沪科版九年级物理第十三章内能与热机

第十三章 内能与热机 第一节 物体的内能 你还记得吗 ? 在热水和冷水混合变成温水的过程中，热水失去了一种能量，冷水得到了一种能量。 这究竟是一种什么形式的能量呢？ 热水 温水 冷水 还记得 《 分子动理论 》 吗？ 物体是由大量的 ____ 组成的；分子在不停地做无规则 ；分子之间存在着 。 分子有能量吗？ 分子 运动 相互作用的引力和斥力 物体内所有分子由于热运动而具有的动能以及分子之间势能的总和 物体的内能 —— 物体的内能跟哪些因素有关？ 思考 质量的大小、温度的高低 内能跟温度有什么关系？ 结论： 一个物体温度升高时，它的内能 _____ ；温度降低时，内能就会 _____ 。 增加 减少 判断下列说法是否正确 ? 一个物体温度升高，内能增加（ ） 温度越高的物体，内能越多（ ） 20℃ 的水一定比 80℃ 的水内能小（ ） 0℃ 的物体的内能也为 0 （ ） 放在地面上静止的物体，它不具有任何形式的能（ ） √ × × × × 有一根铁丝，你能通过哪些方法使它的温度升高？（使它的内能增加） 想一想 ※ 热传递 改变内能的两种方式 ※ 做功 总结 A 、放在太阳下晒； B 、在石头上摩擦； C 、放在热水中烫； D 、放在火上烧； E 、用锤子敲 F 、放在手中捂 G 、用力反复弯折； 将铁丝放在热水中 实例分析 1 、热传递的方式改变物体的内能 铁丝，吸收热量，内能增加；热水，放出热量，内能减少。 2 、热传递过程中，是内能的转移 3 、在热传递过程中，内能改变的多少可用传递的热量来量度 实例分析 1 、通过做功的方式改变物体的内能。 对物体做功，内能增加；物体对外做功，内能减少。 2 、做功过程中，是机械能与内能相互转化。 3 、在做功过程中，内能改变的多少可用做功的多少来量度。 改变物体的内能 方式 内能如何变化 能的种类是否改变 如何量度改变了多少 热传递 做功（机械功） 物体吸收热量，内能 增加 ；物体放出热量，内能 减少 。 对物体做功，内能 增加 ；物体对外做功，内能 减少 。 不变，内能的转移 改变，机械能与内能相互转化 传递热量的多少 做功的多少 热传递和做功改变物体内能是 等效 的。 钻木取火 哟！屁股真烫呀！ 小青蛙：天冷了，晒晒太阳！ 下列图示现象是利用什么方式改变物体的内能的？ 天冷了，搓搓手 下列图示现象是利用什么方式改变物体的内能的？ 火箭升空 水壶烧水 壶里的水沸腾时，壶盖常会向上跳动 下列现象是利用什么方式改变物体的内能的 ？ 用锯子锯木头，锯条发热了。 阳光下的冰块很快就熔化了。 用热水袋取暖 用打气筒给自行车打气，过一会，气筒壁发热 讨论 若物体吸收热量，内能增加，温度是否一定升高 ? 若物体内能增加 , 是否一定是吸收了热量 ? 用打气筒通过塞子的孔往瓶里打气，这是用 做功 的方法使瓶里的气体内能增加，温度升高；当瓶塞跳起来，是对 瓶塞 做功， 水蒸气 的内能减少，温度降低，水蒸气遇冷， 液化 ( 填物态变化名称 ) 成小水滴，观察到“雾”这种现象。 什么叫热量 定义 : 在热传递过程中 , 转移能量的多少叫热量，用符号 Q 表示。 3 、改变内能的方法 A. 做功 B. 热传递 4 、热量：物体通过热传递方式改变的内能。  ＊热量的单位是焦耳（Ｊ） 1 、一切物体都有内能，内能的大小跟温度有关。 2 、内能的单位是焦耳（Ｊ） 小结： 第十三章 内能与热机 第二节 科学探究：物质的比热容 凉 烫 中午 凉 暖和 家里来了客人，为了让客人尽快喝上开水。我们应该怎么做？为什么？ 生活经验告诉我们： 物体吸收热量的多少可能跟哪些因素有关呢？ 不同物质的吸热能力是否相同？ 1 、怎样科学地研究物体吸收热量多少与物质种类的关系？小组讨论实验方案。 组内讨论： 2 、实验中要注意测量和记录哪些物理量？ 制订计划 1 、水和油的质量均为 70g. 2 、加热前先测出水的初温 t 1 ，并记录下来。注意温度计的正确使用。 3 、加热开始时同时计时，加热两分钟后停止加热，同时用温度计测出末温 t 2 ， 并记录。 4 、分析实验数据，并进行组间的交流。 液体名称 液体质量 m 液体初温 t 1 液体末温 t 2 升高温度 ⊿ t 加热时间 水 1 70g 水 2 70g 油 1 70g 油 2 70g 分析与论证： 1 、相同质量的同种物质， 吸收相同热量，升高的温度是相同的。 2 、相同质量的不同种物质， 吸收相同热量，升高的温度是不同的。 