航天器热控制2版(闵桂荣,郭舜著)思维导图
航天器发射和上升阶段的热控制问题 张学峰26页PPT
56、极端的法规，就是极端的不公。 ——西 塞罗 57、法律一旦成为人们的需要，人们 就不再 配享受 自由了 。—— 毕达哥 拉斯 58、法律规定的惩罚不是为了私人的 利益， 而是为 了公共 的利益 ；一部 分靠有 害的强 制，一 部分靠 榜样的 效力。 ——格 老秀斯 59、假如没有法律他们会更快乐的话 ，那么 法律作 为一件 无用之 物自己 就会消 灭。— —洛克
60、人民的幸福是至高无个的法。— —西塞 罗
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
航天器热控材料
航天器热控原理与材料姓名：***学号：12S******指导教师：***日期：2012.10.12航天器热控材料1 前言航天器热控制又称温度控制, 是随着航天技术发展起来的一门综合多学科的新技术, 是任何航天器必不可少的技术保障系统之一。
它涉及材料学、热学、计算数学、化学、光学、流体力学、电子学、计算机科学以及试验测量技术等诸多学科领域。
它的任务是通过合理组织航天器内部和外部的热交换过程, 使航天器各部位的温度处于任务所要求的范围内, 为航天器的仪器设备正常工作, 提供良好的温度环境。
航天器热控制技术种类很多，使用的场合也各不相同，但从总体上看，一般可分成被动热控制技术和主动热控制技术两类。
被动热控制技术是一种开环控制，在控制过程中被控对象的温度无反馈作用，一旦状态确定后，基本上没有调节的余地，通常选择具有一定热物理性能的材料，并通过航天器的布局，合理安排与空间环境及内部仪器设备之间的热交换，使航天器各部分处于要求的温度范围内。
被动热控制部分除了布局上的合理安排之外．主要通过包括热控涂层、多层隔热组件等各种不同热控材料的使用，最大限度地减少航天器和周围宇宙空间不可调节的热交换，以控制和调节外部恶劣的热环境及其变化对航天器的影响，这样可以减少航天器内部的温度波动，以满足大部分仪器设备的温度范围要求。
被动热控制技术是航天器热控的主要手段之一，而各种热控材料是重要的实现途径，在各类航天器上得到广泛的应用。
2 典型热控材料随着空间技术的不断发展, 我国已经研制成功多种热控材料。
日前, 应用最多最广的有涂层、多层隔热材料、热管、电加热器、导热填料、控温仪和测、控温元件, 在某些情况下也使用过百叶窗、相变材料、热扩散板和环路热管。
在载人飞船上还使用厂泵驱动单相流体回路、风扇等装置。
这些热控材料, 确保我国航天器热控任务顺利实现。
2.1 热控涂层在空间真空环境下，物体的表面温度在很大程度上取决于其表面的太阳吸收比和红外发射率的比值αs/ε。
航天气热控制技术
1.什么是航天器的热控制？控制航天器内部的热交换过程，使其热平衡温度处于规定范围的技术。
2.热控制技术研究的重要性。
为了保证航天器的安全运行，必须对他们进行合理的热控设计，并研制有效可靠的热控系统，否则将导致飞行失败。
3.简述近地空间的热环境，在近地轨道飞行的航天器收到的外热流主要有哪些？近似值是多少？近地空间航天器受太阳辐射、地球红外辐射、地球-大气的反照；外热流主要有：太阳辐射热流、地球反照热流、地球红外热流及空间背景热流；太阳：近似值--2/1353m W S =夏至点（近日点）--2/1309m W S = 冬至点（远日点）--2/1399m W S = 地球反照：近似值--2/470m W 地球红外热流：2/2201353435.0141m W S =⋅-=⋅-ρ 4.简述地球红外辐射，地球反照及其影响。
地球反照：地球-大气系统对太阳辐射的反射；地球红外辐射：被地球-大气系统吸收的太阳辐射能转化成热能后，又以长波热辐射的方式辐射到空间去。
