苏科版（2024）九年级上册（2024）四、机械能与内能的相互转化公开课课件ppt

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‌1.通过观察"快速弯折金属丝会发热"和"压缩气体点火"等实验现象，学生能理解摩擦生热、压缩做功等方式可以改变物体内能，认识到做功与热传递是改变内能的两种等效方式，从而建立能量转化观念并培养实验观察的核心素养。2.通过分析"下落重物带动叶轮搅拌水使其升温"的演示实验，学生能验证机械能可以转化为内能，并能解释打气筒壁发热等生活现象，发展能量守恒思想和现象解释能力这一核心素养。3.通过拆解四冲程汽油机模型观察吸气-压缩-做功-排气过程，学生能理解热机是通过燃料燃烧将内能转化为机械能的装置，并能说明火花塞、曲轴等关键部件的作用，形成工程实践认知和技术应用意识这一核心素养。‌
你有什么方法可以使铁丝的温度升高吗？
1）用火烧2）来回弯折3）用砂纸摩擦4）在太阳下晒5）在地面上摩擦…
哪些方法是用热传递方式改变物体内能的？
余下的是改变物体内能的另一种方式？
一、做功—改变物体内能的另一种方式
如图12-27所示，将铁丝快速弯折十余次，然后用手指触摸弯折处，你有何感觉?铁丝的内能变化了吗?
感觉手指变热；铁丝的内能增加。
活动12.6 探究做功能否改变物体的内能
如图12-28所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小片硝化棉，将活塞迅速下压，你看到了什么?
演示实验——《压缩引火》
演示实验——《改变内能的另一种方式》
在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的?能量是如何转化的?
以上这些内能增加的方式是热传递吗？
你能再举一些非热传递改变物体内能的实例吗?
以上这些内能增加的方式都不是热传递，他们有什么共同特点？
他们共同特点：①都有力。②力的方向上移动一定距离。
【结论】做功是改变物体内的能另一种方式。
生活中有没有通过做功的方式将内能转化为机械能的情况呢？
当瓶塞飞出时，是_________ 对_________做功，_______的内能减少，是燃气的______能转化为瓶塞的_________能。
生活中内能转化为机械能的事例：
视频——蒸汽冲开瓶塞
做功改变物体内能的实质是机械能与内能的转化。
热传递改变物体内能的实质是内能的转移。
对物体内能的改变是等效的。一个物体的温度升高，内能变大，可能是热传递，也可能是外界对物体做了功。
两种改变内能的方式对比：
该实验中，燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气；塞子受到水蒸气的压力而冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的动能。
1、热机热机是热力发动机的简称，它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。
（1）工作原理 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。
（2）汽油机的构造由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。
（冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。）
（3）汽油机的四个冲程汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
汽油和空气的混合物进入汽缸
气缸内汽油和空气的混合物被压缩
火花塞点火，燃料燃烧迅速膨胀，推动活塞运动
将气缸中燃烧剩余的废弃排出
视频演示——《四冲程汽油机工作循环》
①只有做功冲程对外做功，其余冲程靠惯性完成②参数：4个冲程,飞轮转2圈, 1个工作循环,对外做功1次
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，将混合气体压缩。
气缸顶端的火花塞通电点火，混合气体爆发性燃烧，高温高压气体向下推动活塞做功。
（5）汽油机四个冲程工作情况总结
口诀：圈数×2＝冲程数 圈数÷2＝做功数
汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械(如插秧机、 机动喷雾器)上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大， 热效率较高，因此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。
（6）汽油机与柴油机的应用
（7）生活•物理•社会 热机的发展历程
17世纪末，第一台带活塞的蒸汽机由法国物理学家、发明家巴本 制成。经瓦特等人的改进，蒸汽机 (图12-32)在工业生产上得到了广 泛应用，人类从此进入了工业时代。 但是，当时的蒸汽机在使用中能量损失大，效率只有5%～8%。 为了进一步提高热机效率，人们设法让燃料在汽缸内燃烧，用燃烧产生的气体直接推动活塞做功，这就是内燃机。今天的燃油汽车、拖拉机、坦克等，都使用了内燃机。
随着航空航天事业的发展，人们迫切需要大功率的发动机以提高飞行器的飞行速度，因此涡轮喷气发动机(图12-33)应运而生。火箭发动机的工作原理与涡轮喷气发动机十分相似。主要的差 别是，火箭自带燃料和氧化剂，可在大气层之外工作；涡轮喷气发动机只携带燃料，利用空气做氧化剂，因此只能在大气层内工作 。
我国在火箭发动机的研制方面， 固体火箭发动机和液体火箭发动机(图 12-34)齐头并进，现已居世界前列。 2021年10月19日，我国研制的直径为3.5m 的500 t级整体式固体火箭发 动机试车成功，这是目前世界上推力最大的固体火箭发动机。2022年11月 5日，我国自主研制的500 t 级液体火箭发动机首次整机试车成功。这些成果标志着我国火箭发动机的研制水平大幅提升，将有力推动中国航天梦的加速实现。
机械能与内能的相互转化
