教科版初三物理上册第二章改变世界的热机学案

第二章 改变世界的热机
一、知识点复习
① 内能与热量
② 热值
③比热容
二、新课讲解
重难点：（1）热机、内燃机
（2）热机效率
考点： （1）热机、内燃机
（2）热机效率
易混点：
热机效率
第1节 热机
一.复习：
（1）什么是内能？如何才能改变物体的内能？
（2）叙述能量守恒定律（略）。
二．引入新课
由能量守恒定律可以看出，转移、转化是能量运动的普遍形式。人类在利用能量方面所从事的主要工作正是广泛地寻找其来源，有效地控制其去处，以达到驾驭它，利用它，让它为人类造福的目的。
那么人们是如何利用内能的呢？这一节我们就来讨论这个问题。
三.进行新课
1．内能的利用。
(1)加热
举例：煮饭、取暖、工厂的热处理、吹制玻璃工艺品等
上面的例子有一个共同特点，都是直接利用内能转移来加热物体的，这是利用内能的一种方式
不利方面：能源浪费大，污染环境，应提高内能的利用率。
(2)做功
教师：谁来说一下该实验中能量的转化过程？
分析过程：燃烧(化学能)――供给水和水蒸汽――水蒸汽对外做功（内能转化成机械能）。
教师：这是利用内能的另一种方式：用来对物体做功
2．热机
（1）介绍热机的发明
（2）把内能转化为机械能的机器称为热机。
3．火箭
演示气球，反冲运动。
讲解火箭的升空原理。
介绍三级火箭的好处。
第2节 内燃机
一.复习
二.进行新课
内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机〉
最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫做汽油机和柴油机。
1．汽油机用汽油作燃料的内燃机
（1）构造(出示模型或挂图。边指示边讲解)。进气门，排气门，火花塞，气缸，活塞，连杆，曲轴。(介绍名称的同时，介绍各部分的功能)
冲程：活塞从气缸一端运动到另一端叫做一个冲程。
（2）工作原理。
(边运转模型边讲解，并提醒学生注意观察活塞、气门、连杆、曲轴的动作情况)
内燃机的工作过程以一个循环为一个单元，一个循环又分为四个冲程。
〈吸气冲程〉开始工作前，活塞位于气缸上端，进、排气门军关闭。工作时，活塞由上向下运动，进气门打开，排气门仍关闭。由于缸内体积增大，压强减小，空气和汽油的混合气体被吸入气缸。这是第一个冲程。
〈压缩冲程〉活塞运动到最下端，就开始转为向上运动。这时进气门、排气门都关闭，混合气体被强行压缩，使气体的温度升高，压强增大。这是第二个冲程。
〈做功冲程〉压缩结束时虽然温度较高，但未能达到燃料的燃点。在压缩冲程结束的瞬间，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，高温高压燃气推动活塞向上向下运动，通过连杆带动曲轴转动。实现了内能向机械能的转化。这是第三个冲程。
〈排气冲程〉做功冲程结束，活塞继续向下向上运动，进气门关闭，排气门打开，燃烧后的废气被活塞推出缸外。这是最后一个冲程。
此后，活塞又由上向下运动，从此进入下一轮循环。在一个工作循环中有四个冲程，活塞往复两次，曲轴转两周，对外做一次功。
（3）能的转化：在做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。其余三个冲程靠消耗飞轮的机械能来完成。
2．柴油机：用柴油作燃料的内燃机。柴油机与汽油机的区别：
①柴油机与汽油机的相同点：都是内燃机；一个工作循环都要经历四个冲程。
②柴油机与汽油机的不同点：构造方面：些油机没有火花塞，而在相应位置上安装的是喷油嘴。 吸入的气体不同，点火方式不同
第3节 热机效率
一． 复习提问：什么是机械效率？
二． 新课引入：热机是内能转化成机械能的机器，它跟所有机械一样，也有效率的问题，这一节我们就来讨论这个问题。
三． 新课内容。
1．热机是利用燃料来做功的装置。
　化学能转化成机械能（做功）。
2．热机的效率：用来做有用功那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比。
　热机效率是热机性能的一个重要指标。
　热机的各种损失中，废气占最多，应减小废气的能量损失。
