3.5 物体的内能（第3课时）（导学案）-【上好课】九年级科学上册同步高效课堂（浙教版）

3.5 物体的内能（第3课时）（导学案） 【学习目标】 1. 了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理； 2. 知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况； 3. 知道什么是燃料的热值和单位。 【学习重点】四冲程汽油机工作原理；燃料的热值 【学习难点】燃料的热值 【自主学习】 1. 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 示意图 气门开关情况 活塞运动方向 作用 能量转化 一个工作循环中有 个冲程，活塞往复运动 次，曲轴和飞轮转动 周，对外做功 次。汽油机在工作时只有 冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成。 2. 叫做这种燃料的热值，用符号 表示。单位：固体或液体燃料的热值单位是 ,气体燃料的热值单位是 。热量计算公式： 【课堂探究】 一、热机 热机有多种类型。蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机等都属于热机。尽管不同种类的热机有不同的结构，但热机有个共同特点：通过做功把内能转化为机械能。 故我们将通过做功把内能转化为机械能的机器叫做热机。 热机的能量转化过程 汽车是我们最熟悉的交通工具之一。在汽车上用的动力装置绝大多数属于内燃机。 内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机；以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。 汽油机所用的燃料是汽油，如图是汽油机结构示意图。工作原理是：汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。 活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。那么汽油机有几个冲程呢？ 如图是汽油机的工作示意图，大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。在一辆汽车的发动机中有多只汽缸，如四只、六只或八只汽缸，每一只汽缸都循环往复地重复“四个冲程”。 吸气冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 压缩冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 做功冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 能量转化： 。 排气冲程 气门开关：进气门 ，排气门 ； 活塞运动方向： ； 作用： 。 能量转化： 。 几个数字 ①一个工作循环中有 个冲程； ②活塞往复运动 次； ③曲轴和飞轮转动 周； ④对外做功 次； ⑤汽油机在工作时只有 冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的 来完成。 思考与讨论 在汽油机的工作过程中，哪个冲程使汽车获得动力？在哪个冲程中汽车排出了尾气？ 课外拓展：汽油机和柴油机的区别 ‌柴油机和汽油机的主要区别在于点火方式、燃油种类、燃烧模式、混合气形成方式、负荷调节控制要素和压缩比等方面。‌ ‌ 点火方式‌：汽油机‌使用火花塞高压放电，形成电火花后点燃引燃气缸中的可燃混合气体，这种方式称为点燃式‌。‌柴油机‌依靠压缩空气使温度升高，达到柴油的着火点，然后喷油嘴喷出雾状的柴油进行燃烧，这种方式称为压燃式‌。燃油种类‌：‌汽油机‌使用汽油作为燃料‌。柴油机‌使用柴油作为燃料‌。混合气形成方式‌：汽油机‌在点火前预制混合气‌（吸气冲程吸入汽油和空气的混合物）。柴油机‌的吸气冲程吸入空气，在压缩冲程末喷油嘴将燃油以雾状喷入气缸内的高温空气中，与空气雾化混合形成浓度分层的混合气‌。压缩比‌：柴油机‌的压缩比一般比汽油机要大，典型柴油机的压缩比为20:1，而典型汽油机的压缩比为8:1。因此，柴油机的膨胀比和热效率较高，油耗比汽油机要低‌。应用范围‌：汽油机‌多用于小型机器，如摩托车、小汽车、飞机及轻巧的机械‌。柴油机‌多用于大型机器，如载重汽车、火车、轮船、拖拉机等‌。 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，就是热机的效率。；汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达45%。