机械能与内能的相互转化
机械能与内能的相互转化
都需要外力
汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高。 但两者都带来了废气和噪声污染。
小结
1.改变内能的方法
A.热传递.
B.做功
2.内能改变多少的量度
A.热传递
传递的热量的多少来量度
B.做功
做功的多少来量度
3.做功的实质
内能与机械能相互转化
热传递实质
内能的转移
4.热传递和做功改变物体的内能是等效的.
内能发生转移
高温物体 高温部分
转移到 低温物体 低温部分
(不同物 体之间)
(同一物 体之间)
内能改变多少可用传递的热量的多少来量度.
乙醚
例题分析： 下列现象中，物体内能增加的原因：
1.图12－21，为什么汽车高速行驶时，轮 胎的温度会升得很快？
2.齿轮式打火机打火 3.擦火柴
4.钻木取火
结论：
点 压缩冲程
点火方式
工作循环
相
能量转化
同
点 活塞、曲轴运动
运动
优缺点
汽油机
柴油机
汽油柴油火花塞来自喷油嘴吸入的是汽油和空气的混合气体
吸入的是空气
气压、温度相对较低
气压、温度相对较高
点燃式
压燃式
都有四个冲程
（1）压缩冲程：机械能转化成热能 （2）做功冲程：热能转化成机械能
每一个工作循环，活塞往复两次， 曲轴转动两周，对外做功一次。
身体健康，学习进步！ 与任何人接触时，要常常问自己，我有什么对他有用？使他得益。如果我不能以个人的道德学问和修持的力量，来使人受益，就等于欠了一份
债。 你可以用爱得到全世界，你也可以用恨失去全世界。 成功的科学家往往是兴趣广泛的人，他们的独创精神来自他们的博学。
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。
机械能与内能的相互转化
§12.4 机械能与内能的相互转化
教学目标：
1．知识与技能：
（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。
2．方法与过程：
（1）通过观察和分析，知道做功是改变内能的方式之一；
（2）通过观察演示，认识热机的工作原理。
3．情感、态度、价值观：
（1）有应用科学原理解决实际问题的意识和积极性；
（2）通过探究或体验探究的过程，激发主动学习的兴趣。
教学设计思路：
本节教材主要介绍了：做功可以改变内能，机械能与内能的相互转化。
就课堂教学而言，主要分为两个活动组成：
活动一:研究做功能否改变物体的内能；
活动二:演示点火爆炸——将内能转化为机械能。
教材首先从做功能改变物体的内能入手，与上一节若传递改变物体内能的内容相呼应，有助于学生认识这两种改变物体内能方式之间的异同。
接着介绍了内能转化为机械能，为下面进行热机的教学进行了铺垫。
教学重点：做功可以改变物体的内能，内能和机械能可以相互转化。
教学难点：做功可以改变物体的内能。
教学器材：铁丝、空气压缩引火仪，点火爆炸实验演示装置等。
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
11 机械能与内能的相互转化教案
11 机械能与内能的相互转化-教案第一章：引言1.1 教学目标让学生了解机械能和内能的概念。
让学生了解机械能和内能之间可以相互转化。
1.2 教学内容机械能和内能的定义。
机械能和内能的相互转化现象。
1.3 教学方法讲授法：讲解机械能和内能的概念及相互转化现象。
互动法：提问学生关于机械能和内能的知识，引导学生思考。
第二章：机械能的转化2.1 教学目标让学生了解机械能可以转化为其他形式的能量。
2.2 教学内容机械能转化为其他形式的能量，如热能、电能等。
实例分析：机械能转化为内能的实例，如摩擦生热现象。
2.3 教学方法讲授法：讲解机械能转化的原理和实例。
实验法：进行摩擦生热实验，让学生观察机械能转化为内能的现象。
第三章：内能的转化3.1 教学目标让学生了解内能可以转化为机械能。
3.2 教学内容内能转化为机械能的原理和实例，如热机的工作原理。
3.3 教学方法讲授法：讲解内能转化为机械能的原理和实例。
实验法：进行热机实验，让学生观察内能转化为机械能的现象。
第四章：能量守恒定律4.1 教学目标让学生了解能量守恒定律的内容和意义。
4.2 教学内容能量守恒定律的表述和解释。
能量守恒定律在机械能和内能转化中的应用。
