【创新课堂】 第十四章 《内能的利用》单元课件+测试+知识清单

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第十四章 内能的利用单元复习第十四章 内能的利用单元复习火，能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。钻木取火，人类第一次学会使用自然的力量；而古老的热机——蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。现代的热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机、火箭上。热机到底是怎样将内能转化成我们需要的能量的呢？通过这一章的学习，你就会清楚了。基本内容 第十四章 内能的利用 1. 了解热机的工作原理。知道内能的利用在人类社会发展史中的重要意义。2. 从能量转化的角度认识燃料的热值。3. 了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。4. 通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以相互转化。5. 知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。《课标》要求第十四章 内能的利用内容结构第十四章 内能的利用计算内能转化为动能普遍的能量转化现象能量守恒定律热机（汽油机、柴油机）燃料的热值、热机的效率永动机的失败应用热机第1节01. 热机02. 汽油机03. 柴油机①把内能转化为机械能的机器叫热机。常见热机有： 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.②制造原理：利用内能做功，将内能转化为机械能.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内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程.③能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能； 做功冲程中，内能转化为机械能.④汽油机与柴油机的区别： 汽油机吸入汽油与空气的混合物，柴油机只吸入空气. 汽油机是点燃式点火，柴油机点火方式为压燃式.热机 热 机内燃机第1节 热机知识结构第1节 热机动画讲解——《热机、汽油机的四冲程》 知识点一、热机第1节 热机1. 实验探究：利用内能可以做功（1）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。观察到的现象有：①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。（2）实验分析① 酒精燃烧放出热量，酒精的______能转化为水的____能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的_______能转化为瓶塞的_______能 .③结论：利用内能可以做功. 这就是热机的工作原理.化学内内机械 2. 热机（1）热机：各种利用内能做功的机械叫做热机.（2）工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能.（3）种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等.（4）常见热机——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分类：汽油机和柴油机.知识点一、热机第1节 热机知识点二、汽油机1. 工作原理 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气推动活塞做功.2. 汽油机的构造由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴连杆等组成.第1节 热机3. 工作过程（1）冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程.（2）一个工作循环：由吸气、压缩、做功、排气4个冲程组成，活塞往复运动2次，飞轮转动2周，对外做功1次.知识点二、汽油机（3）汽油机四个冲程工作情况总结第1节 热机3. 工作过程与汽油机大致相同，一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气4个冲程构成，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，对外做功1次。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气会立刻燃烧起来。知识点三、柴油机1. 工作原理 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。2. 汽油机的构造与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。第1节 热机知识点三、柴油机4. 