12.4热机与社会发展 讲义（无答案） 2023-2024学年沪粤版物理九年级上册

物理讲义
课题 12.4热机与社会发展 九年级
知识回顾 1.燃料燃烧将＿＿＿能转化为＿＿＿能； 2.热效率怎么求？ 姓　名
教学目标： 1.热机工作过程中的能量转化过程； 2.汽油机的工作原理和工作过程，提高识图能力； 3.对热机效率和热机与环境等问题的分析和讨论，树立效率意识和环保意识； 4.通过介绍热机的发明和发展，树立科学技术是第一生产力的观点。 教学重点：热机的共同特点，汽油机的构造、工作原理和过程。 教学内容 一．什么是热机 做功改变内能的实质：能量之间的相互＿＿＿＿。 ＿＿＿＿能转化为＿＿＿能　　＿＿＿＿＿能转化为＿＿＿＿能 热机的大量使用使人类迈入工业化社会，逐渐摆脱繁重的体力劳动，为各种机械提供了强大的动力。那热机究竟是怎样工作的、怎样分类呢？ 热机的种类有很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等等。 从能量转化的角度来分析：热机都是将燃料的＿＿＿＿能通过燃烧转化为＿＿＿能，再通过做功把＿＿＿能转化为＿＿＿＿能。 所以什么才叫热机呢？ ＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 而燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做内燃机，最常见的内燃机有＿＿＿＿＿和＿＿＿＿＿。 【练习】以下机械属于热机的是(　　) A．杠杆 B．斜面 C．洗衣机 D．汽油机 二．汽油机 汽油机是用＿＿＿＿作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 汽油在空气中自然燃烧所释放出的能量做功，往往是不足以带动汽车正常工作的。研究表明，只有将燃料雾化，再进行压缩，让它在高压状态下燃烧，才能获得瞬间的高功率。 ①认识汽油机构造 气　　缸：汽油燃烧场所，在气缸的顶部燃烧从而产生高温高压燃气； ＿＿＿＿：在气缸内，高温高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能；或将空气和汽油的混合气体压缩，提高混合气的温度； 连杆曲轴：连杆跟活塞、曲轴相连，将活塞的动力传给工作机； ＿＿＿＿：汽油和空气混合气的进口； ＿＿＿＿：燃料燃烧后的废气的出口； ＿＿＿＿：点火装置，产生电火花使混合气猛烈燃烧。 ②汽油机的工作过程 冲　　程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。 工作循环：常见汽油机要正常工作，必须连续完成四个冲程：＿＿＿＿、＿＿＿＿、＿＿＿＿和＿＿＿＿，且不断循环进行。 吸气冲程：进气门＿＿＿＿，排气门＿＿＿＿，活塞＿＿＿＿运动，将＿＿＿＿＿＿＿＿吸入气缸； 压缩冲程：进气门和排气门都＿＿＿＿，活塞＿＿＿＿运动，＿＿＿＿混合气，对内做功，使混合气的温度＿＿＿＿；＿＿＿＿能转化为＿＿＿能； 做功冲程：在压缩冲程末，进气门和排气门都＿＿＿＿，＿＿＿＿＿＿产生火花，混合气猛烈燃烧，形成高温、高压气体推动活塞＿＿＿＿运动，对外做功，＿＿＿能转化为＿＿＿＿能； 排气冲程：进气门＿＿＿＿，排气门＿＿＿＿，活塞＿＿＿＿运动，将废气排出。 在四个冲程中，只有做功冲程是将＿＿＿＿转化为＿＿＿＿＿，其他三个冲程均为辅助冲程，需要借助于飞轮的强大＿＿＿＿来完成动作。 每一个工作循环，活塞对内做功＿＿＿次，混合气对外做功＿＿＿次，飞轮转＿＿＿圈，活塞往复＿＿＿次，＿＿＿个冲程。 【练习】 如右图所示是四冲程内燃机的(　　) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 在如图所示的“汽油机模型”实验中，将少量的汽油喷入筒内，用软木塞塞住筒口，摇动起电机，观察到放电针放电，汽油燃烧，软木塞被高温高压的气体冲出。