文档内容
四、机械能与内能的相互转化（教学设计）
年级 九年级 学科 物理 课时数 教师
课题 四、机械能和内能的相互转化
1．通过活动，知道做功是改变内能的另一种方式，是其他能与内能的相互转化过
程，并能举例说明；
教学 2．知道热机是将内能转化为机械能的机械；了解四冲程汽油机的工作循环和各冲程
目标 涉及的能量转化；
3．通过实验探究，建立热值的概念，知道热值是物质的物理属性，能进行简单的计
算。
本节位于第十二章的结尾，是在学习了机械能、内能、比热容等概念之后的综合提升
课。它把“宏观运动的能量”与“微观粒子无规则运动的能量”联系起来，既是对前面知识的
教材 应用与深化，通过学习，使改变内能的方法完整化，通过热机的工作过程的学习，使学生
分析 对于广泛使用的热机有一定了解，并通过热机效率的认识，增强环保意识和社会意识，又
为后续能量守恒等学习奠定思维与方法基础，在全章起到承上启下、整合提升的核心作
用。
1．机械能与内能是可以相互转化的；
教学
2．汽油机的工作四个冲程的特点；
重点
3．热值及其计算、应用。
1．汽油机工作的特点、应用、及求有关参数；
教学
2．实验探究：比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量；
难点
3．热值、比热容的综合应用。
教学过程
教师活动 学生活动导入新课
如图所示，小朋友从滑梯滑下，会感到臀部发烫；将试管中的水加热至沸腾后，
橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出去。这些现象都说明了什么？ 思考并回答
问题，进入
情境
这些现象说明机械能与内能是可以相互转化的。
学习新课 一、 做功——改变内能的另一种方式
（一）研究做功能否改变物体的内能
1．活动12.6 探究做功对物体内能的影响
【做一做】如图所示，将铁丝快速弯折十余次，然后用手指触摸弯折处，你有何 仔细观察实
感觉? 铁丝的内能变化了吗? 验现象，知
道做功可以
改变物体的
内能
反复折弯铁丝 空气压缩引火仪
【看一看】如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，用
力将活塞迅速下压，你看到了什么?
【实验现象】
（1）用手指触摸弯折处，感觉烫手（温度升高）， 铁丝的内能变大。
思考实验现
（2）硝化棉发生燃烧，玻璃筒内发出火光。
象发生的原
【议一议】
因
（1）在上述活动中，物体增加的内能是从哪里来的?能量是如何转化的?
（2）你还有什么办法可以使铁丝的温度升高?这些方法中，哪些是用热传递的方
式改变物体内能的?哪些是通过做功改变物体内能的?
（3）你能再举一些通过做功改变物体内能的实例吗?
【分析】
（1）在上述活动中，弯折铁丝，人在做功，铁丝增加的内能是通过做功实现
的，是将人的机械能转化为内能。
（2）使铁丝的温度升高的一些办法：如下所示。①用火焰加热 ⑤用砂纸摩擦
②太阳晒 ⑥用锤子不断敲击
通过热传递 通过做功方
③用热水烫 ⑦反复弯折
改变内能 式改变内能
④用手焐 ……
……
【看一看】如图，在烧瓶（或可乐瓶）内盛少量水，并盖紧瓶塞。向瓶内打气，
当瓶塞跳出时，观察瓶内的变化。
观察实验现
象，记录实
验数据，分
【思考】上述实验中，通过什么途径改变了烧瓶内空气的内能？
析讨论得出
【实验现象】发现水蒸气把橡皮塞弹飞，同时瓶口出现了白雾。
结论
【现象分析】当瓶塞跳飞出时，是瓶内水蒸气对瓶塞做功，水蒸气的内能减少，
温度降低，水蒸气遇冷，液化成小液滴，于是就观察到“白雾”这种现象。
【实验结论】
水蒸气对外做功，内能减小，温度降低。
（3）做功改变内能的实例：
①冬天双手快速互相摩擦会感觉暖和；
②用砂纸打磨木头，木头和砂纸接触面会发热；
③刹车时刹车片与车轮摩擦产生高温；
④给自行车轮胎打气时，打气筒的筒壁会明显发热；
⑤柴油发动机在压缩冲程中，气缸内空气被剧烈压缩后温度急剧升高，足以点燃
柴油。
⑥古人钻木取火。
⑦打开高压气瓶阀门，气体高速喷出，阀门附近会变冷。
【结论】做功可以改变物体的内能，对物体做功，内能增加；物体对
外做功，内能减少。
从能量转化的角度理解内能的改变
有了内能的概念后，我们就能理解，对一个物体加热或者做功，就是使能量“流
入”了物体的内部，物体的内能増加。能量通过这种方式被储存起来。
反过来，物体也可以对外放热或者做功，从而释放内能。
【例题1】在做功改变内能的实验中，老师做了两个实验。 分析能量的
转化，进一
步分析得出结论
（1）实验一：如图甲所示把活塞迅速压下去，观察到硝化棉燃烧，这是因为活
通过观察现
塞压缩气体做功，空气的内能_____（选填”增加”或“减少”），温度_____(选填“升高”或
象，了解对
“降低”)，达到棉花着火点的缘故。这个过程中是把_____能转化为_____能。
物体做功和
（2）实验二：向装有少量水的瓶子内打气，使瓶内的气压增大，当瓶塞跳起来
