机械能与内能的相互转化
教
材
解
读
本节开始以图片的形式所列举的两个实例，是围绕本节重点内容而设计的，意在使学生产生疑问，从而激发学习兴趣．教材首先从做功能改变物体内能入手，这样便于与前面所学内容相联系，有助于学生认识热传递与做功这两种改变物体内能的方式的异同．接着以“活动：观察点火爆炸现象”的形式介绍了内能转化为机械能，为下面进行热机的教学作铺垫．本节重点介绍汽油机的构造和工作过程，而在“生活·物理·社会”中又对热机的发展历程作了介绍，这样做既能突出重点，又能拓宽学生的知识面．然后通过比较相同质量的酒精、纸片燃烧放热的不同，建立热值的概念，并指导学生从能量转化的角度认识燃料的热值．教材提供“化石燃料的燃烧与环境保护”一文，目的是要让学生认识到燃烧排放物对环境的影响，从而培养环保意识.
教
学
目
标
知识与技能
(1)知道做功是改变物体内能的一种方式，是内能与机械能的转化. (2)了解热机的工作原理，了解四冲程汽油机的基本结构和工作过程. (3)知道热值的概念，会查热值表，会利用Q＝mq或Q＝Vq进行相关的计算. (4)知道热值的物理意义，能从能量转化的角度认识燃料的热值.
过程与方法
(1)通过探究活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式. (2)借助模型或挂图等媒体，了解汽油机的构造和工作原理. (3)通过探究，知道燃料的热值.
情感、态度与价值观
(1)通过阅读“热机的发展历程”，了解内能的利用在人类社会发展史上的重要意义. (2)通过阅读“化石燃料的燃烧与环境保护”，认识化石燃料燃烧的排放物对环境的影响，培养环保意识，初步认识能源与人类社会发展的关系.
重
难
点
处
理
重点：认识做功是改变物体内能的另一种方式，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程，知道燃料热值的概念和单位，会进行燃料燃烧放热的简单计算．通过“研究做功能否改变物体的内能”的活动，结合实例分析和讨论，认识到做功可以改变物体的内能；利用挂图、模型、课件等多种方式，帮助学生了解汽油机的构造和工作原理；通过探究活动，引出热值的概念，结合实例分析，了解热值的物理意义，通过例题讲解，学会利用公式进行计算.
难点：四冲程汽油机的工作过程及能量转化．利用教学挂图、汽油机模型，结合分析讨论，分清气门开闭情况、活塞运动方向、汽缸内物质的变化和温度、压强的变化情况等，帮助学生理解汽油机的工作过程及在压缩和做功两个冲程中能量的转化情况.
实
验
改
进
做教材P49图12-31所示空气压缩引火仪的实验时，教材中是在玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉花，可改为：(1)用乙醚浸透棉花，降低它的着火点，实验更容易成功；(2)将棉花换为白磷或红磷(用火柴头代替即可)，实验现象将会更明显．条件允许的话，可让学生分组各自完成，并相互交流.
学点1 做功可以改变物体的内能
观察空气压缩引火实验，描述观察到的现象，并进行如下分析和思考：
图12－4－1
问题1：现象：如图12－4－1所示，在厚壁的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速压下，我们会看到：棉花__燃烧__了．
问题2：分析：用力压下活塞——该过程是一个利用__机械__能压缩空气对空气__做功__的过程；棉花燃烧——“显示”玻璃筒内空气的温度__升高__，内能__增大__．
问题3：该实验说明：__做功__是改变物体内能的另一种方式；__机械__能可以转化为内能．
问题4：改变内能的方法有__两__种．火柴可以放在火上点燃，也可以擦燃．点燃是用__热传递__的方法改变火柴头的内能，火柴头的温度升高到燃点而燃烧；擦燃是用__做功__的方法改变火柴头的内能．前者是将火焰的部分内能转移到火柴头上，后者是将擦火柴时消耗的__机械__能__转化__为火柴头的内能，即前者的实质是能量的__转移__，后者的实质是能量的__转化__．
学点2 热机
图12－4－2
(1)热机的原理
观察点火爆炸实验，描述观察到的现象，并进行如下分析和思考：
问题1：现象：如图12－4－2所示，在“点火爆炸”的实验中揿动电火花发生器的按钮，这时我们可以看到盒盖__飞出__，同时听到“呯”的一声响．
问题2：分析：在此过程中，酒精燃烧后产生的具有大量__内__能的高温、高压的燃气剧烈膨胀对塑料盒盖__做功__，燃气的__内__能减少，转化为__盒盖__的__机械__能．
问题3：该实验说明：可以利用内能对外__做功__，内能可以转化为__机械__能．
该实验演示的即为__热__机的工作原理：利用燃料燃烧获得的__内__能对外__做功__，将__内__能转化为__机械__能．
(2)热机的工作循环
阅读教材P51，了解热机各部件的名称，初步认识热机的各工作循环后，思考下面的问题：
问题1：气门打开的冲程有：__吸气__冲程和__排气__冲程．
活塞向上运动的冲程有：__压缩__冲程和__排气__冲程．
发生能量转化的冲程有：__压缩__冲程和__做功__冲程．其中实现内能转化为机械能的冲程为__做功__冲程，机械能转化为内能的冲程为__压缩__冲程．
火花塞点火是在__压缩__冲程末、__做功__冲程初进行的．
判断冲程的方法：①看气门；②看活塞．(提示：由曲轴的旋转方向判断活塞运动方向时，要认清曲轴——连杆绕着转动的轴)
问题2：汽油机的一个工作循环分为四个冲程，在一个工作循环中，曲轴旋转两圈，活塞往复运动两次．
学点3 探究燃料燃烧所放出的热量与哪些因素有关
生活实验：1000 g酒精完全燃烧放出的热量比100 g酒精完全燃烧放出的热量多，1000 g酒精完全燃烧放出的热量比1000 g酒精不完全燃烧放出的热量多，1000 g酒精完全燃烧放出的热量比1000 g草完全燃烧放出的热量多．