该实验可模拟四冲程汽油机工作时的(　　) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 火箭喷气发动机是利用燃料在燃烧室中燃烧，燃气向后高速喷出(如右图)，从而获得向前的动力。其 工作原理与汽油机的下列工作过程示意图所示原理一致的是(　　) A． B． C． D． 一台汽油机飞轮的转速为2400r/min，则在1s内，柴油机完成＿＿＿＿个冲程；对外做功的次数是＿＿＿＿次。 三．柴油机 柴油机是用＿＿＿＿作燃料，使柴油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。 柴油机比汽油机体型更笨重庞大，成本更高，工作噪声也更大，压缩程度更高，当然，动力更＿＿＿＿，效率也更＿＿＿＿。 汽油机柴油机构造气缸顶部：＿＿＿＿＿气缸顶部：＿＿＿＿＿燃料＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿吸气 冲程吸入＿＿＿＿和＿＿＿＿的混合物只吸入＿＿＿＿＿点火 方式＿＿＿＿＿：压缩冲程末，火花塞产生火花点燃燃料＿＿＿＿＿：压缩冲程末，喷油嘴向气缸内喷出雾状柴油，遇高温空气而自燃效率效率＿＿＿：20%~30%效率＿＿＿：30%~45%应用自重轻便，主要用于汽车、摩托车等机体笨重，主要用于载重汽车、火车、轮船等
四．热机与环境 1.热机效率 热机工作时，燃料存储的化学能只有一部分用来做有用功。 那热机效率：用来做＿＿＿＿＿的能量与燃料＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿的能量之比，即η=＿＿＿＿=＿＿＿＿。热机效率反映了该热机的＿＿＿＿＿。 2.热机对环境的影响 ①废气污染(一氧化碳、二氧化硫、二氧化氮等)；②噪声污染。 3.保护环境，减小污染措施 ①改进燃烧设备，采取集中供热，加装消烟除尘装置； ②提高内能的综合利用率； ③充分开发污染小或无污染的能源(如太阳能)。 4.提高热机效率 ①减小废气带走的能量　　②改善燃烧条件，让燃料尽可能充分燃烧 ③运动部件润滑良好　　　④研发更轻的热机材料，减轻热机自重 【练习】 对于热机，下列说法错误的是(　　) A．热机性能好坏的重要标志之一是热机效率 B．在四冲程内燃机中减少废气带走大量热量可以大大提高热机效率 C．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大 D．在压缩冲程中内燃机将机械能转化为内能 内燃机运行时各种能量损耗大致为：汽缸散热损失占25%，废气带走的能量占30%，摩擦等机械损耗占10%，则它的热机效率为＿＿＿＿。 如图所示，是新一款无人驾驶汽车原型图。汽车自动驾驶时使用雷达传感器，以及激光测距器来了解周围的交通状况。该款车以72km/h的速度在一段平直的公路上匀速行驶了8km时，消耗汽油1.5L。 假设燃油完全燃烧，汽油机的效率为30%，那么在这段运动过程中(已知：ρ汽油=0.8×103kg/m3，q汽油=4.5×107J/kg)。求： (1)汽油完全燃烧放出的热量； (2)汽车发动机做的有用功； (3)汽车的输出功率。 某汽油机转速为3000 r/min，活塞的横截面积是35cm2。在做功冲程中，燃气对活塞的平均压强是1.0×106 Pa，活塞移动的距离是6 cm，试求： (1)做功冲程中，燃气对活塞的平均压力； (2)该汽油机功率； (3)若做功冲程汽油完全燃烧放出的热量是840J，汽油机的效率。 课堂笔记
课堂练习
如图所示的四种交通工具，不用热机作为动力机械的是(　　)
我国随着航天事业发展需要，正在研制大功率液氢发动机。这种发动机主要是因为氢是有(　　)
A．较小的密度 B．较大的比热容 C．较高的热值 D．较低的沸点
下列流程图是用来说明单缸四冲程汽油机的一个工作循环及涉及到的主要能 量转化情况。关于对图中①②③④的补充正确的是(　　)
A．①做功冲程②内能转化为机械能③压缩冲程④机械能转化为内能
B．①压缩冲程②内能转化为机械能③做功冲程④机械能转化为内能
