12.4 热机与社会发展-【宝典训练】2023-2024学年九年级上下册物理高效课堂(沪粤版)

第十二章内能与热机 12.4热机与社会发展 2022课标：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晨史中的重要意义。 基础过关 1.热机：将 转化为 的机器叫热机。常见的热机有：汽油机、柴油机、蒸汽机、燃气 轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 2.内燃机：燃料直接在发动机 内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机分为 和 两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。 3.内燃机特点：将燃料燃烧时的 能转化为 能，再通过做功把 能转化 为 能。 4.内燃机的工作原理：一个工作循环由 冲程 冲程 冲程和 冲程组 成，活塞往复两次，曲轴转动两周。其中 冲程中机械能转化为内能， 冲程中内能转 化为机械能。四个冲程中只有做功冲程燃气对外做功，其他三个冲程靠飞轮的 来完成。 5.柴油机和汽油机的主要区别是： (1)在构造上的不同：柴油机气缸顶部有 ,汽油机气缸顶部有 (2)在吸气冲程中的不同是：汽油机吸入气缸里的是 ,柴油机吸入气缸里 的是 (3)点火方式不同：汽油机采用点燃式，柴油机采用压燃式。 (4)效率不同：汽油机效率在20%~30%，柴油机效率可达45%。 (5)应用不同：汽油机主要应用于轻便的汽车、飞机、摩托车等，柴油机应用于笨重的载重汽车、火 车、轮船等。 课堂巩 固 ⊙知识点]热机及其原理 6.(玫编)如图所示，在1标准大气压下用酒精灯给水加热一段时间后，观察到水沸腾，软木塞冲出试 管口。 (1)给水加热时的能量转化是酒精的 能转化为 能，通过 的 方式将内能转移给水，使水的内能 ,温度 (2)水沸腾后软木塞冲出管口前的瞬间，试管中水的温度 (选填“大于”“小于” 或“等于”)100C。水蒸气的 能转化为塞子的 能，塞子被水蒸气 冲出。 (3)这个实验基本反映出了热机的工作原理，即可以利用 能对外做功，将水蒸气的 能 转化为塞子的 能 7.近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪，下列机械的动力装置不是使用热机的是 ( A.玉兔号月球车 B.山东号航母 C.C919客机 D.长征五号火箭 51 宝典训综物理·九年级·全册（粤护版） 。知识点2汽油机 8.(改编)右图是四冲程汽油机的工作示意图，请完成下列填空： (1)图中 是吸气冲程，工作过程中进气门 ,排气门 ,活塞向 运动，吸入 物。 奢奢奢窗 (2)图中 是压缩冲程，工作过程中进气门 ,排气门 ,活塞向 运动，缸内气体被压缩，此过程中 能转化为气体 能，使气体的温度 (3)图中 是做功冲程，工作过程中进气门 排气门 ,在压缩冲程末，火花塞 ,缸内油气混合物猛烈燃烧，此过程中 能转化为 能，带动机械转动。 (4)图中 是排气冲程，工作过程中进气门 ,排气门 ,活塞向 运动，将 废气排出气缸外。 (5)一个工作循环有 个冲程，飞轮转动 周，对外做功 次，活塞往复 次，其他 冲程靠飞轮的 完成。提供动力的冲程为 冲程。 。知识点3柴油机 9.(改编)如图所示，甲、乙表示四冲程柴油机的两个冲程。 (1)由气门的启闭和活塞的运动可以判断：甲是 冲程，乙是 冲程。 古 (2)汽油机的气缸顶部是 柴油机的气缸顶部是 (3)汽油机在吸气冲程中吸入缸的是 ,柴油机吸入的是 (选填“柴油”“空气”或“柴油和空气”)。 (4)汽油机采用 式点火，柴油机采用 式点火。 。知识点4热机效率与环境保护 10.(改编)内燃机的大量使用，促进了社会的进步，使人们享受了现代文明。 (1)热机工作时，用来做 的那部分能量和 之比，叫做热机 的效率，表达式可写作 成气带走能量 机械自身 45% (2)图示为某内燃机的能量流向图，则该热机效率？= :图示中 消耗能曼 20% 带走的能量最多。 (3)提高热机效率的方法：①使燃料尽可能充分燃烧：②尽量减少 燃科燃烧的 有用机械能 内能100% :③保证良好的机械润滑，减小 (4)使用内燃机的同时又给人类带来了污染，这主要是指 污染和 污染。热机排 出的废气不仅温度高于环境温度，而且含有铅、 、二氧 化碳等各种对人体有害的物质，严重污染 (5) 已成为人类保护环境的重要措施。 (6)一辆汽车的发动机每消耗40kg燃油，产生的热量是 J,若做的有用功为3.3× 10J,则这辆汽车发动机的效率是 。(燃油的热值g=3.3×10J/kg) 52 第十二章内能与热机 1L.汽车在2300N的牵引力作用下匀速行驶100km时，完全燃烧了10kg汽油。（汽油热值q=4.6× 10J/kg)求： (1)该过程中汽车牵引力所做的功： (2)汽油完全燃烧放出的热量： (3)汽车发动机的效率。 课后进阶 12.如图所示为四冲程内燃机四个冲程的示意图，箭头表示活塞的运动方向。请你结合气门的位置做 出判断，其正确的工作顺序是 ( A.甲、丁、乙、丙 B.乙、丙、丁、甲 C.丙、甲、乙、丁 D.丁、乙、丙、甲 客寒奢寒 13.下列关于四冲程内燃机的说法中正确的是 A.汽油机在吸气冲程中吸人气缸的只有空气 B.柴油机在吸气冲程中吸入气缸的是柴油和空气的混合物 C.一个工作循环对外做功一次 D.汽油机的点火方式与柴油机的相同 14.下列关于“热机”的说法中，正确的是 A.通过技术改进，热机效率可达100% B.做功冲程将机械能转化为内能 C.火箭发动机属于热机 D.热机常用水作冷却剂，是因为水的沸点高 15,用水壶烧水时，当水壶内的水沸腾时，壶盖被水蒸气顶起。在这个过程中，燃料燃烧时能量转化情 况是 ,能量传给水和水蒸气。水蒸气把壶盖顶起时能量转化是 ,此过程与汽油机的 冲程相似。 16.如图是 (选填“汽油机”或“柴油机”)的构造示意图，此时为 冲程。在此冲程 中，活塞对气缸内的空气做功，使它的内能 ,温度 ,达到了柴油的燃点，所以喷入 柴油后，柴油马上燃烧，推动活塞对外做功：一台单缸四冲程柴油机，飞轮转速为1200r/n,该柴 油机曲轴每分钟转动 周，对外做功 次。 喷油嘴 排气阀 进气间 活 (第16题图) (第17题图) 17.某汽油机工作过程有吸气、压缩、做功和排气四个冲程，如图为 冲程工作示意图，活塞向 运动，这个冲程的能量转化为 53 宝典训练物理·九年级·全册（粤沪版】 18.如图是航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒内达到起飞速 牵引套 度。气缸内蒸汽体积膨胀，推动活塞对外做功，这与热机 冲程工 0 作原理相似。牵引索与蒸汽活塞连接的两个定滑轮能改变 使舰载机获得巨大的牵引力从而被弹射起飞。 蒸汽 19.(改编)随着我国人民生活水平的不断提高，汽车作为一种普通的交通工具已走进千家万户。 (1)汽车发动机常用循环流动的水来帮助它散热，主要是利用了水的 。⑥燃料释放的热量(109%) 较大的特点。小轿车的内燃机工作时，在 冲 废气(33%】 冷却水(30%)卡 程将内能转化为机械能。 有 摩擦与辐射(8%)十 (2)小明同学阅读了某牌汽车发动机的说明书后，将内燃机的能量流 功 向制成如图所示的图表，请根据给出的信息，计算该内燃机的效率为 %。汽车行驶时发动 机产生的牵引力是F,则燃烧m质量的汽油，能使汽车前进的距离s一 (用前 面给出物理量的符号表示距离，汽油的热值在本小题中用q表示)。 (3)各地政府购进了不少以天然气为燃料的汽车作公交车，汽车使用天然气作燃料的优点是 (写一条)：行驶一段时间后，汽车消耗了0.5kg汽油，这些汽油完全燃烧释放的热 量为 J(汽油的热值是4.6×10Jkg),改用天然气后，释放相同的热量需要完全燃烧 m的天然气。（天然气的热值是4.3×10Jm) (4)在挑选汽车时，发动机（汽油机）效率的高低是区分汽车优劣的重要指标之一。有经验的司 机可以通过闻尾气的气味做出初步的判断。输出功率相同时，汽油味越淡，汽车发动机效率越 ,原因是 20.若某车匀速行驶2h消耗的汽油为4kg,汽车发动机的输出功率为10kW,则汽车发动机的效率为 多少？(qm=4.6×10丁/kg,保留一位小数》 能力提升 21.(2022·日照)喜欢思考的小明用塑料矿泉水瓶子进行了如下游戏探究：瓶中留有少量水，盖上瓶 盖（如图甲）：扭转瓶子（如图乙）：轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出，同时瓶内出现白雾（如图 丙)。图乙和图丙所示的过程，分别与四冲程内燃机连续的两个冲程相似，这两个冲程是(） A.吸气冲程和压缩冲程 B.压缩冲程和做功冲程 C.做功冲程和排气冲程 D.压缩冲程和排气冲程 54参考答案 答：(1)水降低的温度为20C:(2)水放出的热量为.2×10J 7.(1)大相同升高温度(2)吸热加快吸热 14.