(共22张PPT)
章末总结
知识整合
专题归纳
专题训练
第十四章 内能的利用
专题1 能量守恒与机械能守恒的区别
例1 下列关于能量的转和守恒的说法正确的是( )。
A.人们对太阳能的开发和利用说明能量可以凭空产生
B.氢气燃烧过程是内能转移的过程
C.汽油机工作过程中,燃料完全燃烧放出的内能只有部分转为机械能,剩下的能量凭空消失了
D.根据能量守恒定律,能量无论是转还是转移,能量的总量保持不变
D
能量守恒是无条件的,所有涉及能量转的过程,都遵守能量守恒定律。机械能守恒是有条件的,在只有重力(或弹簧的弹力)做功的情形下,物体的重力势能(或弹性势能)和动能发生相互转,没有其他形式的能转为机械能,也没有机械能转为其他形式的能,机械能守恒。
1.关于跳水运动,下列说法正确的是( )。
A.运动员起跳后,以观众为参照物,运动员是静止的
B.在运动员起跳上升过程中,运动员的运动状态发生了改变
C.在运动员下落的过程中,运动员的机械能不变
D.由于存在空气阻力,跳水过程不遵守能量守恒定律
B
2.物理社团的同学们制作了水火箭,水火箭的简易原理图如图所示。使用打气筒向水火箭内不断打气,当内部气体压强增大到一定程度时,水从水火箭中向下喷出,从而使水火箭升空。结合题中信息,下列说法错误的是( )。
A.水向下喷出会使水火箭升空是由于物体
间力的作用是相互的
B.上升过程中,水火箭瓶内气体的内能减少
C.水火箭加速升空过程中能量守恒
D.往水火箭里打气的过程相当于热机的做功冲程
D
专题2 能量转的效率
例2 柴油机工作的效率是35%,说明柴油机把柴油完全燃烧释放的 能的35% 转为 能。锅炉烧水的效率是30%,说明锅炉把燃料完全燃烧释放的 能的30%转移给水,增加了水的 能。太阳能电池工作的效率是16%,说明太阳能电池把接收到的 能的16%转为 能。
内
机械
内
内
太阳
电
1.在任何情况下,能量转效率都小于1。这是因为能量在转过程中总会有一部分以内能等形式散失掉,无法被有效利用。
2.提高能量转效率是节能问题的核心,也是可持续发展的重要措施之一。通过优能源转过程、使用高效设备、合理调节工作负荷等方法,可以提高能量转效率,减少能源浪费。
3.火箭升空时,燃料完全燃烧释放的内能转为 能,散失的能量越少,发动机效率越 (填“高”或“低”)。
4.内燃机的发明是第二次工业革命应用技术领域的一项重大成就。单缸四冲程汽油机的一个冲程如图所示,已知该汽油机的效率为30%,飞轮每分钟转动1 800圈,q汽油=4.6×107 J/kg。下列说法正确的是( )。
A.图中所示冲程是做功冲程
B.若该汽油机完全燃烧5 kg汽油,则汽油机
做的有用功为6.9×107 J
C.该汽油机在1 s内做功30次
D.汽油机消耗的燃料越少,效率越高
机械
高
B
5.“羲和”逐日、“天问”登火、“嫦娥”探月、“天宫”揽胜……展示着我国航天事业取得的举世瞩目的成就。我国探索太空的火箭一般使用液氢作为燃料,液氧作为助燃剂。氢气的热值为1.4×108 J/kg,c水=4.2×103 J/(kg·℃)。
(1)某火箭发射时携带60 t液氢燃料,这些燃料完全燃烧放出的热量是多少
(2)若上述氢气放出的热量有10%被水吸收,则能将标准大气压下质量为2×106 kg、初温为10 ℃的水加热至多少摄氏度
(3)氢能源汽车开始进入研发测试阶段,某次测试中,一辆氢能源汽车以70 kW 的功率匀速行驶30 min,发动机的效率是45%,这一过程需要消耗多少氢燃料
解:(1)液氢燃料完全燃烧放出的热量
Q放=m氢q氢=60×103kg×1.4×108 J/kg=8.4×1012 J。
(2)水吸收的热量Q吸=ηQ放=10%×8.4×1012 J=8.4×1011 J,
水升高的温度
Δt===100 ℃,
水的末温t=t0+Δt=100 ℃+10 ℃=110 ℃>100 ℃,
在标准大气压下,水在100 ℃沸腾,吸热温度不再升高,所以水被加热到了100 ℃。
(3)一辆氢能源汽车以70 kW的功率匀速行驶30 min,发动机做的机械功W=Pt=70×103 W×30×60 s=1.26×108 J,
氢燃料完全燃烧放出的热量Q放' ===2.8×108 J,
故消耗氢燃料的质量m氢' ===2 kg。
专题1 能量守恒与机械能守恒的区别
1.如图所示的实例中,关于能量的说法正确的是( )。
D
甲 乙 丙 丁
A.甲图中,水电站发电,人们获得源源不断的电能,说明能量可以凭空产生
B.乙图中,自由运动的滚摆每次上升的高度逐渐减小,说明能量正在消灭
