12.4机械能与内能的相互转化 -2023-2024学年苏科版物理九年级上学期

第四节机械能与内能的相互转化第十二章机械能和内能知识点做功——改变物体内能的另一种方式知1－讲感悟新知11.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1－讲感悟新知如图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.知1－讲感悟新知论证思考(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.知1－讲感悟新知(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.知1－讲感悟新知实验结论：对物体做功，内能会增加，是机械能转化为内能.知1－讲感悟新知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；知1－讲感悟新知(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.知1－讲感悟新知论证思考(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.知1－讲感悟新知(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.知1－讲感悟新知实验结论：物体对外做功，内能会减小，是内能转化为机械能.知1－讲感悟新知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.知1－讲感悟新知易错提醒：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.感悟新知知1－练[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1D感悟新知知1－练解题秘方：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.感悟新知知1－练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知识点热机知2－讲感悟新知21.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2－讲感悟新知知识关联热机的工作原理和如图所示的实验相同.知2－讲感悟新知2.汽油机的工作循环(1)汽油机的结构如图所示.知2－讲感悟新知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次知2－讲感悟新知(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知2－讲感悟新知(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.知2－讲感悟新知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.感悟新知知2－练[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2C感悟新知解题秘方：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.知2－练感悟新知解析：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.知2－练感悟新知知2－练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3600r/min，则该汽油机每秒对外做功_____次.压缩30知识点比较不同燃料燃烧放出的热量知3－讲感悟新知3实验设计：如图所示，测量出10g酒精和10g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3－讲感悟新知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.知3－讲感悟新知实验数据燃料初温/℃末温/℃升高的温度/℃酒精153520碎纸片152510知3－讲感悟新知分析论证：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.感悟新知知3－练[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感悟新知知3－练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、乙升高的温度感悟新知知3－练解析：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.感悟新知知3－练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，感悟新知知3－练分别给质量______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知识点燃料的热值知4－讲感悟新知41.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．知4－讲感悟新知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.知4－讲感悟新知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.知4－讲感悟新知阅读表格：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知4－讲感悟新知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.知4－讲感悟新知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.知4－讲感悟新知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·℃）”.感悟新知知4－练[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感悟新知知4－练它里面的发热包在将600g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600g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=3×107J/kg]2.268×1057.56感悟新知解题秘方：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.知4－练感悟新知

知4－练感悟新知知4－练4.[中考·常州]天然气热水器将40kg的水从15℃加热到65℃