12.4机械能与内能的相互转化第1课时课件（54页PPT） 2025-2026学年物理苏科版九年级上册（5个嵌入视频）

(共54张PPT)
第十二章 机械能和内能
12.4 机械能与内能的相互转化（第1课时）
（苏科2024版）九年级
上
01
教学目标
02
新知导入
03
新知讲解
05
典例分析
06
课堂练习
04
课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
PART 1 教学目标
（苏科2024版）九年级
上
01
教学目标
1.通过观察"快速弯折金属丝会发热"和"压缩气体点火"等实验现象，学生能理解摩擦生热、压缩做功等方式可以改变物体内能，认识到做功与热传递是改变内能的两种等效方式，从而建立能量转化观念并培养实验观察的核心素养。
2.通过分析"下落重物带动叶轮搅拌水使其升温"的演示实验，学生能验证机械能可以转化为内能，并能解释打气筒壁发热等生活现象，发展能量守恒思想和现象解释能力这一核心素养。
3.通过拆解四冲程汽油机模型观察吸气-压缩-做功-排气过程，学生能理解热机是通过燃料燃烧将内能转化为机械能的装置，并能说明火花塞、曲轴等关键部件的作用，形成工程实践认知和技术应用意识这一核心素养。
PART 2 新知导入
（苏科2024版）九年级
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02
新知导入
你有什么方法可以使铁丝的温度升高吗？
1）用火烧
2）来回弯折
3）用砂纸摩擦
4）在太阳下晒
5）在地面上摩擦…
热传递
热传递
哪些方法是用热传递方式改变物体内能的？
余下的是改变物体内能的另一种方式？
PART 3 新知讲解
（苏科2024版）九年级
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03
新知讲解
一、做功—改变物体内能的另一种方式
如图12-27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
做一做
图12-27 反复弯折铁丝
感觉手指变热；
铁丝的内能增加。
活动12.6 探究做功能否改变物体的内能
03
新知讲解
一、做功—改变物体内能的另一种方式
如图12-28所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小片硝化棉，将活塞迅速下压，你看到了什么
看一看
硝化棉会开始燃烧。
空气压缩引火仪
03
新知讲解
演示实验——《压缩引火》
演示实验——《改变内能的另一种方式》
在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的 能量是如何转化的
以上这些内能增加的方式是热传递吗？
03
新知讲解
你能再举一些非热传递改变物体内能的实例吗
搓手取暖
从滑梯下滑时屁股有点发烫
沙轮打摩工件
03
新知讲解
以上这些内能增加的方式都不是热传递，他们有什么共同特点？
图12-27 反复弯折铁丝
他们共同特点：①都有力。②力的方向上移动一定距离。
→
做功
【结论】做功是改变物体内的能另一种方式。
03
新知讲解
其它物体的机械能
物体的内能
转化
外界对物体做功
内能增加
沙轮打摩工件
钻木取火
载人飞船返回舱进入大气层
03
新知讲解
生活中有没有通过做功的方式将内能转化为机械能的情况呢？
物体的内能
其它物体的机械能
转化
物体对外界做功
内能减少
当瓶塞飞出时，是_________ 对_________做功，_______的内能减少，是燃气的______能转化为瓶塞的_________能。
燃气
瓶塞
燃气
内
机械
03
新知讲解
生活中内能转化为机械能的事例：
视频——蒸汽冲开瓶塞
燃放烟花
炮弹爆炸
老式蒸汽机
03
新知讲解
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。一个物体的温度升高，内能变大，可能是热传递，也可能是外界对物体做了功。
两种改变内能的方式对比：
03
新知讲解
视频——利用内能做功
该实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。
蒸汽机原理
二、热机
03
新知讲解
二、热机
1、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。
飞机
火箭
汽车
船舶
蒸汽机
03
新知讲解
2、四冲程汽油机
（1）工作原理
利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
（2）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。
03
新知讲解
（冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。）
（3）汽油机的四个冲程
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。
03
新知讲解
进气口打开
排气口关闭
活塞向下运动
汽油和空气的混合物进入汽缸
(1)吸气冲程
03
新知讲解
进气口关闭
排气口关闭
活塞向上运动
气缸内汽油和空气的混合物被压缩
机械能转化为内能
(2)压缩冲程
03
新知讲解
进气口关闭
排气口关闭
火花塞点火，燃料燃烧迅速膨胀，推动活塞运动
内能转化为机械能
火花塞点火
(3)做功冲程
03
新知讲解
进气口关闭
排气口打开
活塞向上运动
将气缸中燃烧剩余的废弃排出
(4)排气冲程
03
新知讲解
视频演示——《四冲程汽油机工作循环》
03
新知讲解
①只有做功冲程对外做功，其余冲程靠惯性完成
②参数：4个冲程,飞轮转2圈, 1个工作循环,对外做功1次