C.丙图中,向密闭瓶中打气,在瓶塞跳起前瓶中气体内能不变
D.丁图中,弹簧被人拉开,是不同形式能量之间的转
2.关于火箭发射升空这一情境,下列说法正确的是( )。
A.火箭使用液氢燃料,主要利用了液氢的热值小
B.火箭发动机工作过程中,内能转为机械能,是热机
C.火箭在升空过程中温度升高,这是与空气摩擦时有内能转成机械能
D.火箭加速升空的过程中机械能增大,不遵守能量守恒定律
B
3.新型太阳能汽车在运行过程中能量转情况如图所示。该太阳能汽车的能量转效率为 ;汽车在刹车过程中,机械能转为地面和轮胎等的内能,此过程中能量 (填“守恒”或“不守恒”),这些内能无法自动转为汽车的机械能,说明能量的转和转移具有 性。
30%
守恒
方向
专题2 能量转的效率
4.下列说法正确的是( )。
A.在柴油机的压缩冲程中,通过做功的方式增大柴油和空气混合物的内能
B.柴油机的效率一般大于汽油机的效率
C.热传递中,温度总是从内能大的物体传递给内能小的物体
D.水结冰内能减小,比热容不变
B
5.某汽车的尾部上标有“1.8T”的字样,其中“T”代表的是“涡轮增压发动机”,通过给发动机提供足量的空气使汽油更充分地燃烧。在其他条件相同时,采用涡轮增压发动机的汽车的热机效率与普通的汽车的热机效率相比 (填“更高”“更低”或“一样大”),同样的汽油加在采用涡轮增压发动机的汽车内与加在普通汽车内相比,热值 (填“更高”“更低”或“一样大”)。
更高
一样大
6.某汽车发动机的效率是20%,消耗3 kg汽油使该车在水平路面上匀速行驶40 km,汽车发动机牵引力为 N。汽油的热值取4.6×107 J/kg。
690
解:设雨滴的质量为m,则重力做功W=Gh=mgh;
由题知,Q吸=ηW=ηmgh,
由Q吸=cmΔt得
Δt=====0.2 ℃。
7.从210 m处自由下落的雨滴,质量约为0.05 g,不考虑下落过程中雨滴质量的变,g取10 N/kg。如果下落过程中重力对它做功的40%用来增加雨滴的内能,那么它落到地面时,温度升高了多少
8.某学校专用校车在某段平直公路上匀速行驶8 km,用时10 min,消耗柴油0.7 kg,受到的阻力为1.8×103 N。柴油热值取4.3×107 J/kg。
(1)求这段路程内发动机做功的功率。
(2)求这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量。
(3)求校车发动机的效率。(计算结果保留两位小数)
解:(1)因为校车匀速直线运动,所以发动机的牵引力F=Ff=1.8×103 N,
校车行驶的路程s=8 km=8 000 m,
这段路程内发动机做的功W=Fs=1.8×103 N×8 000 m=1.44×107 J,
校车行驶这段路程所用的时间t=10 min=600 s,
这段路程内发动机做功的功率
P===2.4×104 W。
(2)这段路程内消耗的柴油完全燃烧放出的热量
Q放=m柴油q柴油=0.7 kg×4.3×107 J/kg=3.01×107 J。
(3)校车发动机的效率η===0.478 4=47.84%。(共21张PPT)
第十四章 内能的利用
第3节 热机的效率
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 认识燃料的热值 物理观念
2 能简单计算燃料完全燃烧放出的热量 科学思维
3 认识热机的效率 物理观念
知识点一 燃料的热值
1.我们把某种燃料 放出的热量与其质量之比,叫作这种燃料的热值。
2.公式: 。其中q表示物质的热值,Q放表示燃料完全燃烧放出的热量,m表示物质的质量。
3.热值的单位是 ,符号是 。
4.不同的燃料热值一般 ,热值与燃料的 有关。
完全燃烧
q=
焦每千克
J/kg
不同
种类
例1 关于燃料的热值,下列说法正确的是( )。
A.2 kg煤的热值大于1 kg煤的热值
B.燃料的热值是燃料本身的性质
C.燃料热值越大,燃烧放出的热量越多
D.燃料不完全燃烧时热值变小
B
例2 1 m3的可燃冰分解后,可释放出150 m3的天然气,天然气的热值取4.0×107 J/m3,则1 m3的可燃冰释放出的天然气完全燃烧,放出的热量是 J。
方法技巧: 热值和密度、比热容的定义一样,采用的都是比值定义法,它反映的是燃料本身的一种性质。对于某种燃料,它完全燃烧放出的热量与质量之比是一个常数,与燃料的种类有关,与公式中的Q放和m无关,与燃料是否完全燃烧也无关。
6×109
知识点二 热机的效率
1.用来做 的这部分能量,与燃料完全燃烧放出的热量之比,叫作热机的效率。