不同物质的吸热能力不同。 反思一下本组做的实验，思考：有哪些不足之处和需要改进的地方？ 评估： 单位质量的某种物质温度升高（降低） 1℃ 所吸收（放出）的热量叫做这种物质的比热容。 符号： c 单位： J/(kg · ℃) 为了表示不同物质吸热能力的不同，我们引入了 这个物理量。 比热容 水   4.2×10 3 砂石  0.92×10 3 铁 . 钢  0.46×10 3 煤油  2.1×10 3 玻璃 0.67×10 3 铜   0.39×10 3 酒精  2.4×10 3 橡胶  1.7×10 3 水银 0.14×10 3 冰   2.1×10 3 水蒸气 1.88×10 3 铝   0.88×10 3 甘油  2.5×10 3 干泥土 0.84×10 3 铅   0.13×10 3 几种物质的比热容 [J/ （ kg·℃ ） ] 你能从上表中获得哪些信息？ 思考一下：物质的比热容大意味着什么？ 现在你能否解释中午和晚上沙滩和海水温度的差异？ 用物理的眼光看待生活 “ 水的比热容大 ” 这一特点在人们的日常生活和生产 中具有重要的意义。你能举几例吗？ 交流讨论： 某家庭用水壶烧水时，使 2kg 的水由 20℃ 升高到 100℃ 要吸收 ________J 的热量。 [ c 水 =4.2×10 3 J ／ (kg·℃)] 热量计算公式： Q ＝ cm⊿t 第十三章 内能与热机 第三节 内燃机 汽车奔驰 飞机凌空穿云 舰船劈波斩浪 列车飞驶 它们为什么能大显神威？ 1. 热机的概念：利用内能做功，并将其转化为机械能的机械。 利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 蒸汽机车 蒸汽机车 喷气发动机 火电站的汽轮机 2. 热机的种类 : 汽油机 火花塞 气缸 进气道 活塞 连杆 排气 道 曲轴 飞轮 进气 阀 排气 阀 冲程：汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 汽油机的工作过程 吸气冲程 汽油和空气 进气阀打开，排气阀关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气阀吸入气缸。 压缩冲程 进气阀和排气阀都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。 排气冲程 燃烧后的废气 进气阀关闭，排气阀打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 做功冲程 在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。 (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，要靠装在曲轴上的大飞轮的惯性来带动。 (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。 气缸 活塞 连杆 曲轴 柴油机 排气门 进气门 喷油嘴 喷油嘴 吸气冲程 空气 进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。 压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。 做功冲程 在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。 排气冲程 燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 内燃机的应用 汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。 (1) 汽油机的应用 (2) 柴油机的应用 柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。 1. 基本构造和主要部件的作用相似。 2 . 每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 3 . 四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。 4 . 一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。 