四、機(jī)械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化（導(dǎo)學(xué)案）【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．通過(guò)活動(dòng)，知道做功是改變內(nèi)能的另一種方式，是其他能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，并能舉例說(shuō)明；2．知道熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)械；了解四沖程汽油機(jī)的工作循環(huán)和各沖程涉及的能量轉(zhuǎn)化；3．通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，建立熱值的概念，知道熱值是物質(zhì)的物理屬性，能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】1．機(jī)械能與內(nèi)能是可以相互轉(zhuǎn)化的；2．汽油機(jī)的工作四個(gè)沖程的特點(diǎn)；3．熱值及其計(jì)算、應(yīng)用?！緦W(xué)習(xí)難點(diǎn)】1．汽油機(jī)工作的特點(diǎn)、應(yīng)用、及求有關(guān)參數(shù)；2．實(shí)驗(yàn)探究：比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時(shí)放出的熱量；3．熱值、比熱容的綜合應(yīng)用?！咀灾黝A(yù)習(xí)】閱讀教材，完成以下問(wèn)題：1．可以改變物體的內(nèi)能，對(duì)物體做功，內(nèi)能；物體對(duì)外做功，內(nèi)能。2．熱機(jī)是的簡(jiǎn)稱，它是將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾霓D(zhuǎn)化為的裝置。3．汽油機(jī)主要由、、、、、和組成。4．汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)分為、、、四個(gè)沖程。其中壓縮沖程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為；做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為。5．四沖程內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)：個(gè)沖程；活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)次；飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)周；對(duì)外做功次。6．燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質(zhì)量之比，叫作這種燃料的。燃料的熱值用表示，單位是，讀作：。公式：；質(zhì)量為m的燃料，完全燃燒放出的熱量：?！咎骄啃轮刻骄恳弧C(jī)械能與內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化如圖所示，小朋友從滑梯滑下，會(huì)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。這些現(xiàn)象說(shuō)明機(jī)械能與內(nèi)能是可以相互轉(zhuǎn)化的?；顒?dòng)12.6探究做功對(duì)物體內(nèi)能的影響【做一做】如圖所示，將鐵絲快速?gòu)澱凼啻?，然后用手指觸摸彎折處，你有何感覺(jué)?鐵絲的內(nèi)能變化了嗎?反復(fù)折彎鐵絲空氣壓縮引火儀【看一看】如圖所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團(tuán)干燥的棉花，用力將活塞迅速下壓，你看到了什么?【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】【議一議】（1）在上述活動(dòng)中，物體增加的內(nèi)能是從哪里來(lái)的?能量是如何轉(zhuǎn)化的?（2）你還有什么辦法可以使鐵絲的溫度升高?這些方法中，哪些是用熱傳遞的方式改變物體內(nèi)能的?哪些是通過(guò)做功改變物體內(nèi)能的?（3）你能再舉一些通過(guò)做功改變物體內(nèi)能的實(shí)例嗎?【分析】（1）在上述活動(dòng)中，彎折鐵絲，人在做功，鐵絲增加的內(nèi)能是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的，是將人的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）使鐵絲的溫度升高的一些辦法：如下所示。通過(guò)熱傳遞改變內(nèi)能①用火焰加熱通過(guò)做功方式改變內(nèi)能⑤用砂紙摩擦②太陽(yáng)曬⑥用錘子不斷敲擊③用熱水燙⑦反復(fù)彎折④用手焐…………【看一看】如圖，在燒瓶（或可樂(lè)瓶）內(nèi)盛少量水，并蓋緊瓶塞。向瓶?jī)?nèi)打氣，當(dāng)瓶塞跳出時(shí)，觀察瓶?jī)?nèi)的變化?！