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九年级物理上册第十二章第4课《机械能与内能的相互转化》

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【此视频课程与人教版九年级第十四章第1、2、3节的知识点相同,同样适用于苏教版第12章第4课,敬请放心学习。】

课程内容

《机械能与内能的相互转化》
学习目标:
1、从能量转化的角度认识燃料的热值及意义
2、了解四冲程汽油机的基本工作原理
3、知道什么是热机的效率和提高热机效率的主要途径
4、知道能量守恒定律
一、燃料及其热值
热值:1Kg某种燃料完全燃烧所释放出来的热量。
1、热值是燃料的特性,不是所有的物质都具有的特性。它反映的是燃料燃烧过程中所释放热量本领大小的物理量。热值只与物质的种类有关,与物质的质量和体积无关。
2、热值的单位:J/Kg
3、燃料燃烧的过程是化学能转化为内能的过程。
用m表示燃料的质量,用q表示燃料的热值,用Q表示燃料完全燃烧时所放出的热量,则有:Q=mq。
例:某中学为学生供应热水,用锅炉将200Kg的水从20℃加热到100℃,需要燃烧多少无烟煤?(无烟煤的热值是3.4×107J/Kg)
燃料不能被有效利用的因素:
1、燃料燃烧需要氧气助燃,供氧不足使燃料不能完全燃烧。
2、烟气带走了大量热量,使周围空气很热。
3、一部分热量被锅炉或辅助设施吸收。
二、炉子的效率
炉子有效利用热量与燃料完全燃烧放出的热量之比,叫做炉子的效率。
提高锅炉的效率和燃料的利用率的措施:
(1)尽量使燃料完全燃烧:a 用风箱和吹风机增加供氧量。b 不烧煤粉而烧煤粒,加大送风量,把煤粒在炉膛里吹起来燃烧,可以燃烧得更充分。
(2)减少热损失:a 用各种办法加大受热面,可以减少烟气带走的热量。b 尽量采用隔热材料。
三、内能的利用
1、利用内能来加热
内能的一个重要应用就是直接用它来加热物体。
实验:内能转化为机械能
在试管内装些水,用橡皮塞塞住,加热使水沸腾,会看到塞子被弹起,请说出这个过程中能量转化的情况。
燃料的化学能转化为内能,传给水和水蒸气,水蒸气把塞子冲出去,内能转化为塞子的机械能。
四、内燃机
1、内燃机:燃料在气缸内燃烧的热机。
内燃机:①汽油机——利用汽油作燃料的机器。
②柴油机——利用柴油作燃料的机器。
2、汽油机的工作过程
汽油机是在气缸内燃烧汽油,生成高温高压的燃气,使燃气推动活塞做功。汽油机是利用四个冲程循环工作的。
四个冲程:
吸气冲程:在吸气冲程中,进气门打开,排气门关闭,活塞由上端向下运动,此时,汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
压缩冲程:进气门和排气门都关闭,活塞由下向上运动,燃料混合物被压缩,混合气体的压强增大,温度升高。机械能转化为内能。
做功冲程:在压缩冲程末,火花塞产生电火花,使燃料猛烈燃烧,产生高温高压的燃气,高温高压的燃气推动活塞向下运动,并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。
排气冲程:进气门关闭,排气门打开,活塞由下向上运动,把废气排出气缸。活塞又向下运动,开始下一个工作循环。
3、工作过程特点:
(1)内燃机工作时,四个冲程周而复始,在内燃机的一个工作循环中,活塞来回往复两次,曲轴转动两周,对外做功一次。
(2)只有做功冲程是对外做功的,其余的三个冲程是辅助冲程。靠飞轮的惯性完成。
(3)在压缩冲程中,是机械能转化成内能,在做功冲程中,是内能转化为机械能。
(4)内燃机不能自动启动。开始运转时,要靠外力使飞轮和曲轴转动起来,带动活塞运动,以后内燃机才能自己做功。
4、柴油机
柴油机和汽油机的相同点:
(1)基本构造和主要部件的作用相似。
(2)每个工作循环都一样,由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。
(3)四个冲程中,只有做功冲程对外做功。
(4)在一个工作循环中,活塞往复两次,曲轴转动两圈,飞轮转两圈,做功一次。
柴油机和汽油机的不同点:
(1)构造:柴油机的气缸顶部没有火花塞,而是一个喷油嘴。
(2)吸入物质:汽油机吸入的是汽油和空气的燃料混合物,而柴油机吸入的是空气。
(3)点火方式:点火方式不同,汽油机为点燃式,柴油机为压燃式。
(4)效率:柴油机比汽油机的效率高。
5、内燃机的应用
(1)汽油机的应用
汽油机比较轻巧,常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(2)柴油机的应用
柴油机比较便宜,但柴油机比较笨重,主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
五、热机效率
用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能力之比。
1、热机的效率是热机性能的一个重要指标。如:两辆排量相同的小汽车,以相同的速度行驶相同的路程,耗油少的那辆效率高,性能好。
2、热机中能量的转化
如何提高热机的效率?
(1)尽量使燃料充分燃烧。
(2)在设计和制造上,要不断改进和革新,以减少各种能量损失。减少散热。注意保养,保证热机良好的润滑,尽量减少热机部件间的摩擦,提高效率。
(3)在热机的各种损失中,废气带走的能量最多,设法利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施。热电站就是利用蒸汽轮机的废气来供热的。
《能量的转化与守恒》
水力发电——机械能转化为电能
植物的光合作用——太阳能转化为化学能
燃料燃烧——化学能转化为内能
电灯发光——电能转化为光能
太阳能电池板——太阳能转化为电能
跳舞——化学能转化为机械能
想想议议
跳动的小球最后停止,减少的机械能到哪里去了?
答:因为小球跟空气和地面摩擦,一部分的机械能转化为内能。
自然界中的现象都不是孤立存在的,而是有着内在的联系的,在这些联系之中,都伴随着能量的转化。即在一定条件下,各种形式的能都可以相互转化。
在摩擦生热现象中,机械能转化为内能,克服摩擦做了多少功,就有多少机械能转化为等量的内能。子啊气体膨胀做功的现象中,内能转化为机械能,气体膨胀做了多少功,就有多少内能转化等量的机械能。
大量事实告诉我们,任何一种形式的能量在转化为其他形式的能量的过程中,消耗多少某种形式的能量,就得到多少其他形式的能量,能量的总量保持不变。
六、能量守恒定律
能量既不会凭空消灭,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另一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。

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刘老师

女,中教高级职称

教学基本功扎实,注重实效。善于启发学生进行多向思维、分析讨论、设计实验和动手操作。

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