机械能与内能的转化.docx
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机械能与内能的转化
机械能与内能的转化
适用学科
物理
适用年级
初三
适用区域
苏科版
课时时长（分钟）
60
知识点
1.热机的能量转化
2.四冲程内燃机的构造和工作原理
3.热机的效率
4.能量的转化与守恒
教学目标
1．知识与技能
1．通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其他形式能向内能的转化过程；
2．通过观察、分析内能转化为机械能的实例，知道热机的工作原理；
3．借助模型或挂图等媒体，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程；
4．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；
5．能从能量转化的角度认识燃料的热值，知道不同燃料的热值不同，会查热值表；
6．会进行燃料燃烧放热的简单计算；
7．初步认识能源与人类生存和社会发展的关系，树立可持续发展的观念。
二．过程与方法
1．通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式，是其他形式能向内能的转化过程；
2．通过观察、分析内能转化为机械能的实例，知道热机的工作原理；
3．借助模型或挂图等媒体，了解四冲程汽油机的基本结构及其工作过程；
三．情感态度与价值观
初步认识能源与人类生存和社会发展的关系，树立可持续发展的观念。
教学重点
四冲程内燃机的构造和工作原理
教学难点
能量的转化与守恒
教学过程
一、复习预习
内能的改变
1、产生：
温度差
2、方向：
高温传递到低温
3、过程：
高温物体放热、低温物体吸热
4、终止：
温度相等
5、实质：
内能的转移
热量
定义：
热传递过程中转移内能的多少。
（Q）单位：
焦耳（J）
特征：
1、热量为内能的变化量，是过程量。
2、不能说物体含有或具有多少热量。
3、通常说物体放出或吸收多少热量。
二、知识讲解
课程引入：
除了通过热传递的方式来改变内能，还有其他方法能够改变内能吗？
方法：
对物体做功（机械能转化为内能）
弯折发热摩擦生热压缩引火
辨析：
1.两者的区别和联系。
本质不同效果相当
2.对物体做功，物体内能一定增加吗？
考点/易错点1内能的改变
思考：
还有其他能量能够转化为内能吗？
方法：
电加热燃烧等化学反应
1、物质：
燃料
2、条件：
A、温度达到燃点B、需要空气
3、实质：
化学能转化为内能
猜想：
燃料燃烧放出的热量与哪些因素有关呢？
（质量）（燃料种类）（燃烧程度）
考点/易错点2燃料燃烧放出的热量与燃料种类的关系。
方案：
1.利用什么方法来研究该课题？
（控制变量法）（转换法）
2.如何控制相关变量？
（完全燃烧）
3.怎样反映燃料放出的热量？
（烧水）（比温度升高）（相同质量水）
4.需要准备哪些测量仪器？
如何操作？
（温度计）（天平）
结论：
相同质量的不同燃料完全燃烧放出的热量不同。
说明不同燃料燃烧放热能力不同。
评估：
1.实验方案中还有哪些需要优化的地方？
2.如何科学反映燃料燃烧放热能力呢？
考点/易错点3热值
定义：
1kg（1m3）某种燃料（燃气）完全燃烧放出的热量叫做这种燃料的热值（q）。
公式：
q=Q/m燃气：
q=Q/V
单位：
J／kgJ／m3
意义：
热值是燃料的一种特性。
内能的利用：
生活中又如何利用内能呢？
1、转移：
加热物体
2、转化：
使物体获得机械能
考点/易错点4热机热机的效率
（1）热机能量是损失
①燃料未能完全燃烧
由于燃料的优劣，内燃机气缸与活塞的密封程度等原因，热机不可能将燃料完全燃烧，这必将有一部分能量损失。
不过，这里损失的能量很小。
②废气带走很大一部分能量
四冲程内燃机的一个工作循环中，排气冲工程将气缸中的废气排放掉，但此时废气的温度仍很高，内能较大。
③一部分能量消耗在散热上
热机大部分是由金属制成的，金属是热的良导体，传递了部分燃料燃烧所释放的热量，所以散热也是能量损失的一个方面。
④克服摩擦做功
活塞和曲轴在运动时克服摩擦做做功，这部分能量也要靠燃料燃烧的内能来提供
（2）热机的效率
①定义：
用来做有用功的那部分能量个燃料完全燃烧所释放的能量之比
②公式
③由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1.
