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(共56张PPT)
第十二章
江苏科学技术出版社
机械能
和内能
九年级物理上册
无论是玩具车还是汽车，都深深地吸引着我们.
为什么有的玩具车不使用电池，它也能向前跑
为什么汽车要加注燃料后才能行驶
为什么要向汽车发动机的水箱中加水
… … … …
这其中的奥秘是什么呢？
发动机中的“秘密”
热 机
汽油机的工作循环
四、机械能与内能的相互转化①
做功—改变内能的另一种方式
1
导入新课
二、内能：
①物体内所有分子动能和分子势能的总和叫作物体的内能。
②热传递：是改变内能的一种方式。
动能、重力势能和弹性势能统称为机械能。
机械能
动能
势能
重力势能
弹性势能
一、机械能
复习
①为什么汽车高速行驶较长时间后，轮胎的温度会升的很高
②燃料是怎样使汽车
发动机工作的
第4节 机械能与内能的相互转化①
2
学习新课
12.6 研究做功能否改变物体的内能
活 动
做一做
如图所示，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
用手指触摸弯折处，感觉烫手（温度升高）， 铁丝的内能变大。
如图所示，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，你看到了什么
看一看
空气压缩引火仪
硝化棉发生燃烧。
议一议
1. 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
2. 你还有什么办法可以使铁丝的温度升高 这些方法中，哪些是用热传递的方式改变物体内能的 哪些是通过做功改变物体内能的
3. 你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗
议一议
1. 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
在上述活动中，物体增加的内能是通过做功来的，是机械能转化为内能。
弯折铁丝，人在做功，铁丝增加的内能是通过做功实现的，是将人的机械能转化为内能。
2. 你还有什么办法可以使铁丝的温度升高 这些方法中，哪些是用热传递的方式改变物体内能的 哪些是通过做功改变物体内能的
议一议
①用火焰加热　　　
②太阳晒
③用热水烫
④用手焐
⑤用砂纸摩擦　　　　　
⑥用锤子不断敲击
⑦反复弯折
……
热传递的方式
改变物体内能
做功方式改
变物体内能
3.你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗
议一议
从滑梯下滑时屁股有点发烫
冬天人们搓手感到暖和
做功改变内能
汽车急刹车时，轮胎克服地面间的摩擦做功，内能增加，温度升高，轮胎表面被烧焦。
流星穿越大气层时，克服空气阻力做功，内能增加，温度太高，达到流星燃点，流星燃烧。
既然对物体做功，会使物体温度升高，内能增加；如果物体对外做功，那么物体的内能会怎样变化呢？
4. 物体对外界做功
请同学们观看水蒸气做功实验视频。
Ⅰ. 描述观察到的实验现象，此现象
形成的原因是什么？
Ⅱ. 实验中谁对谁做功？
发现水蒸气把橡皮塞弹飞，同时瓶口出现了白雾
Ⅰ. 观察到的实验现象是什么？
当瓶塞跳飞出时，是 对_________做功，_______的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷，________(填物态变化名称)成小液滴，于是就观察到“雾”这种现象。
瓶内水蒸气
瓶塞
水蒸气
液化
“白气、白雾” 都是水蒸气液化之后的小水滴（液态），不是水蒸气，而水蒸气是气态无色透明看不到。
①实验分析
Ⅱ. 此现象形成的原因是什么？
结论
水蒸气对外做功，内能减小，温度降低
注意
②对比“压缩气体做功 ”与“水蒸气膨胀做功”两个实验
外界对空气做功
空气的内能增大
温度升高
空气内能
增大
压缩空气
水蒸气对外做功
内能减小
水蒸气
温度降低
水蒸气
做功
对水加热
结论
外界对物体做功，物体的内能增加，温度升高；
物体对外界做功，物体的内能减少，温度降低.
①压缩气体做功
②水蒸气膨胀做功
总结：改变物体内能的两种方式
改变物体内能的实质是机械能与内能的转化
改变物体内能的实质是内能的转移
结果是
等效的
　　【例题1】老师在做“向装有少量水的瓶子内打气”的实验过程中，不断的向瓶内打气，使瓶内水蒸气的气压增大，水蒸气的内能_______（填“增加”或“减少”），温度（填“升高”或“降低”）。当瓶塞跳起来时，可以看到瓶内出现，这是因为水蒸气对瓶塞，内能（填“增加”或“较少”），温度（填“升高”或“降低”），水蒸气而成小液滴。白雾未消失时，如果马上盖上塞子，再次向瓶内打气，则会看到。增加升高白雾做功减少降低液化白雾马上消失白雾是水蒸气遇冷液化成的小水滴，只有水蒸气的温度降低时，才会液化，出现“白雾”。12.7 观察点火爆炸现象
活 动
你观察到什么现象
在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的 能减少，转化为 能。
内
机械
如图所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，把电火花发生器的放电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。
塑料盒盖飞出去。
根据这一原理，可以制造出将内能转化为机械能的机器.