2.公式:η= 。
例3 下图是某内燃机的能量流向图,则该内燃机的效率为 。各种能量损失中, 的能量最多。
有用功
35%
废气带走
例4 一辆燃油汽车沿平直公路匀速行驶了 15 km, 所用时间为600 s,消耗汽油1 kg,汽车在行驶过程中所受阻力恒为1 000 N。已知q汽油=4.6×107 J/kg。
(1)求牵引力所做功的大小。
(2)求1 kg汽油完全燃烧放出的热量。
(3)求汽车发动机的效率。(计算结果保留整数)
答案：(1)1.5×107 J (2)4.6×107 J (3)33%
规律总结: 要区分热机的效率和功率。热机的效率是指用来做有用功的这部分能量与燃料完全燃烧放出的热量之比,而功率指的是做功快慢。这是两个不同的物理量,两者之间不存在必然的联系。
知识点一 燃料的热值
1.燃料燃烧过程中, 能转为 能,质量相等的不同燃料完全燃烧放出的热量不同,物理学中用 来表示燃料的这种性质。
2.一盏酒精灯在一直燃烧,酒精的热值为3×107 J/kg,它表示1 kg的酒精 燃烧放出的热量是 J。酒精越来越少的过程中,酒精的热值 ,酒精的比热容 ,酒精的密度 。(后三空均填“增大”“减小”或“不变”)
学
内
热值
完全
3×107
不变
不变
不变
3.1 L汽油完全燃烧放出的热量是 J。q汽油=4.6×107 J/kg,ρ汽油=0.71×103 kg/m3。
知识点二 热机的效率
4.甲、乙两台柴油机,甲的效率低于乙的效率,意义是( )。
A.甲的功率大于乙的功率
B.甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料
C.乙将燃料燃烧放出的热量变成有用功的这部分能量的比例比甲的大
D.工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少
3.266×107
C
5.若某汽车的汽油机在一段时间内所做的有用功为2.3×107 J,效率为25%,则该汽油机在这段时间内消耗 kg的汽油。汽油的热值取4.6×107 J/kg。
6.某汽车发动机的效率是20%。该车在水平路面上匀速行驶40 km,消耗的汽油为3 kg,则汽车发动机的牵引力为 N。汽油的热值取4.6×107 J/kg。
2
690
1.关于燃料的热值,下列说法正确的是( )。
A.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B.容易燃烧的燃料的热值一定大
C.无烟煤的热值比干木柴的大,无烟煤燃烧放出的热量比干木柴燃烧放出的热量多
D.0.5 kg煤油和1.5 kg煤油的热值一样大
D
2.火箭是一种能够将人造卫星、载人飞船、空间站、空间探测器等有效载荷送入太空的航天运输工具。下列说法正确的是( )。
A.火箭的燃料燃烧得越充分,热值越大
B.火箭发动机工作过程中的热机效率是100%
C.火箭“体内”的液氢燃料温度低至-259 ℃(液态氢的凝固点),内能为0
D.火箭搭载着飞船升空的过程中,飞船的重力势能越来越大
D
3.两台汽油机,甲的效率为30%,乙的效率为25%,下列说法正确的是( )。
A.甲做的功比乙多
B.甲的功率比乙的大
C.在相同时间内甲燃烧的汽油比乙的多
D.在消耗相同质量的汽油时,甲做的有用功比乙的多
4.有甲、乙两台汽油机,在相同的时间内,它们所做的有用功之比是5∶4,消耗汽油的质量之比是3∶2,它们的效率之比是( )。
A.15∶8 B.8∶15 C.6∶5 D.5∶6
D
D
5.下图是汽油机工作循环中的一个冲程,下列说法正确的是( )。
A.该冲程主要是依靠飞轮的惯性来完成的
B.该冲程是汽油机的压缩冲程,机械能转为内能
C.该汽油机的效率越高,在做相同功的情况下消耗的汽油越少
D.该汽油机工作时冒黑烟,说明汽油燃烧不充分,汽油的热值变小
C
6.下图为某内燃机的能量流向图,其中E1指的是燃料的学能,E3指的是 的能量,内燃机效率η= ,这台内燃机最有可能是 (填“汽油机”“柴油机”或“蒸汽机”)。
废气带走
27%
汽油机
7.(科技发展)涡轴-9是我国完全自主研发的航空涡轴发动机,其大致工作过程是:空气通过进气道进入压气机,被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合,燃料在燃烧室燃烧后,产生的高温高压气体推动涡轮转动,从而输出动力。则该发动机工作过程中,下列说法正确的是( )。
A.燃烧室中燃料燃烧越充分,发动机效率越高
B.燃料和压缩空气混合后,燃料的热值增大