5.什么事航天器的被动热控制？他有什么优缺点？常用的被动热控措施有哪些？被动热控制：依靠河里的航天器总体布局，选取不同的热物理性能的材料，正确地组织航天器的内外热交换过程，是航天起的结构、仪器、设备在高低温运行状况下都不超出允许范围。
优点：①.技术简单②.可靠性高③.使用寿命长 缺点：无自动调节温度的能力 主要有：①.热控图层②.多层隔热材料③.热管④.相变材料⑤.导热填料6.选择热控图层的主要原则是什么？①航天器表面的热辐射性质（现有热控涂层的性能水平95.0~08.0=s α9.0~02.0=ε）为了的得到某种指定性能的涂层，可以采用几种涂料组成的条纹搭配涂层。
②表面涂覆的工艺可行性。
③表面涂覆在使用环境中的稳定性。
④涂层的污染。
⑤经济性。
7.何为二次表面镜型热控图层？它在卫星热控设计中有和应用？三种：①光学太阳反射镜：一种复合表面，有对可见光透明的表层薄膜和对可见光反射的真空镀膜金属底层组成。
第五章 航天器的温度控制
(Q----使航天器温度提高的热能)
－－太阳直接辐射的能量
－－地球反射的太阳辐射能
－－地球本身的红外辐射能
13.3.3
温度控制的分类
航天器的温度控制
依据温度控制是否通过可动部件进行热交换，分为： 被动式温度控制
主动式温度控制
1）通常，在航天器热设计中，以被动温度控制措施为主，主动温度控 制措施为辅的方针考虑，这是因为被动温度控制技术简单可靠。
被动式温度控制
被动温度控制技术：是卫星温度控制最基本最主要的温度控制技 术。
被动温度控制技术包括：温度控制涂层、多层隔热材料、低密度泡 沫塑料、导热填料、相变材料、导热胶等。
13.3.1.1
温度控制涂层
航天器的外表面上涂以低吸收辐射比的涂层，如白漆、三氧化二 铝等减少蒙皮的热吸收量而降低温度。在蒙皮的内表面涂以高辐射率 材料的涂层（如表面发射率 ），以增强内部各部件之间的内 辐射，以保证内部各部位温度的均匀性。
第十三章 航天器的温度控制
13.1 航天器的热环境
航天器的飞行过程通常要经历4个阶段，即地面段、上升段、轨 道段和返回段。地面段指航天器在发射场地的地面工作环境，上升 段指航天器在火箭运送下穿过地球大气层的热环境，轨道段指航天 器在大气层外远行轨道上的空间运行热环境．而返回段指航天器再 入地球或行星大气层的热环境。因此，按航天器飞行过程，就需要 了解与航天器热设计有关的地球及其大气层，地球大气层外的宇宙 空间，各个行星，以及太阳的物理特征。了解上述各种环境及其特 点，对航天器热设计非常必要。
13.4热真空模拟实验
目的：为了保证航天器能够正常运行，所以在研制过程 中，要进行充分的空间热环境实验。 内 容： 13.4.4 真空模拟 满足航天器运行中的真空度条件（通常在 ）。 13.4.2 低温热沉的模拟 太空中空间背景温度为4K，为了模拟如此的低温，采用液氮作为 冷却气体，液氮温度为77k。另外模拟的空间背景的热吸收率要达到 最大，接近于1。 13.4.3 外热流的模拟 这里主要模拟太阳辐射、地球反射辐射和地球本身的红外辐射。 太阳模拟器：氙灯、石英灯、红外加热器模拟辐射。 给航天器表面按需求布置电阻加热器，按已确定的方案用电阻加 热器给航天器加热。
航天器热控制
9.1 概述
3. 微重力
地面上依靠气体自然对流散热的仪器热量排散受阻， 温度则很快升高，在地面进行模拟实验时十分困难。
对传热器件的有利影响：热管在微重力条件下可以不 考虑其几何位置的影响，一些主动温控装置也因重力的减 小而比较容易驱动和控制。
(3) 二次表面镜涂层：
对可见光透明的表层薄膜＋对可见光反射的真空镀膜金属底构成。 α极低， 常用于局部增加散热
(4) 其它涂层：
温控带、低温固化低放气涂层、织物涂层等
9.3 航天器热控制技术
有机白漆
9.3 航天器热控制技术
2. 多层隔热材料
防止热的流入或流出。 一般由多层金属反射屏构成，温度高：金属箔；温度低： 金属膜。
9.4 航天器热控系统设计实例