解：由Q=cm41得，该汽车水箱中水的质量： (3)比热容热传递属于(4)大沙子的比热容小导致的 6.72×10J 44.2X10J/(kg·C)x20c=8ke (5)比热容放出热量 8.解：(1)水吸收的热量Q=cm*(t-4)=4.2×10J/(kg·C) 答：略。 ×50kg×(55℃-15C)=8.4×10°J: 15.解：水吸收的热量Q=cm(1一4)=4.2×10J/(kg·C)× 0.3kg×(40C-20C)=2.52×10J: -Q×100%可得，煤完全燃烧放出的热量 (2)由gQ 由题意可知，金属块吸收的热量Q'=Q2=12×2.52× Q.-9s=8.4X10y1=1.68×10, 10J=1.26×10'J, 50% Qs' 1.26×10J 由Q=g得，需要煤的质量 则这种金属的比热容-m-0.kgX(80C一20C可 mw-0=L68X101 9a3.0×10J/kg =0.56kg」 =420J/(kg·C) 答：这种金属的比热容为420J/(kg·℃)。 答：1)水吸收的热量为8.4×10J 16.解：mm=0.5kgmk=2.5kg,由Qa=c△/可知， (2)需要完全燃烧0.56kg的煤 Q=Qw+Qw=0mg△/十ckmk△1， ?能力提升 水和错壶升高温度△一cm十Cem Q 9.解：(1)由图可知，水在20mim内升高的温度y#=60C一0℃■60℃， 水在20min内吸收的热量Q幸■c*m*-4,2×10J/(kg·℃) 5.47×10J 0.88×10J/(kg·C)×0.5kg+4.2×10J/(kg·C)×2.5kg ×2kg×60C=5,04X10J: (2)水温度升高60℃需要20min,物质甲温度升高60℃需婴10mim =50C 所以质量相同的物质甲和水升高相同的温度需要吸收的热量关 水升高到的温度1=1，十△t■60℃十50C=110℃ 在1标准大气压下水的沸点是100C,所以水温将升高到 系为Qe本=2Q甲， 100C. 即在10min内甲物质吸收的热量Qa,=号Qa长=号×5.04× 答：水温将升高到100C 10J=2.52×10J. ?能九提升 17,解：(1)牛奶吸收的热量：Q=c与m,(化+的一4+) 由Q:=ma可知，甲物质的比热容6m=Q:=子52X10 mm△1m2kgX60C =2.1×10J/(kg·C)×0.25kg×(50℃-10C)=2.1× =2.1×10J/(kg·C)。 10J: 答：(1)此水在20min内吸收的热量为5.04×10J: (2)Q=Q。=2.1×10J,即ceme(e-t*)=Qm, (2)甲物质的比热容为2.1×10J/(kg·C)。 则m= Q 12.4热机与社会发展 2.1×10°J =4.2×10J/0kg·C)×(60C-50C)=0.5kg. ?基础过关 1.内能机械能2.气缸汽油机柴油机 答：略 3.化学内内机械 12.3研究物质的比热容（三）】 4.吸气压缩做功排气压缩做功惯性 5.(1)喷油嘴火花塞(2)空气和汽油的混合物空气 ?基础过关 ?课堂巩固 1.大多 6.(1)化学内热传递增大升高 。课堂巩困 (2)大于内机械(3)内内机械 3.(1)相同小cmy沙子(2)比热容cm△1相同 7.A (3)A小于大(4)小快多(5)吸热不是 8.(1)乙打开关闭下油气混合 4.解：(1)水的质量m:=500kg,在一个标准大气压下，水沸腾时的 (2)甲关闭关闭上机械内升高 温度为100C,加热过程中水吸收的热量Q=*ms(t一) (3)丁关闭关闭点火内机械 4.2×10J/(kg·℃)×500kg×(100℃-20C)=1.68×10'J: (4)丙关闭打开上 (2)消耗天然气V=12m, (5)四两12惯性做功 完全燃烧产生的热量 9.(1)做功吸气(2)火花塞喷油喘 Q=V=12m×4.2×10J/m=5.04×10J: (3)油气混合物空气(4)点燃压燃 燃气锅炉烧水时的效率 r8×10%-8×10%≈.3% 10.(1)有用功燃料完全燃烧放出的能量×100% Q (2)35%废气 答：(1)水吸收的热量为L.68×10J:(2)假设天然气完全燃烧，燃 (3)散热和废气带走的热能摩擦 气锅炉烧水时的效率为33.3%， (4)大气噪声微粒二氧化氮 一氧化碳空气 ?课后进阶 (5)减少热机废气中的有害物质控制废气的排放总量 5.B6.比热容大变化明显，易于观繁不变 (6)1.32×10”25% 高效课堂宝典训练物理九年城全册（粤沪版） 11.解：(1)汽车牵引力所做的功 W6m=Fx=2300N×100×10'm=2.3×10J: 由功率公式P-?