C.压气机压缩空气,空气的内能减少
D.高温高压气体推动涡轮转动时,机械能转为内能
A
8.火箭使用的燃料主要是液态氢,这是利用了氢燃料 大的特性。2 t液态氢完全燃烧释放出的热量是 J,若2 t液态氢用去一半,则其内能 ,热值 。(后两空填“变大”“变小”或“不变”)(q氢=1.4×108 J/kg)
热值
2.8×1011
变小
不变
解:消耗汽油的质量m=ρ汽油V=0.71×103 kg/m3×0.05 m3=35.5 kg,
放出的热量Q放=mq汽油=35.5 kg×4.6×107 J/kg=1.633×109 J,
汽车发动机的效率η===25%。
9.一辆汽车加满一油箱汽油,汽车发动机在行驶过程中做的有用功为4.09×108 J,消耗的汽油为50 L,则这辆汽车发动机的效率是多少 (q汽油=4.6×107 J/kg,ρ汽油=0.71×103 kg/m3,计算结果保留整数)
10.氢能因其低碳、高热值、来源广泛等特点,在新能源领域备受青睐。在某次测试中,某款氢内燃机汽车匀速直线行驶6 km,用时5 min,牵引力做功的功率恒为36 kW,发动机的效率为60%。假设氢燃料完全燃烧,氢燃料的热值为1.4×108 J/kg。
(1)本次测试中,该车受到的牵引力是多少
(2)本次测试中,消耗氢燃料的质量是多少 (计算结果保留两位小数)
解:(1)用时5 min牵引力做功
W=Pt=36 000 W×5×60 s=1.08×107 J,
由W=Fs得F===1 800 N。
(2)由η=得,氢燃料完全燃烧放出的热量
Q===1.8×107 J,
本次测试中消耗氢燃料的质量m氢===0.13 kg。(共27张PPT)
第十四章 内能的利用
第2节 热机
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 知道热机的概念及工作原理 物理观念
2 了解汽油机的构造和工作过程 物理观念
3 了解柴油机的构造和工作过程 物理观念
知识点一 热机
1.热机是利用 能做功的机械。
2.蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等都是热机。
3.燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机,叫作 。
4.内燃机分为 和 两大类,它们分别用汽油和柴油作为燃料。
内
内燃机
汽油机
柴油机
例1 下列装备的动力装置不是热机的是( )。
A.新能源电动汽车
B.东风号远洋轮船
C.国产大飞机C919
D.长征五号运载火箭
方法点拨: 可从能量转的角度来判断动力装置是不是热机。
A
知识点二 汽油机
1.四冲程汽油机的剖面图如图所示。要使汽油机连续工作,活塞必须能在气缸内往复运动。活塞在气缸内往复运动时,从气缸的一端运动到另一端的过程,叫作一个 。
冲程
2.四冲程汽油机的工作原理图解。
吸气冲程 压缩冲程 做功冲程
排气冲程
进气门 ,排气门 ,活塞向 运动,汽油和空气的混合物进入气缸 进气门 ,排气门 ,活塞向 运动,燃料混合物被压缩 进气门 ,排气门 ,火花塞点火,燃料燃烧,高温高压的气体推动活塞向 运动 进气门 ,排气门 ,活塞向 运动,把废气排出气缸
(1)每一个工作循环,曲轴和飞轮转 周,活塞上下往复 次,对外做功 次 (2) 冲程使机械获得动力,吸气、压缩和排气冲程是依靠飞轮的 完成的 (3)压缩冲程中, 能转为 能;做功冲程中, 能转为 能
打开
关闭
下
关闭
关闭
上
关闭
关闭
下
关闭
打开
上
2
2
1
做功
惯性
机械
内
内
机械
例2 右图是内燃机工作循环中的一个冲程,它是( )。
A.压缩冲程,学能转为内能
B.压缩冲程,机械能转为内能
C.做功冲程,内能转为机械能
D.做功冲程,机械能转为内能
方法技巧: 比较四冲程汽油机工作示意图,找出其中一张与另外三张都不同的特点,更方便记忆。
(1)火花塞点火:做功冲程。(2)进气门打开:吸气冲程。
(3)排气门打开:排气冲程。
C
例3 某台汽油机,在1 s内,飞轮转30圈,汽油机对外做功 次。这台汽油机飞轮的转速为 r/min。
15
1 800
知识点三 柴油机
汽油机和柴油机的异同点。
异同点 汽油机 柴油机
不同点 燃料 汽油 柴油
构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴
点火方式 点燃式 压燃式
主要特点 轻巧、输出功率小 笨重、输出功率大
适用范围 小型汽车等 载重汽车等
