蘇科版

九年級上冊第十二章

機械能和內能

四、機械能與內能的相互轉化1.熟悉機械能與內能是可以相互轉化的，并能舉例說明；2.了解熱機的概念；內燃機的分類（按照所使用燃料的不同）；3.知道汽油機的結構，分析汽油機的工作循環(huán)過程；4.掌握汽油機的工作循環(huán)中每個沖程的特點；5.比較質量相等的不同燃料燃燒時放出的熱量；6.熱值的概念、表示、單位及其公式；7.熱值的有關計算及其應用學習目標教學重點：

1.機械能與內能是可以相互轉化的；2.汽油機的工作四個沖程的特點；3.熱值及其計算、應用。

1.汽油機工作的特點、應用、及求有關參數(shù)；

2.實驗探究：比較質量相等的不同燃料燃燒時放出的熱量；3.熱值、比熱容的綜合應用。教學難點：重點難點汽車是現(xiàn)代生活中常用的交通工具。發(fā)動機是汽車的核心部件，為汽車提供強勁的動力。這個動力從何而來？課堂導入如圖所示，小朋友從滑梯滑下，會感到臀部發(fā)燙；將試管中的水加熱至沸騰后，橡膠塞受到水蒸氣的壓力而沖出去。(a)滑滑梯時臀部會發(fā)燙

(b)橡膠寨被沖出

機械能和內能的相互轉化內能機械能轉化內能機械能轉化這些現(xiàn)象說明機械能與內能是可以相互轉化的。探究新知機械能內能

轉化

轉化在前面的學習中，我們通過活動12.6，①反復彎折鐵絲，②壓縮空氣引燃硝化紙，來探究機械能轉化為內能的過程。

結

論

思

考生活中有哪些內能轉化為機械能的例子；或哪些機械利用了內能轉化為機械能。如圖12-29所示，在透明塑料盒的底部鉆一個孔，將電子點火器的放電管緊緊塞進孔中，打開塑料盒蓋，向盒中滴入幾滴酒精，再將盒蓋蓋緊，

按動電子點火器的按鈕。你觀察到什么現(xiàn)象?圖12-29點火爆炸注意安全，千萬不要將蓋子對著自己或他人。在上述活動中，酒精燃燒產(chǎn)生的燃氣對外做功，燃氣的內能轉化為機械能。根據(jù)這一原理，可以制造出將內能轉化為機械能的機器。酒精開始燃燒，稍后，塑料盒蓋飛出。探究新知

飛機

火箭熱機：熱機是熱力發(fā)動機的簡稱，它是將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃氣的內能轉化為機械能的裝置。

汽車

船舶

蒸汽機探究新知內燃機是最常見的一種熱機，按照所使用燃料的不同，內燃機可分為汽油機、柴油機和天然氣發(fā)動機等。例如，汽油機和柴油機，它們分別用汽油和柴油作為燃料?，F(xiàn)以汽油機為例，介紹內燃機的工作過程；如右圖所示，汽油機主要由氣缸、活塞、火花塞、進氣門、排氣門、曲軸和連桿組成。

汽油機結構示意圖探究新知進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，燃料和空氣的混合氣體被吸入汽缸。進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合氣體被壓縮，溫度升高，機械能轉化為內能。當活塞到達汽缸頂端時，火花塞打火，使混合氣體猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃氣，推動活塞向下運動，內能轉化為機械能。進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，將廢氣排出汽缸。汽油機的一個工作循環(huán)分為如圖所示的四個沖程示意圖。汽油機工作時，活塞在汽缸里做往復運動?；钊麖钠椎囊欢诉\動到

另一端的過程，稱為一個沖程。

汽油機的一個工作循環(huán)過程包括四個沖程，分別是吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程和排氣沖程。剛剛是汽油機一個工作循環(huán)（含四個沖程）的介紹，接下來是熟悉這個四個沖程的工作特點。以下分三步學習汽油機的四個沖程工作特點：①從能量轉化角度學習壓縮沖程與做功沖程；②從工作示意圖分辨四個沖程的一些方法；③回歸教材汽油機工作過程示意圖。

圖12-29點火爆炸進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，將混合氣體壓縮。氣缸頂端的火花塞通電點火，混合氣體爆發(fā)性燃燒，高溫高壓氣體向下推動活塞做功。機械能