舅伎肌可鲜鰧?shí)驗(yàn)中，通過(guò)什么途徑改變了燒瓶?jī)?nèi)空氣的內(nèi)能？【實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象】發(fā)現(xiàn)水蒸氣把橡皮塞彈飛，同時(shí)瓶口出現(xiàn)了白霧?！粳F(xiàn)象分析】當(dāng)瓶塞跳飛出時(shí)，是瓶?jī)?nèi)水蒸氣對(duì)瓶塞做功，水蒸氣的內(nèi)能減少，溫度降低，水蒸氣遇冷，液化成小液滴，于是就觀察到“白霧”這種現(xiàn)象?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】水蒸氣對(duì)外做功，內(nèi)能減小，溫度降低。（3）做功改變內(nèi)能的實(shí)例：①冬天雙手快速互相摩擦?xí)杏X(jué)暖和；②用砂紙打磨木頭，木頭和砂紙接觸面會(huì)發(fā)熱；③剎車時(shí)剎車片與車輪摩擦產(chǎn)生高溫；④給自行車輪胎打氣時(shí)，打氣筒的筒壁會(huì)明顯發(fā)熱；⑤柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在壓縮沖程中，氣缸內(nèi)空氣被劇烈壓縮后溫度急劇升高，足以點(diǎn)燃柴油。⑥古人鉆木取火。⑦打開(kāi)高壓氣瓶閥門，氣體高速噴出，閥門附近會(huì)變冷?！尽窘Y(jié)論】做功可以改變物體的內(nèi)能，對(duì)物體做功，內(nèi)能增加；物體對(duì)外做功，內(nèi)能減少。從能量轉(zhuǎn)化的角度理解內(nèi)能的改變有了內(nèi)能的概念后，我們就能理解，對(duì)一個(gè)物體加熱或者做功，就是使能量“流入”了物體的內(nèi)部，物體的內(nèi)能増加。能量通過(guò)這種方式被儲(chǔ)存起來(lái)。反過(guò)來(lái)，物體也可以對(duì)外放熱或者做功，從而釋放內(nèi)能。【例題1】在做功改變內(nèi)能的實(shí)驗(yàn)中，老師做了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。（1）實(shí)驗(yàn)一：如圖甲所示把活塞迅速壓下去，觀察到硝化棉燃燒，這是因?yàn)榛钊麎嚎s氣體做功，空氣的內(nèi)能_____（選填”增加”或“減少”），溫度_____(選填“升高”或“降低”)，達(dá)到棉花著火點(diǎn)的緣故。這個(gè)過(guò)程中是把_____能轉(zhuǎn)化為_(kāi)____能。（2）實(shí)驗(yàn)二：向裝有少量水的瓶子內(nèi)打氣，使瓶?jī)?nèi)的氣壓增大，當(dāng)瓶塞跳起來(lái)時(shí)，可以看到瓶?jī)?nèi)出現(xiàn)白霧，這是因?yàn)樗魵鈱?duì)瓶塞做功，內(nèi)能______(填“增加”或“減少”)，溫度______(填“升高”或“降低”)，水蒸氣______而成小液滴。探究二、熱機(jī)（一）活動(dòng)12.7觀察點(diǎn)火爆炸現(xiàn)象【看一看】如圖12-29所示，在透明塑料盒的底部鉆一個(gè)孔，將電子點(diǎn)火器的放電管緊緊塞進(jìn)孔中，打開(kāi)塑料盒蓋，向盒中滴入幾滴酒精，再將盒蓋蓋緊，按動(dòng)電子點(diǎn)火器的按鈕。提醒：注意安全，千萬(wàn)不要將蓋子對(duì)著自己或他人。提醒：注意安全，千萬(wàn)不要將蓋子對(duì)著自己或他人。你觀察到什么現(xiàn)象?【現(xiàn)象】酒精開(kāi)始燃燒，稍后，塑料盒蓋飛出?！究偨Y(jié)】在上述活動(dòng)中，酒精燃燒產(chǎn)生的燃?xì)鈱?duì)外做功，燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。根據(jù)這一原理，可以制造出將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。（二）熱機(jī)1．熱機(jī)：熱機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)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。熱機(jī)被廣泛應(yīng)用于各種車輛、船舶、飛機(jī)、火箭、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、礦山、火力發(fā)電站、核電站等等。內(nèi)燃機(jī)是最常見(jiàn)的一種熱機(jī)，按照所使用燃料的不同，內(nèi)燃機(jī)可分為汽油機(jī)、柴油機(jī)和天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。2．汽油機(jī)的主要構(gòu)造：如圖所示，汽油機(jī)主要由氣缸、活塞、火花塞、進(jìn)氣門、排氣門、曲軸和連桿組成。3．汽油機(jī)的工作過(guò)程：汽油機(jī)工作時(shí)，活塞在汽缸里做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。活塞從汽缸的一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程，稱為一個(gè)沖程。汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)分為圖12-31所示的四個(gè)沖程。吸氣沖程：進(jìn)氣門打開(kāi)，排氣門關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，燃料和空氣的混合氣體被吸入汽缸。壓縮沖程：進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合氣體被壓縮，溫度升高，內(nèi)能增大，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。做功沖程：當(dāng)活塞到達(dá)汽缸頂端時(shí)，火花塞打火，使混合氣體猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫、高壓的燃?xì)?，推?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。排氣沖程：進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，將高溫廢氣排出汽缸。4．汽油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化：（1）壓縮沖程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；（2）做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。5．汽油機(jī)一個(gè)工作循環(huán)，四個(gè)沖程的區(qū)分（1）看進(jìn)氣門與排氣門開(kāi)關(guān)：①全關(guān)，則是壓縮沖程與做功沖程；②一開(kāi)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。6．四沖程內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)的有關(guān)參數(shù)（1）做功沖程中，燃?xì)鈱?duì)外做功，帶動(dòng)與曲軸相連的飛輪實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。其余三個(gè)沖程是輔助沖程，活塞靠旋轉(zhuǎn)飛輪的慣性帶動(dòng)曲軸連桿運(yùn)動(dòng)。（2）四沖程內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)：4個(gè)沖程；活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)2次；飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)2周；對(duì)外做功1次。7．汽油機(jī)與柴油機(jī)的應(yīng)用：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。（三）生活?物理?社會(huì)——熱機(jī)的發(fā)展歷程閱讀教材，了解熱機(jī)發(fā)展歷程，從蒸汽機(jī)到內(nèi)燃機(jī)，再到渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)，火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。了解我國(guó)在火箭發(fā)動(dòng)機(jī)的研制方面，已居世界前列，有力推動(dòng)中國(guó)航天夢(mèng)的加速實(shí)現(xiàn)。【例題2】?jī)?nèi)燃機(jī)有四個(gè)工作沖程，如圖所示是內(nèi)燃機(jī)的_______沖程，活塞上升時(shí)，汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能______（選填“減少”或“增加”），_______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能?！纠}3】關(guān)于汽油機(jī)與柴油機(jī)的說(shuō)法中，不正確的是（）A．柴油機(jī)汽缸頂部有個(gè)火花塞，汽油機(jī)汽缸頂部有個(gè)噴油嘴B．柴油機(jī)通過(guò)壓縮空氣直接點(diǎn)燃柴油C．汽油機(jī)與柴油機(jī)的工作過(guò)程都分為吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程D．汽油機(jī)與柴油機(jī)使用的燃料不同探究三、熱值（一）活動(dòng)12.8比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時(shí)放出的熱量【做一做】取質(zhì)量相等的酒精和面巾紙碎片各5g，分別放入兩個(gè)燃燒皿中，點(diǎn)燃后對(duì)裝有相等質(zhì)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(jì)的示數(shù)。提醒：注意安全，防止?fàn)C傷。提醒：注意安全，防止?fàn)C傷。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(zhì)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(shuō)明了什么?