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。
实物图
结构图
1. 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。
①构造
气缸
进气门
活 塞
连 杆
排气门
火花塞
曲 轴
②冲程：
活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。
③一个工作循环：
汽油机完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，叫做一个工作循环。
多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
2. 汽油机的工作过程分析
进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，汽油和空气的混合物被吸入气缸。
①吸气冲程
汽油和空气的混合物被吸入气缸
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。
②压缩冲程
机械能
内能
能量转化
在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。
③做功冲程
内能
能量转化
机械能
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
④排气冲程
想一想
①在汽油机的四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？
②哪个冲程使汽车获得动力？
③哪个冲程排出了汽车的废气？
排气冲程
做功冲程
内能
机械能
机械能
内能
做功冲程
压缩冲程
对外做功1次
飞轮转动2周
3. 汽油机一个工作循环情况总结
活塞往复2次
有4个冲程
一个工作循环
在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。
冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能的转化
吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 ——
压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上 排出废气 ——
4. 汽油机四个冲程工作情况总结
晴
5. 内燃机
① 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机。
②种类：汽油机、柴油机.
汽油机
柴油机
6. 柴油机
都是把内能转化成机械能，工作过程都包括四个冲程.
排气冲程
做功冲程
压缩冲程
吸气冲程
①柴油机与汽油机的相同之处：
区别 汽油机 柴油机
构造
吸入的物质
燃料 燃烧的方式
火花塞
喷油嘴
吸入空气和
汽油的混合物
只吸入空气
点燃式
压燃式
①柴油机是压燃式，通过压缩点火。
②汽油机是点燃式，通过火花塞点火。
②汽油机与柴油机的区别
重要区别
③详细分析柴油机和汽油机的不同点：
汽油机 柴油机
构造 气缸顶部有火花塞 气缸顶部有喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 汽油与空气的混合物 空气
压缩冲程 混合物压缩后，压强达106Pa； 温度可达250～400℃. 空气压缩后，压强达3～4×106Pa；
温度可达500～700℃
做功冲程 火花塞点火（点燃式） 喷雾状柴油，燃烧（压燃式）
用途 轻巧、体积小， 家用轿车、轻型飞机等。 笨重、经济、功率大，主要用于
载重汽车、轮船、坦克等。
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。经英国工程师纽科门和瓦特(p.59)的改进，蒸汽机在工业生产上得到了广泛应用，使人们摆脱了以人力和畜力为动力的时代。蒸汽机使火车飞奔、轮船远航，人类从此进入了工业时代。但是，蒸汽机在使用中暴露了它致命的弱点：它要靠一台锅炉提供蒸汽，由于燃料在汽缸外燃烧，因而热量损失大。在当时，蒸汽机的效率只有5%~8%。
人类历史上第一辆用
蒸汽驱动的三轮汽车
生活 物理 社会
热机的发展历程
为了进一步提高热机效率，减小热机的体积和质量，人们设法让燃料在汽缸内燃烧，用燃烧的气体直接推动活塞做功，这就是内燃机。今天的汽车、拖拉机、坦克等，都使用了内燃机。
涡轮喷气发动机
生活 物理 社会
热机的发展历程
随着航空和航天事业的发展，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应运而生。涡轮喷气发动机使压缩后的混合气体在燃烧室燃烧，燃烧后剧烈膨胀的气体从尾部高速喷出，其巨大的反冲推力直接成为飞机的推进力，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；涡轮喷气发动机只带燃料，利用空气做氧化剂，因此它只能在大气层内工作.
从蒸汽机、内燃机到涡轮喷气发动机，热机的发展历程让我们看到，各种热机的使用和发展深刻地影响着人类社会文明的进程，为提高社会生产力作出了巨大贡献。
火箭发动机
【例题2】某四冲程汽油机，曲轴转速1200转/分，则该汽油机每秒做功________次，有________个冲程，飞轮转________周。
20
10
40
曲轴转速1200转/分=20转/秒；因为完成一个工作循环，包含吸气、压缩、做功、排气四个冲程，做功1次，飞轮转动2周，所以该汽油机每秒做功10次，有40个冲程，飞轮转20周。
3
课堂总结
热传递和做功改变物体的内能是等效的.