內能轉化內能機械能轉化圖12-28空氣壓縮引火儀1.看進氣門與排氣門開關：①全關，則是壓縮沖程與做功沖程；

②一開一閉，則是吸氣沖程與排氣沖程。2.看活塞處的箭頭方向：

①箭頭向下，則是吸氣沖程與做功沖程；

②箭頭向上，則是壓縮沖程與沖程排氣。運用以上兩點技巧前提是還須明白氣缸所在的位置。分辨四個沖程的兩點方法進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運動，燃料和空氣的混合氣體被吸入汽缸。進氣門和排氣門都關閉，活塞向上運動，燃料混合氣體被壓縮，溫度升高，機械能轉化為內能。當活塞到達汽缸頂端時，火花塞打火，使混合氣體猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃氣，推動活塞向下運動，內能轉化為機械能。進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，將廢氣排出汽缸?；钊鶑瓦\動

次;飛輪轉動______周；對外做功

次;汽缸內的燃油爆發(fā)性燃燒

次。2.四沖程內燃機一個工作循環(huán)：2111.做功沖程中，燃氣對外做功，帶動與曲軸相連的飛輪實現(xiàn)持續(xù)運轉。其余三個沖程是輔助沖程，活塞靠旋轉飛輪的慣性帶動曲軸連桿運動。2探究新知汽油機比較輕巧，常用在汽車、小型飛機和小型農(nóng)業(yè)機械(如插秧機、

機動噴霧器)上。在汽缸容積、轉速相等的情況下，柴油機的功率較大，

熱效率較高，因此被廣泛應用于載重汽車、拖拉機、坦克和輪船上。小型飛機小型農(nóng)業(yè)機械汽油機載重汽車坦克輪船柴油機探究新知

17世紀末，第一臺帶活塞的蒸汽機由法國物理學家、發(fā)明家巴本制成。經(jīng)瓦特等人的改進，蒸汽機(圖12-32)在工業(yè)生產(chǎn)上得到了廣泛應用，人類從此進入了工業(yè)時代。但是，當時的蒸汽機在使用中能量損失大，效率只有5%～8%。

為了進一步提高熱機效率，人們設法讓燃料在汽缸內燃燒，用燃燒產(chǎn)生的氣體直接推動活塞做功，這就是內燃機。今天的燃油汽車、拖拉機、坦克等，都使用了內燃機。圖12-32瓦特改良的蒸汽機熱機的發(fā)展歷史

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)動機以提高飛行器的飛行速度，因此渦輪噴氣發(fā)動機(圖12-33)應運而生。渦輪噴氣發(fā)動機使壓縮后的混合氣體在燃燒室內燃燒，燃燒后劇烈膨脹的氣體從尾部高速噴出，其巨大的反沖推力直接成為飛機的推進力?；鸺l(fā)動機的工作原理與渦輪噴氣發(fā)動機十分相似。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)動機只攜帶燃料，利用空氣做氧化劑，因此只能在大氣層內工作。圖12-33渦輪噴氣發(fā)動機結構示意

我國在火箭發(fā)動機的研制方面，固體火箭發(fā)動機和液體火箭發(fā)動機(圖12-34)齊頭并進，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級整體式固體火箭發(fā)動機試車成功，這是目前世界上推力最大的固體火箭發(fā)動機。2022年11月5日，我國自主研制的500t級液體火箭發(fā)動機首次整機試車成功。這些成果標志著我國火箭發(fā)動機的研制水平大幅提升，將有力推動中國航天夢的加速實現(xiàn)。圖12-34液體火箭發(fā)動機結構示意為什么有的汽車用汽油，有的汽車用柴油，還有的汽車用天然氣?也許是由于相等質量的不同燃料燃燒時，產(chǎn)生的熱量不同。想一想，議一議做一做取質量相等的酒精和面巾紙碎片各5g,分別放入兩個燃燒皿中，點燃后對裝有相等質量的水(約30g)的試管加熱(圖12-35),使酒精和面巾紙碎片充分燃燒。記錄加熱前后兩支溫度計的示數(shù)。圖12-35不同燃料的燃燒探究新知燃料加熱前的水溫/℃燃料燃盡后的水溫/℃水溫的變化/℃酒精

面巾紙碎片

想一想質量相等的酒精和面巾紙碎片充分燃燒后，試管中水溫的變化一樣嗎?這說明了什么?實驗表明，質量相等的不同燃料，充分燃燒所放出的熱量一般是不相等的。結論不一樣；說明了它們所放出的熱量不相等。小明利用如右圖裝置，完成以下實驗：比較質量相等的不同燃料燃燒放出的熱量。實驗中液體a溫度隨時間的變化如表格所示（見下頁）。為了進一步探究質量相等的不同燃料燃燒放出的熱量特點，我們進行如下實驗：實驗注：甲、乙中液體a的質量相等。0min/℃5min/℃10min/℃15min/℃燃料120

