九年级物理 机械能与内能的相互转化
上课用机械能与内能的相互转化
在压缩气体时，需要注意控制压缩比和压缩速度，以避免气体温度过高引发危险。同时， 对于易燃易爆的气体，需要采取特殊的安全措施。
蒸汽机工作原理介绍
蒸汽机的基本构造：蒸汽机主要由锅 炉、汽缸、活塞、连杆、曲轴等部件 组成。锅炉用于加热水产生蒸汽，汽 缸内充满蒸汽推动活塞运动，从而通 过连杆和曲轴将活塞的往复运动转化 为旋转运动。
碰撞实验演示及数据分析
实验步骤 1. 准备两个相同质量的碰撞球，分别标记为A和B。
2. 使用测力计测量碰撞前的速度大小及方向，记录数据。
碰撞实验演示及数据分析
• 让球A以一定速度撞击静止的球B，同时测量碰撞后的速度大小及方向，记录数据。 • 在碰撞过程中，使用温度计和热量计分别测量碰撞球的温度变化和热量传递情况，记录数据。 • 分析实验数据，计算机械能向内能的转化效率，并比较不同类型碰撞的转化效率。 • 数据分析：根据实验数据，可以观察到在碰撞过程中，碰撞球的温度升高，表明机械能正在向内能转化。通过
比较不同类型碰撞的转化效率，可以发现完全弹性碰撞的转化效率最低，而完全非弹性碰撞的转化效率最高。 这表明在完全非弹性碰撞中，更多的机械能被转化为内能。
热传导实验演示及数据分析
实验目的
通过热传导实验，演示内能向机械能的转化过程，并探究不 同材料对热传导效率的影响。
实验器材
热源、不同材料制成的导热棒（如金属、塑料等）、温度计 、热量计等。
数据分析：根据实验数据，可以观察到在重物上 升过程中，滑轮组的温度升高，表明机械能正在 向内能转化。通过计算转化效率，可以评估该过 程的能量损失情况。
碰撞实验演示及数据分析
实验目的
通过碰撞实验，演示机械能向内能的转化过程，并探究不同碰撞类型对转化效率 的影响。
内能与机械能相互转化的例子
内能与机械能相互转化的例子
1. 嘿，你看汽车的发动机呀！燃料燃烧产生的内能让汽车跑起来，这可不就是内能转化成机械能嘛！就像人吃饱了饭有了力气能去干活一样，神奇吧！
2. 想想看，那蒸汽机车呜呜地跑，水被加热变成蒸汽，蒸汽推动活塞，让火车前进，这不就是内能成功转化为机械能嘛，多有意思呀！
3. 哎呀呀，发射火箭的时候，燃料燃烧的内能让火箭“嗖”地一下冲向太空，这绝对是超级震撼的内能与机械能相互转化呀！
4. 你有没有注意过水电站呀？水的势能转化为内能，然后推动发电机转化为机械能，这不就和人要先努力积累能量才能有所作为一样嘛！
5. 火炮发射的时候，火药燃烧的内能让炮弹飞出去，这就是很直观的内能转化为机械能啊，是不是很厉害呢！
6. 家里的电热水壶烧开水，电能转化为水的内能，水开了产生蒸汽顶起壶盖，这不就是部分内能又转化为了机械能嘛，生活中处处有这样的奇妙呀！
我的观点结论就是：内能与机械能的相互转化真的是无处不在，太神奇啦，给我们的生活带来了各种精彩和可能！。
机械能和内能的转化
机械能和内能的转化1. 机械能的定义在物理学中，机械能是指物体由于其位置和运动而具有的能量形式。
它包括了物体的动能和势能两个方面。
•动能：物体由于运动而具有的能量。
动能的计算公式是$E_k = \\frac{1}{2}mv^2$，其中m为物体的质量，v为物体的速度。
动能与物体的质量和速度的平方成正比，当质量或速度增大时，动能也会增大。
•势能：物体由于其位置而具有的能量。
势能的计算公式根据不同的情况而有所不同：–重力势能：对于静止在某一高度上的物体，其重力势能可以表示为E p=mgℎ，其中m为物体的质量，g为重力加速度，ℎ为物体的高度。
重力势能与物体的质量和高度成正比，当质量或高度增大时，重力势能也会增大。
–弹性势能：对于弹簧或弹性体系，其弹性势能可以表示为$E_p = \\frac{1}{2}kx^2$，其中k为弹簧的弹性系数，x为弹簧的形变量。
弹性势能与弹簧的弹性系数和形变量的平方成正比，当弹性系数或形变量增大时，弹性势能也会增大。
机械能的守恒原理指出，在不受外力的情况下，物体的机械能保持不变。