相同点 燃料燃烧位置 气缸顶部
产生动力冲程 做功冲程,内能转为机械能
吸气冲程 进气门打开,排气门关闭
排气冲程 进气门关闭,排气门打开
例4 某同学家有一辆拖拉机,父亲检查发动机时,该同学发现发动机上有喷油嘴,可判断这台发动机是 (填“汽油机”或“柴油机”),该发动机在吸气冲程中把 (填“燃料”“空气”或“燃料和空气的混合物”)吸入气缸。
知识拓展: 柴油机没有火花塞,是因为柴油机在压缩冲程中对空气的压缩程度大,空气内能增加,温度升高,空气的温度超过了柴油的燃点,当喷油嘴喷出雾状柴油时,柴油被点燃。
柴油机
空气
知识点一 热机
1.以下四种交通工具,不用热机作为动力机械的是( )。
A.飞机 B.轮船
C.电动车 D.货车
C
2.在火箭加速升空的过程中,忽略质量损失,下列说法正确的是( )。
A.火箭发动机是利用内能做功的机械,它是热机
B.火箭升空时,它的温度会升高,内能不变
C.火箭在加速升空的过程中,机械能守恒
D.火箭上升过程中摩擦生热创造了能量,不符合能量守恒定律
A
知识点二 汽油机
3.下列说法正确的是( )。
A.在做功冲程中,汽油机飞轮因惯性带动活塞向下运动
B.汽油机的吸气冲程中只吸入空气
C.在做功冲程中,机械能转为内能
D.汽油机具有运转速度大、体积小的特点
D
4.一台四冲程汽油机,若它工作时转速为1 200 r/min。 关于此汽油机,下列说法不正确的是( )。
A.四个冲程中只有两个冲程涉及能量转
B.只有做功冲程对外做功
C.1 s内完成80个冲程,做功20次
D.吸气、压缩、排气冲程均靠飞轮的惯性带动活塞完成
C
知识点三 柴油机
5.柴油机和汽油机的主要区别在于:汽油机在吸气冲程中吸入汽油和空气的混合物,而柴油机吸入的只有 ;构造上柴油机顶部有喷油嘴,而汽油机顶部有 。
6.柴油机是通过压缩空气直接点燃柴油的,在压缩冲程中, 能转为 能,被压缩的空气温度 柴油的燃点,柴油被点燃。
空气
火花塞
机械
内
高于
1.下列运载工具中,工作时没有利用热机的是( )。
A.喷气式飞机 B.柴油拖拉机
C.纯电动汽车 D.长征系列火箭
C
2.如图所示,用酒精灯对试管加热,等水沸腾后,可以看到水蒸气把软木塞顶出。下列说法正确的是( )。
A.用酒精灯加热试管,水内能的增加
是通过做功的方式实现的
B.水蒸气把软木塞顶出的过程,实现了
内能向机械能的转
C.水蒸气把软木塞顶出的过程,相当于
汽油机的排气冲程
D.试管口出现的白雾是水汽后形成的水蒸气
B
3.一台四冲程汽油机的一个冲程中,火花塞点火,燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体推动活塞对外做功,则关于该冲程,下列说法正确的是( )。
A.该冲程是压缩冲程
B.气体对外做功,内能转为机械能
C.活塞依靠飞轮的惯性而运动
D.气体对外做功,气体的内能增大
B
4.下列四幅图中,实现了从机械能转为内能的是( )。
D
A B C D
5.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:缸内气体温度降低
C.做功冲程:气体推动活塞做功
D.排气冲程:内能转为机械能
C
6.内燃机有两种,汽油机和 机,它们都是将 能转为 能的机器。多数汽油机是由 、 、 和 四个冲程不断循环来保证连续工作的。汽油机中曲轴的飞轮转1圈,活塞往复运动1次,运行 个冲程。
7.汽油机将内能转为机械能的是 冲程,某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2 400 r/min,则此汽油机每秒对外做功 次。
柴油
内
机械
吸气
压缩
做功
排气
2
做功
20
8.如图所示,在试管里盛适量的水,用带玻璃管的胶塞塞住试管口,加热试管使水沸腾,玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是( )。
A.水在沸腾过程中,不断吸收热量,温度不变
B.实验过程中通过热传递使试管内水的内能减小
C.玻璃管口冒出的“白气”是水汽形成的水蒸气
D.“白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程
A
9.(传统文)我国传统的“走马灯”如图所示。点燃底部的蜡烛,热空气上升驱动纸风车的扇叶转动,观众看到小纸片人的影子动了起来,在此过程中,能量的转方式是热空气的 能转为扇叶的机械能,这与四冲程汽油机的 冲程相似。
内
做功
