12.4 机械能与内能的相互转化

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.
内燃机和种类
(1)汽油机 ①构造 ②工作过程 (2)柴油机 ①构造 ②工作过程
原理：
将燃料燃烧产生的高温高压 燃气的内能转化为机械能。
汽油机完成一个循环:
1.活塞经历四个冲程,分别 为:吸气、 压缩 、 做功 、 排气。其中, 做功 冲程时燃气对外做功.
结论：内能可以转化为机械能。
内能转化为机械能的现象：
火药燃烧时的内 能转化为机械能
蒸汽机
点燃的火药燃烧时 内能转化为机械能 使爆竹腾空而起
水蒸气的内能转化为机械能
例1
以下的日常生活事例，通过做功来增加物体内能的 是（ A ） 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
2.曲轴旋转 2 圈,活塞往复 4 次.对外做功 1 次
3.压缩冲程和做功冲程中能量是怎样转化的?
机械能转化为内能 内能转化为机械能 助冲程
4.飞轮的作用是什么？利用飞轮的惯性完成三个辅
1、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. 2、获得机械能的一种装置——热机 （1）原理：将内能转化为机械能 汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞 （2）汽油机的构造： （3）汽油机的工作
吸气冲程：燃料和空气的混合气体被入汽缸 压缩冲程：机械能转化为内能 做功冲程：内能转化为机械能 排气冲程：废气排出汽缸 一个工作循环由四个冲程组成，曲轴旋转两周，活塞往复两次，对 外做功一次。做功冲程是主要冲程，其它三个冲程是辅助冲程，是靠飞 轮的惯性完成的 。
请你思考！
如图所示是汽油机工作循环中
木炭 3.4X107
（1）热值表中，哪种物质的热值最大？是多大？ 你知道火箭中用氢作燃料的道理了吗？
（2）从表中你还能发现哪些规律？
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 ] 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
复习：
1、我们上节课学过改变物体内能的哪 种方式？ 热传递 2、我们通常怎样判断物体内能的变化？ 通过判断物体的温度变化,
物体的温度升高其内能增大!
给你一段铁丝，你可以采取哪 些方法使其温度升高？
• 使铁丝温度升高的办法: 火上烧 热传递 开水烫 石头上磨 铁锤敲打 反复弯折
做一做
弯折铁丝
实验中,铁丝的温度是否发生变化? 实验中铁丝的内能变高了吗? 增加的内能是哪里来的? 做功
2. 如图所示，此图是汽油机的 压缩 冲程。 在此冲程中，气缸中的气体体积 变小 ，压 强 变大 。（填“变大”、“变小”或“不 变”）
3.冬天双手捧着热水袋会感到暖和，这是利用 热传递 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 做功 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 做功 方式增加了燃料混合 它的温度升高，是通过 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 的方式降低 热传递 汽缸的温度（减少汽缸的内能）
运动的砂轮
机械能转化为内能的现象：
机械能转化为内能的现象：
流 星 雨
机械能转化为内能的现象：
给自行车车胎打 气，气筒发烫
古人钻木取火
思考
• 机械能可以转化为内能，那么 内能可以转化为机械能吗？
点火爆炸 （视频） 你观察到什么现象? 塞子飞了出去 分析：
在此过程中,酒精燃烧后的燃气 对外做功，燃气内能减小转化为机 械能。
单位是：J/kg 公式：Q=mq
常见燃料的热值
固体 干木柴 1.2X107 烟煤 2.9X107 液体 气体 煤气 4.2X107
天然气4.4X107
酒精 3.0X107
柴油 3.3X107
焦碳
3.0X107
石油 4.4X107 汽油 4.6X107
煤油 4.6X107
氢气 14.3X107
无烟煤 3.4X107
的某一冲程，这个冲程是 做功 冲
程，此冲程中 内 能转化为 机械 能
请你思考！
某汽油机飞轮转速为3000r/min，那么，每
秒钟内完成 200
个冲程，活塞往复 100 次，
50 次。
燃气推动活塞做功的次数为 3000r/min=50r/s
一个工作循环由四个冲程组成，曲轴旋转两周， 活塞往复两次，对外做功一次
内能增大了
筒内空气增加的内能从何而来？能量是如何转化？ 活塞对空气做了功使空气的内能增加； 机械能转化为内能
结论：1、做功可以改变物体的内能； 2、机械能可以转化为内能。
热传递 实质：内能的转移。
改变内 能方式 做 功 实质：内能和其它形 式能的相互转化
对物体做功，物体内能增大, 物体对外做功，内能减小。
布置作业
例：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？
燃料燃烧放出热量与哪些因素有关呢？
（1）与质量有关 质量越大，放出热量越多 （2）与燃烧的程度有关 燃烧越充分，放出热量越多
与燃料的种类是否有关呢？
三.燃料的热值
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 多 . 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 不相同(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。用符号“q”表示。
反复弯折铁丝，使铁丝的内能增大
给你一段铁丝，你可以采取哪 些方法使其温度升高？
• 使铁丝温度升高的办法: 火上烧 热传递 开水烫 石头上磨 铁锤敲打 反复弯折
做功 ——改变内能的另一种方式
空气压缩引火仪
用力将活塞迅速下压， 你看到了什么？
现象：你看到
Hale Waihona Puke 棉絮燃烧起来了 ；分析：所看到的现象说明了什么? 筒内空气的温度升高了
D．用水壶烧水，水蒸气将壶盖顶起
例2：根据图中提供的信息回答下列问题。 （1）问题：塞子冲出试管后为什么继续向前运动？ 回答： ； 由于塞子具有惯性 （2）问题：塞子被推出过程中，能量如何转化的？ 内能转化为动能 回答： ；
内能可以转变成机械能，这对我 们生活和生产产生了什么影响呢？
我们利用这个原理制成了热机
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。
热传递是能量的转移过程. 能的形式没有发生变化 做功是能量的转化过程。 能的形式发生改变
（从一种形式的能转化为另一种 形式的能，如“机械能→内能”）
你还能举一些通过做功增加内能的例子吗？