第二章 改变世界的热机 课件-2024-2025学年物理教科版九年级上册

第二章 改变世界的热机 24888 1 1．热机 通过燃料燃烧获取内能并转化为___________的装置叫做热机。______________、轮机、喷气发动机、火箭发动机等都属于热机。 2．内燃机 (1)热机工作时，燃料在____________内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功，这种热机叫________________________。 机械能 内燃机 汽缸 活塞式内燃机 知识梳理 24888 2 (2)内燃机的每个工作循环分为四个冲程：________冲程、________冲程、________冲程和___________冲程。每个工作循环中活塞往复运动________次，曲轴转动___________周，对外做功________次。________冲程中内能转化为机械能，__________冲程中机械能转化为内能。 (3)常见的活塞式内燃机有_____________和____________。 吸气 压缩 做功 排气 二 二 一 做功 压缩 汽油机 柴油机 24888 3 (4)汽油机与柴油机的不同点： ①构造：汽油机顶部有一个________________，柴油机顶部有一个_______________。 ②吸气冲程：汽油机吸入______________________，柴油机吸入_______________。 ③点火方式：汽油机为_________，柴油机为______________。 ④效率：________________机能把吸入气体的体积压缩得更小，气体的压强更大，温度更高，对外做功更多，效率更高。 火花塞 喷油嘴 汽油和空气混合物 空气 点燃式 压燃式 柴油 24888 4 3．热机效率 (1)定义：热机所做___________与所用燃料______________释放的热量之比。计算公式：η＝__________×100%。热机的效率总小于_____。 (2)提高热机效率的方法：①使燃料_______________；②尽量减小各种热损失；③机件间保持良好的润滑、减小摩擦。 (3)热机的使用对环境造成的污染，主要是_________污染和__________污染。 有用功 完全燃烧 1 充分燃烧 大气 噪声 24888 5 考点1　热机、内燃机 1．关于内能及其利用，下列说法正确的是( ) A．热值高的燃料，燃烧放出的热量多 B．“炙手可热”是通过热传递改变物体内能的 C．比热容跟物体吸收或放出的热量有关 D．热机的做功冲程将机械能转化为内能 B 考点突破 24888 6 2．下列说法中错误的是( ) A．常用温度计是根据液体热胀冷缩的性质制成的 B．花香四溢，是因为分子在不停地运动 C．热传递时，内能从温度高的物体转移到温度低的物体 D．内燃机都要靠火花塞点火来使燃料猛烈燃烧 D 24888 7 3．下列说法正确的是( ) A．内燃机是利用电能做功的机械 B．内燃机在做功冲程把内能转化为机械能 C．内燃机在压缩冲程把内能转化为机械能 D．随着技术的进步，内燃机的效率能达到100% B 24888 8 4．汽车已成为现代生活中不可缺少的一部分。汽油机的四个冲程中，使汽车获得动力的是( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 5．在汽油机压缩冲程中，汽缸内气体的( ) A．温度降低 B．密度变小 C．热量增多 D．内能增加 C D 24888 9 6．如图所示是内燃机的一个冲程，该冲程是( ) A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 C 24888 10 7．关于汽油机和柴油机，下列说法错误的是( ) A．汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机的汽缸顶部是喷油嘴 B．在吸气冲程中，汽油机吸入的是汽油和空气的混合气体，而柴油机吸入的是空气 C．汽油机效率比柴油机效率低，是因为汽油的热值比柴油的热值小 D．汽油机是点燃式，而柴油机是压燃式 C 24888 11 8．某四冲程汽油机的转速是1500 r/min，那么1 min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次 C．3000个，750次 D．750个，3000次 9．(多选)某校九年级的学生参观了学校锅炉房后，提出了以下几种提高炉子效率的建议，其中可以采纳的是( ) A．用鼓风机向炉膛内吹风，把煤粒吹起来燃烧 B．把煤磨成粉，用空气吹进炉膛 C．向炉内多加些煤，加大火力 D．用各种办法增大受热面积 C ABD 24888 12 10．如图所示，用打气筒向装有少量水的瓶里打气，当瓶塞从瓶口跳出时，看到瓶中出现了白雾。在“瓶塞跳出，出现白雾”这个过程中，其能量转化是______________________，这个现象说明改变物体内能可以通过__________的方式来完成。 内能转化为机械能 做功 24888 13 11．如图所示是某单缸四冲程汽油机的_____________冲程的示意图，该冲程汽缸中发生的能量转化是__________能转化为___________能。汽油机是汽车的“心脏”，汽缸外面有“水套”，汽车行驶时水的温度升高，内能增大，这是通过___________改变水的内能。 做功 机械 内 热传递 24888 14 12．一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1800 r/min，该汽油机每秒钟内完成________个冲程，对外做功__________次。 60 15 13．如图描述的是单缸四冲程汽油机的________冲程；如果该汽油机飞轮转速为2400 r/min，则该汽油机1 s内完成____________个冲程。 压缩 80 24888 15 考点2　热量、热效率的综合计算 14．一杯质量为150 g、初温为20 ℃的水，吸热后温度升高到30 ℃，所吸收的热量为________________J；所需热量如果由效率为70%的天然气灶来提供，则需消耗天然气_____________dm3。