提出问题：燃料燃烧所放出热量的多少与哪些因素有关？
猜想：燃料燃烧所放出热量的多少与__燃料的质量__、__燃烧程度__、__燃料种类__有关．
实验探究：比较质量相等的不同燃料充分燃烧时放出的热量．
阅读教材P54“活动12.8”相应内容．
分析：(1)实验中是通过__等质量的水升高的温度__来比较酒精和碎纸片完全燃烧放出的热量的，这个方法叫__转换__法．
(2)为了保证实验的可靠性，你认为在实验中需控制__燃料的质量、烧杯中水的质量、燃料的燃烧程度(完全燃烧)等__相同．
(3)现象：实验中我们发现，相同质量的不同燃料完全燃烧释放出的热量一般是__不同__(选填“相同”或“不同”)的．
学点4 热值
阅读教材P54下半部分和P55上半部分内容，尝试独立完成下列问题，完成后与同学相互交流探讨．
问题1：物理意义：热值表示燃料燃烧放热的__能力大小__(选填“多少”或“能力大小”)．
问题2：定义：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．热值的符号为__q__．
问题3：单位：__J/kg__或__J/m3__(气体燃料)．
问题4：理解：热值是燃料本身的一种性质，它的大小与燃料的种类__有__关，而与燃料的质量、燃烧程度、放出的热量等均__无__关．(均选填“有”或“无”)
问题5：热量的计算公式：__Q＝mq__，或__Q＝Vq__(气体燃料)．
机械能与内能的相互转化
图12－4－1
一 改变物体内能的另一种方式——做功
1．做功可以改变物体的内能
例如当我们用铁锤敲打铁钉时，铁锤对铁钉做了功，铁钉的温度会________，内能________，由此可见做功也能改变物体的内能．做功改变内能实质上是内能和机械能之间的转化．
2．热传递和做功是改变物体内能的两种方式
方式
涉及的能量种类
实质
效果
热传递
内能
内能的转移
等效
做功
机械能、内能
机械能与内能的相互转化
二 热机
1．热机：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________能转化为________能的装置．
2．内燃机：热机的种类很多，内燃机是热机的一种，汽油机和__________都是内燃机．
3．工作循环：包括________、________、________、________四个冲程．在一个工作循环中，活塞共来回往复________次，曲轴转动________周．在压缩冲程中，________能转化为________能；在做功冲程中，________能转化为________能．
三 燃料的热值
1．定义：燃料完全燃烧放出的________________________，叫作这种燃料的热值．
2．物理意义：燃料的热值是反映燃料释放能量本领大小的物理量，是燃料的性能之一．
3．特性：燃料的热值只取决于燃料的________，而与燃料的多少、燃烧程度无关．对某种燃料来说，它是一个确定的数值．
4．单位：在国际单位制中，热值的单位是________．
[拓展] 许多情况下气体燃料以J/m3作为热值单位，例如通常情况下天然气的热值为8.7×107J/m3，表示1 m3天然气完全燃烧时放出8.7×107J的热量．
5．热量的计算：同种燃料完全燃烧时放出的热量与燃料的质量(或体积)成__________，可用公式____________________表示．
类型一 改变内能的方式
例1 下列实例中，通过做功方式改变物体内能的是( )
A．阳光晒热棉被
B．锯木头时锯条变热
C．用热水袋取暖
D．冷气使房间内温度降低
[方法指导]判断内能改变方式的方法
类型二 热机
例2 如图12－4－2所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________转化为机械能．若该汽油机飞轮的转速为2400 r/min，则每秒飞轮转过________圈，完成________个冲程，对外做功________次．
图12－4－2
[方法指导]识别热机冲程、计算做功次数的方法
(1)识别热机冲程的方法：
(2)做功次数的计算方法：先将每分钟的转数转化为每秒钟的转数，再利用“轮轴转动一圈完成两个冲程”“一个工作循环的四个冲程中只有一个做功冲程”进行计算．
类型三 燃料的热值
例3 对于燃料的热值，下列说法中正确的是( )
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
[易错警示](1)热值等于燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量的比值，但燃料的热值是燃料的一种属性，其大小与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少均无关．
(2)热值反映的是燃料燃烧放热的本领，并不表示放热的多少．燃料燃烧放热的多少不仅与燃料的热值有关，还与燃料的质量、燃料燃烧的程度有关．
类型四 热值与比热容综合的热量的计算
例4 某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率．他们用酒精灯给100 g水加热，经过一段时间测得水温升高了60 ℃，消耗了4.2 g酒精．已知：水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3×107J/kg.则此过程中水吸收的热量为________，4.2 g酒精完全燃烧放出的热量为__________，酒精灯烧水时的热效率为________．
[易混辨析]区分不同的热量事件，使用对应的热量计算公式．物体升温吸热或降温放热对应公式为Q ＝cm△t，燃料燃烧放热对应的公式为Q ＝mq.
