计算：4个冲程为1个工作循环，完成1个工作循环活塞往复运动2次，曲轴和飞轮转动2周，对外做功1次。
考点三 汽油机和柴油机的区别
【例6】 汽油机和柴油机在构造上相比，汽油机顶部有一个________，柴油机顶部有一个__________。某内燃机在吸气冲程中吸入汽缸的只有空气，那么它是__________(选填“汽油机”或“柴油机”)。
火花塞
喷油嘴
柴油机
方法点拨：
汽油机和柴油机的区别(主要利用汽缸结构辨别)
种类 汽缸构造 吸入物质 压缩程度 点燃方式 主要特点
汽油机 顶部有火花塞 汽油和空气的混合物 较低 点燃式 轻巧
柴油机 顶部有喷油嘴 空气 较高 压燃式 笨重
考点一 热机
1．下列设备属于热机的是( )
A．电热小太阳 B．电热挂烫机
C．家庭的地暖 D．火箭发动机
2．常见汽油机和柴油机都是内燃机。从能量转化的角度来看，内燃机是把内能转为________能的机器。我们经常用循环水冷却内燃机，使内燃机降温，是因为水的__________大，带走的热量多。
D
机械
比热容
考点二 四冲程
3．如图所示，小明将自制的扇叶悬挂在蜡烛上方，点燃蜡烛会使扇叶转动，这是因为蜡烛火焰使附近空气的温度升高，体积膨胀并推动上方扇叶转动。上述能量转化过程与内燃机的________冲程相同，蜡烛燃烧将________能转化为内能。
做功
化学
4．如图所示，四冲程汽油机正处于________冲程，若该汽油机飞轮转速为1 800 r/min，则汽油机每秒完成_____个工作循环，对外做功_____次。
做功
15
15
考点三 汽油机和柴油机的区别
5．下列关于汽油机与柴油机的说法错误的是( )
A．汽油机与柴油机使用的燃料不同
B．汽油机适用于小型汽车，柴油机适用于载重汽车
C．柴油机与汽油机除使用的燃料不同外，在构造上完全相同
D．柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火
C
预习课本P22～26内容，回答以下问题。
问：热机的效率是热机性能的重要指标。热机的效率高，在做功同样多的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染。如图所示是某热机工作过程的“能流图”，请结合能流图谈一谈如何有效地利用能量，减少热量的耗散。(共13张PPT)
第十四章 内能的利用
第十四章 内能的利用 章末总结
内能的利用
热机
概念：把燃料燃烧释放的内能转化为①__________的机械
种类
内燃机
蒸汽机、汽轮机、喷气发动机等
汽油机
工作过程
结构：汽缸、进气门、排气门、②__________、活塞、连杆、曲轴
吸气冲程： 吸入③_________________
压缩冲程： 机械能转化为④______能
⑤______冲程：⑥____能转化为机械能
排气冲程
4个冲程构成1个工作循环，活塞往返运动2次，对外做功1次
机械能
火花塞
汽油和空气混合物
内
做功
内
内能的利用
热机
种类
内燃机
柴油机
结构：汽缸、进气门、排气门、⑦__________、活塞、连杆、曲轴
吸气冲程：吸入⑧________
压缩冲程：机械能转化为⑨______能
⑩________冲程： ______能转化为机械能
排气冲程
工作过程(与汽油机相似)
喷油嘴
空气
内
做功
内
内能的利用
热机的效率
热值
定义：用来做 __________的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比
公式：η＝ _______
热机的效率
定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其 ________之比
符号是q，单位是焦每千克( _______)
公式：Q＝mq(对某些气体燃料：Q＝ ______)
质量
J/kg
Vq
有用功
能量的转化： ________形式的能量之间的转化
能量的转移：同种形式的能量在不同物体之间或同一物体的不同部分之间的转移
能量守恒定律：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量 ____________
内能的利用
能量的转化和守恒
不同
保持不变
重难点1 汽油机的四个冲程
【例1】 汽车已经成为现代生活不可缺少的一部分，汽车多数采用汽油机作为发动机。如图是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，下列说法中正确的是( )
A．汽油机在图丙冲程能获得动力
B．图丙冲程中没有能量的转化
C．图丁冲程中将内能转化为机械能
D．在一个工作循环过程的正确顺序
是：乙、甲、丁、丙
A
重难点2 冲程相关的计算
【例2】 如果某汽油机飞轮的转速为3 000 r/min，那么，1秒内活塞往复______次，完成_______个冲程，对外做功______次，完成______个工作循环。
50
100
25
25
重难点3 热值的理解
【例3】 关于燃料的热值，下列说法正确的是( )
A．燃料的热值与燃烧情况有关
B．燃料越易燃烧，其热值一定也越大
C．热值越大的燃料，完全燃烧时放出的热量也越多
D．火箭用液态氢作燃料，是因为其热值较大
D
重难点4 热机效率与功率的区别
【例4】 做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法正确的是( )
A．甲的功率小，热机效率低
B．甲的有用功大，做功快
C．乙的总功大，热机效率低
D．消耗相同量的柴油，乙的有用功多
C
柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油
甲 相同 3 h 5 kg
乙 2 h 6 kg
重难点拨：效率指的是能量的利用率，功率指的是做功的快慢。
重难点5 能量的转化与守恒
【例5】 下列选项可能符合汽车等热机能量流向的是( )
D
【例6】 有关能量守恒定律，下列说法中正确的是( )
A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化
B．能量守恒定律只适用于能量转化过程
C．“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律
D．按照能量守恒定律，永动机是不存在的
D
预习课本P32～35内容，回答以下问题。
问：小梦发现在天气干燥时，羽绒服表面很容易吸附灰尘而变脏。请运用所学的物理知识解释为什么羽绒服容易吸附灰尘？
