《第十四章 内能的利用》课件

第十四章内能的利用第1节

能量的转化与守恒第2节

热机第3节

热机的效率学习目标1.能准确说出分子动理论的三个基本观点，并能用其解释生活中常见的扩散、分子间作用力相关现象；2.理解内能的定义，明确内能是物体的固有属性，知道内能与温度、质量、物质状态的关系，能区分内能与机械能的不同；3.掌握改变物体内能的两种方式（做功和热传递），能判断生活中改变内能的具体实例，理解两种方式在改变内能上的等效性；4.了解热量的定义，知道热量是过程量，能正确使用热量的单位（焦耳），明确热量与内能、温度变化的关联；5.理解比热容的物理意义，熟记比热容的定义和单位，知道水的比热容大这一特性，能用水的比热容解释生活中的相关现象；6.掌握热量的计算公式（吸、放），能结合公式进行简单的热量计算，会分析公式中各物理量的对应关系。01第1节

能量的转化与守恒观察思考图示的各种情景种都存在着什么形式的能量？电能、光能机械能、生物能机械能、内能化学能、核能自然界能量存在形式：机械能、化学能、电能、内能、核能、光能等。知识梳理能量的转化与守恒01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）内能构成物质的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做内能。一切物体都具有内能知识梳理能量的转化与守恒01（3）太阳能太阳能是一种可再生能源，是指太阳的热辐射能主要表现就是常说的太阳光线，在现代一般用作发电或者为热水器提供能源（4）化学能化学能是一种比较隐蔽的能量，它不能直接用来做功，只有在发生化学变化的时候才可以释放出来，变成内能或者其它形式的能量。各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存。知识梳理能量的转化与守恒01（5）电能电能是指使用电以各种形式做功的能力。（6）核能核能也叫原子能。原子核结构发生变化放出的能量。通常指重核（如

铀等）裂变和轻核（氕、氘、氚）聚变时发生巨大的能量。知识梳理能量的转化与守恒01知识梳理烤炉烤肉西电东送内能的转移电能的转移牛顿摆机械能的转移知识点一：能量的转移知识梳理知识点二：能量的转化1）.来回迅速摩擦双手。2）.用黑塑料袋盛些水，插入温度计后系好袋口，放在阳光下。3）.将太阳能电池连在小电扇上，并使太阳能电池对着阳光。4）.将塑料笔杆在头发或毛衣上摩擦后靠近细碎的纸片。1.现象和能量转化手会发热，机械能→内能。一会儿温度计示数升高，光能→内能。小电扇会转动起来，光能→电能→机械能。笔杆会吸引小纸片，机械能→电能→机械能。知识梳理知识点二：能量的转化2.内能和机械能的转化。汽轮机模型卫星返回地球，摩擦生热内能机械能内能→机械能机械能→内能知识梳理知识点二：能量的转化3.电能和机械能的转化。电风扇通电旋转水力发电电能机械能电能→机械能机械能→电能知识梳理知识点二：能量的转化4.电能和化学能的转化。给手机充电“土豆”电池电能化学能电能→化学能化学能→电能知识梳理知识点二：能量的转化5.电能和光能的转化。电灯通电太阳能电池板电能光能电能→光能光能→电能知识梳理知识点二：能量的转化光能转化为化学能化学能转化为内能内能转化为机械能光能转化为电能6.能量的转化。知识梳理知识点二：能量的转化2.内能和机械能的转化。知识梳理知识点二：能量的转化2.内能和机械能的转化。划火柴蒸汽机使用电池电动机发电机手机充电太阳能电池温差发电太阳灶炽热的铁水光合作用萤火虫发光知识梳理知识点三：能量守恒定律想想议议

停止用力，摆动的秋千会越摆越低；掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。

讨论秋千和小球在运动中的能量转化。

为什么它们到达的高度会逐渐降低?是否丢失了能量?

你认为减少的机械能到哪里去了?知识梳理弹性势能动能重力势能动能知识点三：能量守恒定律知识梳理第一类永动机：指不需要任何能量，而永不停息地对外做功的机器。历史上的第一类永动机的设计方案：第一类永动机违背了能量转化与守恒定律，不可能制成。【说明】知识点三：能量守恒定律知识梳理能量的转化和守恒能量的转化和转移能量的转化：能量守恒定律内容：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。能量可以从一种形式转化为另一种形式。能量的转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体。①能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的定律之一。②能量的转化和转移，能量的总量保持不变。③永动机不可能制成。理解：能量的形式多种多样内容小结同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：02第2节