45

70/(燃料燃盡)燃料220

304050燃料液體a的溫度將實數(shù)表格中的數(shù)據(jù)描繪如右圖所示；且為了方便數(shù)據(jù)分析，我們將上頁的表格數(shù)據(jù)復制粘貼至如左圖所示。思考質量相等的燃料1和燃料2完全燃燒放出的熱量大小關系是什么；且二者的比值是多少？Q燃料1＞Q燃料2Q燃料1：Q燃料2=5：31.熱值：燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質量之比，叫作這種燃料的熱值。燃料的熱值用q表示，單位是J/kg。Q放=mq

質量為m的燃料，完全燃燒放出的熱量q:燃料的熱值；單位：J/kgQ：燃料完全燃燒放出的熱量；單位：Jm:燃料的質量；單位：kg3.物理意義：熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量。比值定義法2.公式：探究新知一些燃料的熱值1.與比熱容相似，不同燃料的熱值一般不同，其大小與燃料的種類有關，與燃料的質量（體積）、是否燃燒、是否完全燃燒無關；2.氫氣的熱值最大：氫氣熱值1.43×108J/kg。為什么發(fā)射火箭上天要用氫做燃料？因為氫的熱值大，質量相等的不同燃料完全燃燒，氫釋放的熱量最多，故利用氫做燃料。探究新知1.氣體燃料的熱值：對某些氣體燃料完全燃燒放出的熱量與其體積之比，叫做這種氣體燃料的熱值。4.物理意義：熱值在數(shù)值上等于在標準狀況下1m3的燃料完全燃燒放出的熱量。2.公式：3.氣體燃料的單位：焦/米3，讀作“焦每立方米”；符號：J/m3。例如，氫氣的熱值又可表示為1.28×10?J/m3,

它表示在標準狀況下1m3

氫氣完全燃燒，放出的熱量為1.28×10?J。探究新知燃料的熱值三點說明：①熱值與燃料的種類有關，反映了燃料燃燒放出熱量的本領大小.②只有在完全燃燒時放出的熱量與質量之比才是這種燃料的熱值，如果用沒有完全燃燒放出的熱量計算出的熱值就比實際值小.③熱值是針對一定質量或體積的燃料而言的，如果同種燃料的質量或體積不同，則完全燃燒時放出的熱量大小不同.1

．熱機的發(fā)明及廣泛使用，對人類社會的發(fā)展起到了重要的作用，下列不屬于熱機應用的

(

)A

．噴氣式飛機

B

．柴油拖拉機C

．純電動汽車

D

．燃油摩托車C課堂練習2

．四沖程汽油機工作時，將內能轉化為機械能的沖程是(

)A

．吸氣沖程

B

．壓縮沖程

C

．做功沖程

D

．排氣沖程C課堂練習3

．關于

的理解，下列說法中正確的是(

)A

．熱值與燃料完全燃燒放出的熱量成正比B

．若燃料燃燒不充分時，熱值將減小C

．當燃料未燃燒時，其熱值為零D

．某種燃料的熱值大小與是否充分燃燒無關D課堂練習4．酒精的熱值是3.0

×

107J/kg，表示的物理意義是

；一瓶

500g

的酒精用掉一半，則剩下酒精的熱值是

J/kg。1kg的酒精完全燃燒放出的熱量是3.0×107J3.0×107課堂練習A

．火箭的燃料燃燒得越充分，熱值越大B

．火箭“體內”的燃料選用液氫是因為液氫的質量大C

．火箭“體內”的液氫燃料溫度低至-253℃時，

內能為零D

．火箭“體內”的液氫燃料在燃燒過程中，質量減少，熱值不變5

．如圖所示，2024年

4

月

25日，搭載著神舟十八號載人飛船的長征二號

F遙十八運載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。下列說法正確的是(

)D課堂練習A

．燃氣在噴出的過程中溫度會降低B

．燃氣的內能轉化為盒蓋的機械能C

．能量轉化方式與汽油機的做功沖程相同D

．酒精燃燒放出的熱量一定是

6000J6

．電火花發(fā)生器點燃塑料盒內的酒精，酒精燃燒產(chǎn)生的燃氣能將盒蓋噴出很遠。實驗時在盒內滴入

2×10-4kg

的酒精