课堂反馈(九)A
[改变物体的内能 热机]
1．图C12－4－1甲说明：__________可以改变物体的内能；图乙说明：__________可以改变物体的内能．
图C12－4－1
2．下列实例中，属于内能转化为机械能的是( )
A．冬天，人们常常搓手取暖
B．烧开水时，水蒸气将壶盖顶起
C．钻木取火
D．用打气筒给篮球打气时筒壁温度升高
3．如图C12－4－2所示是演示点火爆炸的实验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内酒精，盒盖被打出去．这是因为酒精燃烧产生的燃气对外________，燃气的________能转化为盒盖的________能，这与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同．
图C12－4－2
4．汽车已经走进很多现代家庭，图C12－4－3所示为四冲程汽油机汽缸的工作示意图，按吸气、压缩、做功、排气的顺序排列，下列排序正确的是( )
图C12－4－3
A．乙、丙、甲、丁 B．甲、丁、乙、丙
C．丁、甲、丙、乙 D．丙、丁、甲、乙
课堂反馈(九)B
[热值的概念及计算]
1．如图C12－4－4所示的实验中，通过观察比较______________________来间接比较质量相同的不同燃料充分燃烧时放出的热量．烧杯中所装的液体种类应________，质量应________(以上两空均选填“相同”或“不同”)．
图C12－4－4
2．焦炭的热值为3.0×107J/ kg，表示的物理意义是____________________________．用去一半，则剩下的一半热值是________．完全燃烧2 kg焦炭放出的热量为________．
3．燃料的燃烧是一种________变化，在燃料燃烧的过程中，燃料的________能转化为________能，也就是通常所说的释放出________．
4．下列关于热值的描述，正确的是( )
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．增加燃料的质量，可以增大热值
C．燃料燃烧释放的热量越多，热值越大
D．燃料的热值与燃料的质量和燃料状况无关
5．天然气是一种清洁能源，完全燃烧1 m3的天然气放出的热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭放出的热量？(天然气的热值约为8.7×107J/m3，焦炭的热值为3.0×107J/kg)
详解详析
【新知梳理】
一、1.升高 增加
二、1.内 机械 2.柴油机 3.吸气 压缩 做功 排气 两 两 机械 内 内 机械
三、1.热量与燃料的质量之比 3.种类 4.J/kg(或J/m3) 5.正比 Q＝mq(或Q＝Vq)
【应用示例】
例1 B [解析]阳光晒热棉被，属于热传递改变物体的内能，A不符合题意；锯木头时锯条变热，是因克服摩擦力做功而发热，属于做功改变物体的内能，B符合题意；用热水袋取暖，属于热传递改变物体的内能，C不符合题意；冷气使房间内温度降低，属于热传递改变物体的内能，D不符合题意．
例2 做功 内能 40 80 20
[解析]火花塞点火，说明是做功冲程．做功冲程是将内能转化为机械能；2400 r/min＝40 r/s；飞轮每转动一圈，完成两个冲程，所以40圈完成80个冲程．每四个冲程为一个工作循环，其中只有一个冲程对外做功，所以80个冲程中对外做功20次．
例3 C [解析]燃料的热值是燃料的一种属性，只取决于燃料的种类，与燃料的质量和燃烧情况等无关，A、B、D不符合题意，C正确．
例4 2.52×104J 1.26×105J 20%
[解析]水吸收的热量为Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×0.1 kg×60 ℃＝2.52×104J．4.2 g酒精完全燃烧放出的热量为Q放＝mq＝4.2×10－3kg×3×107J/kg＝1.26×105J．酒精灯烧水时的热效率：η＝＝＝20%.