4.3 教学方法讲授法：讲解能量守恒定律的内容和应用。
互动法：提问学生关于能量守恒定律的知识，引导学生思考。
第五章：总结与拓展5.1 教学目标让学生总结机械能和内能相互转化的规律。
激发学生对机械能和内能相互转化的进一步探究。
5.2 教学内容回顾本章内容，总结机械能和内能相互转化的规律。
提供一些拓展阅读材料和思考题，供学生进一步学习。
5.3 教学方法讲授法：回顾本章内容，总结机械能和内能相互转化的规律。
自主学习法：学生自主阅读拓展阅读材料，完成思考题。
第六章：生活中的机械能与内能转化6.1 教学目标让学生了解机械能与内能在日常生活中的应用。
培养学生观察和分析生活中的能量转化现象。
6.2 教学内容分析日常生活中的机械能与内能转化实例，如洗衣机、汽车等。
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。
机械能和内能的相互转化
机械能和内能的相互转化1. 引言：能量的小秘密说到能量，大家肯定会想到吃东西的力气，或者是电灯的光亮。
不过，能量可不止这么简单哦！它就像个变魔术的家伙，在不同的状态之间跳来跳去，今天我们要聊聊机械能和内能之间的那些事儿。
听起来是不是有点深奥？别急，咱们慢慢来，肯定能让你听得懂，甚至乐在其中！2. 机械能：动起来的能量2.1 机械能的定义首先，机械能是什么呢？简单来说，就是跟运动和位置有关的能量。
比如说，想象一下你在公园里推着秋千，秋千在你手下嗖嗖地荡起来，那就是机械能在发挥作用。
你用力一推，秋千就像打了鸡血一样飞起来，这就是动能；而当秋千在最高点停住的时候，它又有了势能。
可见，机械能的世界真是有趣得很！2.2 机械能的应用说到应用，机械能可真是无处不在。
你有没有注意到，当你骑自行车的时候，转动的车轮就是机械能在起作用。
我们在家里用的电器，像洗衣机、风扇，都是在把电能转化成机械能，让我们生活得更加轻松。
如果你听说过“无功不受益”，在这里也一样，机械能的背后，是一堆努力和能量的积累。
嘿，你就把它想成是“汗水换来的动力”吧！3. 内能：静静的能量3.1 内能的定义接下来，我们聊聊内能。
内能有点像个藏在角落里的小精灵，虽然你看不见它，但它一直在默默地为你工作。
简单来说，内能就是物体内部的能量，跟物体的温度、分子运动有关。
想象一下，你手里拿着一杯热水，热水中的分子在欢快地跳舞，这时候的内能就是高的。
3.2 内能的特点内能和机械能可不一样，它的变化往往是悄无声息的。
有时候，我们做饭的时候，锅里的水慢慢变热，水的内能就在悄悄增加。
等到水开了，水蒸气腾腾而起，这又是一种能量的释放，内能转化成了动能。
就像那句老话说的“细水长流”，内能的变化是逐步的，但影响可大着呢！4. 机械能与内能的转化4.1 相互转化的过程那么，机械能和内能之间是怎么转化的呢？这就有点像是一个舞蹈，两个能量互相追逐、互相转换。
当你用力去推动一个重物时，机械能在流动，但与此同时，物体的温度也会升高，内能增加。
机械能与内能的相互转化
机械能与内能的相互转化机械能与内能的相互转化主要涉及热机和热泵的工作原理。
1. 热机：机械能可以通过燃料的燃烧或其他能源形式的消耗转化为热能，然后通过热能的流动将部分热能转化为机械能。
例如，内燃机中，燃料燃烧产生高温高压的气体，气体膨胀驱动活塞运动，进而通过连杆和曲轴将其机械能转化为机械功。
2. 热泵：热泵则是将外界低温热源的热能转化为机械能。
热泵的工作原理类似于制冷机，通过循环工质的循环流动，从低温热源吸收热能，通过压缩提高其温度，然后释放到高温热源，同时将一部分热能转化为机械能。
在这两种情况下，机械能和热能之间的转化是通过工作物质（例如气体）的热力学循环进行的。
多数热力循环都违背了热力学第二定律，无法将完全的热能转化为机械能，一部分热能会被排放或者耗散掉，因而无法实现百分之百的能量转化效率。
在机械能与内能的相互转化中，还有其他一些现象和机制需要考虑：1. 摩擦热：当两个物体之间发生摩擦时，由于摩擦力的作用，机械能转化为内能，导致物体温度升高。
这是因为摩擦形成了微观层面的不规则运动，使得物体的内部分子或原子运动增加，从而增加了其内部能量。
2. 热传导：当热量从一个物体传导到另一个物体时，会伴随着内能的转化。
例如，当一个热源与一个冷体接触时，热量会通过热传导的方式从热源传递到冷体，导致冷体温度升高。
这种过程中，一部分机械能也转化为了内能。
