人教版九年级全册第14章 内能的利用（全章教案）

第十四章　内能的利用
1.了解内能利用的方法、热机的构造、热机的工作原理.
2.理解热机能量转化的效率高低;知道燃料的热值,并能进行简单计算.
3.通过能量的转化,建立能量守恒的观念.
1.通过多媒体技术对热机相关知识的展示和学生的观察思考,学会总结和分享.
2.通过了解提高热机效率的方法,培养学生的技术创新意识.
3.通过能量守恒定律的归纳和得出,培养学生观察和分析问题的能力.
1.通过演示实验,激发学生的学习兴趣和对科学的求知欲望,培养学生实事求是的科学态度.
2.通过总结提高热机效率的方法,提高学生将科学技术应用于日常生活和社会的意识.
3.通过了解燃料的利用情况和能量转化,培养学生的环保意识.
热学内容分为两章,本章是在前面学习内能概念的基础上,进一步讨论内能的转化和实际应用的工具——热机.通过对四冲程内燃机工作原理的学习,使学生了解内燃机的主要结构;大致了解内燃机工作时能量的转化与转移情况;了解内燃机在现代生活,特别是交通方面的应用.通过具体分析,使学生认识到在利用燃料的内能方面,不可避免地会有一部分内能转化和转移到其他方面,因此要建立热机效率的概念,并与机械效率作联系和类比,之后自然引出能量守恒定律.通过本章的学习,使学生了解内燃机的发展对人类进步起到正面作用的同时,要使学生认识到它给环境带来的负面污染问题.在本章学习中,充分发挥学生来自于经验或兴趣方面的知识,让他们积极地参与教学活动,对提高教学效果会起到很大的作用.学生来自于生活的经验和体验,会使他们更多地关注技术关注社会的发展.
第一节热机:教材首先通过一个演示实验,展示了蒸汽机的工作原理,介绍了热机的特点和种类,引出内燃机.内燃机分为汽油机和柴油机,配合插图先介绍汽油机的四个工作冲程及特点,然后介绍柴油机,重点是二者在结构和工作特点上的不同.
第二节热机的效率:各种热机都要靠燃烧燃料来获得能量得到动力,教材首先介绍了燃料的热值,热值是燃料的特性,反映燃料放热本领的大小.燃料燃烧放出的能量,不能全部被热机利用来获得机械能,自然引出热机的效率,教材有一幅内燃机的能流图,指出了燃料燃烧时能量的去向.教材还介绍了提高热机效率的方法.
第三节能量的转化和守恒:教材通过四组小实验,让学生观察实验现象,讨论能量的转化方式,引出各种能量在一定条件下都可以相互转化.教材“想想议议”小球的机械能减少了,引出能量守恒定律,并指出“永动机”不可能实现.
【重点】　汽油机的工作原理和热值的概念.
【难点】　汽油机的基本工作原理的理解.
一、热机
学生普遍没有接触过实际的汽油机,教学时可以先选取一段汽油机的视频资料,让学生先有一些感性认识.教学时利用汽油机模型、图片等工具,主要介绍为了讲清工作过程必须知道的零部件,以及各部分结构在汽油机工作过程中的作用.为了减轻学习的负担、降低理解的难度,教材没有提及的零部件名称和作用,可以不用介绍和补充.
二、热机的效率
热值的概念是初中阶段又一个用比值法定义的物理量,教学时可以组织学生复习前面应用比值法定义的速度、密度等物理量,引导学生作出类比分析,尽可能让学生自己总结出热值的概念.在讲述热机的效率时,可以利用教材中热机的能流图引导学生分析思考,在此基础上总结出热机的效率.
三、能量的转化和守恒
能量比较抽象,教学时可以让学生动手做一些小实验,使学生对各种形式的能量有一个较为直观的认识,然后让学生观察实验现象,思考现象之间的联系,进一步分析这些实验中发生了哪些能量转化.在学生知道各种能量之间可以相互转化的基础上,再理解能量的转化和守恒就会容易一些.
第1节　热　机
1课时
第2节　热机的效率
1课时
第3节　能量的转化和守恒
1课时
本章复习教案
1课时
第1节　热　机
1.知道什么是热机、热机中的能量转化、四冲程内燃机的构造和工作原理.
2.了解汽油机和柴油机的工作过程和在实际中的应用.
3.提高学习兴趣,养成乐于讨论、乐于交流的习惯.
1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功.
2.利用视频动画、图片或模型讲解四冲程汽油机的基本结构和工作原理.
3.通过阅读“科学世界”了解现代汽车的一些常识.
1.通过演示实验培养学生观察实验现象和分析问题的能力.
2.通过阅读“科学世界”扩展学生的知识面.
【重点】　四冲程汽油机的基本工作原理.
【难点】　热机中的能量转化.
【教师准备】　内燃机挂图、内燃机模型等.
【学生准备】　酒精灯、试管、塞子、水等.
导入一:问题导入
1.猜猜它是谁?
教师向学生展示五幅图片,分别描述古代人农耕、织布、车水、行车、行船.
教师提出问题:古人如何获得动力?
学生回答:人们的耕、织、运、作、行等活动,依靠畜力、风力、甚至人力.
2.它来了,带来一场革命!
教师向学生展示三幅图片.分别描述蒸汽时代的纺织、火车、轮船.
　　[过渡语]　“它”为我们提供了强大的动力,把人们从繁重的体力劳作中解放出来.“它”是谁?这节课我们就来了解有关“它”的知识.
导入二:实验导入
【演示实验】　如图所示,在试管中装些水,用橡胶塞塞住试管口,加热使水沸腾,观察会发生什么现象.
学生:一段时间后,橡胶塞突然被推出.
　　[过渡语]　橡胶塞为什么会被推出?同学们知道其中的道理吗?这种现象有什么用途?学了这节内容,问题就迎刃而解了.
一、热机
思路一
一、热机发展简史
1.向瓦特致敬:介绍瓦特对蒸汽机改进作出的贡献.
2.展示蒸汽机车图片,让学生说一说蒸汽机的弊端.
学生讨论回答:笨重、体积巨大,只能用于大型机器;不够环保.
3.展示内燃机图片,让学生说一说与蒸汽机比较,它都有哪些优点.
学生讨论回答:轻巧;相对环保.
二、热机
1.热机的原理
实验演示:
小组讨论:实验中能量转化的情况.
分析总结:燃料燃烧时化学能转化为内能,传给水和水蒸气;水蒸气把塞子冲出去,水蒸气的内能转化为塞子的机械能.
2.什么是热机
定义:利用内能做功的机械.
3.热机的种类
迄今为止,已经出现的热机有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.
4.内燃机及其分类
(1)定义:燃料直接在发动机汽缸内燃烧的热机.
(2)最常见的内燃机,根据所使用燃料的不同,可以分为汽油机和柴油机两大类.展示摩托车和重型卡车的图片.
【拓展延伸】　内能的利用主要体现在两个方面:一是利用内能直接对物体加热;二是利用内能做功.利用内能加热物体实际是内能转移的过程,利用内能做功实际是内能转化成其他形式能的过程.
　　[过渡语]　汽油机的工作原理与刚才所做实验的原理差不多,下面我们来分析一下汽油机的工作过程.
二、汽油机
1.观看汽油机剖面图,介绍进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等重点结构.
2.什么是冲程?
教师:活塞在汽缸内从一端运动到另一端的过程,叫做一个冲程.
3.学生阅读课本,了解四冲程汽油机的工作过程.
4.播放汽油机工作过程的视频动画,边放映,边请学生解说.
5.想一想,议一议:
(1)在四个冲程中,哪些冲程发生了能量的转化?
学生讨论回答:压缩冲程机械能转化为内能,获得温度较高的混合气体;做功冲程内能转化为机械能,汽车从做功冲程中获得的机械能,远远超过了压缩冲程中消耗的机械能.
(2)哪个冲程使汽车获得动力?
学生讨论回答:做功冲程获得动力.
(3)哪个冲程排出汽车的尾气?
学生讨论回答:排气冲程.
(4)老式摩托车在启动时,需踏动启动杆,这是为什么?
学生讨论回答:提供第一次启动时的初动力,主要完成吸气和压缩冲程.当做功冲程发生后,其余的冲程就依靠飞轮的惯性完成了.依靠飞轮惯性完成的冲程是:吸气冲程、压缩冲程和排气冲程.
(5)现代汽车里的马达起什么作用?
学生讨论回答:马达是一个电动机,依靠电力转动的机器.当马达帮助发动机完成吸气和压缩冲程后,假如做功冲程能如约完成,马达就完成启动任务了.过去的老式汽车都是靠手摇完成第一次启动的.现在在一些简单的农机具,比如手扶拖拉机等,在启动时还在用手摇方式启动.
思路二
内燃机:阅读教材,依据教材P17~P18图示自学并填写.
一、热机
是把　　　　转化为　　　　的机器,是利用　　　　来　　　　的机械.比如　　　　、　　　　、　　　　、　　　　等.　　　　机是现代社会中最常见的一种热机. ?
二、汽油机
1.汽油机是利用　　　　作燃料来工作的.?
2.构造:汽缸上部有进气门和排气门;顶部有火花塞;下部有活塞;活塞用连杆跟曲轴相连.
3.工作过程:依据课本中P19的图14.1-4自学、交流、填写.
(1)第一冲程:吸气冲程
问题:吸气冲程中燃气为什么会进入汽缸?汽缸中活塞由哪端向哪端运动?
回答:吸气冲程时,活塞下移,汽缸内空间增大,气压下降.活塞由上往下运动.
(2)第二冲程:压缩冲程
问题1:压缩冲程中,活塞压缩燃料混合物是什么能向什么能转化?
回答1:机械能转化成燃料的内能.
问题2:压缩冲程末产生什么结果?
回答2:火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的气体.
问题3:汽油机是利用什么方式点火的?
回答3:利用火花塞产生电火花引燃汽油和空气的混合物.
(3)第三冲程:做功冲程
问题:做功冲程中为什么能做功?是什么能向什么能转化?
回答:汽缸中的燃气被火花塞点燃后体积急剧增大,推动活塞向下运动而做功.气体的内能转化为机械能.
(4)第四冲程:排气冲程
问题:排气冲程有什么作用?
回答:燃烧以后产生的废气及时排出,以免影响下一次做功.