1971年3月3日用“长征1号”运载火箭在酒泉发射入轨。原设计寿命 为1年，实际在轨工作约8年。卫星在轨期间星上长期工作的遥测系统一直 清晰地向地面发回遥测信号。对接收到的遥测数据分析表明，卫星上的电 源系统、遥测系统、温控系统性能良好。由于它的遥测信号长期稳定地向 地面发射而引起世人注目，为中国以后设计和制造长寿命卫星提供了宝贵 的经验。
9.2 航天器热设计
3. 提高通用性及应变能力
应该十分注重通用性设计。 热控系统在整个飞行期间一直需要发挥功能，应具 备较强的适应能力，有较好的自动调节性能。
9.2 航天器热设计
4. 满足航天器总体要求
航天器的总体方案对热控制系统的质量、能源消耗有 严格的限制，对系统的可靠性及寿命有较高的要求。
4
典型航天器的热控PPT演示课件PPT37页
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推进舱热控
被动热控措施柱段仪器圆盘对应处设置散热面2平方米外表面包覆MLI（除散热面外）在尾流罩部位安装高温隔热屏（防止变轨发动机工作时产生的高热流对舱内的影响）返回舱和推进舱之间的防热罩上也包覆MLI内表面喷涂高发射率的热控涂层舱内电子仪器设备表面进行黑色阳极氧化处理或喷涂高发射率无毒热控涂层主动热控措施推进剂贮箱、应急电源、红外地球敏感期、分流调节器等采用主动电加热控温和被动热控相结合4个镉镍电池采取冷板降温，在距后Y框约295mm铆接了3圈液体加热管路热控外回路的全部设备和部件
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飞船结构组成
轨道舱作为航天员的工作和生活舱，以及用于出舱时的气闸舱。配有泄复压控制、舱外航天服支持等功能。内部有航天员生活设施。轨道舱顶部装配有一颗伴飞小卫星和5个复压气瓶。无留轨功能。返回舱形状似碗，用于航天员返回地球的舱段，与轨道舱相连。装有用以降落降落伞和反推力火箭，实行软着陆。推进舱装有推进系统，以及一部分的电源、环境控制和通讯系统，装有一对太阳能电池板。
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流体回路系统
ZKS
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经验总结
以流体回路、气体通风换热回路、大面积电动百叶窗为代表的主动热控技术得到了考核。液体内外冷却回路在热负荷变化剧烈的情况下，均可有效地进行自动调节。通过风机（包括风扇）驱动空气流经仪器设别，或者按照预定的流动方向在舱段内循环，产生气体强迫对流换热，实现降低仪器设备温度或拉平密封舱空气温湿度，达到控温目的。电动百叶窗在入轨后全关，轨返分离前顺利打开，从而兼顾了轨道舱在自主飞行和留轨利用2种状态下舱内温度水平的要求。
蒸发器
“流体回路（阿波罗”指令舱与服务舱的）在使用升华器的基础上，耦合了一个蒸发器进行辅助散热。蒸发器通过壁面换热的形式对乙二醇溶液流体回路进行冷却，其工质为水。内部采用的是平板翅片夹层构型，流道为叉流布置方式。其内核由焊接的带鳍乙二醇流道簇单元，每一层的外表面焊接带鳍蒸汽流道组成。当辐射器出口温度超过9.5℃时自动打开蒸发器
02 航天器热控制技术 第二章
出了常用的节点有限差分方程，对于特殊情况下节点的有限差分方程
还需要计算者自行推导。
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2.1 热传导－导热问题的数值求解
有限差分法求解步骤
（1）建立物理模型－－实际问题必要的简化 （2）建立数学模型－－给出导热过程的控制方程和边界条件 （3）选定节点－－求解区域离散化
（4）建立节点温度方程－－控制方程离散化，使问题由求解偏微分方
非密封航天器 热传导 热对流 热辐射 ▲ ▲ 密封航天器（或舱段） ▲ ▲ ▲