(天然气热值为4.0×107 J/m3) 6.3×103 0.225 24888 16 15．在探究水的沸腾实验中，用酒精灯对水进行加热，实验中完全燃烧了5.6 g酒精，则放出了_________________J的热量；若这些热量的30%被150 g、25 ℃的水吸收，则水升高的温度是________℃。[已知水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，酒精的热值为3.0×107 J/kg，环境为1标准大气压] 1.68×105 75 24888 17 16．汽车汽油机是由四个冲程的不断循环来保证连续工作的，其中由机械能转化为内能的是__________冲程，已知汽油的热值为4.6×107 J/kg，2 kg汽油完全燃烧时释放的热量为_____________J。已知汽车防冻液比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，防冻液从90 ℃冷却到20 ℃的过程中，放出的热量为2.94×106 J，则汽车防冻液的质量为_________kg。 压缩 9.2×107 10 24888 18 17．为了减少煤炭燃烧对环境的污染，达州市委要求推广使用天然气，天然气燃烧时，将______________能转化为内能，小王将质量为5 kg、温度为20 ℃的水烧开(在一个标准大气压下)，水吸收了_________________J的热量；若他家每天需要3壶同样的开水，至少需要燃烧______________m3的天然气。[c水＝4.2×103 J/(kg·℃)，q天然气＝1.68×107 J/m3] 化学 1.68×106 0.3 24888 19 18．《新华每日电讯》发表文章《可上九天揽月，可下五洋采“冰”》对“我国于5月18日宣布，南海天然气水合物——可燃冰，试采成功”进行专题报道。此次试采实现连续稳定产气187小时，我国可燃冰开采技术实现由“跟跑”到“领跑”，对我国能源安全及经济发展具有重大意义。1 m3可燃冰分解后可释放出约0.8 m3水和164 m3天然气，假设天然气的热值为4×107 J/m3，试计算1 m3可燃冰完全燃烧释放出的热量为_________________J，相对于煤和石油，可燃冰具有______________等优点。(填一个优点即可) 6.56×109 清洁无污染 24888 20 19．如图所示是某太阳能热水器，水容量为100 L，该热水器在冬季有效日照时段里，平均每平方米的面积上每小时接收的太阳能约为2.8×106 J，若该热水器接收太阳能的有效面积为1.5 m2，每天日照时间按8 h计算，若这些太阳能能使装满水的热水器中的水温从20 ℃升高到60 ℃[水的比热容为4.2×103 J/(kg·℃)，水的密度为1.0×103 kg/m3]，求： (1)热水器中水的质量。 (2)一天内热水器中的水吸收的热量。 (3)热水器在冬季的效率。 24888 21 24888 22 20．某单缸汽油发动机汽缸的活塞面积是100 cm2，做功冲程中活塞移动的距离是50 cm，气体的平均压强是5×105 Pa。求： (1)气体一次膨胀对活塞做的功是多少？ (2)若汽油机的飞轮的转速是1200 r/min，则汽油机所做有用功的功率是多少kW? (3)汽油的热值是4.6×107 J/kg，每次做功耗油0.2 g，则汽油机的效率是多大？(汽油完全燃烧，结果保留1位小数) 24888 23 24888 24 21．汽车的发动机工作时，吸入汽缸的汽油和空气的比例，决定了汽车的动力性能和经济性能。某汽车四冲程汽油发动机的汽缸总排量为2 L(发动机每个工作循环吸入或排出的流体体积称为汽缸排量)，发动机工作时，吸入汽缸的是由汽油和空气所形成的混合物，混合物的密度ρ＝1.44 kg/m3，汽油和空气的质量比为1∶15，汽油的热值q＝4.5×107 J/kg。如果发动机曲轴在1 min转动3×103 r，发动机的效率为40%，那么，在这种情况下： (1)汽车在1 min内做的有用功是多少？ (2)汽车在平直的公路上匀速行驶时受到的阻力为f＝3×103 N，汽车行驶的速度是多少？ 24888 25 24888 26 eq \f(W有用,Q) 解：(1)热水器中水的体积V＝100 L＝100 dm3＝0.1 m3，由ρ＝eq \f(m,V)得，水的质量m＝ρV＝1.0×103 kg/m3×0.1 m3＝100 kg　(2)一天内热水器中的水吸收的热量Q吸＝cmΔt＝4.2×103 J/(kg·℃)×100 kg×(60 ℃－20 ℃)＝1.68×107 J　(3)一天内热水器接收太阳能的能量E＝2.8×106 J/(m2·h)×1.5 m2×8 h＝3.36×107 J，热水器在冬季的效率η＝eq \f(Q吸,E)＝eq \f(1.68×107 J,3.36×107 J)＝50%。 解：(1)气体对活塞的平均压力F＝pS＝5×105 Pa×100×10－4 m2＝5000 N，一个做功冲程中气体对活塞做的功W＝Fs＝5000 N×0.5 m＝2500 J　(2)飞轮每转两圈对外做功一次，所以1 min转动1200圈，要做功600次，则汽油机所做有用功的功率P＝eq \f(W总,t)＝eq \f(2500 J×600,60 s)＝25000 W＝25 kW　(3)该汽油机每次做功耗油产生的热量Q＝mq＝0.2×10－3 kg×4.6×107 J/kg＝9200 J，效率η＝eq \f(W,Q)×100%＝eq \f(2500 J,9200 J)×100%≈27.2%。 解：(1)每次吸入汽缸的汽油质量m0＝eq \f(1,16)ρV＝eq \f(1,16)×1.44 kg/m3×2×10－3 m3＝1.8×10－4 kg，1 min燃烧汽油的质量m＝eq \f(3000,2)m0＝0.27 kg，汽油完全燃烧放出的热量Q＝mq＝0.27 kg×4.5×107 J/kg＝1.215×107 J，有用功W＝ηQ＝40%×1.215×107 J＝4.86×106 J　(2)汽车的输出功率为P＝eq \f(W,t)＝eq \f(4.86×106 J,60 s)＝8.1×104 W，汽车匀速行驶，牵引力为F＝f＝3×103 N，汽车的速度为v＝eq \f(P,F)＝eq \f(8.1×104 W,3×103 N)＝27 m/s。 $$