【拓展延伸】　内燃机的工作过程简记为“四冲二转一做功”.意思是:做一次功,曲轴和飞轮转两圈,经过四个冲程.
　　[过渡语]　柴油机的构造和汽油机有什么不同?做功过程有什么区别?
三、柴油机
1.柴油机的构造:
展示图片,让学生观察柴油机的构造.
2.汽油机和柴油机构造的异同点:
(1)相同点:都有汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门等.
(2)不同点:汽油机汽缸顶部有火花塞;柴油机没有,只有喷油嘴.
3.汽油机和柴油机工作过程的异同点:
播放视频动画,学生观察发现,柴油机和汽油机在构造上和工作过程中有不同之处,这些不同会引起哪些变化?
问题1:柴油机燃烧室顶端有一个喷油嘴,有什么作用?
回答1:在压缩冲程结束时,汽缸内空气温度超过柴油的燃点,雾状柴油直接喷入立刻燃烧.
问题2:汽油机和柴油机吸气冲程吸入的物质有什么不同?
回答2:汽油机吸气冲程吸入空气和汽油的混合物;柴油机吸气冲程只吸入空气.
问题3:柴油机没有火花塞,如何点燃?
回答3:压缩空气点燃,俗称“压燃式”.
4.汽油机与柴油机的优缺点:
(1)汽油机转速高,结构简单,质量轻,造价低廉,运转平稳,使用维修方便.汽油机在汽车上,特别是小型汽车上大量使用.
(2)柴油机比较笨重,主要用于载重汽车、拖拉机、火车和轮船上.
(3)柴油发动机与汽油发动机相比,热效率高.因此从节约能源、降低燃料成本角度上讲,柴油发动机在小汽车上的推广使用具有更重大的意义.
【拓展延伸】　四冲程内燃机工作过程可巧记为:“一门打开,上排下吸气,两门关闭,上压下做功.”其中“门”指进气门和排气门,“上”“下”指活塞的运动方向.
5.学生阅读“科学世界”,了解现代汽车.
一、汽油机
1.构造: 进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等.
2.工作原理:汽缸内装有活塞,活塞与连杆、曲轴相连.活塞在汽缸内做往复运动,通过连杆带动曲轴转动,从而使机器运转.
3.能的转化:化学能转化为内能再转化为机械能.
二、柴油机
1.柴油机与汽油机的相同点: 都是内燃机;一个工作循环都要经历四个冲程.
2.柴油机与汽油机的不同点:
(1)构造方面:汽油机有火花塞,柴油机有喷油嘴.
(2)工作过程上:压缩程度不同;点火方式不同.
(3)用途方面:汽油机轻巧,用于轿车、摩托车等;柴油机笨重,用于卡车、货车等.
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
1.下列交通工具中,动力设备不是热机的是 (　　)
A.远洋轮船 B.载重汽车
C.战斗机 D.电动摩托车
解析:远洋轮船、载重汽车、战斗机工作时都要使用热机进行工作;电动摩托车是利用电工作的,没有使用热机.故选D.
2.下列有关柴油机和汽油机的说法中,不正确的是 (　　)
A.汽油机有火花塞
B.柴油机有喷油嘴
C.汽油机的压缩程度比柴油机高
D.汽油机的点火方式是点燃式
解析:柴油机汽缸顶部有个喷油嘴,汽油机汽缸顶部有个火花塞,A,B正确;压缩冲程中,柴油机将空气压缩的程度更大,温度更高,C错误;柴油机与汽油机的点火方式不同,柴油机采用压燃式,汽油机采用点燃式,D正确.故选C.
3.汽油机的四个冲程分别为吸气、压缩、做功、排气冲程,如图所示是　　　　冲程.在压缩冲程中,活塞压缩气体做功,气体的内能会　　　　.?
解析:由图可知,进气门和排气门都关闭,并且活塞向下运动,所以是做功冲程;当活塞压缩气体做功时,机械能转化为气体的内能.
【答案】　做功　增大
4.如图所示,用酒精灯加热试管中的水.当水沸腾一段时间后,塞子被试管内水蒸气推出,该现象说明　　　　能转化为　　　　能.图　　　　(填“甲”或“乙”)中汽油机的冲程与这一实验过程中能量的转化是一致的.?
解析:当水沸腾一段时间后,塞子被试管内的水蒸气推出,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能转化为塞子的机械能.两图中的进气门和排气门都关闭,图乙中的活塞向下运动,是做功冲程,将内能转化为机械能;图甲中的活塞向上运动,是压缩冲程,将机械能转化为内能.
【答案】　内　机械　乙
1.热机.
2.四冲程汽油机的基本工作原理.
3.四冲程柴油机的基本工作原理.
一、教材作业
【必做题】
教材第21页动手动脑学物理的1,2,3题
【选做题】
教材第21页动手动脑学物理的4题
二、课后作业
【基础巩固】
1.如图所示的四种交通工具,不用热机作为动力机械的是 (　　)
2.如图所示,有关这个小蒸汽轮机的说法不正确的是 (　　)
A.烧瓶内的水通过热传递的方式增加了水的内能
B.酒精燃烧将内能转化为化学能
C.水蒸气的内能转化为叶轮的机械能
D.内能的一个重要应用是可以用来做功
3.关于热机中的能量转化关系,下列说法中正确的是 (　　)
A.热机是将机械能转化为内能的机器
B.热机是将内能转化为机械能的机器
C.热机是直接将燃料的化学能转化为机械能的机器
D.热机是利用化学能来做功的机器,它是将化学能转化为内能
4.热机工作时,能量的转化过程是 (　　)
A.内能→化学能→机械能
B.化学能→内能→机械能
C.化学能→机械能→内能
D.内能→机械能→化学能
【能力提升】
5.下列关于四冲程内燃机工作的共同特点说法正确的是 (　　)
A.吸气冲程都有燃料进入汽缸
B.将燃料燃烧放出的内能传递给工作物质,使工作物质受热膨胀,对外做功
C.都能把燃料燃烧所释放出的内能全部转化为机械能
D.一个工作循环中每一个冲程都要靠飞轮的惯性来完成
6.学习了内燃机的有关知识后,小聪同学利用星期天的时间到汽车交易市场上进行了一系列的调查研究,最后他写出了如下几条调查结论,其中不正确的一条是 (　　)
A.现在市场上的汽油机逐渐被淘汰
B.大型的载重汽车绝大部分是柴油机
C.柴油机在工作过程中,虽然用不到火花塞产生电火花,但是也配有一个蓄电池
D.汽车的价格与车的载重之间不成正比关系
7.随着城市的污染严重,更多的市民增强了环保意识,借此各大车商也纷纷推出各式各样的新能源汽车,包括纯电动、混合动力汽车等.目前我国研发出一款新型空气动力汽车,它利用压缩空气膨胀推动活塞做功提供动力,这种新型发动机对汽车提供动力时将　　　　能转化为　　　　能.这种车与汽油机相比的优点是　　　　.(说出一点即可)?
【拓展探究】
8.有两辆车坏在公路上,一辆是小汽车,一辆是拖拉机.司机检查后发现,原来是车内的电瓶坏了,无法启动.在行人的帮助下,将车子推动了一段距离后,你认为哪辆车能继续前进,为什么?
【答案与解析】
1.A[解析:自行车消耗人的体能转化为自行车的机械能;轮船、卡车、飞机工作时都要使用燃料,燃料燃烧时将产生的内能转化为机械能驱动它们,所以它们都是使用热机工作的.故选A.]
2.B[解析:酒精燃烧将化学能转化为内能,通过热传递传给水,A正确,B错误;水蒸气对外做功,内能转化为机械能,C正确;内能的应用可以是加热物体,也可以是做功,D正确.故选B.]
3.B[解析:热机是利用内能来工作的机器,将内能转化为机械能,A错误,B正确;热机是将燃料的化学能转化为内能,再将内能转化为机械能的机器,并不是将化学能直接转化为机械能,C错误;热机是利用内能来做功的机器,将内能转化为机械能,D错误.故选B.]
4.B[解析:热机工作时需要燃料,通过燃料燃烧将化学能转化为内能,然后通过内能做功,将内能转化为机械能.故选B.]
5.B[解析:在吸气冲程中,汽油机吸入的是空气和汽油的混合物,柴油机吸入的只有空气,A错误;都有做功冲程,都是将燃料燃烧放出的内能传递给工作物质对外做功,B正确;有一部分内能散失掉和克服摩擦力做功,所以燃料燃烧释放出的内能没有全部转化为机械能,C错误;一个工作循环中除了做功冲程,其他三个冲程都要靠飞轮的惯性来完成,D错误.故选B.]
6.A[解析:汽油机比较轻巧,多用在小型设备上,它和柴油机各有长处,是不会被淘汰的,A错误;柴油机多用在载重汽车、轮船、坦克等大型设备上,B正确;柴油机是压燃式,不需要产生电火花,但电路设备启动时以及电动机都需要电源,所以配有蓄电池,C正确;汽车的价格跟载重不成正比,而是跟车的性能等具体因素有关,D正确.故选A.]
7.内　机械　无污染,有利于环境保护[解析:新型空气动力汽车,是利用压缩空气推动活塞做功提供动力的,这种车在行驶时将空气的内能转化为车的机械能.该车的排放物为空气,而汽油机排放的废气中含有大量污染环境的物质,所以这种车与汽油机相比,优点是无污染,有利于环境保护.]
8.汽车无法前进,拖拉机能前进.因为是电瓶坏了,汽车无法用火花塞点火,做功冲程无法进行,所以其他冲程也无法进行,因此不能前进.而拖拉机靠喷油嘴喷油,是用压燃式点火,只要开动起来就能继续工作,所以能继续前进.[解析:汽车内部动力装置是汽油机,其压缩冲程末需要火花塞点燃汽油和空气的混合物,完成做功冲程,所以需要电瓶提供电能,电瓶损坏就无法前进.拖拉机内部动力装置是柴油机,其汽缸顶部是喷油嘴,点火方式是压燃式,不需要电瓶提供电能也能完成四个冲程,所以可以继续前进.]
　　教学时有的班级先让学生结合预习提纲自己分析四个冲程,没有提前交代汽油机的各个部件,在后续教学时发现学生分析的稀里糊涂,给教学人为的造成了麻烦.在其他班级的教学中刻意调整了一下顺序,先让学生认识汽油机的各个部件,明确各部件的作用,再让学生小组内互相讨论分析四个冲程工作的特点,结合视频动画再让学生对一个工作循环有个感性认识.实践发现,第二种方式要好很多.