10.课外活动中,某同学将刚喝完水的空矿泉水瓶的瓶盖拧上,握住上下两部分,用力拧成如图所示的形状,会看到瓶盖被弹出,并发出爆响声,同时瓶口出现白雾。拧瓶子过程中瓶盖未弹出前跟汽油机的 冲程类似,瓶盖被弹出时,瓶内气体内能会 而导致温度降低,出现白雾。
压缩
减少
11.(科技发展)2024年9月25日,我国成功发射一枚洲际弹道导弹,飞行距离约1.2万千米,精确命中预定海域。该洲际弹道导弹点火后的情景如图所示,其发动机是 (填“电动机”或“热机”),工作时主要将学能转为 能再转为 能。
热机
内
机械
12.压缩空气动力车。
(1)某同学将充满气的气球捆绑在小车上,制成压缩空气动力小车。当气球向右喷气时,静止的小车向左运动起来,如图甲所示,该现象说明力的作用是 ;还说明力可以改变物体的 。
相互的
甲
运动状态
(2)为制造压缩空气动力汽车,工程师将装有压缩空气的钢瓶与空气动力发动机连接,该发动机的一个工作循环分为吸气冲程和排气冲程,如图乙所示。发动机对外做功的是 (填“吸气”或“排气”)冲程,此过程中钢瓶内压缩空气的温度 。若该发动机的转速为1 200 r/min,则1 s内发动机对外做功 次。汽车行驶一段路程后,钢瓶内压缩空气的密度 。
吸气
乙
降低
20
减小 (共22张PPT)
第十四章 内能的利用
第1节 能量的转与守恒
关键能力训练
素养分层评价
必备知识导学
学习任务清单
序号 学习任务 核心素养
1 知道能量的转移和转,能解释简单现象 科学思维
2 理解能量守恒定律 物理观念
知识点一 能量的转
在一定条件下,各种形式的能量是可以相互 的。
例1 写出下列过程中能量的转。
(1)摩擦生热: 能转为 能。
(2)燃料燃烧时发热: 能转为 能。
(3)太阳能电池发电: 能转为 能。
(4)电动机通电后转动: 能转为 能。
(5)摩擦起电: 能转为 能。
转
机械
内
学
内
太阳
内
电
机械
机械
电
知识点二 能量守恒定律
1.能量既不会凭空 ,也不会凭空 ,它只会从一种形式转为其他形式,或者从一个物体转移到 ,而在转和转移的过程中,能量的总量 。这就是能量守恒定律。
2.能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体,小到原子核,无论是物理学的问题还是学、生物学、地理学、天文学的问题,所有能量转的过程,都遵循 。
3.任何一部机器,只能使能量从一种形式 为其他形式,而不能无中生有地制造能量。因此,根本不可能造出永动机。
消失
产生
其他物体
保持不变
能量守恒定律
转
例2 根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是( )。
A.向上抛出的石头运动得越来越快
B.电热水壶的水沸腾后,给该电热水壶断电后,水的沸腾永不停止
C.上紧发条的玩具小车能从斜面底端沿斜面向上运动
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,能默默地走几十年
C
知识点一 能量的转
1.关于能量的转,下列说法正确的是( )。
A.风力发电机发电时,电能转为机械能
B.电热水器给水加热时,电能转为内能
C.在酒精燃烧放热的过程中,内能转为学能
D.植物吸收太阳光进行光合作用,学能转为光能
B
2.2025年4月24日,搭载神舟二十号载人飞船的长征二号F遥二十运载火箭在酒泉卫星发射中心发射升空。神舟十九号航天员乘组在与神舟二十号航天员乘组完成在轨轮换交接后,于4月30日成功返回东风着陆场。下列说法正确的是( )。
A.在火箭燃料燃烧的过程中,内能转为学能
B.在火箭加速上升过程中,载人飞船的机械能不变
C.燃气推动火箭升空,将内能转为机械能
D.在大气层内的降落过程中,返回舱与空气摩擦是内能转为机械能
C
知识点二 能量守恒定律
3.下列说法正确的是( )。
A.只有机械能和内能相互转时,能量才是守恒的
B.只有能量发生转移时,能量才是守恒的
C.只要没有摩擦,能量就是守恒的
D.能量无论是转还是转移,能量的总量保持不变
D
4.关于能量守恒定律,下列说法正确的是( )。
A.我们每天都能利用太阳能,说明能量可以凭空产生
B.水结冰内能减少,减少的内能凭空消失了
C.“摩擦生热”是创造了热,它不符合能量守恒定律
D.根据能量守恒定律,能量的总量保持不变
D
5.小球在地面弹跳时拍摄的频闪照片如图所示。在小球运动的过程中,小球的机械能 (填“增加”“减少”或“不变”),有一部分机械能转成了 能,但是在整个过程中,能量的总量 。
减少
内
保持不变