C．①压缩冲程②机械能转化为内能③做功冲程④内能转化为机械能
D．①做功冲程②机械能转化为内能③压缩冲程④内能转化为机械能
2021年3月12日凌晨，“长七改”成功将试验九号卫星送入预定轨道，“长七改”将填补我国运载火箭高轨轨道运载能力的空白。下列说法不正确的是(　　)
A．火箭点火升空时相当于热机的做功冲程，将机械能转化为内能
B．卫星脱离火箭时，由于具有惯性，能保持原有运动状态
C．火箭加速升空的过程中，机械能变大
D．火箭加速升空时，火箭推力大于重力
某机器的能量流向如图所示，推测该机器可能是(　　)
热机 电动机
发电机 电热水器
如右图表示汽油机的＿＿＿＿冲程，主要利用惯性来工作的冲程有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。若该汽油机1min对外做功1200次，飞轮的转速为＿＿＿＿r/s；汽油机完成一个工作循环时，需要吸入0.2L的燃料，这些燃料完全燃烧放出的热量全部被初温为20℃的100kg水吸收，水的末温可达到＿＿＿℃(ρ燃料＝1.5×103kg/m3，q燃料＝5.6×107J/kg)。
目前我国研发出一款新型空气动力汽车，它利用压缩空气膨胀推动活塞做功提供动力，这种车在开动时将空气的＿＿＿能转化为＿＿＿＿能，这种车与汽油机相比优点是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿(说出一点)。
小清家的下水管堵了，他爸爸用固体疏通剂进行疏通，具体操作是先将适量的疏通剂倒入下水道，再缓慢加入清水，疏通剂与水发生化学反应造成高温高压气体，通过高温高压气体的膨胀将管道疏通。在疏通管道的过程中，能量的转化情况是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，高压气体疏通管道的过程相当于四冲程汽油机的＿＿＿＿冲程；其四冲程汽油机飞轮的转速为3600r/min，则在1s内，汽油机完成了＿＿＿＿个冲程，对外做功＿＿＿＿次。
太阳能热水器是把太阳能转化为内能的设备之能热水器每小时平均接收4.2×106J的太阳能，在5小时的有效照射时间内，将热水器中质量为100kg、初温为20℃的水温度升高到40℃[c水=4.2×103 J/(kg·℃)，q煤气=4.2×107J/kg，假设煤气燃烧放出的热量50%被水吸收]。求：
(1)热水器中的水吸收的热量Q；
(2)热水器5小时内接收到的太阳能E；
(3)热水器的效率η；
(4)若改用煤气来加热这些水，需要完全燃烧煤气的质量。
课后作业
下列说法正确的是(　　)
A．一台单缸汽油机，飞轮每分钟转600转，那么这台汽油机每秒对外做功10次
B．热机的效率可以大于1
C．总的看来，内燃机实现了内能向机械能的转化，但在它的工作过程中，也有机械能转化为内能的过程
D．燃料的燃烧值要随着燃料的不断燃烧而减小
关于热机，下列说法中正确的是(　　)
A．热机是把机械能转化为内能的发动机
B．热机的应用没有给环境带来污染
C．一般来说，柴油机的效率低于汽油机
D．内燃机属于热机，它在压缩冲程中把机械能转化为内能
关于热机，下列说法不正确的是(　　)
A．热机的功率越大，其工作效率越高
B．减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”
C．热机是将内能转化为机械能的装置
D．不管技术如何改进，热机的效率都不可能达到100%
下列提高热机的效率的方法中，不可行的是(　　)
A．减少各种热量损失 B．加润滑油减少机器部件间的摩擦
C．使燃料燃烧更充分些 D．使用热值大的燃料
关于热机，下列说法中错误的是(　　)
A．在四冲程内燃机中，只有做功冲程对外做功
B．热机排出的废气、产生的噪声，都会污染环境
C．曲轴的质量比较大，是为了增大曲轴的惯性
D．汽油机和柴油机的点火方式是相同的
热机包括内燃机，柴油机和汽油机都属于内燃机，下列说法中正确的是(　　)