动手动脑学物理(教材第21页)
1.如:燃气轮机、喷气发动机、蒸汽机、斯特林发动机、拖拉机、火车等,其中拖拉机、火车是内燃机.
2.如图所示.
3.(1)做功冲程　(2)做功冲程　(3)压缩冲程
4.柴油机和汽油机的相同点:都是燃料在汽缸中燃烧;都是将内能转化为机械能的机器;汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末;都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环,曲轴和飞轮转两周,对外做功一次;排气冲程排出废气;启动时都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来.不同点:如表格所示.
1.汽油机和柴油机的相同点和不同点:
项目
汽油机
柴油机
相同点
把内能转化为机械能;通常是四个冲程;燃烧化石燃料
把内能转化为机械能;通常是四个冲程;燃烧化石燃料
不
同
点
燃料
汽油
柴油
汽缸构造
汽缸较短,顶部有一个火花塞
汽缸较长,顶部有一个喷油嘴
吸入气体
空气与汽油的混合物
空气
压缩比
较小
较大
点火方式
点燃式
压燃式
效率
较低
较高
优缺点
汽油机震动小、转速高,适用于轿车和轻型车辆
柴油机功率大,经济性能好,适用于货车和大型客车
2.内燃机和外燃机:
内
燃
机
种类
往复式
汽油机、柴油机等
旋转式
转子发动机等
优点
效率高、体积小、操作方便
特点
燃料在汽缸内燃烧
外
燃
机
种类
往复式
蒸汽机、斯特林发动机等
旋转式
汽轮机等
优点
不受海拔高度影响、添加燃料方便
特点
燃料在汽缸外燃烧
第2节　热机的效率
1.知道什么是燃料的热值及其单位的意义,会查燃料热值表.
2.会计算某种燃料完全燃烧放出的热量.
3.知道热机的效率.
4.了解提高效率的途径.
1.通过能流图分析燃料燃烧时能量的主要流向.
2.通过查找资料,了解从火车到火箭的发展历程.
1.了解热机的使用对社会带来贡献的同时也带来环境污染,增强环保意识.
2.鼓励学生自己查阅资料,培养学生自学能力.
【重点】　掌握热值的概念和单位、根据热值的定义计算燃料燃烧时放出的热量.
【难点】　热机的效率及影响热机效率大小的主要因素,提高热机效率的方法和意义.
【教师准备】　量筒、注射器、多媒体课件等.
【学生准备】　玻璃瓶或塑料饮料瓶、水等.
导入一:问题导入
师:一辆汽车从身旁驶过,有时根据人的嗅觉就能知道它的发动机是汽油机还是柴油机.这是为什么?
生:因为它们排出气体的味道不同.
师:说得很对.但是你们想过没有,排出的气体中仍有汽油味或柴油味,这种现象说明了什么?
生:说明汽油或柴油并没有完全燃烧.
　　[过渡语]　既然燃料并没有完全燃烧,说明有一部分能量被白白地浪费掉了.那么如何更加有效地利用能源呢?学完本节,你应该能找到问题的答案.
导入二:情境导入
多媒体播放视频:神舟系列火箭发射.
问题:为什么发射火箭上天要用氢做燃料?用汽油、柴油做火箭燃料可以吗?这节课我们就来研究这个问题.
一、燃料的热值
一、燃料的热值
1.概念:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做这种燃料的热值.用q表示.
2.单位:
(1)固体、液体燃料热值的单位:J/kg;
(2)气体燃料热值的单位:J/m3.
3.计算公式:
(1)固体、液体燃料的燃烧放热公式:Q=mq;
(2)气体燃料的燃烧放热公式:Q=Vq.
【拓展延伸】　固体燃料完全燃烧释放的热量为Q、燃料的质量为m、燃料的热值为q.那么对于气体燃料来说,V是燃料的体积,此时燃料的热值仍是q,因为此时体积单位为m3,所以气体燃料热值的单位为:J/m3.
二、查燃料热值表
请同学们阅读教材23页的小资料,了解一些燃料的热值,并回答下列问题:
几种燃料的热值/(J·kg-1)
干木柴
(约)1.2×107
柴油
4.3×107
烟煤
(约)2.9×107
煤油
4.6×107
无烟煤
(约)3.4×107
汽油
4.6×107
焦炭
3.0×107
氢
1.4×108
木炭
3.4×107
煤气/(J·m-3)
约3.9×107
酒精
3.0×107
沼气/(J·m-3)
约1.9×107
　　问题1:氢的热值是多少?其物理意义是什么?
回答1:氢的热值是1.4×108 J/kg;其物理意义是:1 kg的氢完全燃烧放出的热量是1.4×108 J.
问题2:汽油的热值是多少?其物理意义是什么?
回答2:汽油的热值是4.6×107 J/kg;其物理意义是:1 kg的汽油完全燃烧放出的热量是4.6×107 J.
【拓展延伸】　热值是物质本身的一种性质,它与物体的质量、形状、体积、位置、温度、吸收或放出热量的多少等因素都无关,是反映燃料优劣的重要指标.
　　[过渡语]　热值表中哪种燃料的热值最高?哪种燃料的热值最低?在实际生活中燃烧这些燃料是否能全部利用而没有浪费?为此下面我们来学习热机的效率.
二、热机的效率
思路一
一.热机里的能量转化
1.分析教材24页“想想议议”中的图14.2-2:
小组讨论:在内燃机中燃料燃烧释放的能量都到哪里去了?
结论:热机工作时,并不能将燃料燃烧释放的内能全部用来对外做有用功,有很大一部分能量在工作过程中损耗掉了.
2.分析能流图:
总结:由图可知,真正能转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧时所释放能量的一部分.热机工作时能量的损失由以下几部分构成:
(1)燃料没有完全燃烧;
(2)排出废气带走部分能量;
(3)克服摩擦,消耗能量(由于机械传动等要克服摩擦消耗能量);
(4)热机本身发热带走一部分能量.
二、热机的效率
1.定义:用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比称为热机的效率.
2.计算公式:热机的效率:η=W有用Q总×100%;其中W有用指用来做有用功的能量,Q总指燃料完全燃烧释放的能量.
3.提高热机效率的主要途径:
(1)燃料尽可能充分燃烧.比如内燃机要掌握好火花塞点火或喷油嘴喷油的最佳时间;蒸汽类热机,常将煤研磨成粉状,用风吹入锅炉内燃烧.这些措施都可以使燃料燃烧得更充分一些.
(2)尽量减少各类热量的损失.首先要减少燃烧过程中的热量损失;其次是要尽量简化机械传动部分,减少热机工作中的各种能量损失.
(3)在热机的设计和制造上,采取先进技术.比如先进的冷成形与连接技术,纳米技术等.
(4)使用时注意保养,保证良好的润滑.选用优良的润滑材料减小机器零部件之间的摩擦,减少因克服摩擦阻力而额外消耗的功,以减少机械能损失.
思路二
一、热机的能量损失
板书:热机的能量损失.
师:汽车排气筒有时冒出大量黑烟,说明什么?
生:说明燃料没有完全燃烧,有一部分能量被白白地损失掉了.
板书:1.燃料未能完全燃烧.
师:再想想,除此之外能量还会有些什么损失?
生:排出的气体中还具有内能.
师:对.有人曾用汽车的尾气加热汉堡就说明了这一点.除此之外,汽缸壁等也会传走一部分内能.
板书:2.废气和散热带走一部分内能.
师:以上这些都是没有转化成机械能的内能.那么曲轴获得的机械能是不是全部做了有用功呢?
生:不是,有一部分要传给飞轮以维持其继续转动.
师:除此之外,由于各零部件之间有摩擦,曲轴还需要克服摩擦做功.
板书:3.克服摩擦做功.
　　[过渡语]　由于以上原因,真正用来做有用功的能量只占燃料燃烧所能提供能量的一部分.所占比例的大小,也就成了热机性能的标志.为此我们来学习一个新的概念:热机的效率.
二、热机的效率
板书:二.热机的效率.
1.概念:用来做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.
由于能量损失的原因比较多,所以热机的效率一般都较低.
师:热机的使用非常广泛,尽管它的效率还不高,我们还是离不开它.问题的关键是如何改进和提高它的性能.经过上面的分析,谁能归纳一下改进热机的总体设想?
板书:如何提高热机的效率.
生1:让燃料尽可能充分燃烧.
生2:减小各部分之间的摩擦.
师:让其尽可能的完全燃烧,可通过改善燃烧环境,调节油、气比例等方式来实现.为了减小摩擦需要经常保养机器,适当调节各零部件间空隙,并注意保持润滑等.另外还应关停一些污染重、耗能大的热机,以提高热机的整体效率水平.
总结:提高热机的效率,并非易事,需要解决的问题还很多,甚至每前进一步都要付出艰苦的努力.不过我们相信,随着科学技术的飞速发展,以及新能源的不断开发,热机的性能一定会得到较大提高.我们也期待现在的青年中能涌现出更多瓦特式的人才,为人类研制出更新更好的热机.
【拓展延伸】　阅读一些热机的热机效率表,讨论这些热机中的能量转化效率情况.
一些热机的效率
蒸汽机
4%~8%
蒸汽轮机
25%~30%
汽油机
20%~30%
柴油机
30%~45%
喷气式发动机
50%~60%
　　小组讨论:热机的效率能达到100%吗?为什么?
结论:不能.因为热机在工作过程中一定有能量损失.
三、改变世界的热机
阅读教材P25“从火车到火箭”,尝试说一说热机的发展过程.
【拓展延伸】　“功率”和“效率”是两个意义不同的概念,功率是表示物体做功快慢的物理量,而热机效率是表示热机性能好坏的,是指用来做有用功的那部分能量跟燃料完全燃烧放出的能量之比,反映的是能量利用率的问题.
1.热值:
概念:燃烧相同质量的不同燃料,放出的热量是不同的.我们把某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比,叫做这种燃料的热值.
单位:固体、液体是J/kg;气体是J/m3.
2.热机的效率:
概念:用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比.
提高热机效率的方法:让燃料尽可能充分燃烧;尽量减少或利用各种热损失等.