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2.1 热传导
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2.1 热传导－定义
• 定义：热传导是指在温度差作用下依靠物质微粒（分子、
原子和自由电子）的运动（移动、振动和转动）进行的能
量传递过程。 – 温差存在（温度场存在） – 是物质微粒的运动引起的能量交换，与物体整体运动 无关
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2.1 热传导－变物性问题
关于变物性问题－－以变热导率为例 • 大多数工程材料的热导率是温度的函数，一般表示为线性关 系 0 1 bt • 。
工程上，大多数只关心导热量的大小，而对其准确的温度分布并
不太关心。这时可以简化计算
• 根据傅立叶定律，考虑一维稳态无内热源的导热
t1
λ1
Q
1 2 Rc 1 A 2 A
t1 t 2
A
t2
Rc
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2.1 热传导－热导
热导h和H：热阻的倒数是热导
1 h r A 1 H R
W
W 2 K 2 m K m
一度温差下传递多 少热流密度
新改版教科版五年级下册科学全册知识思维导图 (新版)
五年级科学下册思维导图第一单元生物与环境第二单元船的研究第三单元环境与我们第四单元热4.1《温度与水的变化》教学设计【教材简析】本课是五年级下册《热》单元的第1课。
热的物体温度高，冷的物体温度低，要分析和解决日常生活中的各种热学问题，就要从物体的温度变化和测量开始。
本课教材由四部分组成：第一部分——聚焦，开门见山，提出问题“我们已经观察过水的沸腾和凝固成冰的现象，水的这些变化与什么有关”。
第二部分——探索，首先让学生回忆并整理水形态的变化与温度的关系；其次是学生设计和进行“在持续加热、停止加热和继续加热情况下，观察和记录水的温度变化和形态变化”的实验。
第三部分——研讨，让学生在经历探究与观察活动的基础上，充分发表关于“水在被持续加热过程中，水的状态和温度发生了怎样的变化”“停止加热后，水的状态和温度发生了怎样的变化”以及“水的沸腾过程跟什么有关”等问题的看法，希望学生发现水的温度、形态变化跟热量有关。
第四部分——拓展，引导学生继续探索水从常温持续下降到0℃以下，以及从0℃上升到常温后，水会发生什么变化。
作为《热》单元的起始课，本课以学生的前概念为起点，通过探究温度的变化和水的形态变化，了解到温度变化表示热量在传递，完善“热量变化导致了物体温度变化”这一科学概念，并感受到科学探究的乐趣。
【学情分析】水是学生比较感兴趣的物体，许多学生都观察过水加热的过程。
他们知道温度慢慢变高时，水会逐渐变热、沸腾。
学生在三年级的学习中也已经知道了水结冰时的温度和水沸腾时的温度，但是较难理解“水的温度、形态变化跟热量有关”。
在本节课的学习中，学生将通过探究温度的变化和水的形态变化，了解到温度变化表示了热量在传递。
【教学目标】科学概念目标1.知道物质通常以固态、液态、气态的形态存在，物态变化取决于温度等。
2.理解热是能量的一种表现形式，热量变化导致了物体温度变化。
3.分析物态变化的实验探究情况，知道水的凝固点和沸点。
科学探究目标1.尝试从事物的变化以及相互关系的角度中提出可以探究的问题。
教科版五下科学第四单元《热》知识点+考点复习提纲+思维导图+练习题汇编
第四单元《热》考点必背第 1 课 温度与水的变化1. 物质通常以固态、液态、气态的形态存在，物态变化取决于温度等。
2. 热是能量的一种表现形式，热量变化导致了物体温度变化。
3. 观察水加热时的变化现象实验注意事项①戴护目镜。
②正确使用酒精灯等仪器，防止烫伤。