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．四冲程汽油机在工作中，进、排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
D．在柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
如图所示，对于图片中所描述的物理过程，下列分析中正确的是(　　)
A．厚玻璃内的空气被压缩时，空气的内能减少
B．瓶子内的空气推动塞子跳起时，空气的内能增加
C．试管内的水蒸气推动了塞子冲出时，水蒸气的内能减少
D．汽缸内的气体推动活塞向下运动时，气体的内能增加
一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内完成＿＿＿＿个冲程，做功＿＿＿＿次，为外界提供动力在＿＿＿＿冲程。
常见汽车的动力机械是内燃机。从能量转化的角度来看，内燃机是把＿＿＿＿能转化为＿＿＿＿能的机器，内燃机的效率较低，它在工作过程中，能量大部分以＿＿＿＿能的形式耗散掉。
发动机是汽车的重要部件，如右图所示是＿＿＿＿冲程，由＿＿＿能转化为＿＿＿＿能。当车行驶了一段距离后，消耗了0.6kg的汽油，这些汽油完全燃烧释放的热量是＿＿＿＿J(q汽油=4.6×107J/kg)。
如图为汽油机某个冲程的示意图。若单缸四冲程汽油机的活塞冲程长度为L=0.12m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压力为3×103N，活塞以1400次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次(q汽油=4.6×107J/kg、不计摩擦，结果保留两位有效数字)。求：
(1)汽油机在此工作状态下，对外做的一次功的大小；
(2)汽油机在此工作状态下，1min内做功的功率；
(3)如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率。
当堂检测(＿月＿日)　姓名：＿＿＿＿＿
关于热机，下列说法正确的是(　　)
A．随着科学技术的发展，热机的效率可达到100%
B．四冲程汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程
C．柴油机上安装一个笨重的飞轮，是为了提高它的效率
D．柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大
月球上没有大气，适合在月球上使用的“月球车”的动力装置是(　　)
A．汽油机 B．电动机 C．空气喷气发动机 D．风力装置
下列关于热机和环境保护的说法，正确的是(　　)
A．热机排出的尾气没有内能
B．改进技术可以把热机的效率提高到100%
C．热机使用过程中尾气冒黑烟时效率最高
D．热机的一个工作循环有两次能量转化相反的做功过程
下列实验中，其能量转化方式与图示汽油机对应冲程类似的是(　　)
A．电火花发生器点火后将盒盖顶出 B．滚摆向下运动
C．向下压缩空气引火仪 D．酒精灯加热杯中冷水
一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机每秒内(　　)
A．完成30个冲程，做功15次 B．完成60个冲程，做功15次
C．完成60个冲程，做功30次 D．完成120个冲程，做功30次
当小四轮拖拉机的柴油机出现故障而使转速急骤增加时，正常操作已不能使它停转，可以用下面那种应急措施(　　)
A．捂住进气口 B．立即找一个隔热物体捂住排气口
C．脚踏刹车板，同时手拉制动器 D．让它空转，等油全部耗完停下
关于四冲程汽油机和柴油机，下列说法正确的是(　　)
A．在吸气冲程中，吸入汽缸的都是空气
B．在压缩冲程末，汽油机汽缸内气体温度比柴油机的高
C．在做功冲程初，都是火花塞点火
D．在排气冲程中，排气都依靠飞轮的惯性完成
下列关于汽油机和柴油机的主要区别，其中错误的是(　　)
