苏教版九年级物理上册13.4机械能与内能相互转化课件(共61张PPT)

(共61张PPT)
苏教版新教材九年级上册同步教学课件
13.4
机械能与内能的相互转化
教学目标
1
2
通过观察、分析知道机械能和内能之间可以相互转化
借助于模型和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程
通过学习了解燃料的热值，知道热值是燃料的属性，能利用热值进行计算
温故知新—内能的获得方式
说说右图中分别是通过什么方式改变内能的？
图一、______
图二、______
通过燃料的燃烧，燃料内部的
______能转化为____能。
从能量转化的角度分析：
化学
内
内能的获得方式之3
1、直接加热物体
内能的利用
燃烧放热，直接向人们提供热量，供人类取暖和加热食物。
如图所示在一个试管中装一些水，用软木塞塞紧。对试管加热使水沸腾，会看到什么现象，说明什么问题？
内能除了带给人类温暖以外，还能做什么呢？
2、加热气体，气体体积膨胀对外做功
燃料的
_____能
水蒸汽的_____
塞子运动的______
在点火仪器的玻璃筒内，放入少量干燥的棉花，用力迅速向下压活塞，说说你看到的现象？
在点火仪器的玻璃筒内，放入少量的酒精，打开电火花开关，说说你看到的现象？
将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的机器统称为热机。
也称内燃机
1、工作原理：
2、分类：
燃料在_____内燃烧，产生高温高压的气体对活塞_____。
______和_______
两种
。
汽缸
做功
汽油机
柴油机
热机
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
飞轮
内燃机的构造
冲程：
1、活塞从汽缸的一端
运动到另一端的过程，
叫做一个冲程
2、内燃机的一个工作循环
有四个冲程,分别是：
______冲程、_____冲程、
_____冲程、_____冲程。
吸气
压缩
做功
排气
汽油机的工作原理
吸气冲程：
进气门____，
排气门____，
活塞向___运动，________的混合物进入气缸。
曲轴转____周。
打开
关闭
下
汽油和空气
半
汽油机的工作原理
压缩冲程：
进气门和排气门_______，
活塞向__运动，
燃料混合物被____。
内能变______
能量转化：_________
都关闭
上
压缩
曲轴转____周。
半
机械能
内能
大
汽油机的工作原理
做功冲程：
在压缩冲程结束时，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___运动，带动曲轴转动,对外________。
下
做功
内能
机械能
能量转化：
汽油机的工作原理
排气冲程：
进气门_____，
排气门_____，
活塞向____运动，
把______排出气缸。
废气
上
打开
关闭
半
曲轴转____周。
汽油机的工作原理
汽油机工作的四个冲程中，只有____冲程燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的
________
来完成。必须靠外力来启动.
做功
飞轮的惯性
汽油机的工作原理
问题
汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？
答：通过_____先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗____能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程.内燃机一旦开始做功，___能就会转化成曲轴的______能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的____性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的______能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。
外力
机械
内
机械
惯
机械
1、在做功冲程燃气对活塞做功，____能转化为_____能。其余三个冲程靠消耗飞轮的________来完成.
分析的结论
思考：
1.
在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？
压缩冲程：
机械能
内能
做功冲程：
机械能
内能
2.
哪个冲程获得动力？
做功冲程。（其它三个冲程又叫做辅助冲程。）
汽油机的工作原理
柴油机
柴油机也是常见的热机。它是用_____作为燃料来工作的热机。
柴油机
与汽油机比较一下,想一想它们的区别与联系。
吸气冲程
空气
进气门____，
排气门_____。
活塞由___端向____端运动，将_____吸进气缸。
压缩冲程
进气门和排气门____，
活塞向____运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更___，温度更____。
在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
做功冲程
在压缩冲程末，从______
喷出的雾状____遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向____运动，并通过连杆带动曲轴转动。
喷油嘴
柴油
排气冲程
燃烧后的废气
进气门____，排气门______，活塞向____运动，把_____排出气缸。
1、吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是___而不像汽油机那样吸入的是___________的混合物。
2、压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温的气体，其温度超过柴油的燃点。
3、做功冲程：在压缩冲程的最后状态，由____向汽缸内喷射雾状的_____，这些雾状的____在汽缸内高温的空气中燃烧起来，这种点火方式称为____式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。
4、排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个循环做好准备。
　　
柴油机分别在火车,坦克,轮船和挖土机上运用.