提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 为什么热机的效率达不到100%呢？ 思考与讨论 怎样提高热机的效率呢？ 热机的广泛使用，极大地改变了人类的生活和工作方式。但是，热机在使用过程中都要排出废气，这些废气中含有、、、CO等对人类有害的气体，严重污染了空气，影响着人类和动植物的生存。减少热机中有害物质的排放量，已成为人类保护环境的重要举措。 二、燃料的热值 我们知道热机的效率不高其中一个原因就是燃料无法完全燃烧，我们平时使用的燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。 燃料燃烧是物质剧烈氧化的过程。从能量转化的角度来看，燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。 我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 热值符号是q，单位为J/kg或J/ 热值反映了一定质量的不同燃料完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小。 注意要点 ①“１千克”指出热值是对一定质量的燃料而言的，如果不是１千克，那么燃料完全燃烧时放出的热量与热值在数值上不相等。 ②某种燃料，故该物质一定是具有可燃性的，我们不能说一个不可燃的物体具有热值。 ③完全燃烧，要求可燃物一定是在氧气充足的情况下完全燃烧的，如碳燃烧生成一氧化碳，这属于不完全燃烧。 燃料完全燃烧释放热量的计算 ①固体或液体燃料：， q为燃料的热值，m为燃料的质量。q的单位为焦/千克，m的单位为千克，Q的单位为焦。 ②气体燃料：， q为燃料的热值，V 是燃料的体积，q的单位为J/，V 的单位为，Q 的单位为焦。 燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。例如，用天然气烧水时，天然气燃烧放出的热量只有一部分传递给水，另一部分传递给盛水容器、炉子以及散失到空气中。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。 【自我测评】 例1. 小柯启动点火装置（如图所示）引燃注射器管内的酒精，活塞立即飞出去。实验中“点火，活塞飞出去的过程”是模拟下列冲程中的（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 例2. 2023年1月1日起，国内全面推行国六B汽油，相比国六A汽油，国六B汽油烯烃(碳氢元素组成的化合物)含量降低约3%，因此汽车发动机工作时，能有效减少尾气中污染物的排放。如图，是使用了国六B汽油的汽车发动机某冲中程的示意图则（ ） A.该冲程为做功冲程 B.该冲程中能量转化是机械能转化为内能 C.国六B汽油可以在该发动机中完全燃烧 D.国六B汽油的使用，可以让发动机的热效率达到100% 例3. 2024年3月20日，我国用长征八号遥三运载火箭成功发射鹊桥二号中继星，开启探月新征程!长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于该燃料（ ） A.密度大 B.内能大 C.热值大 D.比热容大 例4.小宁在妈妈的指导下练习炒菜时，用天然气将质量为0.04kg的菜油加热，若使用的天然气体积为且天然气完全燃烧释放出的热量有50%被菜油吸收。[取，天然气的热值为] （1）天然气完全燃烧放出的热量为 J； （2）菜油升高的温度为 ℃。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.5 物体的内能（第3课时）（导学案） 【学习目标】 1. 了解四冲程内燃机的基本构造和工作原理； 2. 知道四冲程内燃机的工作过程和能量转化情况； 3. 知道什么是燃料的热值和单位。 【学习重点】四冲程汽油机工作原理；燃料的热值 【学习难点】燃料的热值 【自主学习】 1. 冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 示意图 气门开关情况 进气门打开，排气门关闭 进气门排气门都关闭 进气门排气门均关闭 进气门关闭，排气门打开 活塞运动方向 活塞向下运动 活塞向上运动 活塞向下运动 活塞向上运动 作用 吸入汽油和空气的混合物 压缩汽油和空气的混合物 在压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，产生的高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 把废气排出汽缸 能量转化 无 机械能转化为内能 内能转化为机械能 无 一个工作循环中有四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次。汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 2.１千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值，用符号q表示。单位：固体或液体燃料的热值单位是焦/千克,气体燃料的热值单位是焦/米３。热量计算公式：Q=mq 【课堂探究】 一、热机 热机有多种类型。蒸汽机、内燃机、燃气轮机、喷气发动机等都属于热机。尽管不同种类的热机有不同的结构，但热机有个共同特点：通过做功把内能转化为机械能。 故我们将通过做功把内能转化为机械能的机器叫做热机。 热机的能量转化过程 汽车是我们最熟悉的交通工具之一。在汽车上用的动力装置绝大多数属于内燃机。 内燃机就是燃料在机器气缸内燃烧的热机。以汽油为燃料的内燃机叫做汽油机；以柴油为燃料的内燃机叫做柴油机。 汽油机所用的燃料是汽油，如图是汽油机结构示意图。工作原理是：汽油在汽油机的汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，把内能转化为机械能。活塞在汽缸内往复运动，通过连杆带动曲轴转动。 活塞从汽缸的一端运动到汽缸的另一端的过程，叫做一个冲程。那么汽油机有几个冲程呢？ 如图是汽油机的工作示意图，大多数的汽油机都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的循环往复来保证机器正常工作。在一辆汽车的发动机中有多只汽缸，如四只、六只或八只汽缸，每一只汽缸都循环往复地重复“四个冲程”。 吸气冲程 气门开关：进气门 打开 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从上向下运动 ； 作用： 汽油和空气的混合物被吸入汽缸 。 能量转化： 无 。 压缩冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从下向上运动 ； 作用： 压缩汽油和空气的混合物 。 能量转化： 机械能转化为内能 。 做功冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 关闭 ； 活塞运动方向： 从上向下运动 ； 作用： 在压缩冲程末，火花塞产生电火花点燃燃料，产生的高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功 ； 能量转化： 内能转化为机械能 。 排气冲程 气门开关：进气门 关闭 ，排气门 打开 ； 活塞运动方向： 从下向上运动 ； 作用： 把废气排出汽缸 。 能量转化： 无 。 几个数字 ①一个工作循环中有四个冲程； ②活塞往复运动两次； ③曲轴和飞轮转动两周； ④对外做功一次； ⑤汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 思考与讨论 在汽油机的工作过程中，哪个冲程使汽车获得动力？在哪个冲程中汽车排出了尾气？ 做功冲程使汽车获得动力，排气冲程排出了尾气。 课外拓展：汽油机和柴油机的区别 ‌柴油机和汽油机的主要区别在于点火方式、燃油种类、燃烧模式、混合气形成方式、负荷调节控制要素和压缩比等方面。‌ ‌ 点火方式‌：汽油机‌使用火花塞高压放电，形成电火花后点燃引燃气缸中的可燃混合气体，这种方式称为点燃式‌。‌柴油机‌依靠压缩空气使温度升高，达到柴油的着火点，然后喷油嘴喷出雾状的柴油进行燃烧，这种方式称为压燃式‌。燃油种类‌：‌汽油机‌使用汽油作为燃料‌。柴油机‌使用柴油作为燃料‌。混合气形成方式‌：汽油机‌在点火前预制混合气‌（吸气冲程吸入汽油和空气的混合物）。柴油机‌的吸气冲程吸入空气，在压缩冲程末喷油嘴将燃油以雾状喷入气缸内的高温空气中，与空气雾化混合形成浓度分层的混合气‌。压缩比‌：柴油机‌的压缩比一般比汽油机要大，典型柴油机的压缩比为20:1，而典型汽油机的压缩比为8:1。因此，柴油机的膨胀比和热效率较高，油耗比汽油机要低‌。应用范围‌：汽油机‌多用于小型机器，如摩托车、小汽车、飞机及轻巧的机械‌。柴油机‌多用于大型机器，如载重汽车、火车、轮船、拖拉机等‌。 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，就是热机的效率。；汽油机的效率一般为20%~30%，柴油机的效率可达45%。提高热机效率，减少能源消耗，是人类不懈的追求。 为什么热机的效率达不到100%呢？ 思考与讨论 怎样提高热机的效率呢？ 使燃料充分燃烧，如煤磨成粉末壮吹进炉膛燃烧； 尽量减少各种热量损失； 在热机的设计和制造上采用先进的技术； 注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量等。 热机的广泛使用，极大地改变了人类的生活和工作方式。