（1）水沸腾后，停止加热，水会停止沸腾，水的温度会降低。
（2）水沸腾后，继续加热，水会持续沸腾，水的温度不变。
（3）水沸腾时的温度，叫水的沸点，标准大气压下，水的沸点是 100℃。
水从液态变成气态，称为汽化。
4. 水沸腾的条件：达到沸点且持续吸热。
5. 水结冰时的温度，叫水的凝固点，标准大气压下，水的凝固点是 0℃。
水从液态变成固态，称为凝固。
第 2 课 水的蒸发和凝结1. 水在吸收或放出一定热量后，会发生物态变化。
2. 水的蒸发过程吸收热量，水蒸气凝结成水的过程放出热量。
3. 水的蒸发：湿衣服变干、水洼变干。
4. 水蒸气凝结成水：浴室镜面上形成的水滴、水烧开时冒的白气（小水滴）、清晨草叶上的露珠。
5. 水的温度越高，水蒸发得越快。
6. 观察水蒸气的凝结现象（1）在玻璃杯内加入冰块，用干布将玻璃杯外壁擦拭干净，静置一会儿，观察玻璃杯外壁，发现出现了小水珠。
这是因为玻璃杯内温度较低，水蒸气遇冷凝结成水。
（2）若再加入食盐，玻璃杯内温度更低，外壁上出现的小水珠更多。
7. 自然界中水的形态多种多样，常见的有云、雾、雨、露、霜、雪等，他们的形成都与水蒸气的凝结有关。
第 3 课 温度不同的物体相互接触1. 刚从冰箱里取出的牛奶，要使它变成热的，我们会把它浸在热水中。
热会从热水转移到牛奶。
2. 将温度不同的水相互接触温度（1）实验现象：凉水的温度逐渐升高，热水的温度逐渐降低，最终凉水和热水的温度相同。
凉水的温度不会一直上升，热水的温度不会一直下降。
（2）实验结论：热通常从温度高的物体传向温度低的物体。
（3）实验中用试管控制凉水的水量，使用大烧杯让热水尽量多一些的目的是让凉水的温度尽快上升，使实验现象更明显。
温度与航天器设计：热控系统、材料选择与空间环境适应
航天器热控系统的维修技术
01
维修方法
• 利用维修技术，对航天器热控系统的故 障进行修复和处理，保证航天器的正常运 行 • 常用的维修方法包括更换部件、维修故 障部件等
02
维修策略
• 根据航天器热控系统的故障特点和运行 状态，制定合理的维修策略，提高维修效 率 • 可以采用预防性维修、定期维修等策略， 保证航天器热控系统的正常运行
热导率
• 热导率是衡量材料导热性能的重要参 数，材料的选择应考虑其热导率 • 选择热导率较低的材料作为热绝缘材 料，减少热量传递 • 选择热导率较高的材料作为热沉，提 高散热效果
03
航天器空间环境适应性设计
航天器在轨运行的热环境分析
01
太阳辐射
• 航天器在轨运行过程中，会受到 太阳辐射的影响，尤其是太阳直射时， 航天器表面会吸收大量热量 • 需要通过热控系统进行散热和保 温，保证航天器内部温度在正常工作 范围内
03
• 航天器热控技术将在航天器 制造领域发挥重要作用，提高 航天器的制造质量和性能
谢谢观看
THANK YOU FOR WATCHING
航天器热控系统的仿真与优化
航天器热控系统仿真技术概述
仿真技术
• 利用计算机技术，对航天器热控系统进 行模拟和仿真，为航天器设计提供依据 • 通过仿真技术，可以预测航天器在轨运 行过程中的热环境，为热控系统设计和优 化提供依据
仿真软件
• 目前常用的航天器热控系统仿真软件包 括ANSYS、MATLAB等 • 利用这些仿真软件，可以对航天器热控 系统进行详细的模拟和仿真，为航天器设 计提供依据
航天器热控系统的可靠性分析
01
可靠性分析
• 利用可靠性分析技术，对航天器 热控系统的可靠性进行评估，为航天 器设计提供依据 • 可靠性分析可以包括故障率分析、 寿命分析等
典型航天器的热控分解
返回舱
推进舱
载人飞船对比一般卫星的特点
热控特点：
飞船和载荷发热功率大，内部热负荷变化大， 控温精度要求高 密封舱内采用了风冷系统和流体回路系统 对可靠性与安全性要求更高 热设计和热试验要适应不同飞行阶段和不同批 次工作模式（自主飞行期间保温和留轨利用期间散热） 航天员呼吸和皮肤排湿，要进行湿度测量和控 制