1.关于热机效率,下列说法中正确的是 (　　)
A.热机做的有用功多,效率一定高
B.热机的功率大,效率一定高
C.热机单位时间内耗费的燃料少,效率一定高
D.以上说法都不对
解析:热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比;当热机做一定的有用功,消耗的燃料越少,效率越高,A错误;热机做功越快,表示热机的功率越大,与效率无关,B错误;做的有用功相同,单位时间内耗费的燃料越少,效率就越高,C错误.故选D.
2.两台汽油机,若甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率,则 (　　)
A.甲汽油机消耗的汽油少于乙汽油机消耗的汽油
B.甲汽油机的功率大于乙汽油机的功率
C.在功率相同的情况下,甲汽油机消耗的汽油少于乙汽油机消耗的汽油
D.在输出功相同的情况下,甲汽油机消耗的汽油少于乙汽油机消耗的汽油
解析:甲汽油机的效率高于乙汽油机的效率,说明消耗相同的汽油,甲汽油机做的有用功多;或者做相同的有用功,甲消耗的汽油少.A中缺少有用功这个条件,A错误;功率大只能说明做功快,与效率没有关系,所以B,C错误.故选D.
3.建筑工地上有一台大型汽车吊机,把100 t建筑材料从地面吊到15 m高处,汽车吊机做的有用功为　　　　J,在这个过程中,汽车吊机消耗柴油的质量为2.0 kg,则完全燃烧2.0 kg柴油释放的热量为　　　　J,该过程中汽车吊机的效率为　　　　%.(柴油的热值为q=4.3×107 J/kg,取g=10 N/kg)?
解析:建筑材料的重力:G=mg=1×105 kg×10 N/kg=1×106 N,汽车吊机做的有用功:W有用=Gh=1×106 N×15 m=1.5×107 J.柴油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=2.0 kg×4.3×107 J/kg=8.6×107 J.汽车吊机的效率:η=W有用Q放×100%=1.5×107 J8.6×107 J×100%≈17.4%.
【答案】　1.5×107　8.6×107　17.4
4.“五一”假期,小明一家自驾车外出旅游.当汽车以108 km/h的速度在高速公路上匀速直线行驶时,汽车受到的阻力是整车重的0.08倍,效率为40%.已知汽车整车质量为1375 kg,油箱容积为50 L.(汽油热值q=3.3×107 J/L,g=10 N/kg)
(1)这时汽车牵引力做功的功率是多少?
(2)该车加满一箱汽油,按照以上速度最多可以匀速直线行驶多远的路程?
解:(1)整车重:G=mg=1375 kg×10 N/kg=13750 N,汽车受到的阻力是整车重的0.08倍,即f=0.08G=0.08×13750 N=1100 N.汽车做匀速运动,则F=f=1100 N,汽车牵引力做功的功率为:P=Wt=Fst=Fv=1100 N×30 m/s=33000 W.　(2)汽油完全燃烧放出的热量:Q放=qV=3.3×107 J/L×50 L=1.65×109 J,汽车的效率为40%,而W总=Q放=1.65×109 J,则牵引力做的有用功为:W有用=ηW总=40%×1.65×109 J=6.6×108 J,汽车行驶的路程为:s=W有用F=6.6×108 J1100N=6×105 m.
一、燃料的热值
1.定义.
2.公式.
3.物理意义.
二、热机的效率
1.定义.
2.效率低的原因.
3.如何提高效率.
一、教材作业
【必做题】
教材第26页动手动脑学物理的1,2,3题
【选做题】
教材第26页动手动脑学物理的4题
二、课后作业
【基础巩固】
1.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低,这表明 (　　)
A.甲的功率比乙小
B.甲做的功比乙少
C.甲消耗的柴油多
D.甲柴油机内能转化成机械能的百分比小
2.关于热机的效率,下列说法中正确的是 (　　)
A.已经有热机的效率达到100%
B.热机的效率在不久的将来就会达到100%
C.热机的效率都在8%~45%之间
D.随着技术的进步,热机的效率还会进一步提高
3.为了提高热机效率,可采取的措施是 (　　)
A.采用热值高的燃料
B.降低热机功率
C.保证良好的润滑减少摩擦
D.以上措施都可以
4.在挑选汽车时,发动机效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一.有经验的司机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断.输出功率相同时,汽油味越淡,汽车发动机效率越　　　　,原因是　　　　　　　　.?
【能力提升】
5.如图所示表示汽油机的能量流向,对照此图,下列说法不正确的是 (　　)
A.废气的排放所占比例最大,减少该部分能量损失是提高热机效率的有效手段
B.冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率
C.该汽油机的热机效率为76%
D.该汽油机的能量利用率为30%
6.一台汽油机的热机效率为25%,表示的意思是　　　　的那部分能量在　　　　能量中占　　　　.用这台汽油机工作时,完全燃烧2 kg的汽油可做有用功　　　　J.(汽油的热值为4.6 ×107 J/kg)?
7.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4.2×103 J/(kg·℃),煤气的热值为4.2×107 J/kg,则吸收的热量为　　　　J,煤气完全燃烧放出的热量为　　　　J,煤气灶烧水的效率为　　　　%.?
【拓展探究】
8.某汽车公司组织了一次新车型节油大赛,比赛分两组:第一组使用A型车(排量1.2升),第二组使用B型车(排量2.0升),A,B型车外观和体积相同,属于同一产品系列.
(1)你认为下列评价方式中不能作为比赛评价标准的是　　　　.?
A.消耗相同体积的汽油,比谁行驶的路程长
B.行驶相同的路程,比谁消耗的汽油体积少
C.行驶相同的路程,比谁用的时间短
D.用行驶的路程消耗汽油的体积的比值大小作比较
(2)下表是三位车手的比赛成绩,第一组比赛中最节油的选手是　　　　.?
组别
选手
驾驶
车型
消耗
汽油(升)
行驶时
间(分钟)
行驶路
程(千米)
第
一
组
马健
A型
1
23.2
20.23
董杰
A型
1
28.6
22.59
陈超
A型
1
27.5
22.80
第
二
组
马健
B型
1
15.3
17.68
董杰
B型
1
18.2
19.10
陈超
B型
1
17.3
18.25
(3)从本次比赛数据看,　　　　型车比较节油.?
【答案与解析】
1.D[解析:将功率与效率混淆,误认为效率低的机械其功率小,A错误;忽略了总功一定的条件,得出甲做的功比乙少,或甲消耗的柴油多的结论,B,C错误;根据热机效率定义可知,甲热机的效率低,说明用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所放出的能量的百分比小,D正确.]
2.D[解析:热机在工作时,废气会带走一部分热量、燃料不可能完全燃烧、克服部件之间的摩擦会消耗能量等,所以热机的效率不可能达到100%,A,B错误;不同热机其效率不同,汽油机的效率比柴油机的效率低,并不是所有的热机效率都在8%~45%之间,C错误;随着技术的进步,提高燃料利用率、减少能量损耗,热机的效率还会进一步提高,D正确.]
3.C[解析:采用热值高的燃料,其利用率不一定高,不一定能提高热机的效率,A错误;降低热机的功率,减少热机在单位时间内做的功,其效率不一定提高,B错误;保证良好的润滑,减小摩擦,可以减少因摩擦损失的能量,可以提高热机的效率,C正确.故选C.]
4.高　燃料燃烧充分、效率高[解析:输出功率相同的汽车,燃烧相同的汽油(总能量相同),汽油味越淡,说明燃烧的越充分,燃烧放出的热量越多,转化成的有用功越多,发动机的效率越高.]
5.C[解析:热机的效率是指有效利用的热量与燃料完全燃烧放出的热量之比,要提高其效率,应尽量减少能量损失.由图示可知,废气带走了大部分能量,所以减少该部分的能量损失是提高热机效率的有效手段,A正确;冷却水带走的热量仅次于废气带走的热量,所以冷却水能量的二次利用可以提高能量利用率,B正确;该汽油机的热机效率η=100-33%-30%-7%=30%,C错误,D正确.故选C.]
6.热机用来做有用功　燃料完全燃烧放出的总　25%　2.3×107[解析:一台汽油机的热机效率为25%,表示的意思是热机用来做有用功的那部分能量在燃料完全燃烧时放出的总能量中占25%;完全燃烧2 kg的汽油放出的热量:Q放=mq=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;由η=W有Q放×100%得:可做有用功为:W有=ηQ放=25%×9.2×107 J=2.3×107 J.]
7.2.1×105　4.2×105　50[解析:水加热升温吸收的热量:Q=cm水Δt=4.2×103 J/(kg·℃)×1 kg×(70 ℃-20 ℃)=2.1×105 J;煤气完全燃烧放出的热量:Q=m煤气q=0.01 kg×4.2×107 J/kg=4.2×105 J.被水吸收的能量是有用的,所以Q有用=2.1×105 J,Q总=4.2×105 J,因此煤气灶烧水的效率:η=Q有用Q总×100%=2.1×105 J4.2×105 J×100%=50%.]
8.(1)C　(2)陈超　(3)A[解析:(1)行驶路程与时间的比值是速度,不影响油耗高低.(2)第一组三位选手在消耗相同体积汽油的情况下,陈超行驶的路程远,所以第一组比赛中最节油的选手是陈超.(3)A,B两种车型中,消耗相同体积汽油的情况下,A型车行驶的路程远,所以A型车比较节油.]
　　本节内容要用到利用能流图分析问题,这对于学生来说是首次,教学时可以结合图片解说帮助学生理解,提高学生的观察能力和分析能力.学生观察内燃机能流图,思考哪些是做有用功的能量,哪些是散失的能量,细致的分析问题,有助于学生养成缜密的思维习惯.
教学时注意联系实际,让学生能够利用学到的提高效率的方法应用于实际生活中,解决身边简单的问题.比如让学生个人调查自家使用供热设备及燃料情况,或者调查学校厨房及教室的供热方式等,从而培养学生调查研究、分析问题和解决问题的能力.
动手动脑学物理(教材第26页)
1.他克服重力做的功W=Gh=mgh=60 kg×9.8 N/kg×3×10 m=1.764×104 J;需要汽油的质量m=Qq=Wq=1.764×104J4.6×107J/kg≈3.8×10-4 kg=0.38 g,大约相当于1~2粒药片的质量(一般抗生素一颗药的质量多为0.25 g或0.5 g).
2.解:干木柴的热值约为1.2×107 J/kg,煤油的热值约为4.6×107 J/kg,由Q干木柴=Q煤油,即q干木柴m干木柴=q煤油m煤油,由此可得m干木柴m煤油=q煤油q干木柴=4.6×107J/kg1.2×107J/kg≈4(倍).
