12.4热机与社会发展学案(要点讲解+当堂检测+答案)

沪粤版物理九年级上册同步学案
第十二章　内能与热机
12.4　热机与社会发展
要 点 讲 解
要点一　热机
1. 定义：将燃料的化学能通过燃烧转化为内能，然后通过做功，把内能转化为机械能的装置称为热机。
2. 种类：蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气动机和火箭发动机等。
要点二　汽油机和柴油机
1. 汽油机
(1)汽油机：是利用气缸内燃烧的汽油产生高温高压的燃气来推动活塞做功的热机。
(2)构造：由进气门、火花塞、排气门、气缸、活塞、连杆、曲轴等构成。
(3)工作过程：多数汽油机的工作循环过程是由四个冲程组成的，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程，其工作过程如下表。
次序
1
2
3
4
冲程名称
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
工作示意图
进气门开闭情况
打开
关闭
关闭
关闭
排气门开闭情况
关闭
关闭
关闭
打开
活塞运动方向
向下
向上
向下
向上
冲程的作用
将汽油和空气的混合气吸入气缸
压缩汽油和空气的混合气做功，使其压强增大，温度升高
在压缩冲程末，火花塞产生火花，混合气猛烈燃烧，产生高温、高压气体推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动
排出废气
能的转化
无
机械能转化成内能
内能转化成机械能
无
2. 柴油机
(1)柴油机：是利用气缸内燃烧柴油所产生的高温、高压的燃气来推动活塞做功的热机。
(2)构造：柴油机的构造和汽油机的构造大致相同，所不同的是柴油机的气缸顶部无火花塞，而是装有喷油嘴。
(3)工作过程：柴油机的一个工作循环也由四个冲程组成，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程也都是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
3. 汽油机与柴油机的区别与联系
(1)区别
　　内燃机
项目　　
汽油机
柴油机
构造不同
气缸顶部有火花塞
气缸顶部有喷油嘴
燃料不同
汽油
柴油
吸气冲程
吸入汽油和空气的混合物
吸入空气
点火方式
点燃式
压燃式
做功冲程
燃气压强可达到30～50个大气压
燃气压强可达50～100个大气压
(2)相同点
①都是燃料在气缸中燃烧。
②都是将内能转化为机械能的内燃机。
③汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。
④都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，每个循环曲轴和飞轮转两周，对外做功一次。
⑤排气冲程排出废气相同。
⑥启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。
经典例题1　当手扶拖拉机上的柴油机出现故障而使转速急剧增加时，正常的操作已不能使它停转，这种故障叫做“飞车”，下列应急措施中，可行的是(　　　)
A. 用湿毛巾捂住进气口
B. 立即找一个隔热的东西，捂住排气口
C. 脚踏刹车板同时手拉制动器
D. 以上三个方法都可行
解析：本题结合实际应用考查了热机的工作原理。柴油机在工作时，吸入气缸里的是空气，它的“点火方式”是“压燃式”。“飞车”的原因大多是因为活塞将部分润滑油带入气缸中，遇到高温高压的压缩空气而燃烧放热，使正常操作下通过减小油门或停止供给柴油都不能停止或控制发动机转动，因而只有捂住进气口，不让空气进入气缸，才能阻止气缸中燃料的燃烧。
答案：A
要点三　热机效率和环境保护
1. 定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
2. 公式：η＝×100%。
3. 提高热机效率的方法：(1)使燃料充分燃烧；(2)尽量减少各种热量损失；(3)在热机的设计和制造上，采用先进的技术；(4)使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整运动零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的功。
4. 环境污染与保护：
(1)环境污染：
①废气污染：热机的燃料在燃烧过程中放出一定量的有害气体和粉尘，这些气体和粉尘都会污染空气，影响人们的身体健康和动植物的生存；产生的酸雨有害于农、林、渔业等。
②噪声污染：热机以及热机带动的机器产生的噪声是环境污染的又一方面。
(2)减少环境污染的措施
①改进燃烧设备，安装除尘装置，控制废气的排放总量。
②提高汽油、柴油的品质。
③安装电子控制燃油喷射系统(EFI系统)。
④研发新技术、新材料、新工艺，推广使用混合动力汽车、太阳能汽车、电动汽车等。
⑤在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。
易错易混警示　不能区分做功冲程与压缩冲程
进、排气门关闭，做功冲程中，活塞向下运动，压缩冲程中，活塞向上运动，可以观察活塞的运动方向来区分做功冲程和压缩冲程。在做功冲程中是内能转化为机械能，在压缩冲程中是机械能转化为内能。
经典例题2　如图所示，是四冲程内燃机的一个冲程示意图，从图中可以看出这是(　　　)
A. 压缩冲程，内能转化为机械能 B. 做功冲程，内能转化为机械能
C. 压缩冲程，机械能转化为内能 D. 做功冲程，机械能转化为内能
解析：从图中的特点可以看出，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，因此是压缩冲程，在压缩冲程中是机械能转化为内能，故C选项正确。
答案：C
当 堂 检 测
1. 热机在工作过程中，能量的转化过程是(　　)
A. 内能→化学能→机械能 B. 化学能→内能→机械能
C. 化学能→机械能→内能 D. 化学能→机械能→化学能
2. 四冲程汽油机依靠飞轮惯性使活塞向上运动完成的冲程是(　　)
A. 吸气、做功冲程　　 B. 压缩、做功冲程
C. 做功、排气冲程　　 D. 压缩、排气冲程
3. 如图，表示的是四冲程内燃机工作时的示意图，一个工作循环的正确顺序为(　　)
甲 乙 丙 丁
A. 甲、乙、丙、丁　 B. 丁、丙、乙、甲
C. 甲、丁、乙、丙　 D. 甲、丙、乙、丁
4. 下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是(　　)
A. 热机排出的尾气没有内能 B. 热机的效率能达到100%
C. 热机都是使用汽油作燃料 D. 热机的大量使用会造成环境污染
5. 一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是2400r/min，该汽油机每秒钟内完成 个冲程，对外做功 次，活塞往复运动 次，有 个工作循环。
6. 如图甲所示是一台单缸四冲程汽油机工作状态示意图，由图甲可以看出，它此时正处在 冲程，其能量转化情况与 (选填“乙”或“丙”)图相同。
甲 乙 丙
7. 如图所示，是小轿车汽油机工作时的能量转化示意图，消耗2kg汽油，可获得的动能是多少？(汽油的热值为4.6×107J/kg)

当堂检测参考答案
1. B 2. D 3. C 4. D
5. 80 20 40 20
6. 做功 丙
7. 解：由图可知，轿车的汽油机效率：η＝×100%＝×100%＝×100%＝15%；2kg汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝mq＝2kg×4.6×107J/kg＝9.2×107J，由热机效率的表达式η＝×