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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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