这意味着，一个物体的动能增加时，其势能会减少；而势能增加时，动能会减少。
2. 机械能和内能的关系机械能和内能都属于能量的不同形式，但它们之间可以发生转化。
内能是指物体由于其分子之间的相互作用所具有的能量。
它包括了分子的动能和势能这两个方面，并且与物体的温度有关。
内能的计算公式可以表示为$E_{\\text{内}} = \\frac{3}{2}nkT$，其中n为物体的摩尔数，k为玻尔兹曼常量，T为物体的温度。
当机械能转化为内能时，意味着物体失去了一部分的动能和势能，并将其转化为分子间的相互作用。
这一转化过程通常发生在摩擦、碰撞等情况下，比如一个滑动的物体在与表面摩擦时会产生热量，使得物体的机械能转化为内能。
相反地，当内能转化为机械能时，意味着物体吸收了外界的热量，使得分子间的相互作用减弱，从而具有更多的动能和势能。
12.4机械能和内能的相互转化 1
质量（m）
即：Q放=qm
计算: 解：
5千克烟煤完全燃烧，所释放出来的热量 是多少？（烟煤的热值为2.9×107 J/kg） Q放 =2.9×107 J/kg × 5kg
热值q 质量（m）
即：Q放=qm
思考：
在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？
汽缸散热及 摩擦损失的 能量
废气带走 的能量 做有用功 的能量
热机的效率： 用来做有用功的能量，与燃料完全燃烧 放出的能量之比
猜猜看: 汽油机的效率大约是多少？
你认为它们的效率比你想象的高？还是低？
排气冲程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
知识扩充----热机带来的污染
声音嘈杂的街道
废气笼罩中的城市
燃料的热值：
1千克某种燃料完全燃烧放出的热量叫做这 种燃料的热值。
单位：
J/kg(或J/m3)
计算: 解：
5千克烟煤完全燃烧，所释放出来的热量 是多少？（烟煤的热值为2.9×107 J/kg） Q放 =2.9×107 J/kg × 5kg
12.3 机械能与内能的相互转化
热机：
把内能转化为机械能的机器就叫作热机。
蒸汽机、内燃机、汽轮机、 喷气发动机
汽油机
进气门打开，排气门关闭， 活塞向下运动，汽油和空 气的混合物进门都关闭， 活塞向上运动，燃料混合 物被压缩。
压缩冲程
做功冲程
在压缩冲程结束时，火花 塞产生电火花，使燃料猛 烈燃烧，产生高温高压的 气体。高温高压的气体推 动活塞向下运动，带动曲 轴转动，对外做功。 进气门关闭，排气门打开， 活塞向上运动，把废气排 出气缸。
机械能与内能的相互转化
课题机械能与内能的相互转化（1）学习目标：1、通过活动，认识到做功是改变物体内能的一种方式；2、知道热机的工作原理，了解四冲程汽油机的基本结构及工作原理。
学习重点：1、做功是不同于热传递的改变物体内能的另一种方式。
2、四冲程汽油机的工作过程。
学习难点：四冲程汽油机的工作过程和其中能量的转化。
学习过程：一、复习1. 叫做物体的内能。
2.物体的内能跟有关。
，内能增大；，内能减少。
二、新课（一）引入给你一段铁丝，你可以采用想出哪些不同的方法让铁丝的温度升高？想法一：；想法二：。
（二）研究做功能否改变物体的内能1.活动：将铁丝快速地弯折十余次，然后用手指触摸一下弯折处，你感觉到。
思考：铁丝的内能发生改变。
（“有”、“没有”）分析：将铁丝弯折时，人对铁丝，使铁丝能增加。
2.演示实验：空气压缩引火仪的实验在厚壁玻璃筒底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速压下，我们会看到的现象是，原因是：用力压下活塞时，压缩玻璃筒内的空气，活塞对空气，使筒内空气的内能，温度，达到棉絮的________。
结论：（1）做功也是改变的一种方式。
对物体做功，可以使物体的内能_____。
此过程是将_______能转化成______能。
思考：以铁匠打铁为例，说明对物体做功，物体的内能的内能一定增加吗？（2）使物体的内能增加的方法可以是，也可以是的方法。