【课堂反馈】A
1．热传递 做功
2．B
3．做功 内 机械 做功
4．C
【课堂反馈】B
1．温度计示数升高的值 相同 相同
2．1 kg的焦炭完全燃烧放出的热量是3.0×107J
3．0×107J/ kg 6×107J
3．能量 化学 内 热量
4．D 5.2.9 kg
[第十二章 四、 机械能与内能的相互转化 第2课时 热值的概念及计算]
一、选择题
1．据中央人民广播电台报道：我国科学家在南海发现了一种俗称“可燃冰”的冰块状天然气水合物，能源总量可达全国石油总量的一半，燃烧1 m3的可燃冰释放的能量与164 m3天然气相当．由此可以判断，“可燃冰”( )
A．具有较高的内能 B．具有较大的比热容
C．具有较大的热值 D．含有较多的热量
2．一瓶煤油用去一半后，剩下的煤油( )
A．热值不变，密度不变，比热容减小一半
B．热值不变，密度不变，比热容不变
C．热值、密度和比热容都减小一半
D．热值减小一半，密度增大，比热容不变
3．有关热值的概念，下列说法中正确的是( )
A．燃料燃烧时，随着不断放热，它的热值越来越小
B．采取措施使燃料燃烧得更充分，就可以提高燃料的热值
C．任何燃料实际燃烧放出的热量，都比按热值计算出来的数值小
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧时放出的热量比酒精多
4．甲、乙两种燃料完全燃烧时，甲放出的热量多，则( )
A．甲燃料的热值一定大于乙燃料的热值
B．甲燃料的质量一定大于乙燃料的质量
C．甲燃料的热值、质量都比乙燃料的大
D．甲燃料的热值可能比乙燃料的热值小
5．如图9－K－11所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量相同，烧杯内的液体质量也相同．下列说法正确的是( )
图9－K－11
A．比较不同液体的比热容，可以选择甲、丙两图
B．比较不同液体的比热容，可以选择乙、丙两图
C．比较不同燃料的热值，可以选择乙、丙两图
D．比较不同燃料的热值，不可以选择甲、乙两图
二、填空题
6．我国用长征火箭发射“嫦娥”系列卫星，火箭发射升空时，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，再转化为火箭的________能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的________大；“嫦娥”卫星绕月飞行时在遭遇月食期间没有太阳光照射，卫星表面的温度会急剧下降，这是通过________的方式改变物体的内能．
7．在我国实施的“西气东输”工程中，西部的优质天然气被输送到缺乏能源的东部地区，天然气与煤相比，从热学的角度分析它的突出优点是________；从环保角度分析它的突出优点是________．
8．酒精的热值是3.0×107J/kg，表示的物理意义是
________________________________________________________________________
酒精未燃烧时，其热值是____________．
9．汽油的热值为4.6×107J/kg，现有汽油3 kg，若完全燃烧2 kg，放出的热量是__________J，剩余汽油的热值是____________J/kg.
10．现代社会人们利用清洁能源获得能量，完全燃烧0.3 m3的天然气可以放出热量____________J．(天然气的热值为8.7×107J/m3)
11．某同学用如图9－K－12所示装置测量酒精热值，他在烧杯中加入300 g水，调好装置后，加热使水温升高50 ℃，水需要吸收的热量为________J，他测得此过程中消耗了6 g酒精，利用酒精燃烧放出的热量与水吸收的热量相等，算得酒精热值q＝________ J/kg，他查表得到q酒精＝3.0×107J/kg，发现两者偏差较大，你认为其中的原因可能是________________(写出一条原因即可).
图9－K－12
12．“可燃冰”作为新型能源有着巨大的开发使用潜力．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量可达煤气的数十倍，这说明“可燃冰”的________很大．若以10倍的关系粗略计算，1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量可以使________kg的水温度升高40 ℃.[c水＝4.2×103J/(kg·℃)，q煤气＝4.2×107J/kg]
13．用煤气灶把1 kg初温为20 ℃的水烧到70 ℃，消耗了10 g煤气．已知水的比热容是4.2×103J/(kg·℃)，煤气的热值为4.2×107J/kg，则水吸收的热量为____________J，煤气完全燃烧放出的热量为____________J，煤气灶烧水的效率为________%.
14．完全燃烧10 g酒精所放出的热量为________J，若其放出的热量有70%被水吸收，能使10 kg的水从20 ℃升高到________ ℃.[q酒精＝3.0×107J/kg，c水＝4.2×103J/(kg·℃)]
15．有一台汽油机在一个工作循环中消耗了10 g汽油(热值为4.6×107J/ kg)，这些汽油完全燃烧产生的热量是________J．若这台汽油机的效率为30%，则一个工作循环中输出的有用机械能为________J.
三、实验探究题
16．为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图9－K－13所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和碎纸片燃烧尽．
(1)实验装置如图甲、乙所示，你认为图中横杆、温度计、铁圈、燃具四个器件的安装顺序是____________(选填“由下而上”或“由上而下”)．
(2)小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整．
图9－K－13
温度
燃料
加热前水温/ ℃
①______
10 g酒精
②______
(3)实验后小明根据实验数据，利用公式Q＝ cmΔt算出了水吸收的热量，结合“10 g酒精”这一数据，算出了酒精的热值．算出的酒精热值是否可靠，请说明理由：________________________________________________________________________.