柴油机和汽油机的异同点：第1节 热机本节经典例题【例题1】汽油机完成一个工作循环，活塞经历四个冲程，分别为________、________、_______、________，其中机械能转化为内能的是________冲程；一个工作循环中，曲轴旋转______圈，活塞往复运动______次，对外做功______次，某单缸四冲程汽油机飞轮转速 1200r/min，则该汽油机每秒钟对外做功______次。吸气压缩做功排气压缩2第1节 热机2110解析见下页汽油机的一个工作循环由四个冲程组成：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中，压缩冲程中机械能转化为内能。在内燃机的一个工作循环中，完成4个冲程，曲轴旋转2周，活塞往复2次，对外做功1次。 某单缸四冲程汽油机飞轮转速1200r/min，即每秒钟转20圈，完成40个冲程，做功10次。第1节 热机本节经典例题【例题2】如图，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。请在图乙、丙中画出进气门、排气门的开闭情况和曲轴的位置。在内燃机的做功冲程中，两个气门关闭，活塞下行；排气冲程中，进气门关闭、排气门打开，活塞上行，如图所示：第1节 热机本节经典例题【例题3】如图是四冲程内燃机其中一个冲程的示意图，该冲程的能量转化情况是（　　）A．化学能转化成内能 B．机械能转化成内能C．机械能转化成化学能 D．内能转化成机械能如图，进气门、排气门关闭，火花塞点火，是内燃机的做功冲程，其能量转化是内能转化为机械能，故D符合题意，ABC不符合题意。所以选D.D第1节 热机本节经典例题【例题4】根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　）A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物C．做功冲程是内能转化为机械能D．压缩冲程是机械能转化为内能A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意；B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误，符合题意；C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意；D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。所以选B.B第1节 热机本节经典例题【例题5】下列有关内燃机的说法中不正确的是 （　　）A．单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程B．内燃机的大量使用会造成环境污染C．转速为1800r/min的内燃机每小时对外做功3600次D．内燃机的做功冲程将内能转化成机械能C第1节 热机本节经典例题解析见下页A．单缸四冲程内燃机工作时，只有做功冲程对外做功，依靠飞轮的惯性来完成的冲程有吸气冲程、压缩冲程和排气冲程，故A正确，不符题意；B．内燃机的大量使用，会产生较多的尾气，造成环境污染，故B正确，不符合题意；C．一台四冲程汽油机的飞轮转速为1800r/min，则每小时飞轮的转数是n= 1800r×60=1.08 ×105r.由于四冲程汽油机一个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2圈，对外做功1次，因此该汽油机每小时对外做功的次数为m=1.08 ×105r/2=54000. 故C不正确，符合题意；D．根据能量的转化特点可知，在内燃机的做功冲程中，是将内能转化为机械能，故D正确，不符合题意。所以选C.第1节 热机本节经典例题热机的效率第2节01. 燃料的热值02. 热机的效率 热机的效率 燃 料热 值热机的效率知识结构第2节 热机的效率1. 燃料 （1）燃料的种类：固体燃料有木柴、煤炭等；液体燃料有汽油、柴油、酒精灯；气体燃料有煤气、天然气等。（2）燃料燃烧时能量的转化：燃料的燃烧是一种化学变化，在燃烧过程中，燃料的化学能转化为内能。2. 燃料的热值相同质量的不同燃料在完全燃烧时放出的热量不同，在物理学中用热值来表示燃料完全燃烧时放热本领的大小。①定义：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，用字母q表示。第2节 热机的效率知识点一、燃料的热值 第2节 热机的效率知识点一、燃料的热值 知识点一、燃料的热值第2节 热机的效率 第2节 热机的效率知识点二、热机的效率 2. 热机的效率（1）热机能量流向示意图热机也有类似的情况，汽油在汽缸内不能完全燃烧，损失了一部分能量；机械装置吸收了一部分能量；废气带走了一部分能量；由于机械传动等克服摩擦消耗了一部分能量，等等。真正转变为对外做有用功的能量只是燃料燃烧所释放能量的一部分。只有对外做有用功的能量是被有效利用的。第2节 热机的效率知识点二、热机的效率  第2节 热机的效率知识点二、热机的效率 知识点二、热机的效率 3. 提高热机效率的主要途径（1）尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量 大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率，人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。（2）在热机的设计和制造上，采用先进的技术.