3.每辆汽车每年做的有用功W=mq×30%,若内燃机效率提高1%,则W=m'q×31%,则mq×30%=m'q×31%,m'=m×30%31%=1.8 t×30%31%=1.742 t,每辆车每年节约燃油1.8 t-1.742 t=0.058 t,全球每年节约燃油109×0.058 t=5.8×107 t.
4.提示:一方面可以降低油耗,提高经济效益,同时还可以大大地节约能源.
　　1.热机产生的影响
(1)燃烧煤、石油产生的污染物:氮氧化合物、粉尘、铅、二氧化硫(造成酸雨)等;
(2)汽车内燃机的废气和冷却水带走的热量约占60%,引起了热岛效应;
(3)噪声污染;
(4)废渣、废液的排放造成环境污染.
2.有助于理解热机效率的小实验:
准备十只相同的玻璃瓶或饮料瓶摆成一排,先用注射器和量筒量取100 mL水,注入第一个杯子中,接着依次把水从第一个杯子倒入第二个杯子,再从第二个杯子倒入第三个杯子,直至倒入第十个杯子,每次观察前后两个杯子中水量的变化,最后用量筒量出第十个杯子中水的体积.发现第十个杯子中的水体积明显变少了,这个小实验说明杯子中的水每倒完一次,总会有水残留在杯子内壁上,因此后面一个杯子中的水总是比前一个杯子中的水少.
能量在使用时也要经过多次转化,能量同样也会有损失,转化后的能量总是小于转化前的能量,这就涉及了所谓的“效率”问题.热机在将内能转化为机械能的时候,也存在“热机的效率”问题.
第3节　能量的转化和守恒
1.知道各种形式的能量是可以相互转化的.
2.知道在转化的过程中,能量的总量是保持不变的.
3.能举出日常生活中能量守恒的实例.
1.通过学生自己做小实验,发现各种现象之间的内在联系,体会各种形式能量之间的相互转化.
2.通过讨论,体会能量不会凭空消失,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.
1.通过自己动手做小实验,激发学生的学习兴趣,对物理规律有一个感性认识.
2.通过分组讨论锻炼学生分析问题、解决问题的能力.
【重点】　能量守恒定律.
【难点】　运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析.
【教师准备】　多媒体课件、视频、太阳能风扇等.
【学生准备】　铁架台、棉线、乒乓球、钢笔杆、塑料尺、火柴等.
导入一:问题导入
师:金属零件在砂轮上打磨时,为什么会发热发光?
生:因为通过克服摩擦力做功,机械能转化为零件的内能.
师:在煤气灶上放一锅冷水,过一段时间后水会变热,这是什么原因?
生:这是通过热量的传递使这锅水的内能增加.
　　[过渡语]　这些事例中,物体的内能为什么增加了?是凭空产生的还是由其他形式的能转化来的?能的转化过程中数量之间有什么关系?这是今天我们要学习的内容.
导入二:情境导入
组织学生进行几个小实验,注意观察实验现象,并且小组讨论四个小实验中分别发生了哪些能量转化.
实验1:来回迅速摩擦双手,手会感觉到发热.
讨论回答:机械能转化为内能.
实验2:黑塑料袋内盛水,插入温度计后系好,放在阳光下,过一会儿可观察到温度升高.
讨论回答:光能转化为内能.
实验3:太阳能小电扇放在阳光下一会儿,风扇就转动起来.
讨论回答:光能转化为电能再转化为机械能.
实验4:钢笔杆或塑料尺在头发上或者毛衣上摩擦几下,能够吸引小纸片.
讨论回答:机械能转化为电能.
教师总结:经过长期的探索,发现各种现象不是彼此孤立而是相互联系的.用能量的概念及能量转化的观点,可以反映这种联系.这节课我们就来学习这种联系.
一、能量的转化
思路一
一、能量的转化
1.自然界存在着多种形式的能量.
2.在一定条件下,各种形式的能量可以相互转化和转移.
演示1:划火柴.
演示2:用铁锤敲打烧红铁块.
【拓展延伸】　在判断能量是如何转化时,可先找出是哪一种形式的能量减少了,哪一种形式的能量增加了.增加的那一种形式的能量就是由减少的那一种形式的能量转化而来的.
　　[过渡语]　在生活中能量的转化现象是普遍存在的,你能说出几个?试着分析看看.
二、能量转化的事例分析
1. 小朋友滑滑梯;
分析:由于摩擦而使机械能转化为内能.
2.在气体膨胀做功的现象中;
分析:内能转化为机械能.
3.在水力发电中;
分析:水的机械能转化为电能.
4.在火力发电中;
分析:燃料燃烧释放的内能转化为电能.
5.电流通过电热器时;
分析:电能转化为内能.
6.电流通过电动机.
分析:电能转化为机械能.
有关能量转化的事例同学们一定能举出许多,请同学分析教材P27图14.3-1中的能量转化.
思路二
一、机械能与内能的转化
运动的汽车紧急刹车,汽车最终停下来.这个过程中汽车的机械能转化为轮胎和路面的内能.摩擦力做了多少功,内能就增加多少.
二、其他形式的能和内能的相互转化
1.介绍其他形式能:我们学习过机械运动有机械能,热运动有内能,实际上自然界存在着各种不同形式的运动,每种运动都有一种对应的能量,比如电能、磁能、光能、化学能、原子能等.
2.不仅机械能和内能可以相互转化,其他形式的能也可以和内能相互转化.视频、图片展示,举例说明:
(1)电炉取暖:电能→内能;
(2)煤燃烧:化学能→内能;
3.其他形式的能彼此之间都可以相互转化.画出图表让学生回答分析:
4.把一铁块放入盛有水的烧杯中,用酒精灯加热烧杯中的水,直至水沸腾.在这一过程中,铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高,内能增加.在这个过程中水的一部分内能通过热传递使铁块内能增加.铁块吸收多少热量,它内能就增加多少.
【拓展延伸】　一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程,那么外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加ΔE,即W+Q=ΔE.
二、能量守恒定律
【演示实验】　乒乓球自由落在地上会弹起来,但是越跳越低,最终会静止不动.
小组讨论:乒乓球弹起的高度越来越低,能量是否消失了?减少的能量到哪里去了?
分析总结:能量并没有消失.通过摩擦把机械能转化为内能,减少的机械能转化为内能.比如小球在跳动过程中会变热就是很好的证据.从而引出能量守恒定律.
　　[过渡语]　尽管有的时候,物体某种形式的能量,可能转移到几个物体或转化成几种形式的能量,但能量的总量不变.也就是说某个物体损失的能量等于另外几个物体得到的能量的总和.
能量的转化和守恒定律:
1.内容: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,能量的总量保持不变.
2.意义:是自然界最普遍的、最重要的定律之一.在形形色色的自然现象中,只要有能量的转化,就一定服从能量守恒规律.从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象,大到宇宙天体的演变,小到原子核内部粒子的运动,都服从能量守恒的规律.
3.作用:能量守恒定律是人类认识自然的重要依据.人类认识自然,就要根据种种自然现象总结规律,能量守恒定律就是人类总结出的规律之一,而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律. 能量守恒定律是人类利用自然的重要武器.纵观人类科学技术进步的历史,也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史.从原始人钻木取火,到水能的利用;从蒸汽机的发明,到电能的利用;从太阳能的广泛应用,到核能的利用.人类总是在认识、利用能源,逐步实现能量的转化.
【拓展延伸】　定律中能的转化是指通过做功使能的形式发生了改变,一种形式的能转化为其他形式的能.例如钻木取火就是通过克服摩擦做功,使机械能转化为内能.能的转移是指同一种能从一个物体转移到其他物体上(或者从物体的一部分转移到另一部分),能的形式没有改变.例如热传递过程中,内能从高温物体转移到低温物体.
4.永动机:
永动机有两种解释:早期的永动机是指不需要能量,且能永远运动下去.能量守恒定律发现之后,第一种永动机被证明不能实现.后来又有人提出另一种永动机,它不违反能量守恒定律,而且既经济又方便.比如,这种机器可直接从海洋或大气中吸取热量使之完全做功.由于海洋和大气的能量是取之不尽的,因而这种热机可永不停息地运转做功,也是一种永动机.然而在大量实践经验的基础上,英国物理学家开尔文于1851年提出了一条新的普遍原理:物质不可能从单一的热源吸取热量,使之完全变为有用功而不产生其他影响.所以这种永动机也是不可能实现的.
1.在一定条件下,各种形式的能量可以相互转化.能量可以从一个物体转移到其他物体.
2.能量守恒定律内容: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,能量的总量保持不变.
1.关于能的概念,下列说法正确的是 (　　)
A.速度大的物体的动能一定大
B.质量大的物体的重力势能大
C.空中飞行的子弹既有动能又有势能
D.用线吊在高处的小球没有机械能
解析:动能的大小跟速度大小和物体的质量有关,因此不能说速度大的物体动能一定大,A错误;重力势能的大小跟物体的质量和举高的高度有关,因此不能说质量大的物体重力势能大,B错误;空中飞行的子弹具有一定的速度和高度,同时具有动能和重力势能,C正确;用线吊在高处的小球具有一定的重力势能,有一定的机械能,D错误.故选C.
2.下列事例与能量转化描述正确的是 (　　)
A.煤炭燃烧——化学能转化为内能
B.给蓄电池充电——化学能转化为电能
C.植物光合作用——光能转化为内能
D.转动的电风扇——机械能转化为电能
解析:煤炭燃烧的过程中,燃料的化学能转化为内能,A正确;给蓄电池充电的过程中,消耗了电能,获得了化学能,B错误;植物光合作用是将光能转化为化学能,储存在植物体内,C错误;转动的电风扇工作过程中,消耗了电能,转化为机械能,D错误.故选A.
3.人造地球卫星在大气层外运行,不受空气阻力.当它从远地点向近地点运动的过程中,　　　　能转化为　　　　能.?
解析:卫星在大气层外运动,不受空气阻力作用,只有动能和势能的转化,因此机械能守恒.卫星在绕地球运动过程中,质量不变,在远地点时,和地球的相对高度最大,重力势能最大;当它从远地点向近地点运动时,高度降低,重力势能减小,速度增大,动能增大,重力势能转化为动能.