四、计算题
17．燃气灶烧水时，把质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到100 ℃，共燃烧了0.02 m3天然气(假设天然气完全燃烧)．已知水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为8.4×107J/m3.求：
(1)水吸收的热量．
(2)天然气完全燃烧放出的热量．
(3)燃气灶烧水时的效率.
18．一辆氢气动力试验汽车10 min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.15 kg的氢气．此过程中汽车受到的阻力为1.0×103N(氢气的热值取1.4×108J/ kg)．求：
(1)氢气完全燃烧产生的热量．
(2)汽车的牵引力做的功．
(3)汽车发动机的效率．
【课时作业】B
1．C 2.B 3.C
4．D [解析]燃料燃烧放热的多少不仅与热值大小有关，还与燃料的质量、燃烧程度有关．
5．A [解析]为了比较不同液体的比热容，需要燃烧相同的燃料，加热不同的液体，让液体的质量和温度的变化相同，通过比较加热时间，进而判断两种液体比热容的大小关系，应选择甲和丙两图进行实验，故A正确，B错误；
为了比较不同燃料的热值要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲和乙两图进行实验，故CD错误．
6．机械 热值 热传递
[解析]火箭在加速上升过程中，燃料燃烧将化学能转化为燃气的内能，再转化为火箭的机械能；火箭的燃料使用液态氢，主要是因为它的密度小且热值大，在同样情况下，可以释放更多的热量；卫星在没有太阳光照射时，其表面的温度会急剧下降，这时卫星的内能会减小，这种改变内能的方式属于热传递．
7．热值大 污染小
8．1 kg酒精完全燃烧放出的热量为3.0×107J
3．0×107J/kg
9．9.2×107 4.6×107
10．2.61×107
11．6.3×104 1.05×107 酒精未完全燃烧
[解析]水吸收的热量为Q＝c水m(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×0.3 kg×50 ℃＝6.3×104J；由Q＝mq可知，酒精的热值为q＝＝＝1.05×107J/kg；由于酒精可能没有完全燃烧，所以测出的数值与表中的数值有较大的差别．
12．热值 2500
[解析] 1 kg煤气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq煤气＝1 kg×4.2×107J/kg＝4.2×107J；
1 kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量：Q放′＝Q放×10＝4.2×107J×10＝4.2×108J；
由Q＝cmΔt可得，m′＝＝＝2500 kg.
13．2.1×105 4.2×105 50
14．3×105 25
[解析]酒精完全燃烧放出的热量：Q放＝mq酒精＝0.01 kg×3.0×107J/kg＝3×105J；由η＝得水吸收的热量：Q吸＝ηQ放＝3×105J×70%＝2.1×105J，由Q吸＝cm(t－t0)可知，水升高的温度：t＝t0＋＝20 ℃＋＝25 ℃.
15．4.6×105 1.38×105
16．(1)由下而上 (2)①加热后水温/ ℃ ②10 g碎纸片
(3)不可靠，酒精燃烧放出的热量不能被水全部吸收，且不能确定酒精是否完全燃烧
17．(1)水吸收的热量：
Q吸＝c水m(t－t0)＝4.2×103J/(kg·℃)×2 kg×(100 ℃－20 ℃)＝6.72×105J.
(2)天然气完全燃烧放出的热量：
Q放＝qV＝8.4×107J/m3×2×10－2m3＝1.68×106J.
(3)燃气灶烧水时的效率：
η＝×100%＝×100%＝40%.
18．(1)氢气完全燃烧放出的热量：Q放＝mq氢气＝0.15 kg×1.4×108J/ kg＝2.1×107J.
(2)因为汽车匀速行驶，所以牵引力F＝f＝1.0×103N，
牵引力所做的功：W＝Fs＝1.0×103N×1.2×104m＝1.2×107J.
(3)汽车发动机的效率：η＝＝≈57.1%.
机械能与内能的相互转化
第1课时 改变物体的内能 热机]
一、选择题
1．在下列实例中，用做功的方式来改变物体内能的是( )
A．用热水袋暖手，手温度升高
B．冰块放入饮料中，饮料的温度降低
C．在炉子上烧水，水的温度升高
D．用手反复弯折铁丝，弯折处铁丝的温度升高
2．2017·白银改编下列现象中用热传递方式改变物体内能的是( )
图9－K－1
3．如图9－K－2所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒内放一小团硝化棉，迅速下压活塞，硝化棉燃烧．下列说法正确的是( )
图9－K－2
A．迅速向上抽活塞，硝化棉也能燃烧
B．此实验只通过热传递改变筒内空气的内能
C．下压活塞的过程，空气的内能转化为活塞的机械能
D．硝化棉燃烧，是因为玻璃筒内空气的温度升高，内能增大
4．一个物体温度降低内能减少，原因( )
A．一定是它对外界做了功
B．一定是它放出了热量
C．可能是它放出了热量，也可能是它对外界做了功
D．可能是外界对它做了功
5．关于如图9－K－3所示的实验，下列说法错误的是( )
A．这个实验说明蒸气对外做功内能增大
B．这个实验说明物体内能可用来对外做功
C．在这个实验的过程中内能转化为机械能
D．这个实验基本反映出了热机的工作过程
图9－K－3
6．2017·潍坊如图9－K－4是四冲程汽油机的剖面图，它是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的．其中内能转化为机械能的是( )
图9－K－4
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
7．如图9－K－5所示是演示实验示意图，下列汽油机的四个冲程工作示意图中，改变内能方式与演示实验相同的是( )
图9－K－5
图9－K－6
8．下列关于热机和环境保护的说法，正确的是( )
A．热机排出的尾气没有内能
B．热机的效率能达到100%
C．热机都是使用汽油做燃料的
D．热机的大量使用会造成环境污染
二、填空题
9．改变物体内能的方式有________和__________两种．古人用“钻木取火”的方式获得火种，这实际上是用__________的方式来________(选填“增加”或“减少”)物体的内能；饮料放进冰箱后温度降低，这是用__________的方式来________(选填“增加”或“减少”)物体的内能.
