第十二章

機(jī)械能和內(nèi)能12.4機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化（第1課時(shí)）（蘇科2024版）九年級(jí)上01教學(xué)目標(biāo)02新知導(dǎo)入03新知講解05典例分析06課堂練習(xí)04課堂小結(jié)（蘇科2024版）九年級(jí)上PART1教學(xué)目標(biāo)（蘇科2024版）九年級(jí)上01教學(xué)目標(biāo)?1.通過觀察"快速彎折金屬絲會(huì)發(fā)熱"和"壓縮氣體點(diǎn)火"等實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生能理解摩擦生熱、壓縮做功等方式可以改變物體內(nèi)能，認(rèn)識(shí)到做功與熱傳遞是改變內(nèi)能的兩種等效方式，從而建立能量轉(zhuǎn)化觀念并培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)觀察的核心素養(yǎng)。2.通過分析"下落重物帶動(dòng)葉輪攪拌水使其升溫"的演示實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能驗(yàn)證機(jī)械能可以轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，并能解釋打氣筒壁發(fā)熱等生活現(xiàn)象，發(fā)展能量守恒思想和現(xiàn)象解釋能力這一核心素養(yǎng)。3.通過拆解四沖程汽油機(jī)模型觀察吸氣-壓縮-做功-排氣過程，學(xué)生能理解熱機(jī)是通過燃料燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，并能說明火花塞、曲軸等關(guān)鍵部件的作用，形成工程實(shí)踐認(rèn)知和技術(shù)應(yīng)用意識(shí)這一核心素養(yǎng)。?PART2新知導(dǎo)入（蘇科2024版）九年級(jí)上02新知導(dǎo)入你有什么方法可以使鐵絲的溫度升高嗎？1）用火燒2）來回彎折3）用砂紙摩擦4）在太陽下曬5）在地面上摩擦…熱傳遞熱傳遞哪些方法是用熱傳遞方式改變物體內(nèi)能的？余下的是改變物體內(nèi)能的另一種方式？PART3新知講解（蘇科2024版）九年級(jí)上03新知講解

一、做功—改變物體內(nèi)能的另一種方式如圖12-27所示，將鐵絲快速彎折十余次，然后用手指觸摸彎折處，你有何感覺?鐵絲的內(nèi)能變化了嗎?做一做圖12-27反復(fù)彎折鐵絲感覺手指變熱；鐵絲的內(nèi)能增加?；顒?dòng)12.6探究做功能否改變物體的內(nèi)能03新知講解

一、做功—改變物體內(nèi)能的另一種方式如圖12-28所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小片硝化棉，將活塞迅速下壓，你看到了什么?

看一看硝化棉會(huì)開始燃燒?？諝鈮嚎s引火儀03新知講解演示實(shí)驗(yàn)——《壓縮引火》演示實(shí)驗(yàn)——《改變內(nèi)能的另一種方式》在上述活動(dòng)中，物體增加的內(nèi)能是從哪里來的?能量是如何轉(zhuǎn)化的?以上這些內(nèi)能增加的方式是熱傳遞嗎？03新知講解你能再舉一些非熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)例嗎?搓手取暖從滑梯下滑時(shí)屁股有點(diǎn)發(fā)燙沙輪打摩工件03新知講解以上這些內(nèi)能增加的方式都不是熱傳遞，他們有什么共同特點(diǎn)？圖12-27反復(fù)彎折鐵絲他們共同特點(diǎn)：①都有力。②力的方向上移動(dòng)一定距離。→做功【結(jié)論】做功是改變物體內(nèi)的能另一種方式。03新知講解其它物體的機(jī)械能物體的內(nèi)能

轉(zhuǎn)化外界對(duì)物體做功內(nèi)能增加沙輪打摩工件鉆木取火載人飛船返回艙進(jìn)入大氣層03新知講解生活中有沒有通過做功的方式將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的情況呢？物體的內(nèi)能其它物體的機(jī)械能

轉(zhuǎn)化物體對(duì)外界做功內(nèi)能減少當(dāng)瓶塞飛出時(shí)，是_________

對(duì)_________做功，_______的內(nèi)能減少，是燃?xì)獾腳_____能轉(zhuǎn)化為瓶塞的_________能。燃?xì)馄咳細(xì)鈨?nèi)機(jī)械03新知講解生活中內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的事例：視頻——蒸汽沖開瓶塞