柴油机比汽油机要笨重些，但柴油机的效率___，功率____，　
柴油机
1.热机.
2.内燃机分为汽油机和柴油机.
3.汽油机和柴油机的相同点和不同点.
我的收获
1.四冲程汽油机的工作过程由(
).(
).(
).(
)四个冲程组成的.
2.四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是(
)冲程,做功冲程是(
)能转化为(
)能.
3.汽油机吸入汽缸的是(
),点火方式是(
).柴油机吸入汽缸的是(
),点火方式是(
).
我学会了吗？
生活处处有物理
物理时时为生活
1、如图是内燃机工作循环中的某个冲程，它是（　　）
A．吸气冲程
B．做功冲程
C．压缩冲程
D．排气冲程
2、下列说法正确的是（　　）
A．燃料的热值与燃料燃烧放出的热量多少有关
B．比热容与物质吸收或放出热量多少，温度变化多少有关
C．双手互搓会感到手发热，是因为做功增加了手的内能，温度升高
D．汽油机的压缩冲程是把内能转化为机械能
3、关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法，其中正确的是（
）
①在压缩冲程中，是机械能转化为内能
②在做功冲程中，是内能转化为机械能
③只有做功冲程是燃气对外做功
④汽油机和柴油机的点火方式相同
A．只有②③
B．只有①③
C．只有②④
D．只有①②③
4、如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是（　　）
A．图甲，厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少
B．图乙，瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增大
C．图丙，试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少
D．图丁，汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增大
5、关于热机效率，下列说法正确的是
A．蒸汽机的效率高于汽油机的效率
B．热机所做有用功越多，它的效率就越高
C．内燃机的效率越高，它消耗的燃料就越少
D．热机效率越高，它将内能转化为机械能的比例越大
6、一个四冲程热机的飞轮转速为2400r/min，它1s完成了（　　）
A．60个冲程，做了30次功
B．120个冲程，做了60次功
C．40个冲程，做了20次功
D．80个冲程，做了20次功
7．关于燃料的热值，以下说法正确的（　　）
A．燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小
B．0
.5g汽油和2kg汽油，它们的热值一样大
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．煤油的热值比酒精大，就是说煤油完全燃烧放出的热量比酒精多
8、甲、乙两台热机燃料种类和燃烧情况相同，甲的效率比乙的效率低，这表明（　　）
A．甲热机比乙热机做的有用功少
B．甲热机比乙热机消耗的燃料多
C．在做有用功相同的条件下，消耗同种燃料，甲比乙消耗的多
D．在做有用功相同的条件下，甲损失的能量比乙少
填空题
11．一台四冲程汽油机，活塞向上运动的是_____________
和____________
冲程，若在一分钟内火花塞点火1800次，则此汽油机做功___________次。
12．汽油机工作时，内能转化为机械能的是______冲程；质量为5kg的水，如果温度升高20℃，吸收的热量是_______J。（
）
13．如图甲是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图。
(1)由图甲可以看出，它此时正处在______冲程，其能量转化情况与______
(选填“乙”或“丙”)图相同；
(2)如果此汽油机每秒对外做功
20
次，则汽油机每秒内完成______个工作循环，飞轮的转速为______r/min。
14．细心的小红发现用火炉烧水，水沸腾时壶盖不断地振动，这是因为燃料燃烧时把____能转化为_____能，通过____的方式把热量传递给水和水蒸气．壶盖在不断地振动过程中，能的转化情况与图中汽油机_____(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)冲程相同．图中汽油机的曲轴依靠惯性运动的冲程有______(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)．
22．如图所示，甲、乙、丙三图中的装置完全相同．燃料的质量都是10g，烧杯内的液体质量也相同．假设燃料完全然烧释放热量都被液体吸收．
