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課程內容

《機械能與內能的相互轉化》
學習目標：
1、從能量轉化的角度認識燃料的熱值及意義
2、了解四沖程汽油機的基本工作原理
3、知道什么是熱機的效率和提高熱機效率的主要途徑
4、知道能量守恒定律
一、燃料及其熱值
熱值：1Kg某種燃料完全燃燒所釋放出來的熱量。
1、熱值是燃料的特性，不是所有的物質都具有的特性。它反映的是燃料燃燒過程中所釋放熱量本領大小的物理量。熱值只與物質的種類有關，與物質的質量和體積無關。
2、熱值的單位：J/Kg
3、燃料燃燒的過程是化學能轉化為內能的過程。
用m表示燃料的質量，用q表示燃料的熱值，用Q_放表示燃料完全燃燒時所放出的熱量，則有：Q_放=mq。
例：某中學為學生供應熱水，用鍋爐將200Kg的水從20℃加熱到100℃，需要燃燒多少無煙煤？（無煙煤的熱值是3.4×10⁷J/Kg）
燃料不能被有效利用的因素：
1、燃料燃燒需要氧氣助燃，供氧不足使燃料不能完全燃燒。
2、煙氣帶走了大量熱量，使周圍空氣很熱。
3、一部分熱量被鍋爐或輔助設施吸收。
二、爐子的效率
爐子有效利用熱量與燃料完全燃燒放出的熱量之比，叫做爐子的效率。
提高鍋爐的效率和燃料的利用率的措施：
（1）盡量使燃料完全燃燒：a 用風箱和吹風機增加供氧量。b 不燒煤粉而燒煤粒，加大送風量，把煤粒在爐膛里吹起來燃燒，可以燃燒得更充分。
（2）減少熱損失：a 用各種辦法加大受熱面，可以減少煙氣帶走的熱量。b 盡量采用隔熱材料。
三、內能的利用
1、利用內能來加熱
內能的一個重要應用就是直接用它來加熱物體。
實驗：內能轉化為機械能
在試管內裝些水，用橡皮塞塞住，加熱使水沸騰，會看到塞子被彈起，請說出這個過程中能量轉化的情況。
燃料的化學能轉化為內能，傳給水和水蒸氣，水蒸氣把塞子沖出去，內能轉化為塞子的機械能。
四、內燃機
1、內燃機：燃料在氣缸內燃燒的熱機。
內燃機：①汽油機——利用汽油作燃料的機器。
②柴油機——利用柴油作燃料的機器。
2、汽油機的工作過程
汽油機是在氣缸內燃燒汽油，生成高溫高壓的燃氣，使燃氣推動活塞做功。汽油機是利用四個沖程循環工作的。
四個沖程：
吸氣沖程：在吸氣沖程中，進氣門打開，排氣門關閉，活塞由上端向下運動，此時，汽油和空氣組成的燃料混合物從進氣門吸入氣缸。
壓縮沖程：進氣門和排氣門都關閉，活塞由下向上運動，燃料混合物被壓縮，混合氣體的壓強增大，溫度升高。機械能轉化為內能。
做功沖程：在壓縮沖程末，火花塞產生電火花，使燃料猛烈燃燒，產生高溫高壓的燃氣，高溫高壓的燃氣推動活塞向下運動，并通過連桿帶動曲軸轉動。內能轉化為機械能。
排氣沖程：進氣門關閉，排氣門打開，活塞由下向上運動，把廢氣排出氣缸。活塞又向下運動，開始下一個工作循環。
3、工作過程特點：
（1）內燃機工作時，四個沖程周而復始，在內燃機的一個工作循環中，活塞來回往復兩次，曲軸轉動兩周，對外做功一次。
（2）只有做功沖程是對外做功的，其余的三個沖程是輔助沖程。靠飛輪的慣性完成。
（3）在壓縮沖程中，是機械能轉化成內能，在做功沖程中，是內能轉化為機械能。
（4）內燃機不能自動啟動。開始運轉時，要靠外力使飛輪和曲軸轉動起來，帶動活塞運動，以后內燃機才能自己做功。
4、柴油機
柴油機和汽油機的相同點：
（1）基本構造和主要部件的作用相似。
（2）每個工作循環都一樣，由吸氣、壓縮、做功、排氣四個沖程組成。
（3）四個沖程中，只有做功沖程對外做功。
（4）在一個工作循環中，活塞往復兩次，曲軸轉動兩圈，飛輪轉兩圈，做功一次。
柴油機和汽油機的不同點：
（1）構造：柴油機的氣缸頂部沒有火花塞，而是一個噴油嘴。
（2）吸入物質：汽油機吸入的是汽油和空氣的燃料混合物，而柴油機吸入的是空氣。
（3）點火方式：點火方式不同，汽油機為點燃式，柴油機為壓燃式。
（4）效率：柴油機比汽油機的效率高。
5、內燃機的應用
（1）汽油機的應用
汽油機比較輕巧，常用在汽車、飛機和小型農業機械上面。
（2）柴油機的應用
柴油機比較便宜，但柴油機比較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機、坦克上面。
五、熱機效率
用來做有用功的那部分能量和燃料完全燃燒放出的能力之比。
1、熱機的效率是熱機性能的一個重要指標。如：兩輛排量相同的小汽車，以相同的速度行駛相同的路程，耗油少的那輛效率高，性能好。
2、熱機中能量的轉化
如何提高熱機的效率？
（1）盡量使燃料充分燃燒。
（2）在設計和制造上，要不斷改進和革新，以減少各種能量損失。減少散熱。注意保養，保證熱機良好的潤滑，盡量減少熱機部件間的摩擦，提高效率。
（3）在熱機的各種損失中，廢氣帶走的能量最多，設法利用廢氣的能量是提高燃料利用率的重要措施。熱電站就是利用蒸汽輪機的廢氣來供熱的。
《能量的轉化與守恒》
水力發電——機械能轉化為電能
植物的光合作用——太陽能轉化為化學能
燃料燃燒——化學能轉化為內能
電燈發光——電能轉化為光能
太陽能電池板——太陽能轉化為電能
跳舞——化學能轉化為機械能
想想議議
跳動的小球最后停止，減少的機械能到哪里去了？
答：因為小球跟空氣和地面摩擦，一部分的機械能轉化為內能。
自然界中的現象都不是孤立存在的，而是有著內在的聯系的，在這些聯系之中，都伴隨著能量的轉化。即在一定條件下，各種形式的能都可以相互轉化。
在摩擦生熱現象中，機械能轉化為內能，克服摩擦做了多少功，就有多少機械能轉化為等量的內能。子啊氣體膨脹做功的現象中，內能轉化為機械能，氣體膨脹做了多少功，就有多少內能轉化等量的機械能。
大量事實告訴我們，任何一種形式的能量在轉化為其他形式的能量的過程中，消耗多少某種形式的能量，就得到多少其他形式的能量，能量的總量保持不變。
六、能量守恒定律
能量既不會憑空消滅，也不會憑空產生，它只會從一種形式轉化為其他形式，或者從一個物體轉移到另一個物體，而在轉化和轉移的過程中，能量的總量保持不變。