（3）使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量.第2节 热机的效率动画讲解——《热机的效率》第2节 热机的效率【例题1】2022年11月30日7时33分，神舟十五号3名航天员顺利进驻中国空间站，两个航天员乘组首次实现“太空会师”。下列说法正确的是（　　）A．火箭发射升空时发动机内的能量转化与汽油机的做功冲程一致B．火箭燃料燃烧越充分，其热值越大C．燃料燃烧释放的热量越多，热机效率越高D．燃料用了一部分后，质量变小，热值变小A本节经典例题第2节 热机的效率解析见下页本节经典例题A．火箭发射升空时，将高温高压燃气内能转化为机械能，汽油机的做功冲程将高温高压燃气内能转化为机械能，所以两种能量转化一致，故A正确；B．热值是物质的属性，热值大小保持不变，与燃料是否充分燃烧无关，故B错误；C．热机效率是热机做有用功部分占燃料燃烧释放的热量之比，所以燃料燃烧释放的热量越多，做有用功部分比例不一定增大，故热机效率不一定高，故C错误；D．热值是物质的属性，热值大小保持不变，所以燃料用了一部分后，质量变小，热值不变，故D错误。故选A.第2节 热机的效率【例题3】1月9日，长征七号A运载火箭在文昌航天发射场点火发射（如图所示），将实践二十三号卫星送入预定轨道，中国航天实现2023年“开门红”。下列有关说法正确的是（　　）A．火箭发射时出现的大量“白气”是汽化现象B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大C．火箭喷气发动机不属于热机D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行，机械能总量不断增加B本节经典例题解析见下页第2节 热机的效率本节经典例题A．火箭发射时出现的大量“白气”是由高温的水蒸气遇冷液化形成的小水珠，故A错误；B．火箭使用液氢做燃料，是因为液氢的热值大，完全燃烧相同质量的液氢和其它燃料，液氢能放出更多的热量，故B正确；C．火箭发动机是利用内能做功的机器，属于热机，故C错误；D．卫星在大气层外沿椭圆轨道绕地球运行时，不受空气阻力的作用，卫星的机械能是守恒的，故D错误。故选B.第2节 热机的效率【例题4】一台汽油机在一个工作循环中消耗了10g汽油，这些汽油完全燃烧产生的热量是________J。若一个工作循环中输出的有用机械能为1.38×105J。则这台汽油机的效率为______。（汽油的热值为4.6×107J/kg）4.6×105本节经典例题 第2节 热机的效率30%【例题5】小明将质量为20kg的水从25℃加热到75℃，【水的比热容为4.2×103J/(kg·℃)，天然气的热值为3.5×107J/m3】。求：（1）这些水吸收的热量；（2）若天然气燃烧的热量中50%被这些水吸收，则需要多少m3天然气。本节经典例题 第2节 热机的效率能量的转化和守恒第3节01. 能量的转化02. 能量守恒定律知识结构第3节 能量的转化和守恒 能量的转化和守恒①各种形式的能量：机械能、内能、电能、光能等.②能量的转化：由一种形式转化为另一种形式的能.③能量的转移：能量的形式不变，能量由一个物体转移 到其他物体，或从物体的一部分转移到其他部分.④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.⑤永动机的失败：是因为违背了能量守恒定律.动画讲解——《能量的转化和守恒》第3节 能量的转化和守恒1. 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：构成物体的所有分子，其热运动的动能与分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都具有内能。（3）太阳能：太阳能是一种可再生能源。（4）化学能：各种物质都储存化学能，如燃料、动物、食物都储存有化学能。（5）电能：电能是指使用电以各种形式做功的能力。 （4）核能：即原子能。原子核结构发生变化放出的能量。知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒2. 能量的转化（1）自然界中的各种现象都是互相联系的。在一定条件下，各种形式的能量是可以相互转化的.①机械能与内能的相互转化“钻木取火”是________能转化为______能；蒸汽机火车是_______能转化为________能.②电能与机械能的相互转化水电站发电是________能转化为______能；电车是______能转化为________能.机械内机械内机械电机械电知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒③电能与内能的相互转化电水壶是________能转化为______能；地热发电站是_______能转化为________能.④电能与光能的相互转化白炽灯是________能转化为______能；太阳能电池板是_______能转化为________能.⑤内能与光能的相互转化白炽灯把______能转化成______能，再把______能转化成______能。太阳能热水器是_______能转化为______能.电内电内光电电光光电内光内内知识点一、能量的转化和转移第3节 能量的转化和守恒知识点一、能量的转化和转移3. 能量的转移能量可以从一个物体转移到其他物体，也可以从物体的一部分转移到其他部分。例如，在热传递过程中，内能从高温物体转移到低温物体或从物体的高温部分转移到低温部分，这些都属于能量的转移。涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动，属于机械能的转移。4. 正确理解能量的“转化”和“转移”发生能量的转化时，能的形式发生了改变。发生能量的转移时，能量的形式并没有变化。1. 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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。大到天体，小到原子核，无论是物理学的问题还是化学、生物学、地理学、天文学的问题，所有能量转化的过程，都遵守能量守恒定律。从日常生活到科学研究、工程技术，这一规律都发挥着重要的作用。 知识点二、能量守恒定律第3节 能量的转化和守恒2. 永动机有人曾设想制造一种不消耗任何能量和燃料，却源源不断对外做功的机器，人们把这种机器叫永动机。如图所示，高处的水具有一定的机械能W总，在水向下流动时，对水轮机做功，水轮机转动，把低处的水抽到高处.由于水轮机转动的各部件间存在摩擦，会有部分机械能转化为内能W内能，只有一部分能量W抽水用来抽水做功.根据能量守恒定律可知： W总=W内能+W抽水，最后抽水的能量小于原来水的总能量，使流下的水不能全部抽回。由能量守恒定律知：无法制成永动机。知识点二、能量守恒定律第3节 能量的转化和守恒 太阳能电池板，利用太阳能，将太阳能直接转化为电能。 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。 动摩擦消耗能量，而永动机又必须动，且不能完全消除摩擦，即动就要消耗，就不能守恒，所以永动机不能存，因为它违背了能量守恒定律。【例题1】如图所示是一组太阳能电池板，太阳能电池板将太阳能转化为 _____能；能量在转化和转移的过程中，总量 _____（选填“变大”“变小”或“不变”）；永动机是不存在的，因为它违背了 __________定律。本节经典例题第3节 能量的转化和守恒能量守恒电不变太阳能电池板吸收太阳能将太阳能转化为电能，小电扇转动时消耗电能将电能转化机械能，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。【例题2】市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子（如图所示）。在阳光的照射下，小电扇快速转动，该装置的能量转化情况是（　　）A．太阳能→ 电能 →机械能 B．太阳能 →机械能 →电能C．电能 →太阳能 →机械能 D．机械能 →太阳能 →电能A本节经典例题第3节 能量的转化和守恒【例题3】（多选题）2020年11月24日凌晨4时30分，我国在文昌卫星发射中心用长征五号运载火箭将“嫦娥五号”发射升空，下列说法正确的是（　　）A．用液态氢作燃料，原因之一是因为氢的热值大B．氢在燃烧过程中，将内能转化为化学能C．火箭在大气层中高速升空时，火箭克服摩擦，能量不守恒D．火箭在大气层中高速升空时，其头部会发热的能量转化过程与钻木取火相同AD解析见下页本节经典例题第3节 能量的转化和守恒A．火箭常用液态氢作燃料是因为液态氢的热值大，相同情况下完全燃烧放出的热量多，故A正确；B．氢在燃烧过程中，释放出热量，是将化学能转化为内能，故B错误；C．火箭在大气层中高速升空时，火箭克服摩擦，但是能量的总量是不变的，是守恒的，故C错误；D．火箭在大气层中高速升空时，其头部会发热的能量转化过程为机械能转化为内能与钻木取火相同，故D正确。故选AD。本节经典例题第3节 能量的转化和守恒A．能量守恒定律适用于所有形式的能量相互转化，故A错误.B．能量守恒定律对能量转化、转移过程都适用，故B错误.C．摩擦生热是机械能转化为内能，使物体内能增大，温度升高，而不是创造了热，这一过程同样符合能量守恒定律，故C错误.D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减，即能量的总量是守恒的，故D正确，不符合题意。 故选ABC。【例题4】（多选题）关于能量守恒定律，下列说法错误的是（　　）A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化B．能量守恒定律只适用于能量转化的过程C．摩擦生热是创造了热，并不符合能量守恒定律D．按照能量守恒定律，宇宙中能量的总量永远不会增减ABC本节经典例题第3节 能量的转化和守恒【例题5】小明阅读了某汽车发动机的说明书后，制作了内燃机的能量流向图，汽油热值为4.6×107J/kg。（1）发动机在做功冲程把 _____能转化为 ______能；（2）为了确保发动机正常工作，可用水对其冷却，因为 ______；（3）完全燃烧0.5kg的汽油释放 ______J的能量；（4）该内燃机的效率为 ______。解析见下页本节经典例题第3节 能量的转化和守恒内    机械  见解析   2.3×107   30%（1）在做功冲程里，高温、高压的燃气膨胀做功，将内能转化为机械能。（2）为确保发动机正常工作，可用水对其冷却，利用了水的比热容较大的特性，相同质量的水与其它物质相比，升高相同的温度，水吸收的热量更多。（3）完全燃烧0.5kg的汽油释放的能量 Q放＝mq＝0.5kg×4.6×107J/kg＝2.3×107J（4）由图可知，该内燃机的效率为 η＝100%﹣（33%+30%+7%）＝30%本节经典例题第3节 能量的转化和守恒课程结束