但是，热机在使用过程中都要排出废气，这些废气中含有、、、CO等对人类有害的气体，严重污染了空气，影响着人类和动植物的生存。减少热机中有害物质的排放量，已成为人类保护环境的重要举措。 二、燃料的热值 我们知道热机的效率不高其中一个原因就是燃料无法完全燃烧，我们平时使用的燃料种类很多，木柴、煤、石油、天然气、沼气等都是燃料。燃料燃烧时，能够放出热量。灶具、汽车、轮船、火力发电厂和各种火箭等，都是利用燃料燃烧所产生的热量工作的。 燃料燃烧是物质剧烈氧化的过程。从能量转化的角度来看，燃料燃烧释放热量的过程，就是将贮存在燃料中的化学能转化为内能的过程。由于燃料的成分不同，相同质量的不同燃料燃烧时放出的热量也不相同。 我们把1千克某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 热值符号是q，单位为J/kg或J/ 热值反映了一定质量的不同燃料完全燃烧过程中，化学能转化为内能的本领大小。 注意要点 ①“１千克”指出热值是对一定质量的燃料而言的，如果不是１千克，那么燃料完全燃烧时放出的热量与热值在数值上不相等。 ②某种燃料，故该物质一定是具有可燃性的，我们不能说一个不可燃的物体具有热值。 ③完全燃烧，要求可燃物一定是在氧气充足的情况下完全燃烧的，如碳燃烧生成一氧化碳，这属于不完全燃烧。 燃料完全燃烧释放热量的计算 ①固体或液体燃料：， q为燃料的热值，m为燃料的质量。q的单位为焦/千克，m的单位为千克，Q的单位为焦。 ②气体燃料：， q为燃料的热值，V 是燃料的体积，q的单位为J/，V 的单位为，Q 的单位为焦。 燃料很难完全燃烧，燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。例如，用天然气烧水时，天然气燃烧放出的热量只有一部分传递给水，另一部分传递给盛水容器、炉子以及散失到空气中。因此，改善燃烧条件，使燃料尽可能完全燃烧，同时应尽可能减少各种热损失，既可以节约燃料、提高效率，又可以减少污染、保护环境。 【自我测评】 例1. 小柯启动点火装置（如图所示）引燃注射器管内的酒精，活塞立即飞出去。实验中“点火，活塞飞出去的过程”是模拟下列冲程中的（ ） A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 【答案】C 【解析】引燃注射器管内的酒精，活塞立即飞出去，此时气体的内能转化塞子的机械能。 AD.吸气冲程和排气冲程中没有能量的转化，故AD不符合题意; B.压缩冲程中机械能转化为内能，故B不符合题意; C.做功冲程中高温高压的燃气对活塞做功，气体的内能转化为活塞的机械能，故C符合题意。 故选 C。 例2. 2023年1月1日起，国内全面推行国六B汽油，相比国六A汽油，国六B汽油烯烃(碳氢元素组成的化合物)含量降低约3%，因此汽车发动机工作时，能有效减少尾气中污染物的排放。如图，是使用了国六B汽油的汽车发动机某冲中程的示意图则（ ） A.该冲程为做功冲程 B.该冲程中能量转化是机械能转化为内能 C.国六B汽油可以在该发动机中完全燃烧 D.国六B汽油的使用，可以让发动机的热效率达到100% 【答案】A 【解析】AB.如图，两个气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，为做功冲程，此冲程中内能转化为机械能，故A符合题意，B不符合题意; C.气缸内没有足够的氧气，燃烧时间短，国六B汽油不可能在该发动机中完全燃烧，尾气中有“汽油味”，这说明汽油在汽缸中没有完全燃烧，故C不符合题意; D.汽车在工作时不可避免的有能量损失，而且要克服机械部件间的摩擦做额外功，国六B汽油的使用，也不能让发动机的热效率达到100%，故D不符合题意。 故选A。 例3. 2024年3月20日，我国用长征八号遥三运载火箭成功发射鹊桥二号中继星，开启探月新征程!长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于该燃料（ ） A.密度大 B.内能大 C.热值大 D.比热容大 【答案】C 【解析】长征系列火箭使用液态氢作燃料，主要是由于该燃料的热值大，燃烧相同质量的液态氢和其他燃料，液态氢能放出更多的热量，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 例4.小宁在妈妈的指导下练习炒菜时，用天然气将质量为0.04kg的菜油加热，若使用的天然气体积为且天然气完全燃烧释放出的热量有50%被菜油吸收。[取，天然气的热值为] （1）天然气完全燃烧放出的热量为 J； （2）菜油升高的温度为 ℃。 【答案】（1）8000（2）50 【解析】（1）天然气完全燃烧放出的热量为； （2）菜油吸收的热量为； 由知道，菜油升高的温度为。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$