10．“夏季，在高速公路服务区内，一些重型汽车停在有水的坑里，这是因为汽车在高速行驶过程中，通过____________的方式增加了轮胎的内能，使轮胎的温度____________；轮胎停在水中，通过____________的方式能够减少内能，降低温度，以保证行车安全．”火箭发射时，燃料燃烧将化学能转化为燃气的________能，再转换为火箭的________能，使得火箭加速升空.
11．2017·宿迁如图9－K－7所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部，放入一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，玻璃筒内的空气温度升高，空气的内能________(选填“增加”或“减少”)，空气的内能是通过________方式改变的；筒内的棉花由于温度升高到着火点而燃烧，棉花的内能是通过________方式改变的．
图9－K－7
12．热机就是热力发动机，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的________能转化为________能的装置．如图9－K－8所示汽油机顶端的点火装置名称叫________，该图表示的是________冲程，该冲程中，汽缸内的气体内能将________(选填“增大”或“减小”)．
图9－K－8
13．如图9－K－9所示“点火爆炸”的实验中，拨动电火花发生器的按钮．这时我们可以看到，盒盖“冲”了出去，同时听到“砰”的一声响．该实验说明：可以利用内能对外________，________能可以转化为________能．
图9－K－9
14．一台四冲程柴油机的转速为1800 r/min，则在1 s内，汽油机完成________个工作循环，完成________个冲程，对外做功________次.
15．某同学在探究物体内能改变的方法时做了三个实验：
(1)如图9－K－10甲所示，在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，我们会看到____________的现象，说明内部气体的________升高，________增大．
图9－K－10
(2)如图乙所示，大口玻璃瓶内有一些水，水的上方有水蒸气．通过打气筒给瓶内打气，达到一定程度时，瓶塞跳出，同时还能看到____________________的现象．其能量转化过程是________转化为________．
(3)如图丙所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，加热使水沸腾，会看到橡皮塞被________，同时管口出现“白雾”，这是管内水蒸气__________形成的．在这个过程中，水蒸气的__________能转化为橡皮塞的__________能．
三、计算题
16．某单缸四冲程汽油机的汽缸活塞面积为30×10－4m2，一个冲程活塞在汽缸中移动的距离是50×10－3m，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1 min转动2400周，当汽油机满负荷工作时(不计摩擦)，求：
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力．
(2)一个做功冲程中燃气对活塞做的功．
(3)汽油机的功率．
17．科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压的水蒸气，推动活塞再次做功，这样燃烧同样多的燃料获得了更多的机械能，提高了热机的效率．以下关于该内燃机的说法正确的是( )
A．汽缸内的水蒸气做功后温度升高
B．这款内燃机的第六个冲程是排气冲程
C．这款内燃机的第五个冲程是压缩冲程
D．在压缩冲程中将内能转化成机械能
【课时作业】A
1．D
2．A
3．D [解析]迅速向下压活塞，活塞会压缩空气做功，机械能转化为内能，使空气的内能增加，温度升高，当温度达到硝化棉的燃点时，硝化棉就会燃烧，通过此实验说明做功可以改变物体的内能；故A、B、C错误，D正确．
4．C
5．A
6．C [解析]在压缩冲程末，火花塞冒出电火花，将混合气体点燃，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，对外做功，在这个过程中，燃气推动活塞做功，燃气的内能减少，温度降低，燃气的内能转化为活塞的机械能，所以，内能转化为机械能的是做功冲程．
7．D [解析]用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧，是通过对物体做功来增大物体内能的，即是将机械能转化为内能．汽油机的压缩冲程中将机械能转化为内能．
8．D [解析]一切物体都具有内能，所以尾气中也有内能，故A错；由于热量的损失，热机的效率都不能达到100%，故B错；柴油机用的燃料是柴油，不是汽油，故C错；热机所排出的气体中有好多对人体有害，会造成环境污染，故D正确．
9．做功 热传递 做功 增加 热传递 减少
10．做功 升高 热传递 内 机械
11．增加 做功 热传递 [解析]迅速向下压活塞，活塞会压缩空气做功，机械能转化为内能，使空气的内能增加，温度升高，这是通过做功的方式增大空气内能的；当温度达到棉花的燃点时，棉花就会燃烧，这是通过热传递的方式增加棉花的内能的．
12．内 机械 火花塞 做功 减小
13．做功 内 机械
14．15 60 15
15．(1)棉花燃烧 温度 内能
(2)瓶口出现“白雾” 内能 机械能
(3)冲出 液化 内 机械
16．(1)F＝pS＝9.0×105Pa×30×10－4m2＝2700 N.
