12.4　热机与社会发展 课件-2025-2026学年沪粤版物理九年级上册

12.4 热机与社会发展 热机包括蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机、火箭发动机等,可以将燃料的_能通过燃烧转化为_能,然后通过做功,把_能转化为_能。 化学 内 内 机械 随着科技的发展,机械走进人们的生活,为人们的生产生活带来了方便。下列常用机械中属于热机的是 ( )A. 汽油发动机 B. 洗衣机 C. 自行车 D. 滑轮组 A [方法指导]将内能转化为机械能来工作的机器叫热机。 热机在工作过程时,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 B 汽油机四冲程的特点 冲程名称 进气门 排气门 活塞运动方向 作用 能量的转化 吸气冲程 开 关 向下 吸入汽油和空气 无 压缩冲程 关 关 向上 压缩气体提高温度 机械能转 化为内能 做功冲程 关 关 向下 高温气体膨胀推动活塞做功 内能转化 为机械能 排气冲程 关 开 向上 排出废气 无 一个工作循环里,活塞往返两次,曲轴转动_周,对外做功1次。做功冲程是燃气对外做功,其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成。 [拓宽延伸]汽油机和柴油机在构造上的主要区别: 柴油机气缸顶部有_;汽油机气缸顶部有_。 汽油机和柴油机在吸气冲程中的区别: 汽油机吸入气缸里的是_;柴油机吸入气缸里的是_。 两 喷油嘴 火花塞 汽油和空气的混合物 空气 如图所示是汽油机工作时某个冲程的示意图。下列说法中正确的是 ( )A. 该冲程是汽油机的吸气冲程 B. 该冲程中气缸内气体被压缩 C. 该冲程中机械能转化为内能D. 该冲程的运转靠做功来完成 D 如图所示,甲是_机的_冲程,乙是_机的_冲程。 柴油 压缩 汽油 做功 如图所示的汽油机处于_(选填“压缩”或“做功”)冲程,在该冲程中气缸内气体的内能_(选填“增大”或“减小”)。某单缸四冲程汽油机的飞轮转动速度是2 400 r/min,则此汽油机每秒对外做功_次。 压缩 增大 20 如图所示,工作中的四冲程汽油机正处于_冲程,该冲程将_转化为机械能,若该汽油机飞轮转速是3 000 r/min,则每秒它对外做功_次。 做功 内能 25 1. 热机对环境的污染为_污染和_污染。减少热机排放的有害物质,控制废气的排放总量,是热机发展与环境保护的重要举措。 2. 热机用来做_与燃料完全燃烧释放的_之比叫做热机效率, = 100%。 噪声 大气 有用功的能量 能量 如图所示是汽油机的能量流向图,根据图中给出的信息,该内燃机的效率为_。若工作效率按此计算,当汽油完全燃烧放出的热量为2.3 107 J时,汽车获得的机械能是_J。随着科技的发展,热机效率_(选填“能”或“不能”)达到100%。 30% 6.9 106 不能 解:(1)汽车行驶的路程s=vt=100 km/h 1 h=100 km=105 m 小红一家周末去旅游,爸爸开着汽车在水平高速公路上以100 km/h的速度匀速行驶了1 h,耗油量为10 kg,若汽车匀速行驶时所受的牵引力为2 300 N,已知汽油的热值为4.6 107 J/kg。求:(1)汽车行驶1 h牵引力所做的功。 汽车行驶1小时牵引力做的功W=Fs=2 300 N 105 m=2.3 108 J (2)完全燃烧10 kg汽油所放出的热量。 解:(2)完全燃烧10 kg汽油放出的热量Q放=qm=4.6 107 J/kg 10 kg=4.6 108 J (3)汽车发动机的效率。 解:(3)汽车发动机的效率 = 100% = 100% = 100% =50% 答:略 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. 