初中物理人教版（2024）九年级全册（2024）第3节 内能复习课件ppt

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第十四章 内能的利用 单元总结一、知识框架 二、核心知识点归纳（一）热机热机的工作原理：热机是利用内能来做功的机器，其工作原理是将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能。以常见的内燃机为例，燃料在气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气推动活塞做功，从而实现内能到机械能的转化 。四冲程内燃机的工作过程吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气和汽油的混合物（汽油机）或空气（柴油机）。压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩气缸内的气体，使气体的温度升高，内能增大，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（汽油机）或喷油嘴喷出雾状柴油（柴油机），燃料燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能。排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出气缸。一个工作循环包括四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。热机的效率：热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，用公式表示为\(\eta=\frac{W_{有}}{Q_{放}}\times100\%\)。由于燃料不可能完全燃烧，燃烧产生的热量也不可能全部用来做有用功，所以热机的效率总是小于 1。提高热机效率的方法有：使燃料充分燃烧；尽量减少各种热量损失；减小热机部件间的摩擦等。（二）热量的计算（拓展）燃料的热值：1kg 某种燃料完全燃烧放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号\(q\)表示，单位是\(J/kg\)（气体燃料的热值单位是\(J/m^{3}\)）。热值是燃料的一种特性，不同燃料的热值一般不同，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧情况等无关 。燃料完全燃烧放热计算：燃料完全燃烧放出热量的计算公式为\(Q_{放}=mq\)（\(m\)为燃料的质量）或\(Q_{放}=Vq\)（\(V\)为气体燃料的体积）。在实际应用中，要注意燃料是否完全燃烧，若不完全燃烧，实际放出的热量小于按公式计算的结果。（三）能量的转化和守恒能量的转化：在自然界中，能量可以从一种形式转化为另一种形式。例如，热机工作时将内能转化为机械能；太阳能电池将太阳能转化为电能；电动机将电能转化为机械能等。不同形式的能量之间可以相互转化，且在转化过程中遵循一定的规律。能量的转移：能量不仅可以转化，还可以从一个物体转移到另一个物体，或从物体的一部分转移到另一部分。例如，热传递过程中，热量从高温物体转移到低温物体；物体在摩擦生热时，机械能转移为内能等。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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一，任何形式的能量转化和转移过程都遵循该定律。三、典型例题解析（一）热机相关例题例 1：四冲程内燃机工作时，将内能转化为机械能的冲程是（ ）A. 吸气冲程B. 压缩冲程C. 做功冲程D. 排气冲程答案：C解析：吸气冲程和排气冲程没有能量转化；压缩冲程是将机械能转化为内能；做功冲程中，高温高压的燃气推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以选 C。（二）燃料热值与热量计算例题例 2：完全燃烧\(0.5kg\)的煤气，放出的热量是多少？（煤气的热值为\(4.2×10^{7}J/kg\)）答案：根据\(Q_{放}=mq\)，将\(m = 0.5kg\)，\(q = 4.2×10^{7}J/kg\)代入公式\(Q_{放}=0.5kg×4.2×10^{7}J/kg = 2.1×10^{7}J\)（三）能量转化与守恒例题例 3：下列现象中，属于能量转移的是（ ）A. 钻木取火B. 燃烧木材取暖C. 电动机带动水泵抽水D. 水电站里水轮机带动发电机发电答案：B解析：钻木取火是机械能转化为内能；燃烧木材取暖是燃料燃烧放出的热量转移到人体，属于能量转移；电动机带动水泵抽水是电能转化为机械能；水电站里水轮机带动发电机发电是机械能转化为电能，所以选 B。四、学习建议结合实际理解原理：热机在生活中有广泛应用，如汽车发动机、摩托车发动机等。学习时可以结合这些实际例子，深入理解热机的工作原理和工作过程，增强对知识的感性认识。强化公式运用与计算：熟练掌握燃料燃烧放热公式和热机效率公式，在计算过程中注意单位的统一和物理量的对应关系。多做不同类型的计算题，提高运用公式解决实际问题的能力。重视能量观念的建立：能量的转化和守恒是贯穿整个物理学习的重要观念。学习本单元时，要善于分析各种现象中能量的转化和转移情况，加深对能量守恒定律的理解，形成正确的能量观。关注科技与社会：了解热机的发展历程以及热机效率对能源利用和环境保护的影响，关注新能源的开发和利用，拓宽知识面，培养将物理知识与社会发展相联系的意识 。这份单元总结全面梳理了 “内能的利用” 相关知识。若你觉得某些部分需要更深入展开，或想增减内容模块，欢迎随时告诉我。内容结构第十四章 内能的利用计算内能转化为动能普遍的能量转化现象能量守恒定律热机（汽油机、柴油机）燃料的热值、热机的效率永动机的失败应用①把内能转化为机械能的机器叫热机。常见热机有： 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.②制造原理：利用内能做功，将内能转化为机械能.①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机.②内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程.③能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能； 做功冲程中，内能转化为机械能.④汽油机与柴油机的区别： 汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气. 汽油机是点燃式点火，柴油机点火方式为压燃式.热机 热 机内燃机第1节 热机知识结构第1节 热机动画讲解——《热机、汽油机的四冲程》 知识点一、热机第1节 热机1. 实验探究：利用内能可以做功（1）在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧；然后对试管加热使水沸腾。