1.下列常见的用电器在工作时,属于电能转为机械能的是( )。
A.电饭锅 B.电动机
C.电灯 D.电热水壶
B
2.下列说法正确的是( )。
A.能量只有在忽略摩擦力和阻力时才能守恒
B.热传递改变内能,实质是内能的转移
C.做功改变物体内能的实质是内能的转移
D.摩擦生热是创造内能的过程
B
3.关于能量的转和转移,下列说法正确的是( )。
A.植物进行光合作用时,太阳能转为内能
B.暖瓶中装有热水,当暖瓶塞跳起时,机械能转为内能
C.用热水袋取暖时,内能发生了转移
D.钻木取火时,内能转为机械能
C
4.如图所示,滚摆由最高点静止释放后开始做上下往复运动,过程中摆动幅度越来越小,最终停在最低点。下列说法正确的是( )。
A.在运动过程中,上升到最高点时,滚摆受到的是平衡力
B.滚摆上升的过程中,重力势能转为动能
C.整个过程中滚摆的机械能不变
D.滚摆的运动过程遵循能量守恒定律
D
5.下列说法正确的是( )。
A.风力发电,说明能量可以凭空产生
B.汽车刹车,说明能量可以凭空消失
C.木炭燃烧,说明内能可以转为学能
D.摩擦起电,说明机械能可以转为电能
D
6.(科技发展)我国长征系列火箭成功地把多颗卫星发射到预定的轨道,火箭点火后,高温高压燃气迅速膨胀向外喷出,火箭获得推力加速上升。在这个过程中,下列说法正确的是( )。
A.燃气的一部分内能转为火箭的机械能
B.燃气的全部内能转为火箭的机械能
C.燃气的一部分机械能转为内能
D.燃气的全部机械能转为内能
A
7.(科技发展)电动汽车由车载电池供电,用电动机代替了传统的燃油发动机,不会产生尾气。下列说法正确的是( )。
A.电池给电动机供电时,学能转为电能
B.电动机转动时,机械能转为电能
C.电动汽车刹车时,地面会留下刹车痕迹,此过程中内能转为机械能
D.电动汽车需要及时充电,充电时,电能转为内能
A
8.如图所示,在试管内装些水,用活塞塞住管口,将水加热一段时间后会观察到活塞冲出管口,管口出现大量白雾,下列说法不正确的是( )。
A.试管内水蒸气对活塞做功时,水蒸气的分子动能不变
B.活塞冲出管口,水蒸气的内能转为活塞的机械能
C.管口出现的白雾是试管内的水蒸气液产生的
D.整个实验过程,遵守能量守恒定律
A
9.一种在喜庆场合使用的礼炮如图所示。使用礼炮时,旋转底部的钢瓶,钢瓶被打开后,其内部的高压空气迅速膨胀,将筒内礼花喷向空中。下列说法不正确的是( )。
A.钢瓶内的高压空气对外做功,内能减少
B.钢瓶内高压空气的部分内能转为礼花
的机械能
C.钢瓶内的高压空气在膨胀过程中,气体
密度变小
D.礼花绽放过程中,机械能保持不变
D
10.如图所示,城区的一些街道安装了太阳能路灯,灯杆顶端的太阳能电池板白天将太阳能转为 能,给灯杆下方的蓄电池充电,将电能转为 能储存起来,夜晚蓄电池提供电能使路灯发光。
电
学
11.一款“神奇的永动机”如图甲所示,能让小钢球从A点先沿着弧形轨道下滑到B点,再上升到C点,最后在空中飞回到A点,如此往复循环。
(1)你认为这个永动机是真的吗 ,原因是
。
不是
违背了能量守恒定律
甲
(2)揭秘时刻:小钢球在弧形轨道运动,因为有摩擦,所以机械能会转为 能,而机械能总量 ,不可能往复循环运动。其实秘密就在“神奇的永动机”的底座里(如图乙所示),底座里安装了电池和电磁铁,电磁铁通电后可以吸引小钢球,为小钢球提供源源不断的动力。
内
乙
减少 (共19张PPT)
第十四章 内能的利用
第4节 跨学科实践：制作简易热机模型
素养分层评价
项目式学习单
课标知识导学
一、课标要求
1.了解内能和热量。从能量转的角度认识燃料的热值。
2.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。
二、学以致用
1.通过之前学习,我们知道生活中有很多交通工具采用了热机原理,如摩托车、拖拉机、汽车、火车与轮船等。请根据所学知识回答。
(1)摩托车的发动机在工作时,主要是将 能转为 。
(2)为什么行驶一段时间之后,发动机外壳会烫手
。
2.下图是生活中常用的高压锅。当高压锅内的气压达到一定值时,限气阀会被高压蒸汽顶起。
(1)限气阀被顶起的过程与汽油机的 冲程发生的能量转相同。
(2)高压锅喷嘴处的“白气”是水蒸气 (填物态变名称)形成的。
(3)用明火加热高压锅,是通过 改变内能的。
项目主题:通过前面所学热机知识制作简易热机模型。
材料选择:
(1)热源:热源可以是 。
(2)热机里面工作的物质:物质可以是 。
(3)工作物质在什么容器中工作 。
(4) 。
(5) 。
