124 机械能和内能相互转化 教案.docx
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124机械能和内能相互转化教案
12.4机械能和内能相互转化
知识点梳理：
一、机械能与内能的相互转化
1、做功——改变物体内能的另一种方式。
（第一种方式：
热传递）
2、热机（热力发动机）—一种将内能（燃料产生的高温、高压燃气）转化为机械能的装置。
3、汽油机工作循环：
——可对比柴油机。
吸气冲程（进气口打开、活塞向下运动）——压缩冲程（机械能转变为内能、活塞向上运动）——做功冲程（内能转变为机械能、活塞达到顶端而后推动活塞向下运动、燃气对外做功的过程）——排气冲程（出气口打开、活塞向上运动）。
注意：
冲程是指活塞从汽缸的一端运动到另一端。
曲轴旋转2圈，活塞往复2次，四冲程，对外做功一次。
4、内能（对外做功）→机械能机械能【（摩擦）对内】→内能
二、燃料的热值：
质量相同的不同燃料完全燃烧所放出的热量一般是不同的。
燃料的热值：
单位质量的某种燃料完全燃烧放出的热量。
单位：
q=（J/Kg）Q放=mq
3、热值是燃料的属性，与质量、体积、是否完全燃烧无关，与燃料的种类有关。
第4节机械能与内能的相互转化同步练习1
一、选择题（每题2分，共计26分）
1.2003年10月15日，我国成功发射“神舟五号”载人飞船，飞船随火箭一起离开发射塔飞向太空的过程如图所示，下列表述错误的是（）
A.飞船受到平衡力的作用B.推力对飞船做了功
C.飞船的动能和势能不断增加D.燃料的化学能最终转化为火箭的机械能
2.下列现象中，利用内能做功的是（ ）
A.冬天在户外时两手相搓一会儿就暖和B.车刀在砂轮的高速摩擦之下溅出火花
C.在烈日之下柏油路面被晒熔化了D.火箭在“熊熊烈火”的喷射中冲天而起
3.2003年12月30日，我国成功地将“探测一号”卫星送入了绕地球的椭圆轨道。
卫星在轨道上运行的过程中（）
A.只有动能转化成势能B.只有势能转化成动能C.动能和势能不断地相互转化D.动能和势能各自保持不变
4.已知铝、铁、铜的比热依次减小，它们的初温和质量都相等，吸收相等的热量，最后的温度是（）
A.铝的温度高B.铁的温度高C.铜的温度高D.铝、铁、铜的温度都相同
5.下列关于温度、内能、热量和做功的说法中正确的是（）
A.物体吸热，温度一定升高B.一个物体的温度升高，一定是外界对物体做功
C.某一铁块，温度降低，内能一定减小D.温度高的物体把温度传给温度低的物体
6.一物体沿粗糙的斜面匀速下滑的过程中（）
A.物体的动能转化为重力势能B.物体的重力势能转化为动能
C.物体的机械能保持不变D.物体的机械能转化为内能
7.在研究物体放出热量多少跟物质种类是否有关的实验中，提供的材料为：
（1）0.1㎏的铜块；
（2）0.1㎏的铝块；（3）0.2㎏的铜块；（4）0.3㎏的铝块。
应选用的材料是（）
A.
（1）与
（2）。
B.
（1）与（3）。
C.