物体对外做
时，可以看到瓶内出现白雾，这是因为水蒸气对瓶塞做功，内能______ (填“增加”或“减
功，内能的
少”)，温度______ (填“升高”或“降低”)，水蒸气______而成小液滴。
变化
【答案】 增加 升高 机械 内 减少 降低 液化
学习新课 二、 热机
（一）活动12.7 观察点火爆炸现象
观察实验现
【看一看】如图12-29所示，在透明塑料盒的底部钻一个孔，将电子点火器的放
象，思考其
电管紧紧塞进孔中，打开塑料盒盖，向盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖紧， 按动电
发生的原因
子点火器的按钮。
提醒：注意安全，
千万不要将盖子对
着自己或他人。
你观察到什么现象?
【现象】酒精开始燃烧，稍后，塑料盒盖飞出。
【总结】在上述活动中，酒精燃烧产生的燃气对外做功，燃气的内能转化为机械
能。根据这一原理，可以制造出将内能转化为机械能的机器。
（二）热机
1．热机：热机是热力发动机的简称，它是将燃料燃烧产生的高温、高压燃气的
通过自学，
内能转化为机械能的装置。
了解热机的
热机被广泛应用于各种车辆、船舶、飞机、火箭、工农业生产、矿山、火力发电
基本知识
站、核电站等等。
内燃机是最常见的一种热机，按照所使用燃料的不同，内燃机可分为汽油机、柴
油机和天然气发动机等。
2．汽油机的主要构造：如图所示，汽油机主要由气缸、活塞、火花塞、进气
门、排气门、曲轴和连杆组成。认真观看老
师讲解，学
3．汽油机的工作过程：汽油机工作时，活塞在汽缸里做往复运动。活塞从汽缸
习汽油机的
的一端运动到另一端的过程，称为一个冲程。汽油机的一个工作循环分为图12-31所
工作过程
示的四个冲程。
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，燃料和空气的混合气体被
吸入汽缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合气体被压缩，温度
升高，内能增大，机械能转化为内能。
做功冲程：当活塞到达汽缸顶端时，火花塞打火，使混合气体猛烈燃烧，产生高
温、高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将高温废气排出汽缸。
从能量转化
4．汽油机的能量转化：
角度分析汽
（1）压缩冲程：机械能转化为内能；
油机的工作
（2）做功冲程：内能转化为机械能。
过程
5．汽油机一个工作循环，四个冲程的区分
（1）看进气门与排气门开关：①全关，则是压缩冲程与做功冲程；②一开一
闭，则是吸气冲程与排气冲程。
（2）看活塞处的箭头方向：①箭头向下，则是吸气冲程与做功冲程；②箭头向
上，则是压缩冲程与冲程排气。
6．四冲程内燃机一个工作循环的有关参数
（1）做功冲程中，燃气对外做功，带动与曲轴相连的飞轮实现持续运转。其余
三个冲程是辅助冲程，活塞靠旋转飞轮的惯性带动曲轴连杆运动。
（2）四冲程内燃机一个工作循环： 4 个冲程；活塞往复运动 2 次；飞轮
转动 2 周；对外做功 1 次。7．汽油机与柴油机的应用：
汽油机比较轻巧，常用在汽车、小型飞机和小型农业机械（如插秧机、 机动喷
雾器）上。在汽缸容积、转速相等的情况下，柴油机的功率较大， 热效率较高，因
此被广泛应用于载重汽车、拖拉机、坦克和轮船上。
（三）生活•物理•社会——热机的发展历程 阅读教材，
阅读教材，了解热机发展历程，从蒸汽机到内燃机，再到涡轮喷气发动机，火箭 自主学习
发动机。了解我国在火箭发动机的研制方面，已居世界前列，有力推动中国航天梦的
加速实现。
【例题2】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升
时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。
练习例题
【答案】 压缩 增加 机械 内
【解析】 从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是
压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械
能转化为内能。
【例题3】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（ ）
A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油
C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程
D．汽油机与柴油机使用的燃料不同
【答案】A
【解析】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，A错误.