热机的使用缓解了城市的热岛效应C. 提高热机的效率有利于节能减排保护环境D. 为了改善环境,应禁止使用热机 C 下列说法中正确的是 ( )A. 改进热机性能,可以有效利用资源,减少排 放污染B. 汽车排出的尾气越浓,汽油机的效率越高C. 我们要利用热机来改善人类工作条件和生活 方式,一点点污染不算啥D. 热机的使用对环境没有任何影响 A 1. 近年来我国重大装备层出不穷,国人倍感自豪。下列装备的动力装置不是热机的是 ( ) A. 新能源电动汽车 B. 东风号远洋轮船 C. 国产大飞机C919 D. 长征五号运载火箭 A 2. 如图所示是汽油机一个工作循环中的四个冲程,属于压缩冲程的是 ( ) C 3. 如图所示,加热使试管中水沸腾,软木塞被冲出。该实验的原理与内燃机的_冲程相似;某台单缸四冲程柴油机飞轮的转速为1 800 r/min,在1 s内柴油机完成_个冲程。通常汽油机的效率比柴油机的效率_(选填“高”或“低”)。 做功 60 低 4. 下列关于热机和环境保护的说法,正确的是 ( ) A. 热机的大量使用会造成环境污染 B. 所有的热机都用汽油作燃料C. 汽车排放的尾气成分都是有毒的D. 热机所产生的噪声可以被热机上的消声器完全消除 A 5.【航空航天】近年来,我国航天技术发展迅速,现已处于世界领先水平。 (1)火箭加速升空时,燃料燃烧产生的_能转化为 火箭的机械能,此过程中能量转化与汽油机的_冲程相同。 (2)液态氢由于热值高而被选作火箭燃料。若完全燃烧400 g氢燃料共放出5.6 107 J热量,则该氢燃料的热值为_J/kg;若想办法把燃料放出的热量全部用来做有用功,热机的效率将_(选填“提高”或“降低”)。 内 做功 1.4 108 提高 6. 运 20是我国自主研发的大型远程战略军用运输机,大幅提升了空军战略投送能力。若运 20在某次高空飞行中以恒定的1.6 106 N的推力沿水平方向匀速航行10 km,消耗航空煤油800 kg,已知航空煤油的热值为4 107 J/kg,求:(1)800 kg航空煤油完全燃烧放出的热量。 解:(1)根据公式Q放=qm可知,煤油完全燃烧放出的热量 Q放=qm=4 107 J/kg 800 kg=3.2 1010 J (2)在这次航行中,发动机的效率。 解:(2)根据公式W=Fs可知,飞机发动机做的功 W=Fs=1.6 106 N 10 103 m=1.6 1010 J, 飞机发动机的效率 = 100%= 100%=50%。 答:略 跨学科实践 燃油汽车与电动汽车的对比研究 燃油汽车和电动汽车是现代交通的两种主要形式,燃油汽车通过热机燃烧汽油或柴油,为汽车提供动力;电动汽车通过电池供电,驱动电机工作,提供动力。它们在工作原理和能量转化方面存在显著差异,兴趣班的同学们从效率、能量利用、对生态环境的影响等维度进行分析、对比两种汽车的优缺点,为绿色出行提供科学依据。 【项目分解】 一、燃油汽车和电动汽车的原理分析二、能量转化效率对比及环境影响评估 【项目实施】一、燃油汽车和电动汽车的原理分析 1. 汽油机工作时,将燃料的_能通过燃烧转化为_能,最终转化为机械能。这个过程中,_(选填“压缩”“做功”“排气”或“吸气”)冲程将内能转化为机械能。 化学 内 做功 2. 下列说法中,正确的是_。 A. 汽油机的压缩冲程,主要是用热传递的方法增加了 气缸内气体的内能B. 汽车发动机用水做冷却剂,主要是利用水密度大的 特点C. 电动车的核心部件电动机属于热机的一种D. 电动汽车通过电池供电,驱动电机工作提供动力, 把电能转化为机械能 D 3. 某四冲程汽油机的飞轮转速为3 000 r/min,则该汽油机每秒完成_个工作循环,每秒对外做功_次。 