（2）与（4）。
D.（3）与（4）。
8.有关能的转化的讨论，给出的说法正确的是（）
A.用加压的方法使石油气体液化时，液化石油气的内能减少
B.太阳能热水器工作时，实现了光能向内能的转化
C.给自行车打气，过一会儿气筒壁发热，说明做功可以产生温度
D.水沸腾时，水蒸气把壶盖顶起来，是水能转化为内能的现象
9.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此时这些气体的温度和内能变化的情况是（）
A.内能减少，温度降低B.内能增加，温度升高C.内能减少，温度升高D.内能增加，温度降低
10.如图所示把凉牛奶放在热水中加热，经过一段较长的时间，它们的温度随时间变化的图像如图所示，下列说法中正确的是（）
A.水和牛奶最后温度相同B.水的温度变化比牛奶大
C.牛奶温度变化比水慢D.甲是牛奶温度变化的图像
11.一箱子货物在一对平衡力的作用下运动，则下列说法中正确的是（）
A.该箱子的机械能一定不变，动能一定不变B.该箱子的机械能可能改变，动能一定不变
C.该箱子的机械能可能改变，动能可能改变D.该箱子的机械能一定不变，动能可能改变
12.甲、乙两个完全相同的皮球，在同一水平面上以大小相等的速度，同时将甲球竖直向上抛出、将乙球竖直向下抛出，两球在地面上反复弹跳。
运动中不计空气阻力，与地面碰撞时不计能量损失。
则下列说法正确的是（）
A.球在空中下降时，重力势能减小，动能增大B.抛出时刻，甲球的动能大于乙球的动能
C.任何时刻，两球的机械能都相等D.甲球的最大重力势能大于乙球的最大重力势能
13.如图所示为内燃机工作时的某冲程示意图，该冲程是（）
A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程
二、填空题（22分）
14.西气东输主干线西起塔里木盆地的轮南油气田，向东途经九个省区，最终到达上海，总计年输送天然气1.2×1010m3，即年输气质量为_____㎏。
若这些天然气完全燃烧放出的热量是_______J。
（管道内天然气密度为6㎏/m3，天然气的热值是5×107J/㎏）
15.近年来我市城市建设突飞猛进，但也给环境带来了负面影响，“热岛效应”越来越明显。
我市某中学“环境研究小组”经过调查研究，结合所学的物理知识，提出了一个“人工湖缓解热岛效应方案”。
若该湖设计蓄水总体积为1.0×104m3，水面面积为4.2×103m2。
在夏季每天高温时段，湖面从周围环境的吸热能力为2×107J/m2。
在这一时段，湖水温度平均升高__________℃。
16.做功和热传递都可以改变物体的内能。
给自行车轮胎打气的气筒连续使用一段时间就会发热，这是由于使气筒的内能（第二空选填“减少”或“增加”）。
17.一杯水变凉了，它的内能，比热容（选填“增大”、“减少”或“不变”）。
18.某人用力推车，车仍然静止。
则人做的功等于J。
竖直上抛的小球在上升过程中，将动能逐渐转化为能（不计空气阻力）。
19.随着人们生活水平的提高。
轿车已逐步进入我国普通百姓家中。
已知某国产轿车每行驶100km消耗8L汽油（1L＝10-3m3），汽油的密度为0.71×103kg/m3、热值为4.6×l07J／kg．则
（1）10kg汽油完全燃烧时所产生的热量是_________J．
2）该汽车行驶100km消耗的汽油的质量是________kg．
（3）当该汽车以50kW的功率在平直公路上以72km／h的速度匀速行驶时，它所受到的阻力等于________N．
20.完全燃烧42g的焦炭可放出__________J的热量．若这些热量完全被水吸收，能使质量为20kg，初温为10℃的水温度升高到_____℃。
[焦炭的热值为3.0×107J/（kg）]
21.在保温瓶内倒入开水，但不倒满，上面还留有一些空间，内有空气，然后塞上木塞，过一会儿木塞被冲起．这个现象说明对做功， 的内能转化成木塞的能．
22.下图表示撑杆跳高运动的几个阶段：
助跑、撑杆起跳、越横杆。
在这几个阶段中能量的转化情况是：
⑴助跑阶段，运动员消耗体内的化学能_________________（选填“大于”、“小于”或“等于”）运动员和撑杆获得的动能。
⑵撑杆起跳阶段，运动员的______________能增加。
⑶运动员越过横杆后，运动员将_______________能转化为_________________能。
三、实验与探究题（26分）
23.下表列出了由实验测定的几种物质的比热容。
几种物质的比热容[J／（kg·℃）]
水4.2×103
冰2.1×103
铝0.88×103
铜0.39×103
酒精2.4×103
蓖麻油1.8×103
干泥土0.84×103
水银0.14×103
煤油2.1×103
砂石0.92×103
铁、钢0.46×103
铅0.13×103
认真阅读上表，你一定能有所发现，请填出其中任意三条。
（结论开放）（3分）
（1）
（2）
（3）
24.如何有效地提高能量利用率是人类所面临的一项重要任务．图示是某轻轨车站的设计方案示意图，该图表明与站台前后连接的轨道都有一个小坡度．请你说明这种设计可以节能的理由．（2分）
25.小军经常参加球类体育运动，在运动过程不同情况下球的触地反弹引起了他的注意，他决定和小宇一起探究这一现象，他们计划首先通过实验研究“竖直下落的球反弹的高度与什么有关”这一问题
（1）请你猜想一下，竖直下落的球反弹的高度可能与哪些因素有关？
答：
因素1：
_____________________________________________
因素2：
_________________________________________________
（2）为了探索与“因素1”的关系，请你设计一个可操作的实验方案：
（3）在
（2）的基础上，请列出相应的实验器材。
答：
____________________________________________________________
（4）除了小军和小宇提出的问题外，你还可以对球的反弹提出一个什么探究问题（6分）
26.太阳能热水器可直接利用吸收太阳光的热量来加热，它具有环保、节能的优点。
对市场调查后不难发现，不同品牌的太阳能热水器的表面都是黑色的。
难道物体吸热的本领与颜色有关?