总之，机械能和内能的相互转化是通过能量的传递和相互作用来实现的，其中热能的传递和热力学循环是重要的机制。
不同的情况和系统会有不同的机械能和内能转化方式，例如燃烧释放热能产生机械能，或者在热泵中通过压缩工质将热能转化为机械能。
机械能与内能的相互转化以及热学计算
机械能与内能的相互转化以及热学计算一、机械能与内能的相互转化机械能是指物体由于其位置和运动状态所具有的能量，它包括动能和势能两部分。
而内能是指物体分子和原子内部运动的能量，与物体的温度有关。
机械能与内能之间存在相互转化的现象。
当机械能转化为内能时，物体的位置和运动状态发生改变，而内能会增加，从而导致物体的温度升高。
而当内能转化为机械能时，物体的位置和运动状态发生改变，而内能会减少，从而导致物体的温度降低。
具体的机械能与内能相互转化的实例有：水在电池中的转化、风力发电等。
在电池中，电能通过化学反应转化为机械能和热能。
当电池工作时，电解液中发生的化学反应会产生热能，而这部分热能会升高电解液和电池的温度，从而增加内能。
同时，电池中的电能也会通过外部电路传递给外界，实现机械能转化。
在风力发电中，风能通过风轮转化为机械能，从而带动发电机转动，产生电能。
而这个过程中，由于机械能的转化，风轮和发电机会产生摩擦热，从而增加内能。
二、热学计算热学是研究热量与能量转化的科学，它包括热力学和热传导等研究内容。
在热学计算中，常用的一些物理量和公式有：1. 热量传递的公式：热量传递的计算公式是Q=mcΔT，其中Q代表热量，m代表物体的质量，c代表物体的比热容，ΔT代表物体的温度变化。
这个公式可以用来计算物体在热量变化时的热量传递情况。
2.热传导公式：热传导的计算公式是Q=λAΔT/d，其中Q代表传导热量，λ代表物质的导热系数，A代表传导物体的面积，ΔT代表温度差，d代表传导距离。
这个公式可以用来计算物体通过导热方式传递热量的情况。
3.热功定理：热功定理是热力学的基本定律之一，它表示系统从外界吸收的热量等于系统对外界做的功加上系统内部的热能的增加。
数学表达式为Q=W+ΔU，其中Q代表系统吸收的热量，W代表系统对外界做的功，ΔU代表系统内部能量的增加。
这个定理可以用来计算系统的热功转化情况。
在热学计算中，我们常常利用这些公式和定理，结合具体的问题，来进行能量转化和热量传递的计算，从而得到所需的结果。
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机械能与内能的相互转化
【教学目标】
（1）知道做功是改变物体内能的另一种方式。
（2）了解热机基本结构和工作原理。
（3）知道四冲程内燃机工作过程中的能量转化。
【教学重点】
做功和内能改变的关系
【教学难点】
热机的工作原理
【教具】
细铁丝、.棉线、空气压缩引火仪，电子式火花发生器、汽油机模型实物及其挂图
【学具】
铁丝、棉线
【教学过程】
一、新课引入
同学们，汽车高速行驶时，为什么轮胎的温度会升得很高？（投影插图）
通过本节课的学习，我们就会知道其中的缘由。
（板书：机械能与内能的相互转化）
.二、温故链接导引自学
1,做实验:在家中找一根铁丝,反复弯折七八次,触摸弯折的温度________;用气筒连续打气这后用手摸气筒下部,感觉下端温度_______;两手猛烈搓动,体会手______(填会或不会)发热2.想问题:以上实验共同之处是外力对物体____________(填做功或不做功),物体的温度_____,内能_______,所以,做功可以改变物体内能。
3.得结论:改变物体内能的方式有____________和_________两种。
4.阅读50页活动,酒精燃烧后的燃气对外做功,燃气的内能转化为瓶子的______,在热水瓶中倒大半瓶水,把瓶塞塞紧,有时会跳起来,这个过程中水蒸汽的_____转化为瓶塞的_______
5.了解热机的原理:
6.阅读51页汽油机的工作循环,了解汽油机的四个冲程。
三、巩固重点,.突破难点
活动一研究做功能否改变物体的内能
轮胎的温度为何会升得很高，要弄清原因，我们首先要了解做功能否改变物体的内能？先请同学们认真看书自学P49活动12.6，边看书边用桌上器材完成实验。
教师点拨：
1．实验12—30折弯铁丝的速度要快，触摸时小心烫手。
2．利用棉线做实验时手划过的速度不要太快，以免把手划破
,教师演示完成图12—31实验.
