人教版九年级物理全册预习学案——14.1 热机

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第十四章 内能的利用
第1节 热机
要点一、内能的利用
1.利用内能来加热物体，如用热水袋取暖，用燃料燃烧放出的热来做饭。
2.利用内能来做功。如汽油机、柴油机等利用燃料燃烧释放的内能转化为机械能。.
要点二、热机
1.热机：利用内能做功的机械叫热机。
如图：热机的工作原理。如图所示，酒精燃烧产生热量传给试管内的水,水的温度升高汽化产生大量水蒸气,使试管内气压增大,并将塞子冲出去。水蒸气的内能转化为口塞子的机械能。气体膨胀、对外做功,相当于内燃机工作过程中的做功冲程。
2.内燃机:燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机,分为汽油机和柴油机两大类。
要点三、汽油机
1.构造:如图所示。
2.工作过程
(1)冲程：活塞在汽缸内往复运动时,从汽缸的一端运动到另一端的过程,叫一个冲程。
(2)工作循环：多数汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩做功、排气四个冲程组成的。
(3)在四个冲程中,只有做功冲程是燃气对外做功,将内能转化为机械能,其他三个冲程是辅助冲程.要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
3.汽油机工作过程中的数量关系
(1)汽油机在一个工作循环中,有四个冲程,活塞往复运动两次，曲轴和飞轮均转动两周，对外做功一次。
(2 )例如，某汽油机正常工作时飞轮转速为1 800 r/min,1 800 r/min=30 r/s,即每秒飞轮转动30周,完成15个工作循环，完成60个冲程,活塞往复运动30次,对外做功15次。
要点四、柴油机
1.主要构造:与汽油机大致相同,所不同的是柴油机汽缸顶部无火花塞,而有喷油嘴,通过压缩空气直接点燃柴油。
2.柴油机与汽油机的不同点
项 目 汽油机 柴油机
构 造 汽缸顶部有火花塞 汽缸顶部有喷油嘴
燃 料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气
点火方式 点燃式(火花塞点火) 压燃式(柴油遇到高温高压的热空气而燃烧)
特 点 轻便但效率低,主要用于汽车、摩托车等 笨重但效率高，主要用于载重汽车、火车等
3.3.3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。
例2了解热机对社会发展所起的作用和对环境的影响。
【例题1】如图所示的内燃机工作的一个循环中，其四个冲程的顺序应当是（　　）
A．乙、甲、丁、丙 B．甲、乙、丙、丁
C．乙、丁、甲、丙 D．甲、丁、乙、丙
【分析】
解答这类试题，一定要先把每个冲程的特点把握好。
吸气冲程是活塞向下运动，进气门开，排气门关闭；压缩冲程是活塞向上运动，两个气门全关闭；做功冲程是两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动；排气冲程是活塞向上运动，进气门关闭，排气门开启。
【解答】
解：甲、活塞向下运动，进气门开启，排气门关闭。吸气冲程。
乙、活塞向下运动，两个气门都关闭，做功冲程。
丙、活塞向上运动排气门开启，进气门关闭，排气冲程。
丁、活塞向上运动，两气门关闭，压缩冲程；
故顺序是甲、丁、乙、丙；
故选：D。
【例题2】2022年4月16日，神舟十三号载人飞船返回舱进入大气层后下落（如图所示）。接近地面时反推发动机点火，最终返回舱在东风着陆场预定区内实现软着陆。
（1）返回舱刚进入大气层下落时，机械能大小如何变化，为什么？
（2）反推发动机属于喷气式发动机，反推发动机是否属于热机？
【分析】
（1）返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能；
（2）热机是指各种利用内能做功的机械，如蒸汽机、汽轮机、燃气轮机、内燃机、喷气式发动机等。工作时将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。
【解答】
答：（1）返回舱进入大气层后，会与大气层发生剧烈摩擦，一部分机械能转化为内能。所以返回舱的机械能会减小。
（2）喷气式发动机工作时，它的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温、高压的气体，这种气体从尾部以极高的速度喷出，同时产生很大的反作用力（即推力）。若推力与机身运动方向相同，则推动机身运动；若推力与机身运动方向相反，则阻碍机身运动。热机是指利用内能做功的机械，所以喷气式发动机属于热机。由于反推发动机属于喷气式发动机，所以它也属于热机。
【例题3】如图所示的是生活中常用的热水瓶，向其中注入一定量的开水后，立即盖上软木塞，有时会发现软木塞跳了起来。四冲程汽油机在工作时，与软木塞跳起来的原理相同的冲程是（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程。
【分析】（1）做功可以改变物体的内能：当对物体做功时，机械能转化为内能，当物体对外做功时，内能转化为机械能；
（2）四冲程汽油机的做功冲程，利用内能来做功的冲程，将内能转化为机械能。
