资源简介

(共52张PPT)
第十二章 机械能和内能
第四节 机械能与内能的相互转化
1
学习目标
2
课时导入
3
感悟新知
4
随堂检测
5
课堂小结
做功——改变物体内能的另一种方式
热机
比较不同燃料燃烧放出的热量
燃料的热值
为什么汽车高速行驶较长时间后，轮胎的温度会升得很高.
燃料是怎样使汽车发动机工作的.
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.
知识点
做功——改变物体内能的另一种方式
1
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·苏州] 景颇族的祖先曾发明一种活塞式点火器，
如图所示. 以牛角作套筒，木质推杆前端粘附艾绒. 取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗. 手推杆入筒的过程中，筒内密封气体的( )
A. 分子动能减小 B. 密度不变
C. 分子数增加 D. 内能增大
例1
D
解题秘方：本题情境和空气压缩引火仪异曲同工，注意空气压缩引火仪的相关内容的迁移应用.
解析：本题雷同于空气压缩引火仪，猛推推杆时间较短，气体来不及吸放热，主要是外界对气体做功，气体内能增加，温度升高，分子动能增加. 因为是封闭的气体，质量不变，分子数也不会增加，密度随气体体积的减小而增大.
1.2022 年4 月16 日，神舟十三号载人飞船返回舱成功返回地面. 返回舱进入大气层时与空气摩擦，表面温度急剧升高，如图所示，此过程中返回舱( )
A. 克服空气阻力做功，内能增大
B. 克服空气阻力做功，内能减小
C. 与空气发生热传递，内能不变
D. 与空气发生热传递，内能减小
A
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.
燃烧
做功
知识点
热机
2
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
冲程名称 进气门 排气门 活塞的运动 备 注
吸气冲程 开 关 向下 吸入燃料和空气
压缩冲程 关 关 向上 机械能转化为内能
做功冲程 关 关 向下 内能转化为机械能
排气冲程 关 开 向上 排出废气
(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·赤峰] 汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程( )
例2
C
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：图A 中的一个气门打开，活塞向下运动，所以为吸气冲程；图B 中的两个气门都关闭，活塞向上运动，所以为压缩冲程，是机械能转化为内能；图C 中的两个气门都关闭，活塞向下运动，所以为做功冲程，是内能转化为机械能；图D中的一个气门打开，活塞向上运动，所以为排气冲程；在做功冲程中，燃料燃烧时，化学能转化为内能，然后对外做功时，内能转化为机械能.
2.[中考· 张家界] 如图是汽油机工作过程中的_____冲程. 一单缸四冲程汽油机的飞轮转速是3 600 r/min， 则该汽油机每秒对外做功 _____次.
压缩
30
实验设计：如图所示，测量出10 g 酒精和10 g 碎纸片，将其分别放在两个燃烧皿中，对质量相等的水加热，使酒精和碎纸片充分燃烧. 记录加热前后两支温度计的示数.
知识点
比较不同燃料燃烧放出的热量
3
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
燃料 初温/℃ 末温/℃ 升高的温度/℃
酒精 15 35 20
碎纸片 15 25 10
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.
[盐城亭湖区期中] 如图所示，甲、乙、丙三图中装置完全相同，燃料的质量相同，烧杯内的液体质量和初温也相同.
例 3
比较不同燃料的热值，应选择_______两图进行实验；要完成本实验，燃料完全燃烧放出热量的多少是通过___________ (填“加热的时间”或“升高的温度”)来反映的.
甲、乙
升高的温度
解析：为了比较热值大小要用不同的燃料，加热同一种液体，让液体的质量相同，通过温度计的示数高低得出吸热多少，进而判断热值大小，应选择甲、乙两图进行实验.
3. [广元昭化区模拟]“比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量”，点燃质量相等的酒精和碎纸片，
分别给质量______的水加热，用比较________________来代替比较燃料燃烧放出的热量的多少， 实验过程中， ________ (填“ 需要” 或“ 不需要”)加热相同的时间， 直至______________ ， 实验才能结束.
相等
水吸收热量的多少
不需要
燃料完全燃尽
为什么有的汽车用汽油，有的汽车用柴油，还有的汽车用天然气？
知识点
燃料的热值
4
也许是由于相等质量的不同燃料燃烧时，产生的热量不同.
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.
燃料的热值用字母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)
固态 液体 气态 干木柴 1.2×107 酒精 3.0×107 煤气 3.0×107
烟煤 2.9×107 柴油 4.3×107 天然气 4.4×107
焦炭 3.0×107 石油 4.4×107 无烟煤 3.4×107 汽油 4.6×107 氢气 1.43×107
木炭 3.4×107 煤油 4.6×107 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·宿迁]“自嗨锅”成为当下一种时尚快餐，很受年轻人喜爱.
例4
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=4.2×103 J/(kg·℃)、q酒精=3×107 J/kg]
2.268×105
7.56
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；根据Q 放=mq 计算出需要完全燃烧酒精的质量.
解析：一个标准大气压下，水的沸点是100℃，水的质量m=600 g=0.6 kg，水吸收的热量Q 吸=c 水m(t－t0)=4.2×
103 J/(kg·℃)×0.6 kg×(100 ℃ －10 ℃)=2.268×105 J；
不计热量损失，酒精完全燃烧放出的热量Q 放=Q 吸= 2.268×105 J；由Q放=mq 可知，需要完全燃烧酒精的质量m酒精= ==7.56 g.
4.[中考·常州] 天然气热水器将40 kg 的水从15 ℃加热到
65 ℃，此过程中天然气完全燃烧释放热量的84% 被水吸收，水吸收热量________J，天然气完全燃烧释放热量________ J， 需要消耗天然气________ kg， 这是通过 ________方式改变水的内能.[c 水=4.2×103 J/(kg ℃)，q天然气=4×107 J/kg]
8.4×106
1×107
0.25
热传递
内能
热值
机械能
概念
热量计算
压缩气体做功
克服摩擦做功
做功改变物体的内能
气体膨胀做功
热机
汽油机

展开更多......

收起↑