苏科版（2024）九年级上册（2024）四、机械能与内能的相互转化教案配套ppt课件

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做功改变物体的内能热机汽油机热值热量计算机械能与内能的相互转化
做功——改变物体内能的另一种方式
1. 探究做功增加物体的内能实验体验：如图1 所示，用力快速弯折铁丝数十次，用手触摸弯折处，铁丝弯折处烫手.
如图2 所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用力将活塞迅速下压，看到玻璃筒底部棉花着火.
论证思考 (1)铁丝弯折处烫手说明什么？玻璃筒底部棉花着火又说明什么？
论证结果反复弯折铁丝，导致弯折处的内能增加、温度升高而烫手；压缩筒内空气，筒内空气的内能增加、温度升高，达到棉花的着火点而着火.
(2)铁丝的弯折位置和活塞内空气增加的内能从何而来？能量是如何转化的？
弯折铁丝做功和压缩空气做功的结果都是通过做功将机械能转化为内能.
实验结论：对物体做功，内能会增加，是机械能转化为内能.
2. 探究做功减少物体的内能实验体验：(1)如图3 所示，在盒中滴入几滴酒精，盖紧盒盖，按动电火花发生器的按钮. 观察到盒内的酒精爆炸，盒盖被冲出去；
(2)如图4 所示，瓶中盛少量水，给瓶内打气，直到瓶塞跳出. 瓶塞跳起前，瓶内上方透明，瓶塞跳起时，瓶内上方和瓶口附近出现白雾.
论证思考 (1)盒盖冲出、瓶塞跳起时，什么能变大, 增加的能量从何而来？
论证结果盒盖、瓶塞的机械能变大. 前者来自于爆炸生成高温高压燃气对盒盖做功，后者来自于瓶内高压气体膨胀对瓶塞做功.
(2)瓶塞跳起后，瓶内上方和瓶口附近白雾从何而来，说明了什么？
瓶内上方、瓶口附近的水蒸气，温度降低液化成小水珠. 对瓶塞做功后，瓶内气体的内能变小，温度降低,即内能转化为机械能.
实验结论：物体对外做功，内能会减小，是内能转化为机械能.
3. 做功可以改变物体的内能做功改变物体内能的本质是内能和机械能相互转化.对物体做功时，是机械能转化为内能，物体的内能增加；物体对外做功时，是内能转化为机械能，物体的内能减少.
易错提醒：不是所有做功都会改变物体的内能. 如将物体举高过程中做功，改变的是物体机械能而不是内能. 压缩气体、克服摩擦、锻打和弯折金属等外界对物体做功时，物体的内能会增加；气体膨胀等物体对外界做功时，物体的内能会减少.
[中考·山西]二氧化碳（CO2）爆破技术是现代工程建设中非常环保的技术。起爆前高压泵将CO2 压缩成高压气体，液化后输入爆破筒内。如图5 所示，爆破时电加热管发热，使筒内的液态CO2 迅速汽化，形成的高压气体从泄气孔中喷出，实施爆破。下列说法正确的是（ ）A. 高压泵压缩CO2，气体内能增大，温度降低B. 高压泵压缩CO2，气体内能减小，温度升高C. 高压CO2 气体喷出时，内能增大，温度升高D. 高压CO2 气体喷出时，内能减小，温度降低
考向： 做功改变物体的内能
解题秘方：物体对外做功，会导致物体的内能减小；外界对物体做功，会导致物体的内能增加。
解析：高压泵压缩CO2，此时对气体做功，因此气体内能增大，温度升高；高压CO2 气体喷出时，气体对外做功，内能减小，温度降低。
1. 热机(1)热机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.(2)能量转化：燃料的化学能→内能→机械能． (3) 热机是热力发动机的简称，早期的蒸气机、飞机的涡轮喷气发动机、发射神舟飞船的火箭发动机等都是热机.
知识关联热机的工作原理和如图所示的实验相同.
2. 汽油机的工作循环(1)汽油机的结构如图所示.
思维导图一个工作循环↓活塞上下往返两次↓曲轴( 飞轮) 转动2 周↓做功1 次
(2)汽油机四个冲程的工作过程
(3)汽油机的一个工作循环中，四个冲程，曲轴旋转两圈，活塞上下往返运动两次，对外做功一次.
深度思考 汽油机的做功冲程中，能量是如何转化的？
深度理解做功冲程的两次能量转化：一是燃料燃烧，化学能转化为内能；二是燃气推动活塞做功，内能转化为机械能.
[中考·镇江] 汽油机工作的四个冲程中，做功冲程是( )
考向： 识别汽油机的冲程
解题秘方：通过气门的关闭情况和活塞的运动情况来判断是哪一个冲程。
解析：A 图，一个气门打开，活塞向下运动，为吸气冲程；B 图，两个气门都关闭，活塞向上运动，为压缩冲程；C 图，两个气门都关闭，活塞向下运动，为做功冲程；D 图，一个气门打开，活塞向上运动，为排气冲程。
1. 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量实验设计：如图8 所示，取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5 g，分别放入两个燃烧皿中，点燃后对装有相等质量的水（约3 0 g）的试管加热，使酒精和面巾纸碎片充分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。
特别提醒由于热量的散失，水吸收的热量远小于燃料燃烧释放出的热量，不能根据水升高的温度和水的质量运用Q=cmΔt 推算燃料燃烧所释放的热量.