03
新知讲解
图12-29 点火爆炸
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，将混合气体压缩。
气缸顶端的火花塞通电点火，混合气体爆发性燃烧，高温高压气体向下推动活塞做功。
机械能
内能
转化
内能
机械能
转化
图12-28 空气压缩引火仪
压缩冲程与做功冲程
03
新知讲解
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
（5）汽油机四个冲程工作情况总结
03
新知讲解
1个工作循环
有4个冲程
活塞往复2次
飞轮转动2周
对外做功1次
口诀：圈数×2＝冲程数 圈数÷2＝做功数
（5）汽油机四个冲程工作情况总结
03
新知讲解
汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械(如插秧机、 机动喷雾器)上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大， 热效率较高，因此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。
小型飞机
小型农业机械
汽油机
载重汽车
坦克
轮船
柴油机
（6）汽油机与柴油机的应用
03
新知讲解
（7）生活 物理 社会 热机的发展历程
17世纪末，第一台带活塞的蒸汽机由法国物理学家、发明家巴本 制成。经瓦特等人的改进，蒸汽机 (图12-32)在工业生产上得到了广 泛应用，人类从此进入了工业时代。 但是，当时的蒸汽机在使用中能量损失大，效率只有5%～8%。
为了进一步提高热机效率，人们设法让燃料在汽缸内燃烧，用燃烧产生的气体直接推动活塞做功，这就是内燃机。今天的燃油汽车、拖拉机、坦克等，都使用了内燃机。
图12-32 瓦特改良的蒸汽机
03
新知讲解
（7）生活 物理 社会 热机的发展历程
随着航空航天事业的发展，人们迫切需要大功率的发动机以提高飞行器的飞行速度，因此涡轮喷气发动机(图12-33)应运而生。火箭发动机的工作原理与涡轮喷气发动机十分相似。主要的差 别是，火箭自带燃料和氧化剂，可在大气层之外工作；涡轮喷气发动机只携带燃料，利用空气做氧化剂，因此只能在大气层内工作 。
图12-33 涡轮喷气发动机结构示意
03
新知讲解
（7）生活 物理 社会 热机的发展历程
我国在火箭发动机的研制方面， 固体火箭发动机和液体火箭发动机(图 12-34)齐头并进，现已居世界前列。 2021年10月19日，我国研制的直径为3.5m 的500 t级整体式固体火箭发 动机试车成功，这是目前世界上推力最大的固体火箭发动机。2022年11月 5日，我国自主研制的500 t 级液体火箭发动机首次整机试车成功。这些成果标志着我国火箭发动机的研制水平大幅提升，将有力推动中国航天梦的加速实现。
图12-34 液体火箭发动机结构示意
PART 4 课堂小结
（苏科2024版）九年级
上
04
课堂小结
机械能与内能
的相互转化
①热传递：实质是内能的转移。
②做功：实质是其它形式的能与内能之间的转化。
①热机：将燃料燃烧产生的燃气的内能转化为机械能。
②内燃机的分类：汽油机、柴油机和天然气发动机。
③内燃机一个工作循环：吸气、压缩、做功和排气冲程。
④能量转化：压缩冲程，燃料的机械能转化为内能。
做功冲程：燃料的内能转化为机械能。
⑤热机的发展历程：蒸汽机、内燃机、涡轮喷气发动机、
火箭发动机等。
改变内能的
两种方式
内燃机
PART 5 典例分析
05
典例分析
例1．内燃机是将___________能转化机械能的装置。内燃机的一个工作循环是由___________个冲程组成的。其中压缩冲程是把_________能转化为_________能。
内
四
机械
内
【答案】 内 四 机械 内
【详解】[1][2][3][4]内燃机是依靠燃料燃烧将内能转化为机械能的装置，内燃机的一个工作循环有四个冲程，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在压缩冲程中，活塞由上向下压缩汽缸内的空气，即对空气做功，使得空气的内能增加，温度升高，将机械能转化为内能。
05
典例分析
例2．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　）
A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低
C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能
C
【答案】C
【详解】A．吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，故A错误；
B．压缩冲程：活塞压缩混合气做功，缸内气体内能增大，温度升高，故B错误；
C．做功冲程：燃烧后的高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C正确；
D．排气冲程：排气门打开，进气门开闭，由飞轮的惯性带曲轴转动，带活塞上移，排出废气，不涉及内能与机械能间的转化，故D错误。
05
典例分析
例3．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：
①在压缩冲程中，是机械能转化为内能
②在做功冲程中，气体内能增加，温度升高
③只有做功冲程是燃气对外做功
④用水循环来降低热机的温度，主要是利用水比热容较大的特性
以上说法中正确的是（　　）
A．只有②③ B．只有②③④ C．只有①③④ D．①②③④
C
05
典例分析
【答案】C
【详解】①②③汽油机四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，将内能转化为机械能，内能减小，温度降低，在压缩冲程中将机械能转化为内能，故①③正确、②错误；