由于损失的原因比较多，所以热机的效率一般都较低。（参阅课本中的几种热机的效率，内燃机的能流图以及火电站的能流图。）
3．如何提高热机效率的效率？
让燃料尽可能充分燃烧，减小内能损失，运动部件润滑良好。
4．内能对环境的影响。
　（1）废气污染（CO、SO、酸雨），
（2）噪声污染。
5．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。
把直接烧煤、燃油改为烧其工业副产品；把内能的一次利用变为多次利用（如用余热供暖等）。
（3）充分开发、利用污染小或无污染的能源（如太阳能等）。
我国政府历来重视环境问题，把发展经济与保 ( http: / / www.21cnjy.com )护环境放到了同等重要的位置。只要我们大家都能像重视生命一样重视环境，责无旁贷地承担起保护环境的义务，难题也就变得不难了，就一定能使天更蓝、水更清。
【课堂练习】
一、选择题（每小题3分，共30分）
1、内燃机在做功冲程中,高温气体迅速膨胀而做功,此时气体的温度和内能变经的情况是 ( )
A、温度降低，内能减小 B、温度不变，内能不变
C、温度升高，内能增大 D、温度降低，内能增大
2、某四冲程汽油机的转速是1500R／min，那么1min里，该汽油机的冲程数和燃气做功次数分别是（ ）
A、3000个，6000次 B、6000个，3000个
C、3000个，750次 D、750个，3000次
3、单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图如图2-1所示，下列关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的顺序排列正确的是（ ）
A、丙、丁、乙、甲
B、乙、丁、甲、丙
C、乙、甲、丁、丙 图2-1
D、甲、乙、丙、丁
4、柴油机在压缩冲程末，工作物质的（ ）
A、压强减小温度升高 B、压强增大温度降低
C、压强减小温度降低 D、压强增大温度升高
5、单缸四冲程汽油机，完成一个工作循环曲轴转过（ ）
A、7200 B、1800
C、1500 D、900
6、如图2-2所示为内燃机的能流图，则内燃机的效率可表示为（ ）
A、η＝×100%
B、η＝×100%
C、η＝×100% D、η＝×100%
7、关于热机的效率，下列说法中正确的是（ ）
A、热机做的有用功越多，效率一定越高
B、热机消耗的燃料越少，效率一定越高
C、热机做一定的有用功，消耗的燃料越少，效率一定越高。
D、热机做功越快，效率一定高
8、下面几个例子中，属于内能转化为机械能的是（ ）
A、点燃爆竹，使爆竹腾空而起 B、给烧杯加热，使杯内水的温度升高
C、冬天，人站在阳光下感到暖和 D、用锤敲石头，石头和锤都要发热
9、单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮惯性来完成的是 （ ）
A、只有吸气和压缩两个冲程。 B、只有压缩和排气两个冲程
C、只有排气和吸气两个冲程 D、有吸气、压缩和排气三个程
10、下列关于减小大气污染的主要措施中不正确的是（ ）
A、普及天然气和煤气的使用 B、淘汰热机
C、采用集中供热 D、改进燃烧设备，加装消烟除尘装置
二、填空题
11、现代热机种类繁多，构造各异，如生活中 ( http: / / www.21cnjy.com )应用的_______________，_____________。在航天航空中已经使用更加高效的_______________和_______________。
12、汽油机是利用气缸内燃烧_______________生成高温高压的_______________推动活塞做功的热机；柴油机是利用气缸内燃烧_______________生成高温高压的_______________推动活塞做功的热机。汽油机和柴油机都属_______________。
13、活塞在往复运动中从气缸的一端运动到另一端叫_______________。
14、内燃机的一个工作循环中，有__________个冲程，活塞往复运动__________次，曲轴转动__________周。