讨论：仅凭铁丝温度升高内能增大这一现象，能否断定是通过热传递还是做功方式实现的？(3）做功与热传递的尽管本质不同，但在改变物体内能的效果上却是。
热传递的实质是。
做功的实质是。
（三）、演示点火爆炸——将内能转化为机械能在透明塑料盒的底部钻一个孔，将电子式火花发生器的放电针管紧紧地塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入数滴酒精，再将盒盖盖紧，然后按动电火花发生器的按钮。
这时我们可以看到，盒盖___________。
在此过程中，酒精燃烧后的燃气对________做功，燃气的_______能减少，转化为________的_________能。
机械能和内能的相互转化
学习目标：
（1）通过活动，认识到做功是改变物体 内能的一种方式，是机械能能向内能的 转化过程。 （2）通过观察、分析内能转化为机械能 的过程，知道热机的工作原理。 （3）借助多媒体，了解四冲程汽油机的 基本结构及其工作过程。
飞轮
被高速飞轮磨下来的铁屑为什么会火花四溅？
行驶的汽车
汽车加了汽油或柴油燃料后是怎样使发动机工作的？
一、机械能转化为内能
1、做功是以将机械能转化为内能
二、内能转化为机械能
做功可以将机械能转化为内能，那么能否 逆过来，通过做功将内能转化为机械能？
在此过程中，酒精燃烧后的燃气对外做功， 机械 能。 内 能减少，转化为_____ 燃气的_____
对比空气压缩引火仪和发射盖子这两个试验， 你能得出什么结论？
3、汽油机完成一个工作循环 吸气冲程 、 1）、活塞经历四个冲程，分别为______ 压缩冲程 、 ______ 做功冲程 、 ______ 排气冲程 四个冲程循环 ______ 做功 往复，周而复始。______ 冲程是燃气对外做 功的过程。 两 周，活塞往复__ 两 次。 2）、曲轴旋转__ 3）、压缩冲程和做功冲程的能量转化 机械能转化为内能 压缩冲程： __________________ 内能转化为机械能 做功冲程： __________________
三、机械能与内能的相互转化
1、做功是改变物体内能的另一种方式 2、机械能与内能之间可以相互转化 对物体做功可以将机械能转化为内能 物体对外做功可以将内能转化为机械能
酒精燃烧后的高温高压燃气对外做功，燃气的内 能减少，转化为机械能。
这种转化有什么应用价值呢？
根据这个原理，可以制造出一种将内能转 化为机械能的机器——热机。
观察生活中两个常见的情景
机械能与内能的相互转化
三、燃料的热值
[活动】比较质量相等的不同燃料充分 燃烧时放出的热量
思考：
1、酒精燃烧后放热多，我们是如何知道的？
把看不见的放热多少转换成看得见的温度计示数变化。
2、此实验要控制哪些量？研究哪些量？
控制的量：①燃料的质量②燃烧的程度③水的质量④烧杯 的规格 研究的量：研究放热量与燃料种类的关系。 3、实验需要哪些器材？实验装置如何安装？
思考1、物体对外做功，内能一定减少；外界对物体 做功，内能一定增加。（ ） 思考2、铁丝温度升高，内能增加。从这一现象可以 断定是用做功的方式改变了铁丝的内能。（ ） ★做功和热传递改变物体内能是等效的。
二、获得机械能的一种装置——热 机 1、什么叫做热机？
将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能的机器。
★热值是由燃料本身所决定的物理量。
阅读各种燃料热值表，回答以下几个问题： 1、从表中数据你能发现哪些规律？
①后缀都是：107 ②每一列从上到下依次增大 ③干木柴热值最小，氢气热值最大。 ④不同燃料可能有相同热值。
2、氢气做燃料有哪些优、缺点？ 优点：热值高，无污染。 缺点：制取成本高。
★热学计算题
一、公式 1、Q
=cmt
Q = c mt ( t0) 吸
Q = c mt ( 0 t) 放
2、Q 放 = m q 3、 = Q吸 100%
Q放