④水的比热容比较大，质量相同的水与其它物质相比，升高相同的温度，水吸收更多的热量，所以利用水来降低热机的温度，故④正确。
故ABD错误，C正确。
故选C。
05
典例分析
例4．一台内燃机的飞轮转速是1440转/分，那么在每秒钟内（　　）
A．飞轮转动24转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程
B．飞轮转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程
C．飞轮转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程
D．飞轮转动24转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程
C
【答案】C
【详解】已知飞轮转速为1440r/min=24r/s，在1个工作循环中，飞轮转2圈，完成4个冲程并对外做功1次；所以，在每秒钟内，该内燃机的飞轮转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程，故ABD错误，C正确。
05
典例分析
例5．如图所示，图甲汽油机与图___________（填“乙”“丙”或“乙和丙”）中能量转化情况相同，如果该汽油机飞轮的转速是360r/min，则汽油机每秒钟对外做功___________ 次；图乙中，棉花的内能增大主要是通过___________ 方式实现的。
丙
3
热传递
05
典例分析
【答案】 丙 3 热传递
【详解】[1]图甲所示冲程中，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程，在此过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能；图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，使气体内能增加，温度升高；图丙中，高温气体将塞子冲出时，将内能转化为机械能。对比三图所示情景的能量转化情况可知，图甲所示冲程的能量转化情况与丙图所示情景的能量转化相同。
[2]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是360r/min，所以飞轮每秒转动6周，则汽油机每秒钟对外做功3次。
[3]图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，通过做功的方式使筒内气体内能增加，温度升高，气体的热量传递给棉花，棉花的内能增大，这是通过热传递方式来实现的。
PART 6 课堂练习
（苏科2024版）九年级
上
06
课堂练习
1．下列设备不属于热机的是（ ）
A．洗衣机 B．汽油机 C．柴油机 D．蒸汽机
A
06
课堂练习
2．如图所示，金属制成的气缸中装有汽油和空气的混合物。下列操作有可能使气缸中汽油燃烧的是（ ）
A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞
C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞
B
06
课堂练习
3. 图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（ ）
A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气
C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热
C
06
课堂练习
4．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）
A．压缩冲程，将化学能转化成内能
B．压缩冲程，将机械能转化成内能
C．做功冲程，将内能转化成机械能
D．做功冲程，将机械能转化成内能
C
06
课堂练习
5．下图是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看，机械能转化为内能的冲程是（　 ）
A
06
课堂练习
6. 在瓶内滴入少量酒精，用塞子塞住瓶口，向瓶内快速打气，瓶内气体的内能__________，这是用__________的方式改变内能的，相当于汽油机的__________冲程；突然听到较大声响，看到塞子飞出，__________能转化为__________能，瓶内温度__________（填“上升、下降、不变”）。
增大
做功
压缩
内
机械
下降
06
课堂练习
7. 如图所示，是单缸四冲程汽油机的__________冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变__________ 。若该汽油机转速为2400r/min，则它每分钟完成__________个如图所示的冲程。
压缩
大
1200
06
课堂练习
8. 如下图，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图，与压缩冲程原理相同的是_____图所示的演示实验；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，利用内能来做功的冲程是_______图。若某汽油机飞轮转速为3600r/min，则它每秒完成__________个冲程。
甲
丁
120
Thanks!
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