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第十四章 内能的利用（知识清单）
思维导图
第1节 能量的转化与守恒
一、各种形式的能量
二、能量的转化
1.【探究实验】完成下面一组小实验观察实验中的现象，讨论发生了哪些能量转化。
实验一：迅速摩擦双手。
【实验现象】不久后手感觉到暖和。
【实验原理】摩擦生热，机械能转化为内能
能量转化过程：来回迅速摩擦双手时，克服摩擦做功，将　　　转化为　　　，导致手部温度升高 。
实验二：黑塑料袋盛些水，插入温度计后系好袋口，放在阳光下。
【实验现象】过一会儿，可以观察到温度计的示数增加，即袋内水温升高。
【实验原理】光能转化为内能
能量转化过程：太阳光使塑料袋内水温升高，将　　　转化为　　 。
2. 能量的转化的概念
自然界中的各种现象都有着密切联系。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以　　　　　。
三、能量的转移
　　1.概念：能量可以从　　　　转移到　　　　，也可以从　　　　　转移到　　　　。
　　2. 正确理解能量的“转化”和“转移
发生能量的转化时，能的形式发生了　　　。发生能量的转移时能量的形式并　　。
四、能量守恒定律
　　1.概念：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量　　　　。 这就是　　　　　　。
2. 能量守恒定律理解
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有　　　　　　　，都服从能量守恒定律。
3.永动机
能量守恒定律的发现，使人们认识到：
任何一部机器，只能使能批从一种形式转化为其他形式，
而不能无中生有地制造能量。
因此，根本　　　　　　。
第2节 热机
一、热机
1.【探究实验】利用内能可以做功。
在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。 讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。
【实验现象】一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出
【实验分析】燃料燃烧产生的热量传给水和水蒸气，塞子受到水
蒸气压力而冲出去，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能。
能量转化过程：　　　转化为　　　　　
2.热机
（1）定义：通过长期的经验积累，人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用
　　　　　　　　　　叫做热机。
（2）工作原理：热机利用内能做功，将　　　转化为　　　　。
（3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（4）内燃机：燃料直接在发动机　　　　　产生动力的热机，叫作　　　。常见的内燃机有　　　　　和　　　　　。
3.汽油机
（1）工作原理：利用　　　在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气推动活塞做功。
（2）汽油机的构造：由气缸、　　　、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。
（3）工作过程：
①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，叫做　　。
②一个工作循环：由　　、　　、　　、　　4个冲程组成活塞往复运动　　次，飞轮转动　　周，对外做功　次
（4）汽油机四个冲程工作情况总结
冲程名称 进气门 排气门 活塞运动 冲程作用 能量转化
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 　　　转化为　　
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生火花，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 　 转化 为 　　　
排气冲程 闭 开 向上 排出废气
4.柴油机
（1）工作原理：通过　　　　　直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
（2）柴油机的构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部　　　　　　　而有一个喷油嘴。
（3）工作过程：
①一个工作循环：由　　、　　、　　、　　4个冲程组成活塞往复运动　　次，飞轮转动　　周，对外做功　　次
②柴油机吸入气缸内的物质只有　　，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油的燃点，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气会立刻燃烧起来。
（4）汽油机和柴油机的区别
第3节 热机效率
一、燃料的热值
1. 燃料
（1）燃料的种类：固体燃料木柴、煤炭等；液体燃料柴油、酒精等；气体燃料煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化在燃烧过程中，燃料的　　　转化为　　。
2. 【探究实验】比较不同物质放热能力
选择相同质量的干木柴和酒精，分别对相同质量，初温相同的水进行加热，观察实验现象，收集实验数据，并分析。
【实验数据】
【实验结论】相同质量的　　　燃料在完全燃烧时放出的热量　　　。
3. 热值
（1）定义：某种燃料　　　放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的　　　，用符号 　　 表示。
（2）热值的理解：相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）公式：
（4）单位：焦/千克，符号或焦/立方米，符号J/m （气体）
（5）热值的物理意义：热值在数值上等于　　某种燃料完全燃烧放出的　　。
（6）热值的影响因素：燃料的热值是燃料的一种　　　。其与燃料的种类有关， 而与燃料的质量、 体积、 是否完全燃烧以及燃料的状态（ 固态、 液态或气态） 无关。
（7）热值的相关计算： Q放=qm
二、热机效率
1.热机能量流向示意图：
汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；机械装置吸收了一部分能量；废气带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。
2. 热机效率
（1）定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做　　　　　。
（2）公式：
（3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少，节约能源。
（4）常见的热机效率
（5）提高热机效率的主要途径
①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
②在热机的设计和制造上，采用先进技术和使用新材料。
　③使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。
第十四章 内能的利用（知识清单）
思维导图
第1节 能量的转化与守恒
一、各种形式的能量
二、能量的转化