热机观察回答生活生产中各式各样的热机，你还能说出哪些？点击图片播放耕田机点击图片播放压路机点击图片播放收割机这些机械为我们的生活、生产以及交通带来便利，大家知道是什么为它们提供动力的吗？知识梳理01热机知识梳理01热机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。①管塞被冲出来;②管口附近出现“白雾”。观察到的现象有：在这个实验过程中，能量是怎样转化的？知识点一：不同形式能量之间的转化知识梳理01热机知识点二：热机1.人们发现内能可以做功，并制造了各种利用内能做功的机械——热机。

2.工作原理：燃料的化学能内能机械能燃烧做功知识梳理01热机蒸汽机内燃机汽轮机喷气发动机3.种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。知识梳理

4.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）种类：汽油机、柴油机柴油做燃料的内燃机:柴油机汽油做燃料的内燃机:汽油机01热机知识梳理

1.汽油机的构造由气缸、进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴组成。气缸进气门活塞连杆排气门火花塞曲轴

要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。活塞在气缸里往复运动时，活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。01热机知识点三：汽油机知识梳理2.汽油机的冲程和工作循环活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。

汽油机完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，叫做一个工作循环。

多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。01热机知识梳理排气冲程做功冲程压缩冲程吸气冲程3.汽油机的工作过程（工作循环）汽油机的工作过程进气门打开，排气门关闭。活塞向下运动，汽油和空气的混合物被吸入气缸，曲轴转动半周。吸气冲程知识梳理01热机进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。曲轴转动半周。能量转化

空气被压缩时内能增大温度升高压缩冲程知识梳理01热机知识梳理

压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料燃烧，产生高温高压的气体。

进气门和排气门都关闭，活塞向上运动。

高温高压的气体推动活塞做功，并通过连杆带动曲轴转动，对外做功。

曲轴转动半周。能量转化空气推动塞子做功，内能减少温度降低做功冲程内能转化为机械能01热机知识梳理01热机进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。曲轴转动半周。排气冲程知识梳理吸气压缩做功排气汽油机的工作循环01热机知识梳理想想议议

1.在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化?压缩冲程,活塞压缩气缸内燃料混合物做功，把机械能转化为内能；做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能。

2.哪个冲程使汽车获得动力?

做功冲程，高温高压燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，使汽车获得动力。

3.哪个冲程排出了气缸的废气?

排气冲程排出了气缸中的废气。01热机知识梳理对外做功1次飞轮转动2周活塞在汽缸中往复运动2次

有4个冲程

四个冲程中，只有做功冲程气体对外做功，排气、吸气和压缩冲程，叫做做功冲程的辅助冲程，靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。汽油机必须靠外力做功来启动。

四冲程汽油机一个工作循环01热机知识梳理冲程名称进气门排气门活塞运动方向冲程的作用能的转化吸气冲程打开关闭向下吸入汽油和空气的混合物——压缩冲程关闭关闭向上

压缩汽油和空气混合物做功，

使其内能增大，温度升高机械能转化为内能做功冲程关闭关闭向下火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动内能转化为机械能排气冲程关闭打开向上排出废气——

汽油机四个冲程工作情况01热机知识梳理运动和静止的相对性1.柴油机的构造由汽缸、进气门、排气门、喷油嘴、活塞、连杆、曲轴组成。气缸进气门排气门喷油嘴活塞连杆曲轴01热机知识点四：柴油机知识梳理2.柴油机的冲程（和汽油机相同）冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。

一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。柴油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。01热机知识梳理排气冲程做功冲程3.柴油机的工作过程（工作循环），和汽油机相同压缩冲程吸气冲程01热机知识梳理4.柴油机和汽油机的区别喷油嘴柴油机柴油机气缸顶部有一个喷油嘴汽油机火花塞汽油机气缸顶部有一个火花塞01热机知识梳理01热机4.柴油机和汽油机的区别柴油机柴油机吸气冲程中吸入气缸中的是空气汽油机吸气冲程吸入气缸中的是汽油和空气的混合物汽油机知识梳理01热机4.柴油机和汽油机的区别柴油机柴油机在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。（柴油燃烧方式：压燃式）。汽油机压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，将汽油点燃使汽油燃烧（汽油燃烧方式：点燃式）。汽油机知识梳理01热机4.柴油机和汽油机的区别柴油机

在做功冲程中，柴油机气缸中燃气的压强比汽油机气缸中燃气的压强大。在活塞横截面积（或直径）相同、活塞在气缸中行程相同的情况下，柴油机燃气对活塞做功多。在转速相同的情况下，柴油机输出功率较大。汽油机

在做功冲程中，柴油机气缸中燃气的压强比较大，气缸壁制作得比较厚，柴油机比较笨重。知识梳理01热机4.柴油机和汽油机的不同点：汽油机柴油机构造气缸顶部有火花塞气缸顶部有喷油嘴燃料汽油柴油吸气冲程汽油与空气的混合物空气压缩冲程混合物被压缩后，压强可达106帕；温度可达250～400℃.空气被压缩后，压强可达3～4×106帕；温度可达500～700℃做功冲程火花塞点火，燃料燃烧（点燃式）喷雾状柴油，遇高温燃烧（压燃式）用途轻巧、体积小，家用轿车、轻型飞机等。笨重、经济、功率大，主要用于载重汽车、轮船、坦克、带动发电机工作等。知识梳理01热机5.汽油机与柴油机的相同点

都是把内能转化成机械能，工作过程（循环）都包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程.