二、典型例题
例1、已知汽油的热值是4.6×107J∕Kg,完全燃烧 500g汽油，问：
空 气 压 缩 引 火 仪
迅速向下压活塞，空气的内能增加。
水蒸气的内能转化为塞子的机械能
现这 现 塞 。是 “ 子 液白周 化汽围 显”出
试管塞被高温高压的水蒸汽推开，水蒸 气的内能减少。
机械能和内能的相互转化
热力学研究
机械能和内能的转化是热力学研 究的基础，有助于深入探究热力 学定律。
机械能和内能转化过程中的能量守恒
1 法则
根据能量守恒定律，能量在转化过程中不会消失或增加，只会从一种形式转化为另一种 形式。
2 公式
机械能转化为内能的公式为Q＝W＋ΔE，其中Q为热量，W为功，ΔE为内能增量。
机械能和内能转化在实际应用中的意义
工业生产
汽轮机、热机等利用能量转化实 现工业生产。
能源开发
形式
机械能一般以动能和势能的形式存在，而内能则以热能、化学能等形式存在。
转化关系
机械能和内能之间可以相互转化，但转化过程中并不完全，会有部分损失。
机械能和内能的转化关系
1
转化式
机械能可以通过摩擦、弹性碰撞等方式转化
转化比例
2
为内能。
转化过程中会有能量损失，机械能转化为内
能的比例会小于1。
3
内能转机械能
内能可以通过膨胀、变形等方式转化为机械 能，但同样会有部分能量损失。
机械能转化为内能的例子
车辆刹车
刹车过程中，机械能转化为内能，即摩擦热。
瀑布
水从高处落下时，机械能转化为内能和声能。
内能转化为机械能的例子
汽轮机
燃烧后的燃料，将水加热生成蒸汽驱动汽轮机转动，内 能转化为机械能。
弹簧
弹簧被挤压后，内能转化为机械能。
机械能和内能的相互转化
机械能和内能是物理学中非常重要的概念。本次演示将探讨这两种能量如何 相互转化，并展示转化过程中能量守恒的原理。
机械能和内能的定义
机械能
物体的机械能等于其动能和势能之和。
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例1. 在下图中，各种做功的形式中，能量 是怎样转化或转移的？综合你的表述，总结 一下从能量的角度看，各种形式做功的实质。
A
B
C
例：2
以下的日常生活事例，通过做功来增加物体内能的 是（ ） A．给自行车车胎打气，气筒发烫 B．放进太阳能热水器中的水,温度升高 C．点燃的爆竹腾空而起 D．用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起
归类:一种是通 过热传递的方式， 而另一种是通过 做功的方式来实 现的。
热传递方式是内能的转移过程，能的形式没 有变；而做功方式是机械能向内能的转化过 程，能的形式已经发生改变。
把图钉按在铅笔的一端，手握铅笔使图 钉在粗糙的硬纸板（或毛巾）上来回摩擦， 图钉的温度有什么变化？ 答：图钉的温度上升。
5.柴油机是工农业生产中常用的热机，已知某型号柴油机得效率是 30%，在柴油机内完全燃烧2Kg柴油能放热 J，这些热通过柴油 机得转化能对外做有用功 J，（柴油的热值是3.3X107J/Kg） 苏州S195型柴曲机的部分技术规格如表所示 汽缸数 汽缸直径 额定功率 转速 燃油消耗率 冷却方式 1 95mm 8.8kW 2000R/min 0.27kg/(kW· h) 蒸发水冷 其中，“额定功率”是指柴油机正常工作时对外所做机械功的功 率；“燃油消耗率”是指柴油机正常工作时，每输出1kW· h的能量 柴油机所消耗柴油的千克数，已知柴油的热值为3.3×107J／kg， 水的比热容4.2×103J／(kg· ℃),则 (1)若柴油机的水箱中贮有10kg冷却水，当水的温度由20℃上升 到40℃时，这些水所吸收的热量是________J。 (2)已知柴油机的效率η=W/Q×100％(式中W为柴油机在某段时 间内对外所做的功， Q为它在这段时间内所消耗的柴油完全燃烧所 产生的热量)，则该柴油机正常工作时的效率约为 __________________。
2.曲轴旋转 圈,活塞往复
。其中,
次.