1.【探究实验】完成下面一组小实验观察实验中的现象，讨论发生了哪些能量转化。
实验一：迅速摩擦双手。
【实验现象】不久后手感觉到暖和。
【实验原理】摩擦生热，机械能转化为内能
能量转化过程：来回迅速摩擦双手时，克服摩擦做功，将机械能转化为内能，导致手部温度升高 。
实验二：黑塑料袋盛些水，插入温度计后系好袋口，放在阳光下。
【实验现象】过一会儿，可以观察到温度计的示数增加，即袋内水温升高。
【实验原理】光能转化为内能
能量转化过程：太阳光使塑料袋内水温升高，将太阳能转化为内能 。
2. 能量的转化的概念
自然界中的各种现象都有着密切联系。科学家们经过长期探索，发现能量转化是非常普遍的，在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的。
三、能量的转移
　　1.概念：能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。
　　2. 正确理解能量的“转化”和“转移
发生能量的转化时，能的形式发生了改变。发生能量的转移时能量的形式并没有变化。
四、能量守恒定律
　　1.概念：能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 这就是能量守恒定律。
2. 能量守恒定律理解
能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都服从能量守恒定律。
3.永动机
能量守恒定律的发现，使人们认识到：
任何一部机器，只能使能批从一种形式转化为其他形式，
而不能无中生有地制造能量。
因此，根本不可能造出永动机。
第2节 热机
一、热机
1.【探究实验】利用内能可以做功。
在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。 讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。
【实验现象】一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出
【实验分析】燃料燃烧产生的热量传给水和水蒸气，塞子受到水
蒸气压力而冲出去，水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能。
能量转化过程：内能转化为机械能
2.热机
（1）定义：通过长期的经验积累，人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械叫做热机。
（2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
（3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
（4）内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。常见的内燃机有汽油机和柴油机。
3.汽油机
（1）工作原理：利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气推动活塞做功。
（2）汽油机的构造：由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。
（3）工作过程：
①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，叫做一个冲程。
②一个工作循环：由吸气、压缩、做功、排气4个冲程组成活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次
（4）汽油机四个冲程工作情况总结
冲程名称 进气门 排气门 活塞运动 冲程作用 能量转化
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.柴油机
（1）工作原理：通过压缩空气直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
（2）柴油机的构造：与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而有一个喷油嘴。
（3）工作过程：
①一个工作循环：由吸气、压缩、做功、排气4个冲程组成活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次
②柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油的燃点，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气会立刻燃烧起来。
（4）汽油机和柴油机的区别
第3节 热机效率
一、燃料的热值
1. 燃料
（1）燃料的种类：固体燃料木柴、煤炭等；液体燃料柴油、酒精等；气体燃料煤气、天然气等。
（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。
（3）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫作物体的内能。内能的单位是焦耳（J）。
2. 【探究实验】比较不同物质放热能力
选择相同质量的干木柴和酒精，分别对相同质量，初温相同的水进行加热，观察实验现象，收集实验数据，并分析。
【实验数据】
【实验结论】相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同。
3. 热值
（1）定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫作这种燃料的热值，用符号 q 表示。
（2）热值的理解：相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。
（3）公式：
（4）单位：焦/千克，符号或焦/立方米，符号J/m （气体）
（5）热值的物理意义：热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。
（6）热值的影响因素：燃料的热值是燃料的一种特性。其与燃料的种类有关， 而与燃料的质量、 体积、 是否完全燃烧以及燃料的状态（ 固态、 液态或气态） 无关。
（7）热值的相关计算： Q放=qm
二、热机效率
1.热机能量流向示意图：
汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；机械装置吸收了一部分能量；废气带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。
2. 热机效率
（1）定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。
（2）公式：
（3）物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。
热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少，节约能源。
（4）常见的热机效率
（5）提高热机效率的主要途径
①尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。
②在热机的设计和制造上，采用先进技术和使用新材料。
　③使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。

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