〖提醒：实验12—31压缩活塞的速度要迅速，注意引导学生观察实验现象。
〗
提出问题：
（1）上述活动中，物体的内能有没有变化？增加还是减少？
（2）物体增加的内能是从何而来的？能量如何转化？
引导学生分析并回答：
1．铁丝、棉线烫手，棉花燃烧说明物体内能增加
2．折铁丝，划棉线，压活塞都是对物体做功，消耗了机械能
(板书: 做功是改变内能的另一种方式)
问题拓展:
你还有什么方法使铁丝的温度升高?这些方法中,哪些是用热传递的方式改变物体内能的?哪些是通过做功的方式改变物体内能的?
知识应用:
1.火柴为什么可以擦燃?
2.为什么滑滑梯时,小孩下滑时臀部感觉很烫?
3.你能再举出一些通过做功改变内能的实例吗?
总结:做功改变内能的实质是将其他形式的能转化为内能,热传递改变内能的实质是内能的转移,做功和热传递对于改变内能是等效的。
活动二观察点火爆炸现象
做功可以使物体内能增加，那么做功可不可以使物体的内能减小呢？教师演示课本图12—7实验，引导学生注意观察现象。
思考：
1．图12—32实验中，酒精燃烧后的燃气对外做功，燃气的内能怎样变化？
2．燃气的内能转化为哪种形式的能量？
引导学生根据现象：盖子飞出去，分析归纳：燃气的内能减少，转化为瓶盖的机械能。
（板书：物体对外做功，内能减小。
内能转化为机械能）
活动三热机的介绍：
人们根据燃料燃烧后的燃气可对外做功这一原理制造了热机。
让学生认真看书自学P51—P52，并思考。
1．认真观察桌上汽油机的模型并对照挂图，说出汽油机的各部分的名称。
2．演示汽油机的模型，并说出汽油机是如何工作的？
尽可能让学生讲解，不完整的部分由其他同学补充，让学生反复演示模型。
教师因势利导，归纳出汽油机的四个冲程以及它们各有什么特点。
（板书：汽油机的四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程)
3．学生演示吸气冲程（师介绍灯亮表示进气门打开）并说出吸气冲程的特点。
4．学生演示压缩冲程，其余学生观察并思考特点：
引导：燃气的温度升高了，但未能达到着火点，怎么办呢？（火花塞产生电火花，使燃
料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气）
5．做功冲程谁对谁做功呢？能量如何转化？
学生演示，对照插图回答：
燃气燃烧后内能，温度怎么变？废气如何处理？
6．学生演示排气冲程，说出特点。
7．小结：我们把这四个冲程称为一个工作循环？里面有一个主要冲程是燃气对外做功完成的，它是什么冲程？其他冲程靠什么完成？在这四个冲程中活塞上下往复运动几次，曲轴转动几圈？（生答）。
活动四阅读P52页(生活、物理、社会)了解热机的发展历程.
课堂小结：本节课你学到了什么知识？进一步巩固了什么学习方法？
四、当堂反馈,总结提高
见《导学案》p42-43当堂检测。