3.汽油机各主要部件的作用是什么?
压缩冲程和做功冲程中能量是怎样转化的?
例3.下图为我国成功发射的长征三 号火箭升空的情景，请你试着分析一 下，它在工作过程中能量转化的过程， 你是否知道它利用了哪种类型的热机？
三.燃料的热值
探究质量相同的物体燃烧时放出的热量
1. 内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀 而做功，此时这些气体的温度和内能变化的 情况是 [ ] A．内能减少，温度降低 B．内能增加，温度升高 C．内能减少，温度升高 D．内能增加，温度降低
பைடு நூலகம்
2. 如图所示，此图是汽油机的 冲程。 在此冲程中，气缸中的气体体积 ，压 强 。（填“变大”、“变小”或“不 变”）
实验表明:相同质量的酒精与碎纸片燃烧后, 酒精比碎纸片放出的热量 . 更多的实验表明:质量相等的不同燃料,完全 燃烧所放出的热量一般是 (相同/不相同).
定义：1kg某种燃料完全燃烧放出的热量叫 做这种燃料的热值(heat value).用符号“q” 表示，单位是：J/kg。
公式：Q=mq 常用燃料的热值（单位：J/kg）
这一现象说明：在克服摩擦做功时，物体的 内能增加，而机械能减少，即机械能转化为 内能。
仅凭铁丝温度升高内能增大这一现象，能 否断定是通过热传递方式还是做功方式来实 现的？ 做功与热传递的等效性。 空气压缩引火仪 由上述活动可知: 外一种方式. 是改变物体内能的另
----将内能转化为机械能
您观察到什么现象? 在此过程中,酒精燃烧后的燃气对外做功,燃气 的 能减少,转化为 能.
固体 干木柴 1.2X107 烟煤 焦碳 2.9X107 3.0X107 液体 酒精 3.0X107 柴油 3.3X107 石油 4.4X107 汽油 4.6X107 气体 煤气 4.2X107 天然气4.4X107 氢气 14.3X107
无烟煤 3.4X107
木炭
3.4X107
煤油 4.6X107
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.
汽油机在工作时,活塞在汽缸里做往复运动, 活塞从汽缸的一端运动到另外一端的过程 叫做一个冲程.
吸气冲程 压缩冲程
排气冲程
做功冲程
汽油机的工作过程
汽油机完成一个循环:
1.活塞经历四个冲程,分别 为: 、 、 、 冲程时燃气对外做功.
3.冬天双手捧着热水袋会感到暖和，这是利 用 方式增加了手的内能；双手反复摩擦 也会感到暖和，这是利用 的方式增加了 手的内能。 4.改变物体内能的方式有做功和热传递两种， 在汽油机的压缩冲程中，活塞压缩燃料混合 物使它的温度升高，是通过 方式增加了燃 料混合物的内能；为了不让汽油机在工作时 温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一 个水套，让汽缸被水包围着，这样就可以通 过 得方式降低汽缸的温度（减少汽缸的 内能）