【解答】解：由图可知，热水瓶内的水蒸气把瓶塞顶起，水蒸气会对塞子做功，将水蒸气的内能会转化为塞子的机械能；此过程与汽油机的做功冲程类似，在做功冲程中也是燃气的内能转化为活塞的机械能；故C正确。故选：C。
1. 如图是2023年1月9日长征七号A运载火箭托举“实践二十三号卫星”在中国文昌航天发射场直冲云霄的情景。下列说法中正确的是（　　）
A．火箭升空动力的施力物体是火箭的助推器
B．火箭上升过程中，火箭相对于实践二十三号卫星是运动的
C．火箭也属于热机，能量转化与汽油机的做功冲程相同
D．火箭加速升空的过程中，火箭受到平衡力作用
2. 科幻大片《流浪地球》中地球为脱离木星，主人公点燃了木星上的可燃气体，从而将地球推离木星，其中“点燃木星”将地球推开相当于内燃机的（　　）
A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程
3. 如图所示是一台四冲程汽油机工作时某一时刻的示意图，请回答下列问题：
（1）该汽油机此时处于哪个冲程？
（2）在此冲程中发生了怎样的能量转化？
（3）请写出汽油机在工作过程中靠飞轮惯性来完成的任意一个冲程的名称？
4. 如图甲、乙是两个演示实验的示意图，图甲所示的是在一个配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小团硝化棉，用力把活塞迅速下压，棉花燃烧起来；图乙所示的是给试管里的水加热，水沸腾后，水蒸气推动塞子迅速冲出试管口。图丙、丁所示的是内燃机的两个工作冲程。下列说法中正确的是（　　）
A．图甲下压活塞的过程中，筒内气体内能不变
B．图乙塞子冲出试管口的过程中，水蒸气的内能转化为塞子的机械能
C．图丙内燃机的工作冲程与图甲下压活塞的过程，能量转化是一致的
D．图丁内燃机的工作冲程与图乙塞子冲出管口的过程，能量转化是一致的
5. 图甲是四冲程汽油机工作过程中的 冲程，该过程的能量转化情况与图乙 （选填“相同”或“不同”）。若汽油机1s内对外做功15次，则其曲轴的转速为 r/min。为了降低汽油机汽缸的温度，汽缸外有一个水箱体，使汽缸被水包围着，这是通过 的方式减少汽缸的内能。
6. 如图甲为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图乙为汽油机的工作冲程。下列判断不正确的是（　　）
A．舰载机获得的牵引力是因为气缸内的蒸汽体积膨胀，从而推动活塞
B．气缸内的蒸汽推动活塞后，内能增加
C．从能量转化角度讲，蒸汽弹射装置工作时与图乙中C所示的原理相似
D．从能量转化角度讲，图乙中B冲程是把机械能转化为内能
1. 阅读短文，回答下列问题。
空气的动力
空气动力是指空气与物体做相对运动时作用在物体上的力，简称气动力。当我们快速地松开鼓起来的气球时，气球会“嗖”的一下飞出去了，这时气球获得了气动力。
经过长时间探索，人们已经成功制造出多种使用压缩空气为动力，推动叶片或者活塞运动的发动机，即叶片式、活塞式空气发动机。
如图所示，图是某新型的以空气发动机为动力的汽车。它共有4个压缩空气缸，总容量为90L，可储存标准大气压下90m3的空气，其设计最高速度可达154km/h,平均每加一次气能行驶200km或10h。由于空气发动机不直接使用燃料，因而具有体积小、结构简单、维修成本低、操控方便、“零”排放的优点。即使因为技术不成熟导致某些缺点在科学界引起不小的争议，但这项技术仍然具有广阔的发展空间。
根据上述材料，回答下列问题：
（1）压缩空气动力汽车最理想的加气工具应是 （选填“内燃机”、“电动机”或“蒸汽机”）提供动力的。
（2）空气发动机是利用 能做功的，空气发动机获得动力时与四冲程汽油机的 冲程工作过程相似。
（3）分析上文，下面说法正确的有 。
A.松开鼓起来的气球时，气球飞出去，这是因为物体受到惯性的作用
B.空气动力汽车工作时将内能转化为机械能
C.以空气发动机为动力的汽车，靠气缸内空气燃烧产生能量
D.空气动力汽车工作时不会有能量的损失
（4）资料表明，空气发动机排出的尾气温度低于周围空气的温度，对于产生此现象的原因，请你提出一条合理的解释： 。
2. 小婷家购买了一辆轿车，如图所示，汽车应用了许多物理知识。请你运用所学的物理知识解答下列问题：
（1）汽油机是汽车的“心脏”，汽油机的做功冲程是将 能转化为 能。
（2）小轿车前方的挡风玻璃是倾斜的，目的是使车内物体所成的 像（填“实”或“虚”）位于玻璃的上方，不妨碍司机视线。
（3）开车上坡前，往往加大油门，以提高汽车的速度，这是为了增大汽车的 （填“惯性”和“动能”）。
（4）小汽车的外形设计成流线型，当小汽车在水平路面上高速行驶时对路面的压力比静止时 （选填“增大”、“减小”或“不变”），其原因是 。
参考答案：
热身训练：1. C;2.C；3. （1）此时汽油机处于压缩冲程；（2）此冲程将机械能转化为内能；（3）吸气冲程依靠惯性完成的；4.BCD；5. ：做功；相同；1800；热传递；6.B。
拓展阅读：1. （1）电动机；（2）内；做功；（3）B；（4）气体对外做功，内能减小，温度降低；2. （1）内；机械；（2）虚；（3）动能；（4）减小；小汽车外型是流线型，当汽车高速行驶时，车身上方空气流速大，压强小，小汽车受到了一个向上的升力，减小了小汽车对地面的压力。
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