25 25 二、能量转化效率对比及环境影响评估 4. 燃油汽车排放的尾气中含有CO2等温室气体,而电动汽车在使用阶段实现“零排放”。但电动汽车的电力可能来自燃煤发电。 (1)从能量转化角度分析,燃油汽车直接通过_将化学能转化为机械能;电动汽车通过_将电能转化为机械能。 (2)若某地区发电效率为40%,输电效率为90%,则电能的综合利用效率为_。 热机 电动机 36% 5. 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分,兴趣班A小组对汽车开展调查研究。 (1)图甲是汽车的刹车结构示意图,根据图片分析,这是_(选填“省力”“费力”或“等臂”)杠杆;某段道路的标志牌如图乙所示,为什么同样的道路上,对不同车型设定不一样的最高行驶速度?_ _ _ _ 。 省力 在相同的道路上, 不同车型的机动车质量不同,速度相同时,质量大的动能大,制动距离大,质量小的动能小,制动距离小,当制动距离相同时,不同车型限速就不同 (2)汽车在行驶过程中遇到危急情况要紧急刹车,从发现情况到汽车停止的距离叫做停车距离,停车距离等于反应距离加上制动距离。下列行为不会使停车距离变长的是_。 A. 疲劳驾驶 B. 酒后驾驶 C. 接听电话 D. 开车前系好安全带 D (3)假设某款纯电动汽车在平直公路上匀速行驶时,每百公里耗电35 kW h(kW h是电能的单位,1 kW h=3.6 106 J),若电能转化为机械能的效率为85%,则汽车匀速行驶时受到的阻力为_N。若质量和外形完全相同的燃油汽车,它的能量转化率为35%,以相同速度在同一路面上匀速行驶,每行驶百公里需要消耗的燃油为_kg(汽油的热值q=4.6 107 J/kg,结果保留1位小数)。 1 071 6.7 【项目拓展】 6. 阅读短文,回答问题。 混合动力汽车 随着汽车科技的不断进步,混合动力汽车逐渐受到人们的青睐。插电式混合动力是当前比较流行的新能源汽车动力模式,它是介于纯电动汽车和燃油汽车之间的新能源汽车,具有传统汽车的发动机、变速器、传动系统、油路、油箱和电池,可以外接充电。油电混合动力汽车燃油经济性高,驾驶性能优异,其发动 机需要燃油,起步和加速时,在电动机的辅助下,可以降低油耗。当电池电量充足时,以电动模式行驶,可实现“零油耗”和“零排放”;当电池电量不足时,以燃油模式行驶,又能给电池充电,综合油耗依然比传统燃油车更低。 (1)汽车的后视镜是一个_镜,能让司机看到车后更大的范围。 (2)汽车上的“倒车防撞可视雷达”,通过安装在车尾的摄像头对准车后的障碍物,障碍物经摄像头中的凸透镜成倒立、_(选填“放大”“缩小”或“等大”)的实像,这个像通过电子装置加工、调整并传递到显示屏上,如果看到显示屏中的障碍物的像变大,则障碍物离车尾的距离变_(选填“远”或“近”)。 凸面 缩小 近 (3)已知该车电池能够储存电能20 kW h,如图甲所示,小王驾驶充满电的汽车沿平直公路从A地匀速行驶至B地(路面对汽车的阻力恒定不变),假设电池消耗的电能全部用来驱动汽车行驶。当行驶到C地时,电池的能量还剩余30%,随即开启燃油模式。当汽车行驶到B地时,电池能量显示为50%(忽略充电过程中的能量损失),若该行驶模式过程中恰好消耗3 L汽油,则汽车从C地到B地的过程中,汽油的综合利用效率为_(电能换算1 kW h=3.6 106 J,汽油的热值取q=4.0 107 J/L)。 40% (4)如图乙为四冲程汽油机某气缸的各冲程示意图,一个工作循环合理的顺序为_。若该汽油机以 3 000 r/min的速度运行,则该气缸每秒对外做功_次。 (5)请说出混合动力汽车的优点:_ _ _。 DACB 25 节能,低排放,动力 性能好,经济性高,驾驶性能优异,电动模式行驶可实现“零油耗”和“零排放”等 $$