【結(jié)論】實(shí)驗(yàn)表明，質(zhì)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。（二）熱值1．熱值：燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質(zhì)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，讀作：焦耳每千克。2．公式：；質(zhì)量為m的燃料，完全燃燒放出的熱量：Q放=mq3．單位：q：燃料的熱值；單位：J/kg；Q：燃料完全燃燒放出的熱量；單位：J；m：燃料的質(zhì)量；單位：kg4．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。如：酒精的熱值為3.0×107J/kg，其物理意義是：質(zhì)量為1kg的酒精，完全燃燒放出的熱量為3.0×107J。5．一些燃料的熱值6．解讀：（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(guān)，與燃料的質(zhì)量（體積）、是否燃燒、是否完全燃燒無(wú)關(guān)；（2）氫氣的熱值最大：氫氣熱值1.43×108J/kg。（3）氣體燃料的熱值公式：，體積為V的燃料，完全燃燒放出的熱量：Q放=Vq【例題4】關(guān)于燃料的熱值，下列說(shuō)法正確的是（）A.熱值在數(shù)值上等于1kg某種燃料燃燒放出的熱量B.10kg木炭比1kg木炭的熱值大C.熱值大的燃料比熱值小的燃料燃燒時(shí)放出的熱量多D.燃料燃燒時(shí)放出熱量的多少與是否完全燃燒有關(guān)【例題5】如圖是某內(nèi)燃機(jī)的能量流向圖。下列有關(guān)說(shuō)法正確的是（）A．①是廢氣帶走的熱量 B．該內(nèi)燃機(jī)是在壓縮沖程獲得動(dòng)力C．該內(nèi)燃機(jī)的效率為28% D．改進(jìn)構(gòu)造減小摩擦可提高③所占百分比【課堂總結(jié)】第4節(jié)機(jī)械能和內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化【課堂練習(xí)】1．熱機(jī)的發(fā)明及廣泛使用，對(duì)人類社會(huì)的發(fā)展起到了重要的作用，下列不屬于熱機(jī)應(yīng)用的（）A．噴氣式飛機(jī) B．柴油拖拉機(jī)C．純電動(dòng)汽車 D．燃油摩托車2．四沖程汽油機(jī)工作時(shí)，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)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3．關(guān)于的理解，下列說(shuō)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(shí)，熱值將減小C．當(dāng)燃料未燃燒時(shí)，其熱值為零D．某種燃料的熱值大小與是否充分燃燒無(wú)關(guān)4．電火花發(fā)生器點(diǎn)燃塑料盒內(nèi)的酒精，酒精燃燒產(chǎn)生的燃?xì)饽軐⒑猩w噴出很遠(yuǎn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)在盒內(nèi)滴入2×10-4kg的酒精（q酒精=3×107J/kg）。對(duì)于此實(shí)驗(yàn)過(guò)程，以下說(shuō)法不正確的是()A．燃?xì)庠趪姵龅倪^(guò)程中溫度會(huì)降低B．燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為盒蓋的機(jī)械能C．能量轉(zhuǎn)化方式與汽油機(jī)的做功沖程相同D．酒精燃燒放出的熱量一定是6000J5．如圖所示，2024年4月25日，搭載著神舟十八號(hào)載人飛船的長(zhǎng)征二號(hào)F遙十八運(yùn)載火箭在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射。下列說(shuō)法正確的是()A．火箭的燃料燃燒得越充分，熱值越大B．火箭“體內(nèi)”的燃料選用液氫是因?yàn)橐簹涞馁|(zhì)量大C．火箭“體內(nèi)”的液氫燃料溫度低至-253℃時(shí)，內(nèi)能為零D．火箭“體內(nèi)”的液氫燃料在燃燒過(guò)程中，質(zhì)量減少，熱值不變6．如圖所示為內(nèi)燃機(jī)四沖程工作示意圖，下列說(shuō)法正確的是()A．一個(gè)工作循環(huán)的正確順序是：甲乙丙丁B．圖乙沖程是做功沖程C．圖甲沖程是將所有的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的過(guò)程D．圖丁沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程7．如圖所示，甲、乙、丙三圖中的裝置完全相同。燃料的質(zhì)量、燒杯內(nèi)液體質(zhì)量及液體初溫均相同。不考慮熱量損失，燃料點(diǎn)燃直至燃盡，三裝置燒杯中液體升高的溫度隨時(shí)間變化的圖像如圖丁所示。以下判斷正確的是()A．液體a的比熱容是液體b的兩倍B．0-t1時(shí)間內(nèi)甲、乙、