对此，我们可以猜想：
颜色越深，物体吸热本领就越强。
（5分）
（1）为了验证此猜想，现设计了如下实验步骤，请你补充完整：
①选用四个的容器，分别涂上黑、红、黄、白四种颜色；
②在容器中加入温度和体积均相同的水，并同时放到阳光下照射，每隔15分钟，测量各容器中水的温度值；
③将测量的结果记录在事先准备好的表格中，进行分析论证。
请设计并画出此表格。
（2）若上述猜想得到了证实，请以此为依据，分析企鹅背部的黑色羽毛对它生存有利的一面。
27.2003年10月中旬，我国首次载人飞船“神舟五号”的成功发射和顺利回收，标志着我国载人航天技术的研究已进入世界领先行列。
下列有关“神舟五号”发射和回收的问题，请用你所学的知识进行解释：
（10分）
（1）此次所用运载火箭为“长征二号”捆绑式火箭，其燃料为液态氢，为什么火箭中用液态氢作燃料？
（2）飞船在太空中沿椭圆轨道绕地球飞行，从远地点向近地点运动时，其动能、重力势能及机械能、速度如何变化？
（分别回答）
（3）飞船穿越大气层返回地球，在高空打开巨大的降落伞，在运动到地面附近匀速下落时，其动能、重力势能、机械能、内能如何变化？
（分别回答）
四、计算题（26分）
28.某中学为学生供应开水，用锅炉将200㎏的水从25℃加热到100℃，燃烧了6㎏的无烟煤。
［无烟煤的热值是3.4×107J/㎏］试求：
（12分）
（1）锅炉内200㎏的水吸收的热量是多少焦耳？
（2）6㎏无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？
（3）此锅炉的效率是多少？
29.单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程中活塞在气缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×l05Pa，飞轮lmin转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
（10分）
（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
30.从50m高处落下一水滴，若重力对它所做功的80%转化为它的内能，若不计热量损失，则水滴落地后的温度会升高多少？
（4分）
【试题答案】
一、选择题（每题2分，共计26分）
题号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
答案
D
D
C
C
C
D
A
B
A
A
B
A
D
8.（说明C产生的是能量而不是温度）
11.（说明：
C可能在竖直方向上运动）
13.（要注意气门的开关、活塞的运动情况）
二、填空题（22分）
14.7.2×1010 3.6×1018
15.吸收的总热量为：
2×107J/m2×4.2×103m2 升高的温度为：
△t＝
＝2℃
16.做功 增加
17.减少 不变
18.0重力势
19.
（1）4.6×l08J
（2）5.68 （3）f＝
＝2.5×103N
20.1.26×106 25
21.蒸气 木塞 蒸气 内
22.⑴大于 ⑵重力势 ⑶重力势 动
三、实验与探究题（26分）
23.
（1）水的比热容最大
（2）液体的比热容一般都比固体的比热容大
（3）同一种物质的不同状态，比热容可能不同（如水和冰）
（4）不同的物质的比热容往往不同
24.进站时，动能转化为重力势能；出站时，重力势能转化为动能。
可以避免机械能转化为内能。
节约能源
25.
（1）下落的高度 小球开始运动的速度 小球的弹性 地面的材料等
（2）略 （注意用控制变量法） （3）略 （4）略
26.
（1）①形状和容积完全相同 ③略（注意记录观察时间和对应的测量温度）
（2）企鹅黑色的羽毛利于吸热
27.
（1）液态的氢体积小、热值高、燃烧后无污染
（2）从远地点向近地点运动时，重力势能转化为动能，速度增加，高度降低，机械能总量保持不变
（3）飞船穿越大气层返回地球，在高空打开巨大的降落伞，在运动到地面附近匀速下落时，其动能不变、重力势能减小、机械能减小、内能增加。
四、计算题（26分）
28.
（1）6.3×107焦耳
（2）2.04×108焦耳 （3）30.88%
29.