备注:若不需要其他材料,(4)(5)可以不填;若材料不够,可以附加补充。
项目实施:
(1)取一个空易拉罐,根据易拉罐的形状制作支架。
(2)向易拉罐内注入大约半罐水,将中性笔(去掉笔芯和尾塞)的尖端朝外,另一端插入易拉罐内,用胶将罐的开口处密封。
(3)将易拉罐放在支架上,笔的尖端对准小风扇的扇叶,点燃易拉罐下方的酒精灯,罐内的水蒸气通过笔的尖端喷出,推动风扇转动。
以上是教材举例的实验步骤,如有其他设计模型,将步骤填写在下面横线上。
展示交流:
1.老师做了一个模拟热机工作原理的实验。如图所示,将一个空易拉罐的底部钻一个小孔,往易拉罐里喷少量酒精,然后将一个空的纸杯迅速套上。将易拉罐底部的小孔靠近点燃的酒精灯,纸杯就会“冲天”飞出去,下列说法正确的是( )。
D
A.酒精燃烧时,将学能转为机械能
B.纸杯飞出去的过程,相当于内燃机的排气冲程
C.纸杯飞出去时,易拉罐对纸杯做了功
D.纸杯飞出去时,易拉罐内气体的内能减小
2.喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下探究:瓶中留有少量水,盖上瓶盖(如图甲所示);扭转瓶子(如图乙所示);轻轻扭动瓶盖,瓶盖被瓶内的气体冲出,同时瓶内出现白雾(如图丙所示)。图乙和图丙所示的过程,分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似,这两个冲程是( )。
A.吸气冲程和压缩冲程
B.压缩冲程和做功冲程
C.做功冲程和排气冲程
D.压缩冲程和排气冲程
B
3.世界上很多发明都是受到生活现象的启发而萌生的创意,如蒸汽机和汽油机,它们工作时,是将燃料的 转为 再转为 。下列模拟实验中:图甲为水蒸气驱动叶轮转动,图乙为上升的热空气驱动叶轮转动,则图 是汽油机的工作原理图。
学能
内能
机械能
乙
4.老师在物理课上做的热机工作原理的模拟实验如图所示,在玻璃管中先加入少量酒精,将橡皮塞放入玻璃管并向下压缩气体,然后用电子点火器点火,橡皮塞会向上弹出。
(1)橡皮塞向下压时,其能量转与汽油机工作四冲程中的 冲程相同。
(2)若想让橡皮塞弹得更远,则可行的方法是
(答出一条即可)。
压缩
橡皮塞下压更长距离
5.在易拉罐侧壁的同一高度,用剪刀开3个小孔,小孔的开口方向要向同一侧,如图甲所示。将装有水的易拉罐放在加热工具上加热,如图乙所示。当水沸腾后,观察到 的现象,从力与运动关系分析,其原因是力的作用是 ,从能量转角度分析,原因是 能转为 能。
易拉罐转动
相互的
机械
内
6.“辽宁舰”上也使用蒸汽机。下图为简的蒸汽弹射装置,它能带动舰载机在2 s 内达到起飞速度。气缸内蒸汽体积膨胀,推动活塞对外 ,使舰载机获得巨大的牵引力,此过程中蒸汽的温度 (填“升高”或“降低”)。
做功
降低
7.制作简易热机模型。
(1)制作叶轮:如图乙所示,在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝,将铝片插在小缝中,在叶轮中心用锥子钻一个小孔,将铁丝穿过小孔,使叶轮能在铁丝上自由转动。
(2)组装“汽轮机”:按照图甲组装器材,注意调整叶轮的位置,使导管的管口正对着叶片。
(3)给烧瓶中的水加热直至沸腾,当大量的“白气”从导管口喷出时可以看到叶轮转了起来。
(4)探究思考:
①酒精燃烧, 能转为水和水蒸气的 。
②汽轮机工作时,水蒸气对叶轮 ,又将 转为 。
③由②可知,水蒸气的内能 ,温度 ,故瓶口处喷出大量“白气”。
学
内能
做功
内能
机械能
减小
降低
8.在跨学科实践课上,某小组在老师的指导下开展了“设计火箭发射系统”的项目式学习活动。
【项目主题】
(1)制作简易火箭。
(2)优火箭发射系统。
【项目实施】
(1)制作简易火箭。
通过课堂学习,知道火箭属于 机。于是同学们以酒精为燃料制作简易火箭。
热
如图甲所示,饮料瓶剪掉底,用纸壳做支架制成箭体。用喷壶向瓶内喷适量酒精后迅速将火箭立在桌面上,用点火器在火箭底部引燃酒精蒸汽,燃气就将瓶体顶飞出去了。简易火箭发射过程的能量转流程图如图乙所示,请你补充完整:① ,② 。
内能
机械能
(2)优火箭发射系统。
同学们在实践过程中考虑到直接用点火器点火距离火箭太近不安全,于是设计了如图丙所示的电路,将火箭扣在电热丝上,闭合开关一段时间后,电热丝的温度升高,从而引燃箭体内的酒精蒸汽,完成火箭的发射。
【项目拓展】
火箭专用的燃料被称为推进剂,推进剂在火箭发动机中剧烈燃烧为火箭飞行提供能量。液态甲烷可以作为低温推进剂,因为甲烷的比热容较 ,是良好的冷却剂。
大