15、热机的效率是热机性能的一个重要指标，效率__________，它的机械性能越好
16、内燃机的一个工作循环有四个冲程，如图2-3所示表示的
其中的__________冲程；它将__________能转化成__________能。
17、完全燃烧1kg某种燃料时放出的热量为1. 2×107J,则该种燃料的热值为_____________J／kg
18、木炭的热值是3.4× ( http: / / www.21cnjy.com )107J／kg, 0.5kg木炭完全燃烧所放出的热量是___________J这些热量能使100kg常温下的水温度升高______。
19、内能的应用有两个重要途径：一是_ ( http: / / www.21cnjy.com )_________，二是__________。下列内能的利用实例中，属于一的是__________，属于二的是__________①锅炉；②汽车；③家用暖气设备；④火箭；⑤现代用火电站；⑥用高炉炼钢；⑦生火做饭；⑧喷气式飞机。
三、探究与计算题
20、神舟五号————我们的飞天梦
2003年10月15日9时，随着火 ( http: / / www.21cnjy.com )箭发动机的轰鸣，长征二号F运载火箭将我国第一艘载人航天飞船“神舟五号”送入太空，实现了中华民族五千年的飞天梦，（见图2-7所示）
资料库——火箭发动机
它是喷氯发动机的一种，自带烯料和氧化剂，它工作
时不需要空气，可以在大气层外工作。
点火时，燃料和氧化剂在烯烧室混合燃烧，向后喷出
强大的气液，同时气体对火箭产生一个向前的反作用力，
从而推动火箭前进。
长征二号F火箭的发动机是一种二级火箭发动机。 图2-7
小宇利用星期天到青岛会展中心观看了有关“神舟五号”的航天展，他搜集了一些问题，回到班中想要考考你：
（1）长征二号F火箭：它的发动机工作时将内能转化为__________能。它是利用向后喷出气流使自身受力前进的，这是运用了力的作用是__________的道理。
（2）飞船上的太阳能电池翼是为飞船提供能源的装置，它的作用是将太阳能转化为__________能。
（3）飞船的运行过程：飞船沿椭圆轨道围绕地球运行了14圈，轨道上离地面最近点200km，最远点350km。从远地点到近地点运行过程中，飞船的速度__________，
势能__________。
（4）太空生活与工作：若不穿太空服，只带氧气瓶，航天员能否走出舱外？运用你所学的物理知识说出一条理由。
答：__________（填“能”或“不能”）；因为舱外__________
（5）返回大气层：这时飞船与大气层 ( http: / / www.21cnjy.com )发生剧烈摩擦，变成一个火球，将__________能转化为__________能，因此给飞船降温十分重要，一种重要的降温方式就是“烧蚀防热”：在飞船表面涂有一层高分子固体材料，让这些材料在发生物态变化时吸收热量，你认为可能发生的物态变化有__________、__________、__________；理由是这此物态变化都是__________过程
（6）降落：飞船距离地面15km时，速度达到 ( http: / / www.21cnjy.com )200m／s，若不打开降落伞，则速度保持不变，飞船落到地面仅仅需要__________秒的时间。
21、小明学习了热学的有关 ( http: / / www.21cnjy.com )知识后，知道水的比热是4.2×103J／(kg0c),他想估算一下自己家每天烧水，做饭需要的热量，于是小明仔细记录了他家烧水，煮饭需要的时间，并把它折算成烧水的时间，相当于每天将30kg，200c的水烧开。
（1）小明家每天烧水做饭需要多少热量？
（2）如果普通煤的热值为3×107J／（kg0C），从理论上讲小明家每天烧水做饭需要多少kg煤？
（3）小明家实际平均每天需要烧4块蜂窝煤，按每块蜂窝煤含煤0.5kg算，它家每天实际用煤2kg，由此小明计算他家煤炉的效率只有16.5%，你认为小明家煤炉效率低的原因是什么？
（4）从大的方面讲，家用煤炉除了热效率低浪费能源的缺点外，另一个主要缺点是什么？
图2-2
图2-3