（3）提高热机的效率的主要途径
①使燃料充分燃烧
②尽量减少各种热损失
③在热机的设计和制造上，采用先进的技术
④使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。
考点/易错点5能量转化
能量转化
实验探究：
在透明塑料盒的地步钻一个孔，把电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。
我们将会看到，透明塑料盒内的酒精剧烈燃烧，塑料盒盖被高温高压气体推出，在盒口不远处有水雾产生，在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的内能减少，转化为塑料盒盖的机械能。
根据这一原理，可以制造出一种讲内呢过转化为机械能的机器。
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。
最常见的内燃机是四冲程的汽油机和四冲程的柴油机。
汽油机是以汽油味燃料的内燃机。
汽油机的工作过程如下表：
冲程名称
吸气冲程
压缩冲程
做工冲程
排气冲程
进气门开闭
打开
关闭
关闭
关闭
闭气门开闭
关闭
关闭
关闭
打开
活塞运动方向
向下
向上
向下
向上
冲程作用
吸入燃气和空气的混合气体
压缩燃料和空气混合气体做功，使其压强增大、温度升高
在当活塞到达气缸顶端时，火花塞打火，点燃燃料，产生的高温高压燃气推动活塞做功。
通过连杆、曲轴带飞轮转动
排除废气
能的转化
无能量转化
压缩燃料和空气的混合气体，机械能转化成内能
燃料燃烧，化学能转化成燃气的内能，燃气推动活塞做功，内能转化成机械能
无能量转化
三、例题精析
【例题1】
【题干】（2014•德州）如图是乘客应如何安全使用自动扶梯的图片，其中蕴含着许多物理知识，乘客在水平台阶上随自动扶梯匀速上升的过程中，下列说法正确的是（ ）
A．乘客的机械能保持不变
B．扶梯扶手因摩擦生热内能增加
C．乘客相对于她所站立的台阶是运动的
D．竖直方向上乘客受到的支持力大于重力
【答案】B
【解析】
A、顾客的质量不变、速度不变所以动能不变，高度升高，所以势能增加，机械能增大，故A错误；
B、“摩擦生热”实质是机械能转化为内能，故B正确；
C、因其速度大小和方向都不发生变化，所以其运动状态是不变的，故C错误；
D、顾客站在自动扶梯的台阶上匀速上升，受到重力和支持力的作用，相互平衡，大小相等，故D错误．
故选B．
【例题2】
【题干】（2014•凉山州）下列生活实例中，属于内能转化为机械能的是（ ）
A．冬天人们常用双手互相摩擦取暖
B．用茶壶烧水，水烧开时，茶壶盖被顶起
C．钻木取火
D．四冲程汽油机的压缩冲程
【答案】B
【解析】A、两手互相摩擦属于摩擦生热，是将机械能转化为内能，故A不符合题意；
B、水烧开以后，水蒸气对壶盖做功，把壶盖顶起来，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能．水蒸气的内能减少，温度降低．故B符合题意；
C、钻木取火时钻与木头相互摩擦做功，机械能转化为木头的内能，故C不符合题意；
D、内燃机的四个冲程中有两个冲程发生能量转化，一是压缩冲程中机械能转化为内能；二是做功冲程中内能转化为机械能．故D不符合题意；
故选B．
【例题3】
【题干】如图所示是________（内燃机）_______的冲程．
【答案】汽油机；压缩．
【解析】汽油机和柴油机结构不同之一：
汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴；
内燃机的四个冲程是：
吸气冲程（进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动）；
压缩冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动）；
做功冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动）；
排气冲程（进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动）．
四、课堂运用
【基础】
1、（2014•南京二模）如图所示，一个滑雪的人，以v=2m/s的速度沿山坡匀速地滑下，则在他向下匀速滑动过程中，下列说法正确的是（ ）
A．人的动能转化为重力势能
B．人的重力势能全部转化为动能
C．人的机械能不变
D．人的机械能一定减小
【答案】D
【解析】A、因为是下坡，重力势能减小，动能不变，因此不是动能转化为重力势能，故A错；
B、在下滑的过程中，要克服摩擦消耗能量并且人的动能不变，因此人的重力势能转化为内能，故B错；
C、在下滑过程中要消耗一部分能量来克服摩擦做功，因此机械能的总量减小，故C错，D正确．