【答案】　重力势　动
4.蒸汽机、汽油机、柴油机都是将各种形式的能量转化为机械能,虽然效率各不相同,但能量都是　　　　(填“守恒”或“不守恒”)的.蒸汽机依靠水沸腾时产生的大量蒸汽带动,水的沸点受　　　　的影响.两种常见的内燃机中,效率较高的是　　　　(填“汽油机”或“柴油机”).?
解析:能量在转化的过程中,既不能凭空产生,也不能凭空消失,蒸汽机、汽油机、柴油机都是将各种形式的能量转化为机械能,虽然效率各不相同,但能量都是守恒的.液面气压增大,液体的沸点就会升高,所以水的沸点受液面上方气压的影响.柴油机的效率比汽油机的效率高说明柴油机损耗的能量比汽油机损耗的能量少,是因为柴油机在压缩冲程中,压缩的程度比汽油机大,燃烧更充分,燃气产生的压强更大,转化成的有用功更多.
【答案】　守恒　液面上方气压　柴油机
1.自然界存在着多种形式的能量.
2.在一定条件下,各种形式的能量可以相互转化和转移.
3.在能量转化和转移的过程中,能的总量保持不变.
一、教材作业
【必做题】
教材第29~30页动手动脑学物理的1,2,3题
【选做题】
教材第30页动手动脑学物理的4题
二、课后作业
【基础巩固】
1.下列对能量转化的描述不正确的是 (　　)
A.摩擦生热属于机械能转化为内能
B.发电机工作属于电能转化为机械能
C.光合作用属于光能转化为化学能
D.蓄电池充电属于电能转化为化学能
2.下列关于能量及其转化的说法正确的是 (　　)
A.物体匀速上升的过程中其机械能不变
B.热机的四个冲程中做功冲程将机械能转化成内能
C.给蓄电池充电将化学能转化成电能
D.风力发电将风的动能转化成电能
3.运载火箭在加速升空过程中,由　　　　能转化成机械能.?
4.电动自行车行驶时将　　　　能转化为机械能;紧急刹车时,轮胎与地面摩擦而发热,机械能转化为　　　　能.?
【能力提升】
5.动车组列车进站前的减速过程分为两个阶段进行:第一阶段采用“再生刹车”技术,速度从250 km/h减至90 km/h,这期间停止动力供给,列车依靠惯性继续前行,并带动发电机发电;第二阶段采用机械刹车,速度从90 km/h开始不断减小直至停止.关于列车进站过程中的能量转化,下列说法中正确的是 (　　)
A.第一阶段减小的动能全部转化为电能,即电能等于减小的动能
B.第一阶段减小的动能有一部分转化为电能,即电能小于减小的动能
C.第二阶段减小的动能主要转化为内能,且内能等于减小的动能
D.第二阶段减小的动能主要转化为内能,且内能大于减小的动能
6.图中电动机、白炽灯、电热水壶、热机的能量流向图不符合实际的是 (　　)
A.
B.
C.
D.
【拓展探究】
7.一个同学把乒乓球从1 m高处自然放手,反弹后不能上升到1 m高的地方.
(1)这是不是违反了机械能转化和守恒规律?为什么?
(2)若要使乒乓球反弹的高度超过1 m,你该怎么办?
【答案与解析】
1.B[解析:摩擦生热过程,机械能转化为内能,A正确;发电机工作过程,机械能转化为电能,B错误;光合作用属于光能转化为化学能,C正确;给蓄电池充电时,将电能转化为化学能,D正确.故选B.]
2.D[解析:物体匀速上升的过程中,其质量不变,速度不变,动能不变;同时其质量不变,高度增加,其重力势能增加,所以机械能变大,A错误;热机的四个冲程中做功冲程将内能转化为机械能;压缩冲程将机械能转化为内能,B错误;给蓄电池充电,消耗电能,产生化学能,将电能转化为化学能,C错误;风力发电将风的动能转化成电能,D正确.故选D.]
3.内[解析:火箭发射升空时,将燃料的化学能转化为燃气的内能,然后将产生的内能转化为火箭的机械能.]
4.电　内[解析:电动自行车行驶时,消耗了电能,转化为机械能,因此是将电能转化为机械能.紧急刹车时,轮胎与地面摩擦而发热,将机械能转化为内能.]
5.B[解析:第一阶段减速过程中,速度变小,动能变小,由于继续行驶并带动发电机发电,所以将一部分动能转化为电能.减小的动能有一部分转化为电能,因此电能小于减小的动能,A错误,B正确;第二阶段减小的动能有一部分转化为内能,有一部分转化成了电能,所以内能小于减小的动能,C错误,D错误.故选B.]
6.C[解析:电动机在工作时,消耗电能产生机械能和内能,A正确;白炽灯工作原理是电能先转化为内能然后内能转化为光能,有一部分内能损失掉了,B正确;电热水壶工作过程中的能量转化是将电能转化为内能,物体增加了一部分内能,还有一部分内能损失了,C错误;热机燃烧燃料释放能量的流向:①废气带走的能量;②克服摩擦做功消耗的能量;③向外散热;④转变为对外做有用功的能量,D正确.故选C.]
7.(1)没有违反机械能转化和守恒规律;因为乒乓球在下落和碰撞过程中,需要克服空气摩擦阻力来做功和有能量损耗,消耗掉一部分能量,发生了能量的转化;(2)用力向下打乒乓球,就给了乒乓球一个初速度,也就有了初动能,在碰撞和运动过程中会有能量损失,但是如果你给的初动能大于这个能量损失,即能量补给大于能量损失,那么乒乓球弹到原先高度时,乒乓球仍具有能量,还会向上运动,弹到高出原来的高度.[解析:乒乓球在下落过程中和碰撞过程中,需要克服空气摩擦阻力来做功和有能量损耗,消耗掉一部分能量.要想使乒乓球反弹的高度超过1 m,只要想办法增大其初始动能即可.]
　　能量守恒定律的文字表述是: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,能量的总量保持不变.教学时,由于能量守恒定律是一个普适定律,没有一个固定的表达式,也无法进行理论论证或数学推导,学生认识不到位,只有硬背下来的份.
如何将能量守恒定律理解的更为自然、顺畅呢?我们只要解决好能量不会凭空消失、能量不会凭空产生,自然也就能说明能量的总量保持不变了.而能量的转移与转化在之前的学习中学生已经掌握.如何说明能量不会凭空消灭,可以列举一些现象和运动的例子,讨论它们的能量是不是消失了.比如自行车停蹬以后,隔一会儿停下来,自行车的动能消失了吗?保温瓶内的沸水,几天以后凉到跟室温一样,沸水的内能消失了吗?所有这些,表面上看去能量消失了,但是实际上完全是能量之间的转化和转移,这些能量都没有消失.如何说明能量不会凭空产生.可先从一个简单例子入手,有一种自动机械手表,戴在手上,不用上发条,可运转很长时间,它的能量似乎是凭空产生的?先让学生讨论一下,很容易知道这是发条和齿轮间能量转化的结果,能量没有凭空产生.
动手动脑学物理(教材第29页)
1.子弹射出的过程中,内能转化为机械能;子弹上升的过程中,动能转化为重力势能;子弹下落的过程中,重力势能转化为动能;子弹陷入土地的过程中,机械能转化为内能.
2.太阳能电池工作时将吸收的太阳能的16%转化为电能;电动机工作时将所消耗的电能的83%转化为机械能;锂电池在充电时将消耗的电能的99%转化为化学能储存起来;柴油机工作时将柴油完全燃烧所放出的热量的35%转化为机械能;电热水器工作时将所消耗的电能的87%转化为内能.
3.解:水的体积V=40 L=0.04 m3,水吸收的热量Q吸=cm(t-t0)=cρV(t-t0)=4.2×103J/(kg·℃)×1.0×103 kg/m3×0.04 m3×(40 ℃-15 ℃)=4.2×106 J;天然气完全燃烧放出的热量Q放=qV=3.2×107 J/m3×(2366.05 m3-2365.89 m3)=5.12×106 J;故该热水器的热效率η=Q吸Q放×100%=4.2×106 J5.12×106 J×100%≈82%.
　　能量守恒和机械能守恒:
1.机械能守恒:是指在只有重力或弹力对物体做功的条件下(或者不受其他外力的作用),物体的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化,但机械能的总量保持不变.只有重力或弹力做功,即不考虑空气阻力及其他摩擦产生热而损失能量,所以机械能守恒是一种理想化的情况.
2.能量守恒:能量守恒定律指出能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,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其他物体,在转移或转化过程中其总量保持不变.能量守恒定律的成立是不需要条件的,因为所有能量都可以在一定条件下转换成人们所需要的各种形式的能量.比如煤燃烧后放出热量,可以用来生产蒸汽,推动蒸汽机转换为机械能,推动发电机转换为电能.电能又可以通过各种用电器转换为机械能、光能等.
3.机械能守恒定律的推论:
根据机械能守恒定律,当重力以外的力不做功,物体(或者某一系统)的机械能守恒.当重力以外的力做功不为零时,物体(或某一系统)的机械能要发生改变.重力以外的力做正功,物体(或某一系统)的机械能增加;重力以外的力做负功,物体(或某一系统)的机械能减少,且重力以外的力做多少功,物体(或某一系统)的机械能就改变多少.即重力以外的力做功的过程,就是机械能和其他形式的能相互转化的过程,在这一过程中,重力以外的力做的功是机械能改变的量度.
1.复习了解汽油机、柴油机的工作原理和过程;能够掌握汽油机与柴油机的异同点.
2.通过复习理解热值的含义,会利用 Q=mq进行热量的计算;了解热机效率的定义,会计算热机的效率.
3.理解能量守恒定律.
4.熟悉中考考点在这部分知识的考查题型、考查形式.
1.通过观察和列举事例,具备用能量转化和守恒的观点分析问题的能力.
2.通过相关计算,培养学生的计算能力.
3.通过复习和归纳,学会梳理知识的方法.
1.通过了解热机,知道内能的利用在人类社会发展中具有重要意义,培养学生学习科学知识的热情.
2.通过学习热机效率,培养学生具有一定的环保意识.
3.通过对本章知识的系统复习,将所学知识应用到实践中去,培养学生热爱科学的品质.
【重点】
1.热值的概念和单位,以及相关计算.
2.内燃机的基本构造和工作原理.
【难点】
1.热机效率的计算.
2.理解能量守恒定律.