燃放煙花炮彈爆炸老式蒸汽機(jī)03新知講解做功改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是機(jī)械能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。熱傳遞改變物體內(nèi)能的實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。對(duì)物體內(nèi)能的改變是等效的。一個(gè)物體的溫度升高，內(nèi)能變大，可能是熱傳遞，也可能是外界對(duì)物體做了功。兩種改變內(nèi)能的方式對(duì)比：03新知講解視頻——利用內(nèi)能做功該實(shí)驗(yàn)中，燃料燃燒時(shí)產(chǎn)生的熱量傳給水和水蒸氣；塞子受到水蒸氣的壓力而沖出去，水蒸氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的動(dòng)能。蒸汽機(jī)原理

二、熱機(jī)03新知講解

二、熱機(jī)1、熱機(jī)熱機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡稱，它是將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置。

飛機(jī)

火箭

汽車

船舶

蒸汽機(jī)03新知講解2、四沖程汽油機(jī)（1）工作原理利用汽油在氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)鈦硗苿?dòng)活塞做功。（2）汽油機(jī)的構(gòu)造由氣缸、火花塞、進(jìn)氣門、排氣門、活塞、曲軸、連桿組成。03新知講解（沖程：汽油機(jī)在工作時(shí)，活塞從氣缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過程，叫作一個(gè)沖程。）（3）汽油機(jī)的四個(gè)沖程汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。03新知講解進(jìn)氣口打開排氣口關(guān)閉活塞向下運(yùn)動(dòng)汽油和空氣的混合物進(jìn)入汽缸(1)吸氣沖程03新知講解進(jìn)氣口關(guān)閉排氣口關(guān)閉活塞向上運(yùn)動(dòng)氣缸內(nèi)汽油和空氣的混合物被壓縮機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能(2)壓縮沖程03新知講解進(jìn)氣口關(guān)閉排氣口關(guān)閉火花塞點(diǎn)火，燃料燃燒迅速膨脹，推動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能火花塞點(diǎn)火(3)做功沖程03新知講解進(jìn)氣口關(guān)閉排氣口打開活塞向上運(yùn)動(dòng)將氣缸中燃燒剩余的廢棄排出(4)排氣沖程03新知講解視頻演示——《四沖程汽油機(jī)工作循環(huán)》03新知講解①只有做功沖程對(duì)外做功，其余沖程靠慣性完成②參數(shù)：4個(gè)沖程,飛輪轉(zhuǎn)2圈,

1個(gè)工作循環(huán),對(duì)外做功1次03新知講解

圖12-29點(diǎn)火爆炸進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，將混合氣體壓縮。氣缸頂端的火花塞通電點(diǎn)火，混合氣體爆發(fā)性燃燒，高溫高壓氣體向下推動(dòng)活塞做功。機(jī)械能

內(nèi)能轉(zhuǎn)化內(nèi)能機(jī)械能轉(zhuǎn)化圖12-28空氣壓縮引火儀壓縮沖程與做功沖程03新知講解沖程名稱進(jìn)氣門排氣門活塞運(yùn)動(dòng)沖程的作用能量轉(zhuǎn)化吸氣沖程開閉向下吸入燃料和空氣的混合物壓縮沖程閉閉向上

壓縮燃料和空氣的混合物，

使其內(nèi)能增大，溫度升高機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能做功沖程閉閉向下火花塞產(chǎn)生電火花，點(diǎn)燃燃料，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，通過連桿、曲軸帶動(dòng)飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能排氣沖程閉開向上排出廢氣（5）汽油機(jī)四個(gè)沖程工作情況總結(jié)03新知講解1個(gè)工作循環(huán)有4個(gè)沖程活塞往復(fù)2次

飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2周對(duì)外做功1次口訣：圈數(shù)×2＝?jīng)_程數(shù)

圈數(shù)÷2＝做功數(shù)（5）汽油機(jī)四個(gè)沖程工作情況總結(jié)03新知講解汽油機(jī)比較輕巧，常用在汽車、小型飛機(jī)和小型農(nóng)業(yè)機(jī)械(如插秧機(jī)、

機(jī)動(dòng)噴霧器)上。在汽缸容積、轉(zhuǎn)速相等的情況下，柴油機(jī)的功率較大，

熱效率較高，因此被廣泛應(yīng)用于載重汽車、拖拉機(jī)、坦克和輪船上。小型飛機(jī)小型農(nóng)業(yè)機(jī)械汽油機(jī)載重汽車坦克輪船柴油機(jī)（6）汽油機(jī)與柴油機(jī)的應(yīng)用03新知講解（7）生活?物理?社會(huì)熱機(jī)的發(fā)展歷程