相同点 1. 构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。 2 . 燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。 3 . 吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。 4 . 点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。 不同点 讨论柴油机和汽油机的区别 : 区别 汽油机 柴油机 结构 工作过程 吸气冲程 压缩冲程 体积     , 压 强     ,  温度   体积     , 压 强     , 温度   点火方式 优缺点 火花塞 喷油嘴 汽油和空气的混合物 只吸入空气 变小 变大 升高 更小 更大 更高 火花塞点火 ( 点燃式 ) 压缩空气达到雾状柴油 着火点 , 不需点燃 ( 压燃式 ) 轻便、效率低等 笨重、效率高等 小结 第十三章 内能与热机 第四节 热机效率和环境保护 说一说：在我们的生活中，会使用哪些燃料？ 约 2.8kg 约 1.16kg 约 0.73kg 说明 ： 不同燃料燃烧释放的能量不同    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。    国际单位：焦每千克；符号： J/kg 。   气体燃料的单位：焦每立方米；符号： J/m 3 。 燃料的热值    热值在数值上等于 1 kg 某种燃料完全燃烧放出的热量。 1. 热值的定义 2. 物理意义 3. 单位    请说出你熟悉的燃料的热值，并说明其物理意义。 4. 了解燃料的热值表 用 Q 放 表示放出的热量， q 代表燃料的热值， m 代表燃料的质量。 Q 放 =qm 如果是气体燃料，公式又是什么样的？ Q 放 =qV 5. 有关热值的计算 例 1 ：计算 5 kg 汽油完全燃烧释放的热量。 （ q =4.6×10 7 J/kg ） 已知： m =5kg, q = 4.6×10 7 J/kg 求 : Q 解 : Q = m q =5 kg×4.6×10 7 J/kg =2.3×10 8 J 答 : 完全燃烧释放的热量为 2.3×10 8 J 。 热机的效率 —— 燃料燃烧所做的有用功与完全燃烧所放出的能量之比。 由于热机能量损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。 热机的效率总是小于 100% 的。 热机效率 如：燃料不完全燃烧、废气、克服摩擦、机械传热等因素都会带走部分能量。 1 、部分燃料未完全燃烧 2 、克服摩擦消耗能量 转变为对外做有用功的能量 4 、机械传热损失能量 3 、废气排出带走能量 热机中燃料释放能量的主要走向示意图 化学能（ 100﹪ ） 内能 机械能 燃烧不完全损失的能量 废气带走的能量 克服摩擦损失的能量 电流通过导线时发热损失的能量 散热损失的能量 发电机 蒸汽轮机 锅炉 散热损失的能量 克服摩擦损失的能量 电能（ 30﹪ ） 火电站能流图 提高热机效率的主要途径 : 减少热机工作中的各种能量损失。 具体方法 : 首先要减少燃烧过程中的热量损失（让燃料充分燃烧） ； 其次是减小机械摩擦以减少机械损失（如选用优良的润滑材料）； 再次是要尽量简化机械传动部分 , 以减少机械损失。 议一议：怎样提高机械效率？ 热机为人类的发展做出了重大贡献，但也带来了许多环境污染问题： 环境保护 1. 对人体健康的直接危害 , 硫酸雾和硫酸盐雾的毒性比二氧化硫大得多 , 可以侵入肺的深部组织 , 引起肺水肿等疾病而使人致死。 2. 引起河流、湖泊的水体酸化 , 严重影响水生动植物的生长。 3. 破坏土壤、植被、森林。 4. 腐蚀金属、油漆、皮革、纺织品及建筑材料。 5. 渗入地下 , 使水中铝、铜、锌、镉的含量比中性地下水中高很多倍。 酸雨的危害 政府为减轻酸雨对环境的危害，加强取缔大量排放废气的工厂和汽车，要求加装防止污染的设备 ( 如汽车加装触煤转换器，使用无铅汽油 ) ，也希望民众配合，养成节约能源的习惯。 减少人为硫氧化物和氮氧化物的排放，研制煤炭中硫资源的综合开发与利用，发展洁净煤技术、清洁燃烧技术等。 措施： 什么是燃料的热值？ 燃料完全燃烧时放出热量如何计算 ? 提高热机的效率与节能环保 小 结