B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，B正确.
C．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，故C正
确. D．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴
油，故D正确。
所以选A。
学习新课 三、 热值
（一）活动12.8 比较质量相等的不同燃料燃烧时放出的热量
【做一做】取质量相等的酒精和面巾纸碎片各5g，分别放入两个燃烧皿中，点燃
后对装有相等质量的水（约30g）的试管加热（图 12-35），使酒精和面巾纸碎片充
分燃烧。记录加热前后两支温度计的示数。
观察实验现
象，分析实
验结论提醒：
注意安全，防止烫伤。
加热前的水温/℃ 燃料燃尽后的水温/℃ 水温的变化/℃
燃料
酒精
面巾纸碎片
【想一想】质量相等的酒精和面巾纸碎片充分燃烧后，试管中水温的变化一样
吗? 这说明了什么?
不一样；说明了它们所放出的热量不相等。
【结论】实验表明，质量相等的不同燃料，充分燃烧所放出的热量一般是不相等
自主学习热
的。
值的基本概
（二）热值
念
1．热值：燃料完全燃烧放出的热量与燃料的质量之比，叫作这种燃料的热值。
燃料的热值用q表示，单位是J/kg，读作：焦耳每千克。
Q
q=
m
2．公式： ；质量为m的燃料，完全燃烧放出的热量：Q = mq
放
3．单位：q：燃料的热值；单位：J/kg；Q：燃料完全燃烧放出的热量；单位：
J；m：燃料的质量；单位：kg
4．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。如：酒精
的热值为3.0×107J/kg，其物理意义是：质量为1kg的酒精，完全燃烧放出的热量为
3.0×107J。
5．一些燃料的热值
阅读热值
表，了解一
些物质的热
值
6．解读：
（1）与比热容相似，不同燃料的热值一般不同，其大小与燃料的种类有关，与燃料的质量（体积）、是否燃烧、是否完全燃烧无关；
（2）氢气的热值最大：氢气热值1.43×108J/kg。
Q
q=
V 练习例题
（3）气体燃料的热值公式： ，体积为V的燃料，完全燃烧放出的热量：
Q = Vq
放
【例题4】关于燃料的热值，下列说法正确的是（ ）
A. 热值在数值上等于1kg某种燃料燃烧放出的热量
B. 10kg木炭比1kg木炭的热值大
C. 热值大的燃料比热值小的燃料燃烧时放出的热量多
D. 燃料燃烧时放出热量的多少与是否完全燃烧有关
【答案】D
【解析】热值是燃料的一种属性，同种燃料的热值相同。燃料燃烧时放出的热量
与是否完全燃烧、燃料的热值和质量都有关系，因此热值大的燃料燃烧时放出的热量
不一定多。
故选D。
【例题5】如图是某内燃机的能量流向图。下列有关说法正确的是（ ）
A．①是废气带走的热量
B．该内燃机是在压缩冲程获得动力
C．该内燃机的效率为28%
D．改进构造减小摩擦可提高③所占百分比
【答案】C
【解析】A．内燃机的能量流向中，废气带走的能量占比最大，所以③是废气带
走的热量，故A错误；
B．内燃机是在做功冲程获得动力，内能转化为机械能，故B错误；
C．该内燃机的效率为100%-6%-30%-36%=28%，故C正确；
D．改进构造减小摩擦可提高机械效率，即提高有用机械能的占比，故D错误。
故选C。
1．热机的发明及广泛使用，对人类社会的发展起到了重要的作用，下列不属于热机应
用的（ C ）
A．喷气式飞机 B．柴油拖拉机
C．纯电动汽车 D．燃油摩托车
2．四冲程汽油机工作时，将内能转化为机械能的冲程是 ( C )