热机定义:利用燃料燃烧释放出的能量做功的　　机械汽油机结构:进气门、排气门、活塞、曲轴、　　连杆、火花塞等工作原理:吸气、压缩、做功、排气　　　　四个冲程循环往复热机的效率热值:某种燃料完全燃烧放出的热量与　　其质量之比热机的效率定义:用来做有用功的能量与　　燃料完全燃烧放出的能　　量之比公式:η=Q有用Q总×100%能量的转化和守恒能量的转移和转化能量守恒定律: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　　　　　　其形式,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,　　　　　　能量的总量保持不变
专题一　热机
汽油机
柴油机
不
同
点
构造
顶部有一个火花塞
顶部有一个喷油嘴
吸气冲程
吸入汽油与空气的混合气体
吸入空气
点燃方式
点燃式
压燃式
效率
低
高
应用
小型汽车、摩托车
载重汽车、大型拖拉机
　　【专题分析】
在本专题中,热机的能量转化、热机的四个冲程的判断、汽油机和柴油机的区别、一个工作过程中做功次数和曲轴、飞轮转动圈数之间的关系是中考常考内容.其中一个工作过程中做功次数和曲轴、飞轮转动圈数之间的关系是这个专题的难点.
　汽油机的汽油在汽缸内燃烧时能量转化情况是　　　　,在设计制造时,汽缸外有一个水套,让汽缸被水包围着,这是通过　　　　的方式减少汽缸内能的.一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是1200 r/min,该汽油机每秒钟内完成　　　　个冲程,做功　　　　次.?
解析:汽油在汽缸内燃烧时,将化学能转化为内能.为了避免汽油机在工作时温度升得太高,汽缸外有一个水套,让汽缸被水包围着,通过水吸收热量使得汽缸温度降低,这是通过热传递的方式改变内能的.飞轮转速是1200 r/min=20 r/s,因为一个工作循环转2圈,完成4个冲程,做功一次;所以每秒完成10个工作循环,完成40个冲程,做功10次.
【答案】　化学能转化为内能　热传递　40　10
[规律总结]　汽油机的一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成.在一个工作循环中曲轴转2圈,飞轮转2周,对外做功一次.
专题二　热机的效率
热机的效率
热
值
定义:某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比
单位:固体和液体是J/kg;气体是J/m3
计算:Q=mq,Q=Vq
热
机
效
率
定义:用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比
计算:η=W有Q×100%
提高方法:1.尽量使燃料充分燃烧.2.设法利用废气的能量.
　　【专题分析】
热值反映了燃料的燃烧特性,即不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小.比如焦炭的热值为3.0×107 J/kg,它表示的意思是1 kg的焦炭完全燃烧时释放出的热量是3.0×107 J.热机效率是热机性能的重要指标,人们在技术上不断改进,减小各种能量损耗,以提高效率.在热机的各种能量损耗中,废气带走的能量在总体中所占比例最大,对这部分余热的利用是提高热机效率的主要途径.热机效率比较低,说明热机中燃料完全燃烧放出的能量中用来做有用功的部分比较少,即热机工作过程中损失的能量比较多.在本专题中,热机的效率比较、热机的效率计算、提高效率的措施、有用功的计算、消耗汽油或柴油的质量是中考常考内容.其中热机的效率计算、消耗汽油或柴油的质量是这个专题的难点.
　小明同学阅读了汽车发动机的说明书后,将内燃机的能量流向制成如图所示的图表,请根据给出的信息,计算该汽油机的效率为　　　　,用这台汽油机工作时,完全燃烧2千克的汽油可输出有用功　　　　J.请你写出一条提高汽油机效率的措施　　　　.(q汽油=4.6×107 J/kg)?
解析:由图可知,该汽油机的效率为:η=100%-33%-30%-7%=30%;完全燃烧2千克汽油放出的热量:Q放=mq汽油=2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×107 J;则:W有用=ηQ放=30%×9.2×107 J=2.76×107 J;根据图示热量损失途径,要提高汽油机效率,可让汽油燃烧更充分、减少尾气带走的热量、减少热量散失、减小摩擦.
【答案】　30%　 2.76×107　让汽油燃烧更充分
[规律总结]　热机效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,在工作过程中,损失的能量越少,热机的效率越高.任何机器都不可避免地做额外功,所以效率不可能达到100%.
专题三　能量的转化和守恒
能量的转化和守恒
能量的种类
机械能、内能、光能、化学能、电能等
能量的转移
能量的种类不发生变化
能量的转化
能量的种类发生变化
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,能量的总量保持不变
　　【专题分析】
在此专题中能量的转移和转化是一个难点,因此近几年中考常常围绕能量的转移和转化来考查,主要考查提供某几个现象的能量转化来判断正误,或者提供某一物理过程,分析此过程中各个阶段的能量转化,或者描述某一能量转化,分析哪种现象符合题意等,题型主要有选择、填空、实验题等.
　(2014·常州模拟)2014年3月13日,河南省许昌市将查获的8万余条假冒伪劣香烟送往天键热电厂,进行焚烧发电处理.预计可产生电能5×104 kW·h,焚烧假烟发电过程中的能量转化是 (　　)
A.化学能→内能→机械能→电能
B.化学能→机械能→内能→电能
C.内能→化学能→机械能→电能
D.机械能→化学能→内能→电能
解析:假烟具有化学能,燃烧时化学能转化为内能,通过热机转化为机械能,再通过发电机转化为电能.故选A.
[规律总结]　认清能量转移和转化的区别:能量的转移是指同一种能量从一个物体转移到其他物体或从同一物体的一部分转移到另一部分,能量的形式不变.能量的转化则是指能量从一种形式转化为其他形式,能量的形式发生了改变.
本章质量评估
(时间:90分钟　满分:100分)
一、选择题(每小题2分,共28分)
1.热机的效率较低,为了提高热机的效率,你认为下列方法目前不可能的是 (　　)
A.尽量使燃料充分燃烧
B.尽量减少各种热损失
C.尽量减少因克服摩擦力而额外消耗的能量
D.想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功
2.(2014·南充嘉陵区模拟)有关燃料燃烧及燃料的热值,下面说法正确的是 (　　)
A.燃料燃烧的过程中内能转化为化学能
B.燃料的热值越大,燃烧过程中放出的热量越多
C.燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
D.以上说法均不正确
3.(2014·天津塘沽区模拟)热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志,人类的现代生活已越来越离不开各种热机,热机从根本上改变着我们的世界.下列相关说法正确的是 (　　)
A.热机是把内能转化为机械能的装置
B.内燃机完成一个工作循环对外做功两次
C.使用热值大的燃料可提高热机效率
D.采取有效措施可以使热机效率达到100%
4.(2014·青岛模拟)下列关于能量转化、转移现象的说法中,错误的是 (　　)
A.电池充电,化学能转化为电能
B.用热水袋取暖,内能发生了转移
C.暖瓶塞被热气弹开,内能转化为机械能
D.电动机工作,电能转化为机械能
5.(2014·十堰中考)如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图,其中属于利用机械能转化为内能的冲程是 (　　)
6.某四冲程汽油机的转速为3000 r/min,则 (　　)
A.该汽油机每秒钟对外做功50次
B.该汽油机每秒钟活塞往复运动25次
C.该汽油机每秒钟对外做功25次
D.该汽油机每秒钟活塞完成50个冲程
7.下列有关能量转化和守恒的说法正确的是 (　　)
A.用电器通电工作时,将其他形式的能转化为电能
B.某种化学反应是放热反应,该反应将内能转化为化学能
C.植物光合作用合成有机物,说明能量可以创生
D.“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背了能量转化和守恒定律
8.下列关于能量转化的实例,你认为说法正确的是 (　　)
A.水轮机带动发电机发电,电能转化为机械能
B.燃料燃烧,化学能转化为内能
C.汽油机的做功冲程,机械能转化为内能
D.给蓄电池充电,化学能转化为电能
9.在进行如图所示的实验或操作有关装置时,能量转化由机械能转化为内能的是 (　　)
10.如图所示是一种新型“风光互补”景观照明灯, 它“头顶”小风扇,“肩扛”光电池板,“腰挎”照明灯,“脚踩”蓄电池.对于上述照明灯,下列解释合理的是 (　　)
A.光电池板是将电能转化为光能
B.照明灯是将内能转化为电能
C.小风扇利用风力发电,将机械能转化为电能
D.蓄电池夜晚放电,将电能转化为化学能
11.如图所示事例或实验中,属于内能转化为机械能的是 (　　)
12.(2014·岳阳中考)根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是 (　　)
A.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进
B.电水壶里的水沸腾了,给该电水壶断电,水的沸腾却永远不会停止
C.两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,继续冲上右斜面
D.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,默默地走了几十年
13.(2014·扬州模拟)如图所示是内燃机的某个冲程,下列几种情况中与该冲程能的转化方式一致的是 (　　)
14.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,宇宙中的能量总和永远不会增减
二、填空题(每空2分,共30分)
15.如图所示为汽油机工作过程中某一冲程的示意图,此图是　　　　冲程,有一种单缸汽油机在原有四个冲程的基础上增加两个冲程,成为六冲程汽油机,也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向汽缸内喷水,水在汽缸内汽化成水蒸气,水蒸气膨胀对外做功,这种汽油机一个工作循环有六个冲程,做功　　　　次,这种汽油机这样设计的目的是　　　　　　　　　　.?
16.“涡轮增压”是目前在各种汽油机和柴油机中采用的一项节能、提高热机功率的技术.它是利用热机排出的废气带动涡轮旋转,先将新鲜空气压缩后再送入内燃机的进气口.这样做的好处是　　　　(填“增大”或“减小”)排出废气所带走的能量,　　　　(填“提高”或“降低”)内燃机的效率.?
17.在我国西藏高原,有一个羊八井地热区,地热电厂担负着拉萨市一部分电力供应.工作流程如图所示,经过地下井→汽轮机→发电机,其能量转化过程是:将内能转化为　　　　能再转化为　　　　能.?
18.各种形式的能在一定条件下可以相互转化,如图已给出了两个实例,请你补充其余两个.
19.在一斜面的顶端有一物体以一定的初动能向下滑动,滑到斜面的底端时动能减少20 J,总机械能减少30 J,重力势能减少　　　　J.如果要使该物体从斜面的底端刚好能滑到斜面顶端,则物体的初动能至少应为　　　　J.?