热传递
实质——内能的转移
做 功
实质——内能与其它能的转化
改变内能的
两种方式
热机
热机原理：是将燃料燃烧产生的高温高压的
燃气的内能转化为机械能的装置。
吸气冲程：燃料和空气的混合气体吸入汽缸
压缩冲程：压缩气体，机械能转化为内能
做功冲程：燃料的内能转化为机械能
排气冲程：废气排出汽缸
汽油机的一
个工作循环
机械能与
内能的相
互转化
4
WHAT WHY WOW
1. 给你一块冰，你能用哪些方法使其熔化 这些方法中，哪些采用的是做功方式 哪些采用的是热传递方式
这是一个开放性问题，目的是要让学生会辨别改变物体内能的两种方式。例如：可以采用加热的方式（热传递方式），或对冰进行摩擦（做功方式）
航天飞船从太空返回地面过程中的速度很大，飞船表面与空气摩擦产生大量的热，从而使飞船表面温度升高.
2. 航天飞船的外壳涂有一层烧蚀材料，以免飞船从太空返回地面的过程中因高温而损坏。想一想，为什么飞船在返回过程中温度会升高
3. 用打气筒给自行车轮胎打气，打完后摸一摸打气筒的外壁，发现外壁变热了。请用所学的物理知识解释这一现象.
因为在打气过程中，一方面，打气筒的活塞与筒壁上下摩擦，机械能转化为内能，使气筒外壁变热；另一方面，活塞也压缩气体做功，使气体的内能增大，温度升高，通过热传递也使气筒外壁变热.
4. 简述汽油机工作时机械能与内能相互转化的过程。若一台四冲程汽油机的飞轮转速为1200r/min，则该汽油机每秒钟做功多少次
在压缩冲程中，机械能转化为内能。在做功冲程中，内能转化为机械能。
飞轮转速为1200r/min=20r/s，因为飞轮转动2圈，做功1次，所以该汽油机每秒钟做功十次.
5
课堂练习
1. 下列各图所列举的事例中，属于热传递改变物体内能的是（　　）
C
A. 冬天 B．从滑梯滑下 C．水加热时 D．压缩空气
搓手变暖 臀部发热 水温升高 点燃棉花
A. 冬天搓手，手会变暖
B．从滑梯滑下，臀部发热
C．给水加热，水温升高
D．迅速压下活塞，筒内气温升高
水加热时温度升高，属于热传递改变内能，其他的都是做功改变内能。
2. 某汽油机飞轮转速为3000r/min，那么，每秒钟内完成 个冲程，活塞往复 次，燃气推动活塞做功的次数为 次。
飞轮转速3000r/min=50r/s
一个工作循环由四个冲程组成，曲轴旋转两周，活塞往复两次，对外做功一次
100
50
25
3. 用电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体能将盒盖喷出很远，如图所示此过程中的能量转化的顺序为（　　）
A．内能-机械能-化学能
B．化学能-内能-机械能
C．机械能-内能-化学能
D．内能-化学能-机械能
B
电火花发生器点燃塑料盒内的酒精气体将盒盖喷出很远，此过程中的能量转化的顺序为酒精燃烧将化学能转化为内能，将盒盖喷出时，内能转化为机械能。
4. 汽油机的一个工作循环是由四个冲程组成的，图中表示做功冲程的是（　　）
A B C D
A．气门都关闭，活塞向上运行，是压缩冲程，故A不符合题意；
B．气门都关闭，活塞向下运行，是做功冲程，故B符合题意；
C．排气门打开，活塞向上运动，是排气冲程，故C不符合题意；
D．进气门打开，活塞向下运行，是吸气冲程，故D不符合题意。
B
5.下列过程中，能量转化情况相同的是（　　）
A
①钻木取火，是将机械能转化内能；②水蒸气顶开活塞，是水的内能转化为活塞的机械能；③压缩冲程，是机械能转化为内能；④煤气炉灶烧水，是煤气的化学能转化为内能的过程；所以能量转化相同的为①③，故A符合题意，BCD不符合题意。
A．①③ B．②③ C．②④ D．③④
②橡胶塞被水蒸气推出去的过程中，将 ______________ 转化为橡胶塞的动能，这个过程跟四冲程内燃机的 __________ （选填“压缩冲程”或“做功冲程”）相似。
6. 在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，当水沸腾一段时间后，会观察到橡胶塞被水蒸气推出去，如图所示。
①对试管加热水温升高的过程中，水的内能 _____ （选填“增大”、“不变”或“减小”）。
①对试管加热水温升高的过程中，通过热传递改变内能，水内能变大。
②水吸热迅速的汽化，产生大量的水蒸气，水蒸气对橡胶塞做功，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，此过程中的能量转化情况与汽油机的做功冲程类似，在汽油机的做功冲程中是燃气的内能转化为活塞的机械能。
做功冲程
增大
水蒸气的内能
7. 演示探究：如图所示，甲装置是在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花球，乙装置中玻璃瓶内装了少许水，请回答下列问题。