17世紀(jì)末，第一臺(tái)帶活塞的蒸汽機(jī)由法國物理學(xué)家、發(fā)明家巴本制成。經(jīng)瓦特等人的改進(jìn)，蒸汽機(jī)(圖12-32)在工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛應(yīng)用，人類從此進(jìn)入了工業(yè)時(shí)代。但是，當(dāng)時(shí)的蒸汽機(jī)在使用中能量損失大，效率只有5%～8%。

為了進(jìn)一步提高熱機(jī)效率，人們設(shè)法讓燃料在汽缸內(nèi)燃燒，用燃燒產(chǎn)生的氣體直接推動(dòng)活塞做功，這就是內(nèi)燃機(jī)。今天的燃油汽車、拖拉機(jī)、坦克等，都使用了內(nèi)燃機(jī)。圖12-32瓦特改良的蒸汽機(jī)03新知講解（7）生活?物理?社會(huì)熱機(jī)的發(fā)展歷程

隨著航空航天事業(yè)的發(fā)展，人們迫切需要大功率的發(fā)動(dòng)機(jī)以提高飛行器的飛行速度，因此渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)(圖12-33)應(yīng)運(yùn)而生?；鸺l(fā)動(dòng)機(jī)的工作原理與渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)十分相似。主要的差別是，火箭自帶燃料和氧化劑，可在大氣層之外工作；渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)只攜帶燃料，利用空氣做氧化劑，因此只能在大氣層內(nèi)工作。圖12-33渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意03新知講解（7）生活?物理?社會(huì)熱機(jī)的發(fā)展歷程

我國在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方面，固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)(圖12-34)齊頭并進(jìn)，現(xiàn)已居世界前列。2021年10月19日，我國研制的直徑為3.5m的500t級(jí)整體式固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)試車成功，這是目前世界上推力最大的固體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。2022年11月5日，我國自主研制的500t級(jí)液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)首次整機(jī)試車成功。這些成果標(biāo)志著我國火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制水平大幅提升，將有力推動(dòng)中國航天夢的加速實(shí)現(xiàn)。圖12-34液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意PART4課堂小結(jié)（蘇科2024版）九年級(jí)上04課堂小結(jié)

機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化①熱傳遞：實(shí)質(zhì)是內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。②做功：實(shí)質(zhì)是其它形式的能與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化。①熱機(jī)：將燃料燃燒產(chǎn)生的燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。②內(nèi)燃機(jī)的分類：汽油機(jī)、柴油機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)。③內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)：吸氣、壓縮、做功和排氣沖程。④能量轉(zhuǎn)化：壓縮沖程，燃料的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。

做功沖程：燃料的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。⑤熱機(jī)的發(fā)展歷程：蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、

火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等。改變內(nèi)能的兩種方式內(nèi)燃機(jī)PART5典例分析05典例分析例1．內(nèi)燃機(jī)是將___________能轉(zhuǎn)化機(jī)械能的裝置。內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)是由___________個(gè)沖程組成的。其中壓縮沖程是把_________能轉(zhuǎn)化為_________能。內(nèi)

四

機(jī)械

內(nèi)

【答案】

內(nèi)

