12.4機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化 -2023-2024學(xué)年蘇科版物理九年級(jí)上學(xué)期

第四節(jié)機(jī)械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化第十二章機(jī)械能和內(nèi)能知識(shí)點(diǎn)做功——改變物體內(nèi)能的另一種方式知1－講感悟新知11.探究做功增加物體的內(nèi)能實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)：如圖1所示，用力快速?gòu)澱坭F絲數(shù)十次，用手觸摸彎折處，鐵絲彎折處燙手.知1－講感悟新知如圖2所示，在空氣壓縮引火儀的玻璃筒底部放一小團(tuán)干燥的棉花，用力將活塞迅速下壓，看到玻璃筒底部棉花著火.知1－講感悟新知論證思考(1)鐵絲彎折處燙手說(shuō)明什么？玻璃筒底部棉花著火又說(shuō)明什么？論證結(jié)果反復(fù)彎折鐵絲，導(dǎo)致彎折處的內(nèi)能增加、溫度升高而燙手；壓縮筒內(nèi)空氣，筒內(nèi)空氣的內(nèi)能增加、溫度升高，達(dá)到棉花的著火點(diǎn)而著火.知1－講感悟新知(2)鐵絲的彎折位置和活塞內(nèi)空氣增加的內(nèi)能從何而來(lái)？能量是如何轉(zhuǎn)化的？彎折鐵絲做功和壓縮空氣做功的結(jié)果都是通過(guò)做功將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.知1－講感悟新知實(shí)驗(yàn)結(jié)論：對(duì)物體做功，內(nèi)能會(huì)增加，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.知1－講感悟新知2.探究做功減少物體的內(nèi)能實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)：(1)如圖3所示，在盒中滴入幾滴酒精，蓋緊盒蓋，按動(dòng)電火花發(fā)生器的按鈕.觀察到盒內(nèi)的酒精爆炸，盒蓋被沖出去；知1－講感悟新知(2)如圖4所示，瓶中盛少量水，給瓶?jī)?nèi)打氣，直到瓶塞跳出.瓶塞跳起前，瓶?jī)?nèi)上方透明，瓶塞跳起時(shí)，瓶?jī)?nèi)上方和瓶口附近出現(xiàn)白霧.知1－講感悟新知論證思考(1)盒蓋沖出、瓶塞跳起時(shí)，什么能變大,增加的能量從何而來(lái)？論證結(jié)果盒蓋、瓶塞的機(jī)械能變大.前者來(lái)自于爆炸生成高溫高壓燃?xì)鈱?duì)盒蓋做功，后者來(lái)自于瓶?jī)?nèi)高壓氣體膨脹對(duì)瓶塞做功.知1－講感悟新知(2)瓶塞跳起后，瓶?jī)?nèi)上方和瓶口附近白霧從何而來(lái)，說(shuō)明了什么？瓶?jī)?nèi)上方、瓶口附近的水蒸氣，溫度降低液化成小水珠.對(duì)瓶塞做功后，瓶?jī)?nèi)氣體的內(nèi)能變小，溫度降低,即內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.知1－講感悟新知實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體對(duì)外做功，內(nèi)能會(huì)減小，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.知1－講感悟新知3.做功可以改變物體的內(nèi)能做功改變物體內(nèi)能的本質(zhì)是內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化.對(duì)物體做功時(shí)，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，物體的內(nèi)能增加；物體對(duì)外做功時(shí)，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，物體的內(nèi)能減少.知1－講感悟新知易錯(cuò)提醒：不是所有做功都會(huì)改變物體的內(nèi)能.如將物體舉高過(guò)程中做功，改變的是物體機(jī)械能而不是內(nèi)能.壓縮氣體、克服摩擦、鍛打和彎折金屬等外界對(duì)物體做功時(shí)，物體的內(nèi)能會(huì)增加；氣體膨脹等物體對(duì)外界做功時(shí)，物體的內(nèi)能會(huì)減少.感悟新知知1－練[中考·蘇州]景頗族的祖先曾發(fā)明一種活塞式點(diǎn)火器，如圖所示.以牛角作套筒，木質(zhì)推桿前端粘附艾絨.取火時(shí)，一手握住套筒，另一手猛推推桿，艾絨即燃，隨即將桿拔出，口吹立見(jiàn)火苗.手推桿入筒的過(guò)程中，筒內(nèi)密封氣體的()A.分子動(dòng)能減小B.密度不變C.分子數(shù)增加