①甲装置演示的实验：迅速压下活塞时，活塞对筒内空气做功，使其内能______，温度升高，当筒内空气温度达到乙醚的_________时，棉花球燃烧；
①迅速压下活塞时，活塞对筒内空气做功，空气的内能增大，温度升高，当温度达到乙醚的着火点时，棉花就会燃烧。
增大
着火点
7. 演示探究：如图所示，甲装置是在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花球，乙装置中玻璃瓶内装了少许水，请回答下列问题。
②乙装置演示的实验：用打气筒往瓶内打几下气后，可看到塞子跳起，瓶中同时会出现白雾，这是因为瓶内空气推动活塞做功时，内能______，温度______，水蒸气液化；
③甲乙两装置都是用来探究______。
②瓶内空气推动活塞做功时，空气内能减小，温度降低，空气中的水蒸气遇冷液化成小水珠。
③甲和乙两套装置都是探究做功可以改变物体的内能。
做功可以改变物体的内能
减少
降低
8.一台单杠四冲程内燃机正常工作时的转速为1800r/min，该内燃机每秒共经历了_____冲程。如图所示，某单缸四冲程汽油机正处于_____冲程，此冲程将_____能转化为_____能，接下来它应该处于______冲程，汽油机是汽车的“心脏”，气缸外面有“水套”，汽车行驶时水的温度会升高，水的内能会增大，这是通过__________方式改变水的内能。
热传递
内燃机正常工作时的转速为1800r/min=30r/s，即每秒完成15个工作循环，完成60个冲程。
如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放出电火花，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。
接下来应该将燃烧后的废气排出，所以接下来应该处于排气冲程。
气缸外有一个水套，气缸被水包围着，水从气缸吸收热量，温度升高，水的内能会增大，这是通过热传递的方式改变水的内能。
60
做功
内
机械
排气
9. 如图所示，甲、乙是两个演示实验示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图，其中与做功冲程原理相同的演示实验图和表示汽油机将机械能转化为内能的冲程示意图分别是（　　）
甲图对试管中的水加热，试管中水蒸气的内能增大、体积膨胀，对外做功，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；
乙图用力将活塞压下，活塞对空气做功，空气的内能增大，温度升高，达到了棉花的着火点，棉花就会燃烧。是通过对物体做功来增大物体内能的，是将机械能转化为内能的过程；
丙图两气门都关闭，活塞下行，是做功冲程，做功冲程将内能转化为机械能；
丁图两气门都关闭，活塞上行，是压缩冲程，压缩冲程是把机械能转化为内能的过程。
由以上分析可知看出与做功冲程原理相同的是甲图，表示汽油机利用将机械能转化为内能的冲程示意图对应正确的是丁图。故ABD不符合题意，C符合题意。
A．乙、丙 B．甲、丙 C．甲、丁 D．乙、丁
C
10.如图所示，内燃机工作过程中能的转化与图中水蒸气将塞子冲开时能的转化相同的是图 ____（选填“甲”“乙”“丙”或“丁”），若该内燃机的铭牌上标有3600r/min，则内燃机每秒做功 ______次。
30
甲
对试管中的水加热，使试管中水蒸气内能增大，使塞子飞出去，内能转化为塞子的机械能；
图甲中的气门都关闭，活塞向下运行，且上端的火花塞发出电火花，是做功冲程，把内能转化为机械能，图甲的能的转化与图中水蒸气将塞子冲开时能的转化相同的。
若汽油机飞轮转速是3600r/min，即60r/s，所以此汽油机每秒钟转60圈，可完成30个工作循环，120个冲程，对外做30次功。
11. 某单缸四冲程柴油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个做功冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），求：
①做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
②一个做功冲程中燃气对活塞做的功；
③柴油机的功率.
①做功冲程燃气对活塞的平均压力
F=pS=9.0×105Pa×30×10-4m2=2.7×103N
②一个做功冲程燃气对活塞的功
W=Fs=2.7×103N×50×10-3m=135J
③因为飞轮的转速是
1800r/min=30r/s，
所以每秒做功次数：
n=15
柴油机的功率

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