2、（2014•闸北区二模）四冲程内燃机工作过程中，机械能转化为内能的是（ ）
A．压缩冲程B．做功冲程C．吸气冲程D．排气冲程
【答案】A
【解析】在内燃机的四个冲程中，只有压缩冲程和做功冲程中有能量的转化，压缩冲程中活塞运动，压缩气体使其内能增加、温度升高，是机械能转化成了内能，故选项A符合题意．
故选A．
【巩固】
1、（2014•滨湖区模拟）下列说法中正确的是（ ）
A．温度越高的物体，放出的热量越多
B．在“摩擦生热”的过程中，内能转化为机械能
C．铁块很难被压缩，是因为铁分子一直在做无规则的运动
D．内陆地区比沿海地区昼夜温差大，原因之一是砂石的比热容比水的比热容小
【答案】D
【解析】A、物体放出的热量与物体的温度高低无关，与物体的比热容、质量和温度的变化量有关，故该选项说法不正确；
B、在“摩擦生热”的过程中，机械能转化为内能，故该选项说法不正确；
C、铁块很难被压缩，是因为铁分子之间有间隙，有相互作用的斥力，故该选项说法不正确；
D、内陆地区比沿海地区昼夜温差大，原因内陆地区多砂石，沿海地区多水，砂石的比热容比水的比热容小，同样受冷和受热时温度变化小，故该选项说法正确．
故选D．
2、（2013•永州）汽车里面包含了许多物理知识，下列说法正确的是（ ）
A．汽油机做功冲程将机械能转化为内能
B．正确使用安全带是为了防止惯性带来的危害
C．用水作为汽车发动机的冷却剂，其重要的原因之一是水的比热容较小
D．零陵大道限制最高车速80km/h，合8m/s
【答案】B
【解析】
（1）内燃机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，其中压缩冲程机械能转化成内能，做功冲程内能转化成机械能；
（2）一切物体都有保持原来运动状态不变的性质称为惯性，司机和乘客与汽车一起运动，当汽车突然停止，司机和乘客由于惯性要保持原来的运动状态，容易冲出车外发生事故；
（3）相同质量的水和其它物质比较，吸收或放出相同的热量，水的温度升高或降低的少，升高或降低相同的温度，水吸收或放出的热量多；
（4）速度的国际单位是m/s，常用单位有km/h，1m/s=3.6km/h．
【拔高】
1、（2012•南充）如图所示，小球从左端由静止释放，在左右摆动过程中，不计空气阻力，则（ ）
A．从最高点运动到最低点的过程，一部分重力势能转化为动能
B．从最低点运动到最高点的过程，一部分动能转化为重力势能
C．左侧最高点的高度大于右侧最高点的高度
D．左侧最高点的高度等于右侧最高点的高度
【答案】D
【解析】
A、图中小球的重力势能是指小球相对最低点有相对高度差产生的，小球从最高点运动到最低点的过程，质量不变，高度降到最低，相对最低点来说，高度为0，重力势能为0，速度达到最大，动能最大，所以不计空气阻力时，减小的重力势能全部转化成了动能，即但小球到达最低点时重力势能全部转化为动能，故A错误．
B、小球从最低点运动到最高点的过程，质量不变，高度升高到最高，速度变为0，所以重力势能最大，动能最小为0，所以不计空气阻力时，是动能全部转化为重力势能；故B错误
C、D、小球在摆动过程中，不计空气阻力，所以机械能守恒；左右两侧最高点的速度都为0，即动能为0，则重力势能相同，所以两侧最高点的高度相等，故C错误，D正确．
故选D．
2、如图为内燃机的（ ）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【答案】D
【解析】内燃机的四个冲程是：
吸气冲程（进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动）；
压缩冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向上运动）；
做功冲程（进气门关闭，排气门关闭，活塞向下运动）；
排气冲程（进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动）．
5、课程小结
1．热值（q）：
1千克某种燃料完全燃烧放出的热量，叫热值。
单位是：
J/kg。
2．燃料燃烧放出热量计算：
Q=mq；
3．热机是利用燃料燃烧获得的内能能转化为机械能的机器。
在压缩冲程中机械能能转化成内能能。
在做功冲程中内能能转化为机械能能。
4．汽油机顶部是火花塞，柴油机顶部是喷油嘴，汽油机吸入空气和汽油混和气体，柴油机吸入空气。
5．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，每个工作循环活塞上下运动2次，曲轴转动2，对外做功1次。
6.在热机中，用来做有用功功的那部分能量跟燃料燃烧时所获得的能量之比叫热机的效率。
热机的效率总小于1。
（大于、小于）
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