（1）F＝PS＝2700N
（2）135J
（3）2025W（1min转1800转，1秒钟转30转做了15次功）
30.mgh80%＝cm△t △t＝0.95℃
机械能与内能的相互转化
（2）
【基础巩固】
1．_______的某种燃料在_______时放出的热量，叫做这种燃料的热值．
2．酒精的燃烧值是3.0×107J/kg，它的物理意义是_____________________．若倒去一半之后，它的热值_______．若需要获得5.4×106J的热量，则至少应完全燃烧_______克酒精．
3．燃料燃烧放热是通过燃烧方式把_______能转化为_______能的过程．在生活、生产实际中，燃烧燃料时，很难做到使其_______，因而实际放出的热量总_______（选填“大于”、“等于”或“小于”）按热值计算所得的数值．节约燃料的途径，一是让燃料_______，二是要_____________________．
4．在我国实施的“西气东输”工程中，西部地区的天然气被输送到缺乏能源的东部地区．天然气与煤相比，从热学角度分析它突出的优点是：
_______；从环保角度分析它突出的优点是：
___________________．（天然气与煤的热值分别是1.14×108J/kg、3×107J/kg）
5．关于热值，下列说法正确的是（）
A．燃料燃烧的越充分，热值就越大B．燃料的密度越大，热值就越大
C．燃料燃烧与否，热值都是一样的D．燃料存放越久，热值越小
6．将一瓶酒精用去三分之二，则剩余部分酒精的密度、比热容和热值（）
A．热值不变，密度、比热容为原来的三分之一B．密度、比热容不变，热值为原来的三分之一
C．都变为原来的三分之一D．都不变
7．有一家庭分别单独使用不同种类的燃料时的平均月消耗量约为：
木柴200kg，烟煤80kg，液化石油气30kg，煤气60kg．这四种燃料中热值最高的是（）
A．液化石油气B．煤气C．烟煤D．木柴
8．两种燃料的热值之比为2：
1，它们的质量之比为1：
4，那么这两种燃料完全燃烧放出的热量之比为（）
A．1：
2B．2：
1C．8：
1D．4：
1
9．下列说法正确的是（）
A．燃烧值大的燃料比燃烧值小的燃料完全燃烧时放出的热量多
B．柴油机工作时，燃料燃烧每放出1焦的热量就可得到1焦的机械能
C．热机的效率越大，它的功率就越大
D．柴油机的效率一般比汽油机的高，就是说完成相同的有用功，柴油机所用燃料完全燃烧放出能量比汽油机少
10．某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤．水的比热容是4.2×103J/（kg·℃），无烟煤的热值是3.4×107J/kg问：
（1）锅炉内的水吸收的热量是多少？
（2）无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（3）此锅炉的效率是多少？
【拓展提优】
1．某同学学习了燃料的热值后，自己设计了一个实验来探究煤油和菜籽油的热值大小关系．他实验时组装了如图所示的两套规格完全相同的装置，并每隔1min记录了杯中水的温度（见下表）．
（1）在安装、调整实验器材时，科学合理的顺序是（甲图中）：
先调整固定_______的位置，再调整固定_______的位置．（选填“A”或“B"）
（2）为保证实验结论的可靠，实验时应控制两套装置中相同的量有加热时间和水的________、_______．
（3）通过表中记录的数据，你认为煤油和菜籽油两种燃料中，热值较大的是_______．
（4）该同学实验前用天平测出了烧杯中水的质量及两油灯中燃料的质量，并记录了数据，利用公式Q吸＝cm（t－t0）计算出了水吸收的热量，他认为通过这些数据能准确地计算出煤油和菜籽油的热值．你认为他的计算结果可靠吗？
_______，为什么？
____________________________．
2．某风景区山中有一段盘山公路，以汽油为燃料的观光汽车沿该盘山公路（盘山公路近似处理为斜面）以36km/h的速度匀速行驶，经过15min从山脚到达山顶；汽车上山时沿路面获得的牵引力恒为9.2×103N．已知汽油完全燃烧释放的热量转化为汽车牵引力做功的效率为30%，汽油热值q＝4.6×107J/kg，求：
（1）汽车上山时牵引力发挥的功率为多大？
（2）汽车从山脚到山顶消耗了多少千克的汽油？
3．太阳能热水器是直接利用太阳能给水加热的装置，下表是小明家的太阳能热水器某天在阳光照射下的相关信息：
其中太阳辐射功率是指1h内投射到1m2面积上的太阳能．求：
（1）水在10h内吸收的热量．
（2）如果水吸收的热量用天然气来提供，需要完全燃烧多少立方米的天然气？
（天然气
的热值为8.4×107J／m3，天然气完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
（3）该太阳能热水器的能量转化效率．
4．家用燃气快速热水器（如图甲所示）是一种方便、快捷且不受天气影响的洗浴设备．下表为某品牌家用燃气快速热水器的主要技术数据，已知天然气的热值为8×107J／m3，水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）．
（1）为安全使用此热水器，机体上印有一些警告，其中一条是这样说的：
“气温低于0℃时，用后请打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧……”，请解释为什么要这样做？
（2）试求该型号家用燃气快速热水器正常工作时的烧水效率．
（3）若在额定产热水能力下进行淋浴，一次淋浴总计加热时间为20min，则此次淋浴至少需消耗多少天然气？
（4）为防止燃气热水器在无水或水压过低时“干烧”，技术人员设计了很多种“水气联动”装置，实现通常所说的“水到气到”，图乙就是其中一种“水气联动”装置的原理图，你能看出它的工作原理吗？
请简述它是如何利用“水到”来控制“气到”的．
（5）为了防止热水器工作过程中加热火焰意外熄灭导致燃气泄漏，技术人员设计了“火灭断气”的装置，如图丙所示为一种“火灭断气”装置的原理图，请根据这个原理图，简述它是怎样实现“火灭断气”功能的？
参考答案
【基础巩固】
1．单位质量 完全燃烧 2．1千克酒精完全燃烧时放出的热量是3×107J 不变180
3．化学 内 完全燃烧 小于充分燃烧 采用热值大的燃料 4．热值大 污染小
5．C 6．D 7．A 8．A 9．D 10．
（1）6.3×107J.