+Y板、-Y板间热耦合
采取轴向槽道热管两 相对舱板间的热耦合 技术,为首次在此类卫 星上使用, +Y板、-Y板 间热耦合保证蓄电池 组间的温差要求,同时 也降低了光照侧蓄电 池组的温度,减少蓄电 池组散热面面积,为蓄 电池度过月食提供了 基本保证
主动热控
充分利用星上的数据管理设备、遥测遥控设备,加上热控系 统研制的执行部件———加热控制器,形成智能主动控温系 统的物理结构 特点：
飞船结构组成
轨道舱
作为航天员的工作和生活舱，以及用于出舱时的气闸舱。 配有泄复压控制、舱外航天服支持等功能。内部有航天 员生活设施。轨道舱顶部装配有一颗伴飞小卫星和5个复 压气瓶。无留轨功能。 形状似碗，用于航天员返回地球的舱段，与轨道舱相连。 装有用以降落降落伞和反推力火箭，实行软着陆。 装有推进系统，以及一部分的电源、环境控制和通讯系 统，装有一对太阳能电池板。
热控总体方案
热控
被动热控 （基础）
主动热控 （重点）
MLI
涂层
热管
流体回路
气体通风 风冷回路
电动 百叶窗
电加热 控温仪
轨道舱热控
在自主飞行期间（轨道舱是密封舱，工作仪器发热量不大）需 减少漏热；留轨期间（轨道舱是非密封舱，仪器发热量大）， 要加强散热 被动热控措施：
初中物理《热和能》单元教学设计以及思维导图2
6.尝试用比热容解释简单的生活问题; 7.通过实验探究,经历建立比热容概念的过程和采用的科学方法,知道 不同物质的吸热能力一般不相同
专 题 问 题 1. 为什么夏天闻到的花香味道更浓烈？
设计
2.改变物体内能有哪两种方式？
所需教学环境和教学资源
多媒体课件、空气压缩仪、硝化棉、细铁丝 物理实验室
学习活动设计 教学过程：第一版块：教师提出要求，小组合作交流，学习温度与温 度计。 导入：以前学过温度知识，今天继续学习有关于物体的温度和内能。 同学们自读课本，小组合作学习温度与温度计这一版块，小组长负责 记录所有同学新学到的知识。各小组代表积极发言，交流各组的自学 成果，教师大屏幕展示同学们的自学成果，然后进行系统性的总结。 同时出示温度计的正确使用方法的习题，实现“小循环，多反馈”的 物理教学模式. 设计意图：充分体现出学生是主体，教师是主导这一教学理念，有效 体现了学生的主体参与性，活跃了课堂气氛。
评价要点
可评价的学习要素： 1.自主学习：第一版块知识简单，同学们可自读课本， 小组合作学习温度与温度计这一版块，小组长负责记 录所有同学新学到的知识。各小组代表积极发言，交 流各组的自学成果，教师大屏幕展示同学们的自学成 果，然后进行系统性的总结。同时出示温度计的正确 使用方法的习题，实现“小循环，多反馈”的物理教 学模式. 2.信息技术与物理的整合：第二版块由于学习的是物体 内部微观世界的知识，所以充分利用多媒体课件的优 势，展示分子的微观模型,方便学生理解和掌握,实现多 媒体等辅助教学手段与课堂教学的有机整合。
象”。这一变化充分反映了课程标准重视知识的实际应用、重视过程 与方法的理念，有利于更好地全面实现课程目标。因此，为了实现课 程目标的要求、揭示物质的微观世界，我在进行教学设计时将信息技 术的辅助作用突显了出来。 专题二：内能、热量。结合实例分析，知道热传递是改变物体内能的 一种方式，是内能的转移过程。 专题三：物质的比热容。了解比热容的概念，了解一些常见物质比热 容的大小，知道比热容是物质的物理属性之一。 专题四：机械能和内能的相互转化。通过观察、分析内能转化为机械 能的现象，知道热机的工作原理。了解汽油机的结构及其工作过程。 了解内能的利用在社会发展史上的意义。通过探究，知道不同燃料的 热值不同，会查热值表，会进行燃料燃烧放热的简单计算，能从能量 转化的角度认识燃料的热值。这四个专题的确定源于教材，基本覆盖 了教材的全部要求，设当进行了拓展和延伸，为今后的学习做了铺垫。