A．柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞
B．在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式
C．柴油机比汽油机笨重，但燃料便宜
D．柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物
如图所示是四冲程汽油机的一个工作循环示意图，其中属于压缩冲程的是(　　)
A． B． C． D．
一辆氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m，消耗了0.15kg的氢气(q氢气=1.4×108J/kg)。此过程中汽车发动机产生的牵引力为1.0×103N。则：
(1)氢气燃烧产生的热量；
(2)汽车的牵引力做的功；
(3)汽车发动机的效率。
课前检测(＿月＿日)　姓名：＿＿＿＿＿
沿海地区同沙漠地区相比，昼夜温差小，这是因为(　　)
A．水的密度比沙石的密度小
B．水的比热容大于沙石的比热容
C．水的传热本领比沙石的传热本领差
D．相同质量的水和沙石，升高相同的温度，沙石吸收的热量多
把100℃的水蒸气和等质量0℃的冰混合后达到热平衡，若此过程中与外界无热传递，最后的温度和状态是(冰的溶解热为3.36×105J/kg，水在100℃时的汽化热为2.26×106J/kg)(　　)
A．温度高于0℃低于100℃的水 B．温度100℃的水
C．温度0℃的冰水混合物 D．温度100℃的水和水蒸气
下列关于比热容的说法正确的是(　　)
A．物体的比热容跟物体吸收或放出的热量有关
B．物体的比热容跟物体的温度有关
C．物体的质量越大，它的比热容越大
D．物体的比热容是物体本身的一种属性，与温度、质量都没有关系
如左图在探究“不同物质的吸热能力”的实验时，同学们使用的器材有：相同规格的电加热器、玻璃杯、温度计、初温和质量都相同的水和食用油。关于实验，下列说法正确的是(　　)
A．物体吸收热量的多少是由它的物质种类决定的
B．食用油吸热升温快，说明食用油的吸热能力强
C．加热相同的时间，水升温慢说明水的吸热能力强
D．将食用油和水加热到相同的温度时，它们吸收的热量相同
如右图所示，为质量相等的两种液体甲和乙，分别用相同的两盏酒精灯同时加热时，温度随时间变化的图象．从图象可知，比热容较大的是液体(　　)
A．甲 B．乙 C．一样大 D．无法判断
下列事实中最能说明物质吸收热量跟物质种类有关的是(　　)
A．体积相同的两杯水温度都升高10℃，它们吸收的热量相同
B．体积相等的水和煤油温度都升高10℃，它们吸收的热量不相同
C．质量相等的两块钢温度分别升高5℃和10℃，它们吸收的热量不相同
D．质量相等的水和铜温度都升高10℃，它们吸收的热量不相同
夏天，海边的昼夜温差小，这是因为水的比热容较大。下列现象中不能反映水的这一特性的是(　　)
A．汽车发动机的冷却循环系统用水做工作物质
B．北方春天的夜晚，农民往稻田里灌水以防秧苗冻坏
C．炎热的夏天常常在教室的地面上洒水
D．城区建造人工湖以降低“热岛效应”造成的夏季高温
炎热的盛夏，赤脚站在水中感到凉爽，走在沙土上感到烫脚，引起这种反差的原因是由于水和沙土具有不同的(　　)
A．热量 B．质量 C．比热容 D．密度
如下表是一些物质的比热容，根据表中数据，下列判断正确的是(　　)
一些常见物质的比热容【J/(Kg·℃)】
水 4.2×103 冰 2.1×103
酒精 2.4×103 煤油 2.1×103
铝 0.88×103 铜 0.39×103
砂石 0.92×103 干泥土 0.84×103
A．因为比热容是物质的特性之一，所以不同物质的比热容不可能相同
B．因为比热容是物质的特性之一，所以比热容仅仅与物质种类有关，而与物质状态无关
C．培育秧苗的过程中，为了保护秧苗在夜间不被冻坏，在傍晚需要把水从农田中放出
D．相同质量的铜和铝吸收相同热量后，铜的温度变化量比铝大，所以铝的吸热能力较强