开始运转（启动）时，要靠外力做功使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，完成做功冲程后靠飞轮的惯性辅助冲程。知识梳理01热机汽油机柴油机内燃机种类喷气发动机蒸汽机利用内能做功，将内能转化为机械能的机器热机汽轮机构造工作原理工作过程应用内容小结同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：03第3节

热机的效率

热机工作时需要消耗煤、汽油、柴油等燃料，对外做功的目的是将燃料中储存的化学能转化为机械能。热机中燃料燃烧释放的热量能被完全利用吗?知识梳理01热机的效率

人类在原始社会时就知道燃烧柴薪来取暖、烧饭。在现代社会，人类所用能量的很大一部分依然是从燃料的燃烧中获得的。人类燃烧柴薪取暖燃烧天然气获取内能

内燃机燃烧汽油，获取内能，通过做功转化为机械能蒸汽机靠燃烧煤炭获取内能，通过做功转化为机械能

1.人类从燃料的燃烧获取内能。

2.燃料的种类：①固体燃料：煤炭、木材等；

②液体燃料：酒精、汽油等；

③气体燃料：天然气、煤气等。知识梳理01热机的效率3.燃料的燃烧是一种化学反应（化学变化）.燃料燃烧过程中，将燃料储存的化学能转化为燃气（火焰）的内能。燃料燃烧放出热量（Q）。固体燃料燃烧液体燃料燃烧气体燃料燃烧知识梳理01热机的效率重力的概念【实验设计】选取相同质量的不同燃料，点燃后，对相同质量的水进行加热，比较两杯水温度的升高多少，来确定燃料的放热本领。实验方法控制变量法和转换法大量的实验事实证明，燃烧相同质量的不同燃料，放出的热量是不同的。

我们用热值这个概念来表示燃料放出热量的本领。知识梳理01热机的效率

4.燃料的热值：某种燃料完全燃烧放出的热量（Q)与其质量(m)之比，叫作这种燃料的热值（q）。

物理意义热值在数值上等于1kg某种燃料完全燃烧放出的热量。

热值的单位焦每千克（J/kg）

燃料的热值反映燃料的燃烧放热能力（本领）

燃料的热值：某种燃料完全燃烧放出的热量（Q)与其体积(V)之比，叫作这种燃料的热值（q）。热值的单位焦每立方米（J/m3）重力的概念知识梳理01热机的效率观察热值表，你有什么收获？（信息、物理含义）焦炉煤气约1.7×107木炭3.4×107煤油4.6×107无烟煤约3.4×107氢气

1.4×108沼气约1.9×107焦炭3.0×107柴油4.3×107烟煤约2.9×107酒精3.0×107干木柴约1.2×107气体（J/m3）液体（J/kg）固体（J/kg）常用燃料的热值5.燃料完全燃烧放出的热量Q=qm(热值单位为焦每千克）知识梳理知识梳理重力的概念02加热效率【想想议议】在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料燃烧释放的能量都到哪里去了？被水吸收的热量高温的烟气带走了相当一部分热量，还有一部分热量直接散失掉了。燃料很难完全燃烧知识梳理重力的概念02加热效率用炉火加热物体，物体吸收的热量小于消耗的燃料完全燃烧放出的热量的原因：1.消耗的燃料由于燃烧条件限制而没有完全燃烧，一部分以烟（雾）的形式排放到大气中；2.燃料燃烧放出的热量没有被物体全部吸收，一部分被炉具、盛装物体的容器吸收，一部分散失到空气中。用煤烧水用天然气烧水用木柴烧水知识梳理重力的概念02加热效率加热效率（燃料的利用率）利用内能加热物体时，有效利用的热量（）跟消耗的燃料完全燃烧放出的热量（Q）之比，叫做加热效率（燃料的利用率或炉子的效率）η提高炉子效率的方法途径：（1）改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧；（2）减少各种热散失。炉子的效率小于1的原因:

（1）燃料没有完全燃烧；（2）燃料燃烧放出的热量没有被被加热物体全部吸收，有一部分散失了。=Q吸Q——

知识梳理重力的概念02加热效率通过热传递内能从燃气转移（传递）到被加热物体，被加热物体吸收热量（增加的内能）Q

吸=cm(t-t0)若热传递中无热散失

Q

=Q吸若热传递中有热散失

Q

>

Q吸利用内能加热物体燃料燃烧放出热量

Q=qm或Q=qV知识梳理重力的概念02加热效率

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。公式η=Q有用Q总热机的效率知识梳理重力的概念03热机效率蒸汽机6%~15%