实验数据：如表格所示。
分析论证：质量相等的酒精和碎纸片充分燃烧后，两杯水升高的温度不同，表明这些燃料燃烧时，放出热量的多少不同.实验结论：质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量不同.
2.燃料的热值（1） 定义 燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。燃料的热值用q 表示，单位是J/kg。（2） 物质的特性热值是燃料本身的一种特性，它与燃料的种类有关，与燃料的质量、体积、是否完全燃烧等没有关系。
3. 质量为m 的燃料完全燃烧放出的热量Q=mq.计算燃料完全燃烧放出的热量，质量m 的单位必须是kg,如果已知条件的质量单位不是 kg 必须进行换算.
4. 燃料燃烧的能量转化化学能转化为内能. 只有燃料完全燃烧时，燃料的化学能全部转化为内能，放出热量最多. 生产、生活中燃料的燃烧很难达到完全燃烧，释放的热量少于运用热值计算的结果.
阅读表格：一些燃料的热值 (J/kg)
分析思考 从上面表格中发现了什么？
分析结果不同燃料的热值不相同；有些燃料的热值相近，如无烟煤和木炭.
5. 说明：气体燃料的热值单位有时采用“J/m3”，气体燃料完全燃烧放出的热量Q=Vq. 其中体积的单位为m3.
类比思考 热值和比热容都是物质的特性，那么热值和比热容有什么不同？
类比结果热值和比热容的比较①定义不同；②描述对象不同，热值是针对燃料的，而比热容是针对所有物质的；③单位不同， 热值单位是“J/kg” 或“J/m3”， 而比热容单位是“J/（kg·℃）”.
[中考·泰州]在“比较酒精和碎纸片图9燃烧时放出的热量”实验中。
考向1： 识别汽油机的冲程
（1）由于燃料充分燃烧放出热量的多少不仅与燃料种类这一个因素有关，因此实验时必须控制酒精和碎纸片的_____相等；实验中还需要控制被加热的水的质量和初温均相同，以便于____________________________________。
通过水升高的温度来反映燃料完全燃烧放出的热量
（2）如图9 是小明安装好的实验装置，其中存在的错误是______________________________________。
温度计的玻璃泡没有充分浸入烧杯的水中
（3）小华纠正了小明的错误，又组装了一套相同的实验装置，备好秒表。在两燃烧皿中分别加入准备好的酒精和碎纸片，读出水的初温后，进行如下操作：①先点燃酒精，再点燃碎纸片。②保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数。③ 待酒精和碎纸片充分燃烧结束，分别读取温度计的示数。小红认为上述操作中，操作______是错误的。小明根据正确操作获得的数据，算出了燃料的热值，发现结果小于该燃料的实际热值，原因是______________________________________。
燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到
解题秘方：比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量实验，利用控制变量法分析实验，主要抓住几个相等：被加热物质的种类相同、初温相等、质量相等；不同燃料的质量相等。利用转换法分析实验，通过“升高的温度”反映燃料放出热量多少。
解析：（2）用温度计测量液体的温度时，应该让温度计的玻璃泡与被测液体充分接触，不能碰到容器的底部和侧壁，由图可知，温度计的玻璃泡没有充分浸入烧杯的水中。（3）实验过程中要控制完全燃烧燃料的质量相同，燃烧时间相同并不能保证燃烧燃料的质量相同，所以保证酒精和碎纸片燃烧时间相同，读取温度计的示数的操作是错误的。由于燃料燃烧放出的热量有一部分会散失到空气中，又或被烧杯等实验装置吸收，使Q放大于Q吸，因此计算出的燃料热值比实际偏小些。
[中考·宿迁]“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱。它里面的发热包在将600 g 水从10 ℃ 加热至沸腾（标准大气压下）的过程中，提供给水的热量至少为__________J。如果用酒精灯给600 g水加热升高同样温度，至少需要_____g酒精。[c水=4.2×103J/（kg·℃），q 酒精=3×107 J/kg]
考向2：燃料燃烧放出热量的计算
解题秘方：不计热量损失，酒精完全燃烧放出的热量Q放=Q吸，先用Q吸=cm（t-t0）计算出水吸收的热量，再根据Q放=mq 计算出需要完全燃烧酒精的质量。
解析：标准大气压下，水的沸点是1 0 0 ℃，水的质量m=600 g=0.6 kg，水吸收的热量Q吸=c水m水（t-t0）=4.2×103J/（k g·℃）×0.6kg×（100℃-10℃）= 2.268×105J。不计热量损失，酒精完全燃烧放出的热量Q放=Q吸=2.268×105J；由Q放=mq可知，需要完全燃烧酒精的质量m酒精=Q放/q 酒精=(2.268×105J)/(3×107J/k g)= 0.756×10-2kg =7.56g。