20.(1)利用能量转化与守恒的观点分析家用液化气炉灶能量利用率达不到100%的原因,并提出提高家用液化气炉灶能量利用率的措施.
(2)在寒冷的冬天为使自己的身体暖和一些,请你用不同的物理知识(概念、原理),写出一种能够使身体暖和的方法并简要说明理由.
(1)原因　　　　;措施　　　　　　　　　;?
(2)方法　　　　;理由　　　　　　　　　.?
三、简答题(12分)
21.(2014·抚顺中考)2014年5月,沈阳地区下了一场罕见的冰雹,此次冰雹给不少市民的财产造成了损失,如图所示为冰雹过后停在路边的一辆轿车,它的车窗已经千疮百孔,请问:
(1)冰雹在下落过程中能量如何转化(忽略空气阻力)?
(2)下落的冰雹为什么能将车玻璃砸坏?
四、计算题(第22小题12分,第23小题18分,共30分)
22.(2014·江西中考)莲莲家的汽车尾部上标有“2.0T”的字样,其中“T”就是“涡轮增压”,是利用高温、高压的废气去冲击“废气涡轮”高速旋转,来带动同轴的“进气涡轮”也高速旋转,从而增加吸气冲程的进气量并增大进气气压,使汽油燃烧更充分,燃气压强更大,同时也减少了废气中的有害物质,达到提高发动机效率和减少废气污染的目的.这辆汽车的最低油耗可达0.2 kg/(kW·h),已知汽油的热值为4.6×107 J/kg.则:[温馨提示:最低油耗是指燃烧最少的汽油获得最大有用功的能量;0.2 kg/(kW·h)表示获得1 kW·h能量消耗0.2 kg汽油]
(1)0.2 kg的汽油完全燃烧时放出的热量为多少?
(2)该汽车发动机的效率最高可达多少?(结果保留整数)
23.用煤炉烧水,燃烧0.4 kg的煤可使5 kg的水从25 ℃加热到95 ℃.求:[c水=4.2×103 J/(kg·℃),q煤=3.4×107 J/kg]
(1)完全燃烧这些煤放出的热量是多少?
(2)水需要吸收的热量是多少?
(3)该煤炉的效率?
【答案与解析】
1.D[解析:在现有条件下,热机工作过程中燃料不可能完全燃烧,机械摩擦和散热要消耗能量,废气带走较大部分能量,所以燃料燃烧释放出的热量不可能全部做有用功.故选D.]
2.D[解析:燃料燃烧的过程中,将化学能转化为内能,A错误;燃料燃烧放出的热量与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系,因此热值大的燃料不一定放出的热量多,B错误;燃料的热值只与燃料的种类有关,与燃料的燃烧情况无关,C错误,D正确.故选D.]
3.A[解析:热机是利用内能来工作的机器,其中能量的转化是将内能转化为机械能,A正确;四冲程内燃机的一个工作循环包括四个冲程,对外做一次功,B错误;燃料的热值是燃料的特性,燃料的热值大,只能说明完全燃烧1 kg的燃料放出的热量多,而热机的效率是指热机有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比,使用热值大的燃料,不一定能提高热机的效率,C错误;热机工作时,总要克服摩擦做功、总有部分能量散失到空气中,所以用来做有用功的能量一定小于燃料完全燃烧产生的能量,因此热机效率一定小于100%,D错误.故选A.]
4.A[解析:电池充电,将电能转化为化学能,A错误;用热水袋取暖,通过热传递的方式获得能量,发生了内能的转移,B正确;暖瓶塞被热气弹开,将内能转化为机械能,C正确;电动机工作,将电能转化为机械能,D正确.故选A.]
5.B[解析:在汽油机的四个冲程(吸气、压缩、做功、排气)中,机械能转化为内能的是压缩冲程.A图一个气门打开,活塞向下运行,汽缸容积增大,是吸气冲程,错误;B图气门都关闭,活塞向上运行,汽缸容积减小,是压缩冲程,正确;C图气门都关闭,火花塞喷出电火花,活塞向下运行,汽缸容积增大,是做功冲程,错误;D图一个气门打开,活塞向上运行,汽缸容积减小,是排气冲程,错误.故选B.]
6.C[解析:由题意可知,飞轮转速是3000 r/min=50 r/s,因为一个工作循环中曲轴和飞轮转动2圈,所以汽油机每秒钟完成25个工作循环,对外做功25次,A错误,C正确;一个工作循环中,活塞往复2次,完成4个冲程,所以汽油机每秒钟活塞往复运动50次,完成100个冲程,B,D错误.故选C.]
7.D[解析:用电器通电工作时,将电能转化为其他形式的能,A错误;某种化学反应是放热反应,将化学能转化为内能,B错误;能量不能凭空产生,此说法违背能量守恒定律,C错误;马儿跑需要消耗能量,而草能够为马儿提供能量,因此“既要马儿跑,又要马儿不吃草”违背能量守恒定律,D正确.故选D.]
8.B[解析:水轮机带动发电机发电,将机械能转化为电能,A错误;燃料燃烧将化学能转化为内能,B正确;汽油机做功冲程对外做功,将内能转化为机械能,C错误;给蓄电池充电时,把电能转化成化学能储存在电池里,D错误.故选B.]
9.A[解析:下压活塞时,活塞对封闭气体做功,机械能转化为内能,A正确;由图可知,这是内燃机的做功冲程,该冲程中燃气的内能转化为活塞的机械能,B错误;电暖器工作时,电能转化为内能,C错误;用太阳能热水器加热冷水,太阳能转化为内能,D错误.故选A.]
10.C[解析:光电池板是把光能转化为电能,A错误;照明灯将电能转化为光能和内能,B错误;小风扇利用风力发电,将机械能转化为电能,C正确;蓄电池在夜晚放电时,将化学能转化为电能,D错误.故选C.]
11.C[解析:搓手取暖,钻木取火,都是机械能转化为内能,A,B错误;水蒸气顶开软木塞,是利用水蒸气的内能来做功,把内能转化为机械能,C正确;由滑梯上滑下,臀部会有灼热感,机械能转化为内能,D错误.故选C.]
12.C[解析:子弹高速运动射穿木板,说明子弹具有动能,由于摩擦生热会使动能减小,速度减慢,A错误;在电水壶的使用过程中,消耗了电能,水的温度升高,内能增加,断电后水不再吸收热量,沸腾会停止,B错误;两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,由于具有动能,会继续冲上右斜面,C正确;机械表工作靠表内弹簧的弹性势能转化为动能,几天就会消耗完,不会默默走了几十年,D错误.故选C.]
13.C[解析:进气门和排气门都是关闭的,活塞上行,因此是压缩冲程,压缩冲程中机械能转化为内能.滚摆上升时,质量不变,速度减小,高度增加,动能转化为重力势能,A错误;火箭升空时,内能转化为机械能,B错误;钻木取火是克服摩擦做功,机械能转化为内能,C正确;瀑布将水的重力势能转化为水的动能,D错误.故选C.]
14.D[解析:能量守恒定律适用于自然界中任何形式能的相互转化,A错误;能量守恒定律既适用于能量转化过程,又适用于能量转移过程,B错误;“摩擦生热”是将机械能转化为内能,符合能量守恒定律,C错误;据能量守恒定律,宇宙中能量总和不变,D正确.故选D.]
15.压缩　2　提高热机的效率[解析:图中的气门都关闭,活塞向上运行,汽缸容积减小,是压缩冲程.比原有的四冲程汽油机多做一次功,因此六个冲程中共做功两次,因为是利用排气冲程后的余热,所以大大提高了热机的效率,节约了能源.]
16.减小　提高[解析:在热机的能量损失中,废气带走了大部分的热量,所以“涡轮增压”利用热机排出的废气带动涡轮旋转,充分利用了废气带走的热量,提高了热机的效率.]
17.机械　电[解析:地热发电站发电时,先利用地下井获得地热,将水加热成水蒸气,水蒸气膨胀推动活塞,使汽轮机转动工作,将水蒸气的内能转化为机械能,汽轮机带动发电机工作,将机械能转化为电能.所以整个过程能量的转化是:内能→机械能→电能.]
18.电动机　热机[解析:电动机通电后转动,将电能转化为机械能;热机包括(蒸汽机、汽油机、柴油机等),在工作过程中将内能转化为机械能.]
19.10　40[解析:物体在斜面顶端以一定的初动能向下滑动时,同时具有动能和重力势能.滑到斜面底端时动能减少20 J,总机械能减少30 J.由于机械能是动能和势能的总和,所以重力势能减少了30 J-20 J=10 J.如果要使该物体从斜面底端刚好能滑到斜面顶端,物体应消耗克服摩擦减少的30 J机械能,同时还要使物体具有10 J的重力势能,因此其初动能至少应为30 J+10 J=40 J.]
20.(1)一部分能量散失到空气中,同时燃料燃烧不充分　减少热量散失,并使燃料充分燃烧　(2)搓手　做功可以改变物体的内能[解析:(1)一部分能量散失到空气中,同时燃料燃烧不充分;可以减少热量散失,并使燃料充分燃烧;(2)办法一:搓手,使手暖和.理由一:用做功的方法改变物体的内能.办法二:用暖手袋取暖,使手暖和.理由二:用热传递的方法改变物体的内能.]
21.(1)重力势能转化为动能.　(2)下落的冰雹具有很大的动能,同时力可以改变物体的形状,所以下落的冰雹能将车玻璃砸坏.[解析:(1)冰雹在下落过程中质量不变,高度减小,速度增加,重力势能转化为动能;(2)下落的冰雹具有很大的动能,可以对外做功,同时力可以改变物体的形状,因此下落的冰雹能将车玻璃砸坏.]
22.解:(1)0.2 kg汽油完全燃烧放出的热量:Q放=mq=0.2 kg×4.6×107 J/kg=9.2×106 J.(2)消耗0.2 kg汽油汽车获得的能量为:W=1 kW·h=3.6×106 J,汽车发动机的效率:η=WQ放×100%=3.6×106 J9.2×106 J×100%≈39%.
23.解:(1)煤完全燃烧产生的热量:Q放=m煤q煤=0.4 kg×3.4×107 J/kg=1.36×107 J.　(2)水吸收的热量:Q吸=c水m水(t-t0)=4.2×103 J/(kg·℃)×5 kg×(95 ℃-25 ℃)=1.47×106 J.　(3)煤炉烧水时的热效率:η=Q吸Q放×100%≈10.8%.