D.內(nèi)能增大例1D感悟新知知1－練解題秘方：本題情境和空氣壓縮引火儀異曲同工，注意空氣壓縮引火儀的相關(guān)內(nèi)容的遷移應(yīng)用.解析：本題雷同于空氣壓縮引火儀，猛推推桿時(shí)間較短，氣體來(lái)不及吸放熱，主要是外界對(duì)氣體做功，氣體內(nèi)能增加，溫度升高，分子動(dòng)能增加.因?yàn)槭欠忾]的氣體，質(zhì)量不變，分子數(shù)也不會(huì)增加，密度隨氣體體積的減小而增大.感悟新知知1－練1.2022年4月16日，神舟十三號(hào)載人飛船返回艙成功返回地面.返回艙進(jìn)入大氣層時(shí)與空氣摩擦，表面溫度急劇升高，如圖所示，此過(guò)程中返回艙()A.克服空氣阻力做功，內(nèi)能增大B.克服空氣阻力做功，內(nèi)能減小C.與空氣發(fā)生熱傳遞，內(nèi)能不變D.與空氣發(fā)生熱傳遞，內(nèi)能減小A知識(shí)點(diǎn)熱機(jī)知2－講感悟新知21.熱機(jī)(1)熱機(jī)是將燃料燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的裝置.(2)能量轉(zhuǎn)化：燃料的化學(xué)能→內(nèi)能→機(jī)械能．(3)熱機(jī)是熱力發(fā)動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)稱(chēng)，早期的蒸氣機(jī)、飛機(jī)的渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)、發(fā)射神舟飛船的火箭發(fā)動(dòng)機(jī)等都是熱機(jī).燃燒做功知2－講感悟新知知識(shí)關(guān)聯(lián)熱機(jī)的工作原理和如圖所示的實(shí)驗(yàn)相同.知2－講感悟新知2.汽油機(jī)的工作循環(huán)(1)汽油機(jī)的結(jié)構(gòu)如圖所示.知2－講感悟新知思維導(dǎo)圖一個(gè)工作循環(huán)↓活塞上下往返兩次↓曲軸(飛輪)轉(zhuǎn)動(dòng)2周↓做功1次知2－講感悟新知(2)汽油機(jī)四個(gè)沖程的工作過(guò)程沖程名稱(chēng)進(jìn)氣門(mén)排氣門(mén)活塞的運(yùn)動(dòng)備注吸氣沖程開(kāi)關(guān)向下吸入燃料和空氣壓縮沖程關(guān)關(guān)向上機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能做功沖程關(guān)關(guān)向下內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能排氣沖程關(guān)開(kāi)向上排出廢氣知2－講感悟新知(3)汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，四個(gè)沖程，曲軸旋轉(zhuǎn)兩圈，活塞上下往返運(yùn)動(dòng)兩次，對(duì)外做功一次.知2－講感悟新知深度思考汽油機(jī)的做功沖程中，能量是如何轉(zhuǎn)化的？深度理解做功沖程的兩次能量轉(zhuǎn)化：一是燃料燃燒，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；二是燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.感悟新知知2－練[中考·赤峰]汽油機(jī)的四個(gè)沖程中，哪個(gè)沖程存在著化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過(guò)程()例2C感悟新知解題秘方：通過(guò)氣門(mén)的關(guān)閉情況和活塞的運(yùn)動(dòng)情況來(lái)判斷是哪一個(gè)沖程.知2－練感悟新知解析：圖A中的一個(gè)氣門(mén)打開(kāi)，活塞向下運(yùn)動(dòng)，所以為吸氣沖程；圖B中的兩個(gè)氣門(mén)都關(guān)閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以為壓縮沖程，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；圖C中的兩個(gè)氣門(mén)都關(guān)閉，活塞向下運(yùn)動(dòng)，所以為做功沖程，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；圖D中的一個(gè)氣門(mén)打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，所以為排氣沖程；在做功沖程中，燃料燃燒時(shí)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后對(duì)外做功時(shí)，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能.知2－練感悟新知知2－練2.[中考·張家界]如圖是汽油機(jī)工作過(guò)程中的_____沖程.一單缸四沖程汽油機(jī)的飛輪轉(zhuǎn)速是3600r/min，則該汽油機(jī)每秒對(duì)外做功_____次.壓縮30知識(shí)點(diǎn)比較不同燃料燃燒放出的熱量知3－講感悟新知3實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：如圖所示，測(cè)量出10g酒精和10g碎紙片，將其分別放在兩個(gè)燃燒皿中，對(duì)質(zhì)量相等的水加熱，使酒精和碎紙片充分燃燒.記錄加熱前后兩支溫度計(jì)的示數(shù).知3－講感悟新知特別提醒由于熱量的散失，水吸收的熱量遠(yuǎn)小于燃料燃燒釋放出的熱量，不能根據(jù)水升高的溫度和水的質(zhì)量運(yùn)用Q=cmΔt