(2)W＝Fs＝2700 N×50×10－3m＝135 J.
(3)因为飞轮1 min转动2400周，则每秒转40周，合每秒做功20次，
所以P＝＝＝2700 W.
17．B [解析]第五冲程是水蒸气膨胀做功，第六冲程则需再次排气，内燃机才能进入下一循环的吸气冲程．
课件33张PPT。第十二章 机械能和内能四、机械能与内能的相互转化第十二章 机械能和内能学点1 做功可以改变物体的内能 四、机械能与内能的相互转化四、机械能与内能的相互转化问题1：现象：如图12－4－1所示，在厚壁的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速压下，我们会看到：棉花_____了．
问题2：分析：用力压下活塞——该过程是一个利用______能压缩空气对空气______的过程；棉花燃烧——“显示”玻璃筒内空气的温度______，内能_______．
问题3：该实验说明：______是改变物体内能的另一种方式；______能可以转化为内能． 机械燃烧机械做功升高增大做功四、机械能与内能的相互转化问题4：改变内能的方法有______种．火柴可以放在火上点燃，也可以擦燃．点燃是用______的方法改变火柴头的内能，火柴头的温度升高到燃点而燃烧；擦燃是用_______的方法改变火柴头的内能．前者是将火焰的部分内能转移到火柴头上，后者是将擦火柴时消耗的________转化为火柴头的内能，即前者的实质是能量的______，后者的实质是能量的______． 转化两热传递做功机械能转移学点2 热机 四、机械能与内能的相互转化飞出四、机械能与内能的相互转化问题2：分析：在此过程中，酒精燃烧后产生的具有大量_____能的高温、高压的燃气剧烈膨胀对塑料盒盖______，燃气的_____能减少，转化为_____的_____能．
问题3：该实验说明：可以利用内能对外______，内能可以转化为_____能．
该实验演示的即为_____机的工作原理：利用燃料燃烧获得的______能对外______，将______能转化为_______能． 机械内做功内盒盖机械做功机械热内做功内四、机械能与内能的相互转化(2)热机的工作循环
阅读教材P51，了解热机各部件的名称，初步认识热机的各工作循环后，思考下面的问题：
问题1：气门打开的冲程有：_______冲程和______冲程．
活塞向上运动的冲程有：_______冲程和_______冲程．
发生能量转化的冲程有：______冲程和_______冲程．其中实现内能转化为机械能的冲程为_______冲程，机械能转化为内能的冲程为_____冲程． 做功吸气排气压缩排气压缩做功压缩四、机械能与内能的相互转化火花塞点火是在______冲程末、______冲程初进行的．
判断冲程的方法：①看气门；②看活塞．(提示：由曲轴的旋转方向判断活塞运动方向时，要认清曲轴——连杆绕着转动的轴)
问题2：汽油机的一个工作循环分为四个冲程，在一个工作循环中，曲轴旋转两圈，活塞往复运动两次． 做功压缩学点3 探究燃料燃烧所放出的热量与哪些因素有关 四、机械能与内能的相互转化生活实验：1000 g酒精完全燃烧放出的热量比100 g酒精完全燃烧放出的热量多，1000 g酒精完全燃烧放出的热量比1000 g酒精不完全燃烧放出的热量多，1000 g酒精完全燃烧放出的热量比1000 g草完全燃烧放出的热量多．
提出问题：燃料燃烧所放出热量的多少与哪些因素有关？
猜想：燃料燃烧所放出热量的多少与_____________、____________、___________有关． 燃料种类燃料的质量燃烧程度四、机械能与内能的相互转化实验探究：比较质量相等的不同燃料充分燃烧时放出的热量．
阅读教材P54“活动12.8”相应内容．
分析：(1)实验中是通过_________________________来比较酒精和碎纸片完全燃烧放出的热量的，这个方法叫_______法．
(2)为了保证实验的可靠性，你认为在实验中需控制______________________________________________相同．
(3)现象：实验中我们发现，相同质量的不同燃料完全燃烧释放出的热量一般是________(选填“相同”或“不同”)的． 不同等质量的水升高的温度转换燃料的质量、烧杯中水的质量、燃料的燃烧程度(完全燃烧)等四、机械能与内能的相互转化学点4 热值 阅读教材P54下半部分和P55上半部分内容，尝试独立完成下列问题，完成后与同学相互交流探讨．
问题1：物理意义：热值表示燃料燃烧放热的____________(选填“多少”或“能力大小”)．
问题2：定义：燃料___________________与____________之比，叫作这种燃料的热值．热值的符号为________． q能力大小完全燃烧放出的热量燃料的质量四、机械能与内能的相互转化问题3：单位：_______或_______(气体燃料)．