观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。（2）实验分析① 酒精燃烧放出热量，酒精的______能转化为水的____能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的_______能转化为瓶塞的_______能 .③结论：利用内能可以做功. 这就是热机的工作原理.化学内内机械 2. 热机（1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机.（2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能.（3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.（4）常见热机——内燃机①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机.②分类：汽油机和柴油机.知识点一、热机第1节 热机知识点二、汽油机1. 工作原理 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功.2. 汽油机的构造由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴连杆等组成.第1节 热机3. 工作过程（1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程.（2）一个工作循环：由吸气、压缩、做功、排气4个冲程组成，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次.知识点二、汽油机（3）汽油机四个冲程工作情况总结第1节 热机3. 工作过程与汽油机大致相同，一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气4个冲程构成，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气会立刻燃烧起来。知识点三、柴油机1. 工作原理 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。2. 汽油机的构造与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。第1节 热机知识点三、柴油机4. 柴油机和汽油机的异同点：第1节 热机 热机的效率 燃 料热 值热机的效率知识结构第2节 热机的效率1. 燃料 （1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等；液体燃料有汽油、柴油、酒精；气体燃料有煤气、天然气等。（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。2. 燃料的热值相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。①定义：某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值，用字母q表示。第2节 热机的效率知识点一、燃料的热值 第2节 热机的效率知识点一、燃料的热值 知识点一、燃料的热值第2节 热机的效率 第2节 热机的效率知识点二、热机的效率 2. 热机的效率（1）热机能量流向示意图热机也有类似的情况，汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；机械装置吸收了一部分能量；废气带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。第2节 热机的效率知识点二、热机的效率  第2节 热机的效率知识点二、热机的效率 知识点二、热机的效率 3. 提高热机效率的主要途径（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量 大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术.（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量.第2节 热机的效率动画讲解——《热机的效率》第2节 热机的效率知识结构第3节 能量的转化和守恒 能量的转化和守恒①各种形式的能量：机械能、内能、电能、光能等.②能量的转化：由一种形式转化为另一种形式的能.③能量的转移：能量的形式不变，能量由一个物体转移 到其他物体，或从物体的一部分转移到其他部分.④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.⑤永动机的失败：是因为违背了能量守恒定律.动画讲解——《能量的转化和守恒》第3节 能量的转化和守恒1. 自然界存在着各种不同形式的能量（1）机械能：机械能包括动能、重力势能和弹性势能。（2）内能：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。 （4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒2. 能量的转化（1）自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的.①机械能与内能的相互转化“钻木取火”是________能转化为______能；蒸汽机火车是_______能转化为________能.②电能与机械能的相互转化水电站发电是________能转化为______能；电车是______能转化为________能.机械内机械内机械电机械电知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒③电能与内能的相互转化电水壶是________能转化为______能；地热发电站是_______能转化为________能.④电能与光能的相互转化白炽灯是________能转化为______能；太阳能电池板是_______能转化为________能.⑤内能与光能的相互转化白炽灯把______能转化成______能，再把______能转化成______能。太阳能热水器是_______能转化为______能.电内电内光电电光光电内光内内知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒知识点一、能量的转化和转移3. 能量的转移能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的转移。涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于机械能的转移。4. 正确理解能量的“转化”和“转移”发生能量的转化时，能的形式发生了改变。发生能量的转移时，能量的形式并没有变化。1. 