汽油机

20%~30%

柴油机约为30%~45%喷气式发动机约为50%~60%

一些热机的效率

知识梳理重力的概念1提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；2改进热机，减少各种热量散失；3注意热机维护，减少因克服摩擦做功而额外消耗的能量加强技术创新,采用先进的工艺和技术设计制造热机4【思考】如何提高热机效率，节约能源，减少污染？03热机效率知识梳理重力的概念①热值：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料质量之比。

是燃料的一种特性。④热机的效率：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。⑤提高热机效率的方法利用废气的能量③燃料完全燃烧放热：

减少机械摩擦尽量使燃料充分燃烧

②单位：焦/千克（J/kg）、焦/米3（J/

m3

）

热机的效率内容小结同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：同步习题答案：本章小结感受中考感受中考感受中考感受中考感受中考感受中考感受中考感受中考感受中考

考点整理

热机1.下列关于汽油机和柴油机的说法正确的有(

A

)A.两种机器的工作过程均分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程B.柴油机汽缸顶部有火花塞，汽油机汽缸顶部有喷油嘴C.吸气冲程中，汽油机吸进汽缸的只有空气，柴油机吸进汽缸的是柴

油和空气的混合物D.从热机的分类来看，汽油机是内燃机，柴油机不是内燃机A12345678910111213142.(黑龙江齐齐哈尔)如图所示的是单缸四冲程汽油机某一冲程工作

示意图，该冲程是

冲程。若该汽油机1s对外做功15次，则汽

油机的飞轮速度为

r/min。压缩

1800

1234567891011121314

热值3.(内蒙古赤峰)轿车行驶过程中，油箱中汽油逐渐减少，剩余汽油

的热值、密度变化情况为(

A

)A.热值不变，密度不变B.热值不变，密度变小C.热值变小，密度不变D.热值变小，密度变小A12345678910111213144.(山东日照)2023年5月28日，C919大型客机进行首次商业载客飞行，飞机的发动机选用航空煤油作为燃料，假如航空煤油的热值为4.6×107J/kg，完全燃烧50kg航空煤油放出的热量为

J。某型号农用拖拉机，为提高发动机的效率需要在

⁠冲程让燃料充分燃烧。2.3×109

做功

12345678910111213145.(山东泰安)太阳能汽车利用太阳能板将太阳能转化为电能驱动汽车前进。某品牌太阳能汽车在试验场地内进行测试，30min行驶了27km的路程，消耗的电能为1.84×107J。已知汽油的热值q＝4.6×107

J/kg，在该测试过程中，求：(1)太阳能汽车行驶的平均速度。

1234567891011121314(2)消耗的电能相当于完全燃烧多少千克的汽油释放的能量？

1234567891011121314

热机的效率6.(山东枣庄)为全面推进“乡村振兴”工程，加快农业农村绿色发展，我市部分农村地区已经使用上了天然气烧水煮饭。小明同学用他家的天然气灶将质量为2kg，初温为20℃的水加热到100℃，水吸收的热量是

J；若消耗了0.03m3的天然气，则此天然气灶的热效率为

。[水的比热容c＝4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值q＝7×107J/m3]6.72×105

32％

12345678910111213147.(四川南充)某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3000转，则每

秒对外做功

次，每次对外做功115J，该汽油机的效率为25％，

连续工作1小时需消耗汽油

kg。(q汽油＝4.6×107J/kg)8.将质量为2kg、初始温度为25℃的一壶水加热到100℃，需要吸收

J的热量，加热过程需要燃烧0.05m3的天然气，则天然

气燃烧放出热量的

％被水吸收。[天然气的热值取4.2×107J/m3，

水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)]25

0.9

6.3×105

30

1234567891011121314

能量的转化和守恒9.

(广东广州)某路灯照明系统的太阳能电池白天将太阳

能转化为电能，对蓄电池充电，晚上蓄电池对路灯供电。对下图方框中

能量形式判断正确的是(

C

)

A.甲是“电能”B.乙是“太阳能”C.丙是“电能”D.丁是“机械能”C123456789101112131410.(广西)2023年5月30日，搭载“神舟十六号”载人飞船的“长征二号F遥十六”

运载火箭发射成功。火箭升空时，燃料燃烧释放的内能转化为

能，散失的能量越少，发动机效率越

(选填“高”或“低”)。11.(山东威海)一杯热水慢慢变凉后不会自己重新变热，说明能量

的转移和转化具有

⁠；经过一段时