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程Q
q=
m
3．关于 的理解，下列说法中正确的是 ( D )
A．热值与燃料完全燃烧放出的热量成正比
B．若燃料燃烧不充分时，热值将减小
C．当燃料未燃烧时，其热值为零
D．某种燃料的热值大小与是否充分燃烧无关
4．电火花发生器点燃塑料盒内的酒精，酒精燃烧产生的燃气能将盒盖喷出很远。实验
课
时在盒内滴入2×10-4kg 的酒精（q =3×107J/kg）。对于此实验过程，以下说法不正确的
酒精
堂 是 ( D )
练
习
A．燃气在喷出的过程中温度会降低
B．燃气的内能转化为盒盖的机械能
C．能量转化方式与汽油机的做功冲程相同
D．酒精燃烧放出的热量一定是 6000J
5．如图所示， 2024 年 4 月 25 日， 搭载着神舟十八号载人飞船的长征二号 F 遥
十八运载火箭在酒泉卫星发射中心成功发射。下列说法正确的是 ( D )
A．火箭的燃料燃烧得越充分， 热值越大
B．火箭“体内”的燃料选用液氢是因为液氢的质量大
C．火箭“体内”的液氢燃料温度低至-253℃时， 内能为零
D．火箭“体内”的液氢燃料在燃烧过程中，质量减少，热值不变
6．如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是 ( D )A．一个工作循环的正确顺序是： 甲乙丙丁
B．图乙冲程是做功冲程
C．图甲冲程是将所有的内能转化为机械能的过程
D．图丁冲程是机械能转化为内能的过程
7．如图所示， 甲、乙、丙三图中的装置完全相同。燃料的质量、烧杯内液体质量及液
体初温均相同。不考虑热量损失，燃料点燃直至燃尽，三装置烧杯中液体升高的温度随时间
变化 的图像如图丁所示。以下判断正确的是 ( C )
A．液体 a 的比热容是液体b 的两倍
B．0 -t 时间内甲、乙、丙烧杯中液体吸收的热量相等
1
C．燃料燃尽时乙中液体 a 吸收的热量小于丙中液体 b 吸收的热量
D．仅利用装置乙和丙进行实验可以比较燃料 2 和燃料 1 的热值大小
8．某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功 10 次，有 40 个
冲程,飞轮转 20 周。
9．酒精的热值是3.0×107J/kg ，表示的物理意义是 1kg 的酒精完全燃烧放出的热
量是 3.0×10 7 J ；一瓶 500g 的酒精用掉一半，则剩下酒精的热值是 3.0×10 7 J J/kg。
四、机械能和内能的相互转化
一、改变内能的方式
1．热传递：物体吸收热量，内能增加，物体放出热量，内能减少。热传递改变内能的
实质是内能的转移。
2．做功：对物体做功，物体的内能增加，物体对外做功，物体的内能减少。做功改变
内能的实质是内能与其他形式的能转化。
二、热机
1．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；
2．内燃机主要有汽油机、柴油机、燃气发动机等；
3．单缸四冲程汽油机的一个工作循环：吸气、压缩、做功、排气四个冲程。
4．能量转化：压缩冲程，机械能转化为内能；做功冲程，内能转化为机械能。
板
三、热值
书 1．定义：燃料完全燃烧时放出的热量与燃料的质量之比称为燃料的热值；热值是燃料
的物理属性，与燃料本身有关；
设
Q Q
计 q= 放 q= 放
m V
2．公式： ，气体燃料的热值： ；
3．单位：焦耳/千克（J/kg）或焦耳/立方米（J/m3）
4．燃烧放热公式：Q =mq或Q =Vq。
放 放
三、物质的比热容课
堂
小
结
作
业 1．教材“实践与练习”
布 2．配套同步“导学案”。
置
教
学
反
思