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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵守能量守恒定律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。 知识点二、能量守恒定律第3节 能量的转化和守恒2. 永动机有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处.由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量W抽水用来抽水做功.根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来水的总能量，使流下的水不能全部抽回。由能量守恒定律知：无法制成永动机。知识点二、能量守恒定律第3节 能量的转化和守恒考点1 能量的转化和守恒1. ［2024·湖南］有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是( )CA. 电烤炉取暖，是电能转移到人体B. 钻木取火，是内能转化为机械能C. 中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能D. 用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能【点拨】 电烤炉取暖，电烤炉消耗电能转化为内能，然后内能转移到人体，故A错误；钻木取火，是将机械能转化为内能，故B错误；中医提倡的热水泡脚，脚从热水中吸收热量，是通过热传递的方式增大脚部的内能，故C正确；用嘴对着手哈气取暖，手从哈气中吸收热量，是通过热传递的方式增大手的内能，故D错误。 返回 方向性不变 返回考点2 热机3. 下列运载工具中，不需要利用热机的是( )CA. 喷气式飞机B. 柴油拖拉机C. 纯电动汽车D. 长征系列火箭 返回4. ［2024·广元］1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程( )BA. 是压缩冲程B. 气体对外做功，内能转化为机械能C. 活塞依靠飞轮的惯性而运动D. 气体对外做功，气体的内能增加【点拨】一台四冲程汽油机的一个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体推动活塞对外做功，将内能转化为机械能，是做功冲程，故选B。 返回5. ［2024·临沂节选］如图所示的内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小的是( )DA. B. C. D. 【点拨】吸气冲程中，汽油机吸入空气和汽油的混合物，气体温度较低；在压缩冲程，活塞压缩汽油与空气的混合物，活塞对气体做功，将机械能转化为气体的内能，使气缸内气体内能增加；做功冲程中，高温高压气体对活塞做功，内能转化机械能；排气冲程中，将气缸内的废气排出；相比而言，吸气冲程中的气体温度最低，内能最小；故选D。 返回 压缩柴油20【点拨】 由图可知，两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程。该内燃机有喷油嘴，是柴油机。飞轮  返回考点3 热值 热机的效率7. ［2024·连云港］下列关于燃料的热值，说法正确的是( )D   返回8. ［2024·扬州］家用燃油汽车的发动机主要是汽油机，下列说法正确的是( )B  返回     返回  （1）此过程中，烧杯内水吸收的热量。 （2）该液态燃料的热值。  返回11.［2025·贵州模拟］目前汽车普遍应用于人们日常生活中的出行，汽车发动机的工作大多是靠燃料在发动机气缸内燃烧做功，提供动力。但是不论使用汽油还是柴油发动机，效率都很低。为了提高能源的利用率，涡轮增压技术应运而生。涡轮增压是一种利用内燃机运作所产生的废气驱动空气压缩机的技术，与超级增压器（机械增压器）功能相当，两者都可增加进入内燃机或锅炉的空气流量，从而令机器效率提升。涡轮增压器常用于汽车引擎中，通过利用排出废气的热量及流量，能提升内燃机的马力输出。涡轮增压原理如图所示，发动机排出的高温废气冲击涡轮运转，带动同轴的叶轮高速转动，叶轮将新鲜空气压缩后推入气缸，从而提高了热机效率。（1）废气推动涡轮转动的过程中，废气对涡轮______，内能转化成______能。做功机械  （3）结合以上信息，请你说出一条“涡轮增压”能提高热机效率的原因_____________________________________________________________________。 提高气缸内的空气量，使燃烧更充分，燃烧后释放的内能增大，有用功增多（4）当气缸内吸入相同体积的空气时，安装了涡轮增压器的发动机和传统发动机相比，谁对外做的功更多：_________________________________________。 安装了涡轮增压器的发动机对外做的功更多 返回主题 物理与航天 火箭升空时，燃料燃烧释放内能，高温高压燃气迅速膨胀对外做功，将内能转化为机械能推动航天器飞行。我国航天人凭借深厚物理知识不断创新，以大国精神推动航天事业迈向深空。1. 我国航天技术已达到世界领先水平。运载火箭采用液氢作为燃料，是因为液氢具有( )A. 较大的热值B. 较多的热量C. 较大的比热容D. 较大的重力势能A 返回2. 图中所示为我国某型号的火箭发射时上升的场景。关于火箭发射过程中涉及的物理知识，下列说法正确的是( )B  返回3.2024年5月3日，搭载嫦娥六号探测器的长征五号遥八运载火箭，在中国文昌航天发射场点火发射。火箭发动机______（填“属于”或“不属于”）热机，____（填“能”或“不能”）在大气层外工作。探测器加速升空时，它的机械能________（填“守恒”或“不守恒”）。属于能不守恒【点拨】 火箭发动机属于热机，是利用内能转化为机械能来工作的；火箭要把探测器送到大气层外，所以火箭的发动机能在大气层外工作。探测器加速升空时，质量不变，速度增大，动能增大；高度增大，重力势能增大，所以机械能增大，即机械能不守恒。 返回         返回5.［2025·深圳期中节选］如图甲所示的火箭喷气发动机本身带有燃料和氧化剂，不需要外界空气来助燃，燃料和氧化剂分别装在两个容器里，由输送系统把燃料和氧化剂喷入燃烧室，用电火花点燃，产生的气体从尾部喷出，对火箭产生强大的反冲推力，使它前进。空气喷气发动机本身只携带燃料，需要从外界空气中获得足够的氧气来助燃。如图乙所示为空气喷气发动机结构图。工作过程中，机身在空气中高速前进，空气从进气口进入，被压缩机压缩后进入燃烧室和从喷雾器喷出的燃料混合，由火花塞点火燃烧，产生大量气体向后喷出，冲击轮机，叶轮转动，最后气体以极大的速度从尾部喷管喷出，使机身向前飞行。（1）火箭喷气发动机工作时，先将燃料的化学能转化为___能，再将其转化为火箭的______能，这个过程相当于汽油机的______冲程。内机械做功（2）______（填“火箭”或“空气”）喷气发动机不能在大气层外工作。空气（3）空气喷气发动机工作过程中，发动机内气体温度是不断变化的。下列图像中，能大致反映气体的温度随时间变化的是___（填字母）。A. B. C. D.  √ 返回