（1）若比较不同燃料的热值，应选择______两图进行实验，燃料完全燃烧放出热量的多少，是通过_____来反映的，通过本次试验得到的燃料热值与实际热值相比偏______（选填“大”或“小”）．
（2）若比较不同物质的吸热本领，应选择____两图进行实验；不同物质吸热的多少是通过____来反映的．
四、机械能与内能的
相互转化（2）
燃料的热值
学习目标
1、通过实验探究，明确热值的意义。
2、知道热值与密度一样，是燃料的一种属性，只与物质的种类有关。
3、知道燃烧放热公式Q=
mq
和Q=
vq
的应用，会对物体进行吸热和放热计算。
1.活动：比较质量相等的不同燃料
充分燃烧时放出的热量
10
10
15
11
结论：
相同质量的酒精与碎纸片完全燃烧时，酒精比碎纸片放出的热量
。
更多的实验表明，相同质量的不同燃料完全燃烧所放出的热量一般是
的。
2．燃料的热值
定义：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，称为该燃料的热值。
大小等于：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值.用符号“q”表示，
单位：J/kg。
氢气的热值是14.3×107J/kg，含义是：
质量为1Kg的氢气完全燃烧时放出的热量为14.3×107J
公式：Ｑ放=
mq
Q放=Vq
常见燃料的热值（单位：J/Kg）
煤油
4.6X107
木炭
3.4X107
汽油
4.6X107
无烟煤
3.4X107
氢气
14.3X107
石油
4.4X107
焦碳
3.0X107
天然气
4.4X107
柴油
3.3X107
烟煤
2.9X107
煤气
4.2X107
酒精
3.0X107
干木柴
1.2X107
气体
液体
固体
特别强调：
热值是燃料的一种属性，只跟燃料自身的种类有关；与其他任何因素都无关（诸如：质量大小、是否燃烧、燃烧是否完全、放出热量的多少等）。
气体热值的单位可用：J/m3，表示每立方米的气体完全燃烧放出的热量为多少焦。
例题：
把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的燃烧值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
解：
Q吸
=C
m1
(t-t0)
=4.2×103J/(kg·℃)×5kg×(100℃-40℃)
=1.26×106J
Q吸
=Q放
=1.26×106J
干木柴质量
m2=
=
=
Q放
q
1.26×106J
1.2×107J/kg
事实上烧开这壶水时用掉的干木柴远不止是0.105Kg,想想看是什么什么原因？
总结：
炉子的效率：η=
同样，热机在工作时，对外做的功与燃料燃烧时发出的热量也是不同的；
热机工作时的效率：η=
提高热机的效率:使燃料充分燃烧;尽量减少各种热量损失；在热机的设计和制造上采用先进的技术；注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
Q吸/Q放
W有用/Q放
1）改善燃烧的条件，使燃料尽可能充分燃烧。
2）尽可能减少各种
热量损失。
提高燃料利用率的措施
能量与环境
课堂小练
2．小明家新安装了一台容积为0.5m3的太阳能热水器，加满水后，经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到了40℃。问：在这4h内水吸收了多少热量？
若这些热量由效率为20％的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少千克焦炭？（焦炭的热值为3.0X107J／kg）
4.2X107J
7kg
课堂小练
3.柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机得效率是30%，在柴油机内完全燃烧2Kg柴油能放热
J，这些热通过柴油机的转化能对外做有用功为
J.（柴油的热值是3.3X107J/Kg）
6.6X107
1.98X107
课堂小练
1．煤油的比热容是2.1×103J/（kg·℃），用去一半后，剩余煤油的比热容为
J/（kg·℃）。煤油的热值是4.6×107J/kg，其物理意义是：
，
用去一半后，剩余煤油的热值为
J/kg。
3．燃烧效率和热机效率
酒精完全燃烧放出的热量除了被水吸收以外，铁架台、石棉网、烧杯也吸收了热量，同时还有一部分热量散失到空气中，酒精没有全部燃烧也要损失一部分能量。因此，水吸收的热量只占酒精完全燃烧放出的热量中的一部分。
当然，这部分热量在酒精完全燃烧放出的热量中所占的比例越大越好，这个比例相当于我们前面学过的什么知识？（
）
机械效率
如何提高热机的效率
使燃料充分燃烧;
尽量减少各种热量损失；
在热机的设计和制造上采用先进的技术；
注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。