四

機(jī)械

內(nèi)【詳解】[1][2][3][4]內(nèi)燃機(jī)是依靠燃料燃燒將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置，內(nèi)燃機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)有四個(gè)沖程，即吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程，在壓縮沖程中，活塞由上向下壓縮汽缸內(nèi)的空氣，即對(duì)空氣做功，使得空氣的內(nèi)能增加，溫度升高，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。05典例分析例2．關(guān)于四沖程汽油機(jī)的工作過程，下列說法正確的是（）A．吸氣沖程：只吸入空氣 B．壓縮沖程：缸內(nèi)溫度降低C．做功沖程：氣體推動(dòng)活塞做功 D．排氣沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能C【答案】C【詳解】A．吸氣沖程：吸入空氣和汽油的混合物，故A錯(cuò)誤；B．壓縮沖程：活塞壓縮混合氣做功，缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大，溫度升高，故B錯(cuò)誤；C．做功沖程：燃燒后的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，故C正確；D．排氣沖程：排氣門打開，進(jìn)氣門開閉，由飛輪的慣性帶曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶活塞上移，排出廢氣，不涉及內(nèi)能與機(jī)械能間的轉(zhuǎn)化，故D錯(cuò)誤。05典例分析例3．關(guān)于四沖程汽油機(jī)的工作過程有以下幾種說法：①在壓縮沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能②在做功沖程中，氣體內(nèi)能增加，溫度升高③只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功④用水循環(huán)來降低熱機(jī)的溫度，主要是利用水比熱容較大的特性以上說法中正確的是（）A．只有②③ B．只有②③④ C．只有①③④ D．①②③④C05典例分析【答案】C【詳解】①②③汽油機(jī)四個(gè)沖程中，只有做功沖程燃?xì)鈱?duì)外做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，內(nèi)能減小，溫度降低，在壓縮沖程中將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，故①③正確、②錯(cuò)誤；④水的比熱容比較大，質(zhì)量相同的水與其它物質(zhì)相比，升高相同的溫度，水吸收更多的熱量，所以利用水來降低熱機(jī)的溫度，故④正確。故ABD錯(cuò)誤，C正確。故選C。05典例分析例4．一臺(tái)內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速是1440轉(zhuǎn)/分，那么在每秒鐘內(nèi)（）A．飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)24轉(zhuǎn)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功720次，活塞完成2880個(gè)沖程B．飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)24轉(zhuǎn)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功24次，活塞完成24個(gè)沖程C．飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)24轉(zhuǎn)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功12次，活塞完成48個(gè)沖程D．飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)24轉(zhuǎn)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功1440次，活塞完成1440個(gè)沖程C【答案】C【詳解】已知飛輪轉(zhuǎn)速為1440r/min=24r/s，在1個(gè)工作循環(huán)中，飛輪轉(zhuǎn)2圈，完成4個(gè)沖程并對(duì)外做功1次；所以，在每秒鐘內(nèi)，該內(nèi)燃機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)24轉(zhuǎn)，燃?xì)鈱?duì)活塞做功12次，活塞完成48個(gè)沖程，故ABD錯(cuò)誤，C正確。05典例分析例5．如圖所示，圖甲汽油機(jī)與圖___________（填“乙”“丙”或“乙和丙”）中能量轉(zhuǎn)化情況相同，如果該汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是360r/min，則汽油機(jī)每秒鐘對(duì)外做功___________

次；圖乙中，棉花的內(nèi)能增大主要是通過___________

方式實(shí)現(xiàn)的。丙

3熱傳遞

05典例分析【答案】

丙3熱傳遞【詳解】[1]圖甲所示沖程中，進(jìn)氣門和排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，火花塞產(chǎn)生電火花，故此沖程為汽油機(jī)的做功沖程，在此過程中，燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能；圖乙中，活塞壓縮筒內(nèi)氣體，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使氣體內(nèi)能增加，溫度升高；圖丙中，高溫氣體將塞子沖出時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。對(duì)比三圖所示情景的能量轉(zhuǎn)化情況可知，圖甲所示沖程的能量轉(zhuǎn)化情況與丙圖所示情景的能量轉(zhuǎn)化相同。[2]汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，經(jīng)歷四個(gè)沖程，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次，因?yàn)樵撈蜋C(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是360r/min，所以飛輪每秒轉(zhuǎn)動(dòng)6周，則汽油機(jī)每秒鐘對(duì)外做功3次。[3]圖乙中，活塞壓縮筒內(nèi)氣體，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，通過做功的方式使筒內(nèi)氣體內(nèi)能增加，溫度升高，氣體的熱量傳遞給棉花，棉花的內(nèi)能增大，這是通過熱傳遞方式來實(shí)現(xiàn)的。PART6課堂練習(xí)（蘇科2024版）九年級(jí)上06課堂練習(xí)1．下列設(shè)備不屬于熱機(jī)的是（

）A．洗衣機(jī) B．汽油機(jī) C．柴油機(jī) D．蒸汽機(jī)A06課堂練習(xí)2．如圖所示，金屬制成的氣缸中裝有汽油和空氣的混合物。下列操作有可能使氣缸中汽油燃燒的是（

）A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞C．緩慢向里推活塞 D．緩慢向外拉活塞B06課堂練習(xí)3.圖示課本四個(gè)示例中的能量轉(zhuǎn)化過程，與汽油機(jī)做功沖程相同的是（

）A．甲圖中反復(fù)彎折鐵絲B．乙圖中壓縮空氣C．丙圖中盒內(nèi)燃?xì)馔瞥龊猩wD．丁圖中取暖器通電后電熱絲發(fā)熱C06