问题4：理解：热值是燃料本身的一种性质，它的大小与燃料的种类_____关，而与燃料的质量、燃烧程度、放出的热量等均_____关．(均选填“有”或“无”)
问题5：热量的计算公式：______或_______(气体燃料)． J/kgJ/m3有无Q＝VqQ＝mq类型一 改变内能的方式 四、机械能与内能的相互转化例1 下列实例中，通过做功方式改变物体内能的是( )
A．阳光晒热棉被
B．锯木头时锯条变热
C．用热水袋取暖
D．冷气使房间内温度降低 B四、机械能与内能的相互转化[解析] 阳光晒热棉被，属于热传递改变物体的内能，A不符合题意；锯木头时锯条变热，是因摩擦(克服摩擦力做功)而发热，属于做功改变物体的内能，B符合题意；用热水袋取暖，属于热传递改变物体的内能，C不符合题意；冷气使房间内温度降低，属于热传递改变物体的内能，D不符合题意．故选B. 四、机械能与内能的相互转化类型二 热机四、机械能与内能的相互转化20做功内4080四、机械能与内能的相互转化[解析] 火花塞点火，说明是做功冲程．做功冲程是将内能转化为机械能；2400 r/min＝40 r/s；飞轮每转动一圈，完成两个冲程，所以40圈完成80个冲程．每四个冲程为一个工作循环，其中只有一个对外做功，所以80个冲程中对外做功20次． 四、机械能与内能的相互转化四、机械能与内能的相互转化类型二 热机例3 对于燃料的热值，下列说法中正确的是( )
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四、机械能与内能的相互转化[解析]燃料的热值是燃料的一种属性，只取决于燃料的种类，与燃料的质量和燃烧情况等无关，A、B、D不符合题意，C正确．[易错警示] (1)热值等于燃料完全燃烧放出的热量与燃料质量的比值，但燃料的热值是燃料的一种属性，其大小与燃料的种类有关，而与燃料的质量、燃烧程度、放出热量的多少均无关．
(2)热值反映的是燃料燃烧放热的本领，并不表示放热的多少．燃料燃烧放热的多少不仅与燃料的热值有关，还与燃料的质量、燃料燃烧的程度有关．四、机械能与内能的相互转化类型四 热值与比热容综合的热量的计算 例4 某学习小组同学想研究酒精灯烧水时的热效率．他们用酒精灯给100 g水加热，经过一段时间测得水温升高了60 ℃，消耗了4.2 g酒精．已知：水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，酒精的热值为3×107 J/kg.则此过程中水吸收的热量为__________，4.2 g酒精完全燃烧放出的热量为__________，酒精灯烧水时的热效率为__________． 20%2.52×104J2.52×105J四、机械能与内能的相互转化四、机械能与内能的相互转化[易混辨析]区分不同的热量事件，使用对应的热量计算公式．物体升温吸热或降温放热对应公式为Q ＝cm△t，燃料燃烧放热对应的公式为Q ＝mq.四、机械能与内能的相互转化机械能与内能的相互转化 机械能转
化为内能 内能转化
为机械能 内燃机 燃料的热值 汽油机 柴油机 构造、工
作过程 定义计算：Q=qm或Q=qv环保问题四、机械能与内能的相互转化热传递做功四、机械能与内能的相互转化2．下列实例中，属于内能转化为机械能的是( )
A．冬天，人们常常搓手取暖
B．烧开水时，水蒸气将壶盖顶起
C．钻木取火
D．用打气筒给篮球打气时筒壁温度升高 B四、机械能与内能的相互转化做功内机械做功四、机械能与内能的相互转化C四、机械能与内能的相互转化温度计示数升高的值相同相同四、机械能与内能的相互转化2．焦炭的热值为3.0×107J/ kg，表示的物理意义是_______________________________________．用去一半，则剩下的一半热值是____________．完全燃烧2 kg焦炭放出的热量为__________．
3．燃料的燃烧是一种________变化，在燃料燃烧的过程中，燃料的________能转化为________能，也就是通常所说的释放出________． 1 kg的焦炭完全燃烧放出的热量是3.0×107J3.0×107J/ kg6×107J能量化学内热量四、机械能与内能的相互转化4．下列关于热值和热机效率的描述，正确的是( )
A．使燃料燃烧更充分，可以增大热值
B．使燃料燃烧更充分，可以提高热机效率
C．燃料燃烧释放的热量越大，热值越大
D．热值和热机效率都是定值，与外界条件无关 B四、机械能与内能的相互转化5．天然气是一种清洁能源，完全燃烧1 m3的天然气放出的热量相当于完全燃烧多少千克的焦炭放出的热量？(天然气的热值约为8.7×107 J/m3，焦炭的热值为3.0×107 J/kg) [答案]2.9 kg