推算燃料燃燒所釋放的熱量.知3－講感悟新知實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)燃料初溫/℃末溫/℃升高的溫度/℃酒精153520碎紙片152510知3－講感悟新知分析論證：質(zhì)量相等的酒精和碎紙片充分燃燒后，兩杯水升高的溫度不同，表明這些燃料燃燒時(shí)，放出熱量的多少不同.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：質(zhì)量相等的不同燃料，充分燃燒所放出的熱量不同.感悟新知知3－練[鹽城亭湖區(qū)期中]如圖所示，甲、乙、丙三圖中裝置完全相同，燃料的質(zhì)量相同，燒杯內(nèi)的液體質(zhì)量和初溫也相同.例3感悟新知知3－練比較不同燃料的熱值，應(yīng)選擇_______兩圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；要完成本實(shí)驗(yàn)，燃料完全燃燒放出熱量的多少是通過(guò)___________

(填“加熱的時(shí)間”或“升高的溫度”)來(lái)反映的.甲、乙升高的溫度感悟新知知3－練解析：為了比較熱值大小要用不同的燃料，加熱同一種液體，讓液體的質(zhì)量相同，通過(guò)溫度計(jì)的示數(shù)高低得出吸熱多少，進(jìn)而判斷熱值大小，應(yīng)選擇甲、乙兩圖進(jìn)行實(shí)驗(yàn).感悟新知知3－練3.[廣元昭化區(qū)模擬]“比較質(zhì)量相等的不同燃料燃燒時(shí)放出的熱量”，點(diǎn)燃質(zhì)量相等的酒精和碎紙片，感悟新知知3－練分別給質(zhì)量______的水加熱，用比較________________來(lái)代替比較燃料燃燒放出的熱量的多少，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，________(填“需要”或“不需要”)加熱相同的時(shí)間，直至______________

，實(shí)驗(yàn)才能結(jié)束.相等水吸收熱量的多少不需要燃料完全燃盡知識(shí)點(diǎn)燃料的熱值知4－講感悟新知41.定義燃料完全燃燒放出的熱量與燃料的質(zhì)量之比，叫作這種燃料的熱值.燃料的熱值用字母q

表示，單位是J/kg.2.物質(zhì)的特性熱值是燃料本身的一種特性，它與燃料的種類(lèi)有關(guān)，與燃料的質(zhì)量、體積、是否完全燃燒等沒(méi)有關(guān)系．知4－講感悟新知3.質(zhì)量為m的燃料完全燃燒放出的熱量Q=mq.計(jì)算燃料完全燃燒放出的熱量，質(zhì)量m

的單位必須是kg,如果已知條件的質(zhì)量單位不是kg必須進(jìn)行換算.知4－講感悟新知4.燃料燃燒的能量轉(zhuǎn)化化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能.只有燃料完全燃燒時(shí)，燃料的化學(xué)能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，放出熱量最多.生產(chǎn)、生活中燃料的燃燒很難達(dá)到完全燃燒，釋放的熱量少于運(yùn)用熱值計(jì)算的結(jié)果.知4－講感悟新知閱讀表格：一些燃料的熱值(J/kg)固態(tài)液體氣態(tài)干木柴1.2×107酒精3.0×107煤氣3.0×107煙煤2.9×107柴油4.3×107天然氣4.4×107焦炭3.0×107石油4.4×107無(wú)煙煤3.4×107汽油4.6×107氫氣1.43×107木炭3.4×107煤油4.6×107知4－講感悟新知分析思考從上面表格中發(fā)現(xiàn)了什么？分析結(jié)果不同燃料的熱值不相同；有些燃料的熱值相近，如無(wú)煙煤和木炭.知4－講感悟新知5.說(shuō)明：氣體燃料的熱值單位有時(shí)采用“J/m3”，氣體燃料完全燃燒放出的熱量Q=Vq.其中體積的單位為m3.知4－講感悟新知類(lèi)比思考熱值和比熱容都是物質(zhì)的特性，那么熱值和比熱容有什么不同？類(lèi)比結(jié)果熱值和比熱容的比較①定義不同；②描述對(duì)象不同，熱值是針對(duì)燃料的，而比熱容是針對(duì)所有物質(zhì)的；③單位不同，熱值單位是“J/kg”或“J/m3”，而比熱容單位是“J/（kg·℃）”.感悟新知知4－練[中考·宿遷]“自嗨鍋”成為當(dāng)下一種時(shí)尚快餐，很受年輕人喜愛(ài).例4感悟新知知4－練它里面的發(fā)熱包在將600g水從10℃加熱至沸騰(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下)的過(guò)程中，提供給水的熱量至少為_(kāi)___________J.如果用酒精燈給600g水加熱升高同樣溫度，至少需要_______

g

酒精.[c水=4.2×103J/(kg·℃)、q酒精=3×107J/kg]2.268×1057.56感悟新知解題秘方：不計(jì)熱量損失，酒精完全燃燒放出的熱量Q放=Q

吸，先用Q

吸=cm(t－t0)計(jì)算出水吸收的熱量；根據(jù)Q

放=mq

計(jì)算出需要完全燃燒酒精的質(zhì)量.知4－練感悟新知

知4－練感悟新知知4－練4.[中考·常州]天然氣熱水器將40kg的水從15℃加熱到65℃