可得发动机所做的功 (2)10kg汽油完全燃烧放出的热量 W=P1=12kW×5000s=1.2×10W×5×10s=6×10J: Qa=g=4.6×10J/kg×10kg=4.6×10, (3)由放热公式Q=g可得汽油完全燃绕所放出的热量 (3)汽车发动机的效率 Q=gm=4.6×10J/kg×4.2kg=1,932×10J. -W×100%=2.3X10×100%=50%. 4.6×10J 发动机的效率y厂吕×10%=影0×10%1%. 答：略 答：(1)消耗汽油的质量为4.2kg: (2)发动机所做的功为6×10J: ?课后进阶 (3)发动机的效率为31%。 12.D13.C14.C 4.解：(1)12kg汽油完全燃烧放出的热量 15.化学能转化为内能内能转化为机械能做功 Qa=mg=12kg×4.5X10J/kg=5.4X10'J: 16.荣油机压缩增加升高1200600 (2)汽车发动机输出的有用功 17.压缩上机械能转化为内能 W=Q=30%×5.4×10J=1.62×10J: 18.做功力的方向 (3)汽车2h行驶的路程 19.(1)比热容做功(2)29(m×g×29%)/F =w=120km/h×2h=240km=2.4×10m, (3)清洁环保2.3×100.535 (4)高汽油充分燃烧 汽车的牵引力F里：2XI0」-675N, x2.4×10m 20.解：汽车2h内做的有用功 汽车匀速行驶过程中所受的阻力f=F一675N Wam=P1=10kW×2h=7.2×10J, 答：(1)12kg汽油完全燃烧放出的热量为5.4×10J: 4kg汽油完全燃烧放出的热量Q=mq。=4kg×4.6×10】 (2)汽车发动机输出的有用功为1.62×10J: kg=1,84×10J, (3)汽车匀速行驶过程中所受的阻力为675N。 米车的黄率T广告×10%= ×100%≈39.1%， 第十二章《内能与热机》单元复习 答：汽车发动机的效率为39.1% ?知识要点 ?能力提升 内能：分子动能分子势能做功热传递高温低温高温 21.B 低温 微专题（二）热值、比热容、热机效率综合计算 比热容：单位质量1eJ/(kg·C)4.2×10J/(kg·℃) 1千克水温度升高（或降低）1C时，吸收（或放出）的热量是 1.解：(1)水吸收的热量Qa=m(t-4)=4.2×10'J/(kg·℃)× 4.2×10J 1kg×(75C-25C)=2.1×10J: cm(t-t)cm(t-t) (2)液化气完全燃烧放出的热量Q=mq=0.01kg×4,2×10 热量：内能QJ高温低温转移增加 J/kg■4.2×10J: 热值：燃料质量」kgJ/m3gmqV (3)加热装置的效率 热机：内能化学内内机械吸气压缩做功排气 8×10%-18 ×100%=50% 4.2×10J 压箱做功两两一完全燃烧)W二×10⅓ 答：(1)水吸收的热量为2.1×10J:(2)燃烧液化气放出的热量 充分燃烧损失废气 为4.2×10J:(3)加热装置的效率为50% V重难易错精练 2.解：(1)水吸收的热量Qa=m(1-4)=4.2×102J/(kg·℃)× 1.B2.A3.A 2kg×(100℃-25℃)=6.3×10J: 4.(1)温度(2)内能(3)热量(4)温度(5)热量 ×100%得，燃气需放出热量 (2)由Q 5.D6.热值大不变一样大 7.C8.不变2.1×109.A10.C Q.=9-6.3X101-2.52×101, 11.做功相同1800热传递 25% 12.解：(1)已知P=1.5×10W,=10m/s,航母正常航行时发动 由Q。=g得，需要燃气的质量 m'=Q4=2.52×101 凯李引力F=-P=15X10W-1.5X10N =0.056kg 10m/爷 g4.5×10Jkg (2)已知F,=2.4×10N.×=105m,飞机发动机推力做的功 答：水需要吸收6,3×10J热量：加热这些水需要燃气0.056kg W=F。s=2.4×10N×105m=2.52×10J: 3.解：1)61=6×10'm,由密度公式p=晋变形可得消耗汽油 (3)已知Fa=1.0×10N,a=1000km=10m 的质量m=pV=0.7×10kg/m×6×10-3m=4.2kg: 飞行1000km飞机所做的有用功W有=Fes运=1.0×10N× 10m=1.0×10"J, (2)由速度公式。=产变形可得汽车行驶100km用时 飞行1000km航空煤油要放出的热量 1---×30-0 Q-W-.0X10-2.5×10". 40% 8