①热传递：实质是内能的转移。②做功：实质是其它形式的能与内能之间的转化。①热机：将燃料燃烧产生的燃气的内能转化为机械能。②内燃机的分类：汽油机、柴油机和天然气发动机。③内燃机一个工作循环：吸气、压缩、做功和排气冲程。④能量转化：压缩冲程，燃料的机械能转化为内能。 做功冲程：燃料的内能转化为机械能。⑤热机的发展历程：蒸汽机、内燃机、涡轮喷气发动机、 火箭发动机等。
例1．内燃机是将___________能转化机械能的装置。内燃机的一个工作循环是由___________个冲程组成的。其中压缩冲程是把_________能转化为_________能。
【答案】 内 四 机械 内【详解】[1][2][3][4]内燃机是依靠燃料燃烧将内能转化为机械能的装置，内燃机的一个工作循环有四个冲程，即吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，在压缩冲程中，活塞由上向下压缩汽缸内的空气，即对空气做功，使得空气的内能增加，温度升高，将机械能转化为内能。
例2．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　）A．吸气冲程：只吸入空气 B．压缩冲程：缸内温度降低C．做功冲程：气体推动活塞做功 D．排气冲程：内能转化为机械能
【答案】C【详解】A．吸气冲程：吸入空气和汽油的混合物，故A错误；B．压缩冲程：活塞压缩混合气做功，缸内气体内能增大，温度升高，故B错误；C．做功冲程：燃烧后的高温高压气体推动活塞做功，内能转化为机械能，故C正确；D．排气冲程：排气门打开，进气门开闭，由飞轮的惯性带曲轴转动，带活塞上移，排出废气，不涉及内能与机械能间的转化，故D错误。
例3．关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法：①在压缩冲程中，是机械能转化为内能②在做功冲程中，气体内能增加，温度升高③只有做功冲程是燃气对外做功④用水循环来降低热机的温度，主要是利用水比热容较大的特性以上说法中正确的是（　　）A．只有②③B．只有②③④C．只有①③④D．①②③④
【答案】C【详解】①②③汽油机四个冲程中，只有做功冲程燃气对外做功，将内能转化为机械能，内能减小，温度降低，在压缩冲程中将机械能转化为内能，故①③正确、②错误；④水的比热容比较大，质量相同的水与其它物质相比，升高相同的温度，水吸收更多的热量，所以利用水来降低热机的温度，故④正确。故ABD错误，C正确。故选C。
例4．一台内燃机的飞轮转速是1440转/分，那么在每秒钟内（　　）A．飞轮转动24转，燃气对活塞做功720次，活塞完成2880个冲程B．飞轮转动24转，燃气对活塞做功24次，活塞完成24个冲程C．飞轮转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程D．飞轮转动24转，燃气对活塞做功1440次，活塞完成1440个冲程
【答案】C【详解】已知飞轮转速为1440r/min=24r/s，在1个工作循环中，飞轮转2圈，完成4个冲程并对外做功1次；所以，在每秒钟内，该内燃机的飞轮转动24转，燃气对活塞做功12次，活塞完成48个冲程，故ABD错误，C正确。
例5．如图所示，图甲汽油机与图___________（填“乙”“丙”或“乙和丙”）中能量转化情况相同，如果该汽油机飞轮的转速是360r/min，则汽油机每秒钟对外做功___________ 次；图乙中，棉花的内能增大主要是通过___________ 方式实现的。
【答案】 丙 3 热传递【详解】[1]图甲所示冲程中，进气门和排气门关闭，活塞向下运动，火花塞产生电火花，故此冲程为汽油机的做功冲程，在此过程中，燃气的内能转化为活塞的机械能；图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，使气体内能增加，温度升高；图丙中，高温气体将塞子冲出时，将内能转化为机械能。对比三图所示情景的能量转化情况可知，图甲所示冲程的能量转化情况与丙图所示情景的能量转化相同。[2]汽油机的一个工作循环中，经历四个冲程，飞轮转动两周，对外做功一次，因为该汽油机飞轮的转速是360r/min，所以飞轮每秒转动6周，则汽油机每秒钟对外做功3次。[3]图乙中，活塞压缩筒内气体，机械能转化为内能，通过做功的方式使筒内气体内能增加，温度升高，气体的热量传递给棉花，棉花的内能增大，这是通过热传递方式来实现的。
1．下列设备不属于热机的是（    ）A．洗衣机B．汽油机C．柴油机D．蒸汽机
2．如图所示，金属制成的气缸中装有汽油和空气的混合物。下列操作有可能使气缸中汽油燃烧的是（     ）A．迅速向外拉活塞 B．迅速向里推活塞C．缓慢向里推活塞 D．缓慢向外拉活塞
3. 图示课本四个示例中的能量转化过程，与汽油机做功冲程相同的是（     ）A．甲图中反复弯折铁丝 B．乙图中压缩空气C．丙图中盒内燃气推出盒盖 D．丁图中取暖器通电后电热丝发热
4．如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）A．压缩冲程，将化学能转化成内能 B．压缩冲程，将机械能转化成内能C．做功冲程，将内能转化成机械能 D．做功冲程，将机械能转化成内能
5．下图是四冲程汽油机的工作示意图。从能量转化的角度看，机械能转化为内能的冲程是（　 ）
6. 在瓶内滴入少量酒精，用塞子塞住瓶口，向瓶内快速打气，瓶内气体的内能__________，这是用__________的方式改变内能的，相当于汽油机的__________冲程；突然听到较大声响，看到塞子飞出，__________能转化为__________能，瓶内温度__________（填“上升、下降、不变”）。
7. 如图所示，是单缸四冲程汽油机的__________冲程，该冲程活塞移动时，汽缸内燃料混合气体的压强变__________ 。若该汽油机转速为2400r/min，则它每分钟完成__________个如图所示的冲程。
8. 如下图，甲、乙是课堂上看到的两个演示实验示意图，与压缩冲程原理相同的是_____图所示的演示实验；丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，利用内能来做功的冲程是_______图。若某汽油机飞轮转速为3600r/min，则它每秒完成__________个冲程。