（2）2.04×108J （3）30.9%．
【拓展提优】
1．
（1）B A
（2）质量 初温 （3）煤油 （4）不可靠 有热量损失
2．
（1）9.2×104W
（2）6kg3．
（1）2.1×107J.
（2）0.25m3（3）50%．
4．
（1）气温低于0℃时，使用后的燃气热水器中残存的水会结冰，水结冰后，密度变小，体积膨胀，这样容易把燃气热水器胀破．所以，气温低于0℃时使用燃气热水器后，应打开放水塞，放尽机体内存水，再拧紧．
（2）87.5%．（3）0.24m3．（4）略
第4节机械能与内能的相互转化同步练习3
基础知识与基本技能
*1．内能的重要应用：
一是可以用它，二是可以用它。
[1.0]
*2．用水壶烧水时，壶中水蒸气将壶盖顶起，这是消耗水蒸气的能对外做功，水蒸气的能转化为壶盖的能。
[1.5]
*3．用炉火烧水，是用的方法增加水的内能。
这是利用内能来的例子。
[1.0]
*4．热机是把能转化为能的机器。
这是利用内能来的例子。
[1.0]
*5．常见的内燃机有和两种。
四冲程内燃机的一个工作循环是由、、和四个冲程组成的。
在一个工作循环中，曲轴转动周，燃气对活塞做功次。
知识的应用
**6．火柴可以点燃，也可以擦燃，前者是用的方法使火柴燃烧起来，后者是用的方法使火柴燃烧起来。
这两种方法都可以用来改变物体的。
[1.0]
**7．把铁块放在炉火中烧，是用的方法增加了铁块的内能。
用铁锤多次敲打铁块后铁块温度升高，这是用的方法增加了铁块的内能。
[1.0]
**8．用热传递的方法来改变物体的内能，实际上是从一个物体到另一个物体的过程，热量只是表示热传递过程中物体内能的。
[1.5]
**9．用做功的方法来改变物体的内能，实际上是内能和能的过程。
做功多少则表示在变化过程中物体能量的。
[1.5]
**10．目前，世界各国对控制污染、保护环境非常重视，热机工作时对环境造成的主要污染是排出和产生，要尽量设法解决这一问题。
[1.0]
**11．在内燃机工作的四个冲程中，只有冲程对外做功，其他三个辅助冲程要靠飞轮的来完成。
**12．在汽油机的压缩冲程中，能转化能；在做功冲程中，能转化能。
[1.5]
**13．如图12-3所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出．在这个过程中，燃料的能转化为能，传给水和水蒸气。
水蒸气把塞子冲出时，水蒸气的能转化为塞子的能。
[2.0]
**14．下列例子中属于利用内能来加热的是（）。
[0.5]
A．喷气式飞机在飞行B．用高炉熔化铁C．燃气推动发电机转动D．火箭点火发射
**15．下列说法中错误的是（）。
[0.5]
A．只要对物体做功，物体的内能就一定增大B．做功和热传递对改变物体的内能是等效的
C．0℃的物体也具有内能D．物体的温度升高，分子热运动加剧，具有的内能增大
**16．下列说法中错误的是（）。
[1.0]
A．采用暖气设备供暖，既可以提高效率，又可以改善环境卫生
B．热电站是利用热机把内能转化为机械能，再带动发电机发电
C．用高炉熔化铁是利用内能来做功的D．热机是把内能转化为机械能的机器
**17．下面关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（）。
[1.5
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