12.4　热机与社会发展 - 2025-2026学年物理沪粤版九年级上册

第十二章　内能与热机 12.4　热机与社会发展 第2课时　热机的效率 2022年课程标准 学习目标 1.了解热机效率的概念以及提高热 机效率的途径。 2.会进行热机效率的简单计算。 1.能说出热机工作时的能量流向， 知道什么是热机效率。 2.【难点】会计算热机效率。 知识点1　热机的效率 1. 思考1：用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量 能全部被水吸收吗？ 分析讨论：煤气燃烧放出的热量。 (1)煤气 完全燃烧，损失了一部分热量。 (2)煤气灶本身也会 一部分热量。 (3)高温的 带走了一部分热量。 (4)还有一部分热量直接损失掉了。 (5)水吸收的 只占煤气放出热量的一部分。 不能　 散失　 废气　 热量　 课堂导学 (6)在烧水的过程中，被水吸收的热量与燃料完全燃烧放出热量的比值， 称为热效率。 热效率的计算公式： ⁠。 η＝×100％　 课堂导学 2. 思考2：在内燃机中，燃料燃烧放出的热量到哪儿去了？ (1)对于热机而言，用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的 能量之比， 叫做 ⁠。 (2)蒸汽机的效率只有 ，汽油机的效率为 ⁠， 柴油机的效率为 。热机效率总小于 ⁠。 (3)设法利用 ，是提高燃料利用率的重要措施。 热机的效率　 6％～15％　 20％～40％　 30％～45％　 100％　 废气能量　 课堂导学 ▶结论　1.定义：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的 能量的比值。叫做热机的效率。计算公式： ⁠。 知识补充：热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，因此热 机的效率是热机性能的一个重要指标。 η＝×100％　 课堂导学 【典例1】如图所示是某内燃机工作时的能量流向图，该内燃机的热机效 率是(　B　) B A. 25％ B. 35％ C. 40％ D. 75％ 课堂导学 【变式1】随着社会的发展，人民生活水平日益提高，汽车走进了千家万 户。目前，大部分的传统动力汽车仍然是使用汽油机提供动力的，某汽 油机的能量转化如图所示。 (1)请你把图中能量的名称填写完整：① ；② ⁠。 内　 机械　 (2)在某一段较短的时间内，这台汽油机的能量数据如图所示，则在这段 时间内，这台汽油机的效率是 ⁠。 25％　 课堂导学 ▶方法点拨　热机效率与功率的区别 热机效率 热机功率 定义 用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比 单位时间内做的功 物理意义 反映热机对能量的利用率 反映热机做功的快慢 定义式 η＝ P＝ 课堂导学 热机效率：用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量的 比值叫做热机的效率。 计算公式： ⁠。 η＝×100％　 课堂导学 1. 关于热机的效率，下列说法正确的是(　C　) A. 热机做的有用功越多，效率就越高 B. 热机消耗的燃料越多，效率就越低 C. 在相同条件下，热机内燃料燃烧越充分，热机效率就越高 D. 热机的效率能达到 100％ C 课堂评价 2. 做同样的有用功，甲、乙柴油机用时和消耗柴油对比如下，下列说法 中正确的是(　D　) 柴油机 完成工作量 时间 消耗柴油 甲 相同 3 h 5 kg 乙 2 h 6 kg A. 甲的功率较大，热机效率较低 B. 甲的功率较大，热机效率较高 C. 乙的功率较大，热机效率较高 D. 乙的功率较大，热机效率较低 D 课堂评价 3. 小明用他家的天然气炉灶，将质量为2 kg、初温为20 ℃的水加热到 100 ℃，该过程中水吸收的热量为 J；此过程中共消耗0.04 m3天然气，则这些天然气完全燃烧能放出 J的热量，该天然 气灶的效率为 。[q天然气＝4.0×107 J/m3，c水＝4.2×103 J/(kg·℃)] 6.72×105　 1.6×106　 42％　 课堂评价 4. 热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。2020年9月，我国潍 柴集团发布全球首款热机的效率突破50％的商业化柴油机，这一成果的 意义犹如人类历史上百米赛跑首次突破10 s。立志成为汽车设计师的小 明，也想设计改造发动机，使热机的效率达80％。考虑影响热机效率的 因素，小明可以在 方面改进创新，假如小明的设想 实现了，会给我们的生活带来的影响： ⁠ 。(写出一条即可) 改良发动机结构　 可以节省燃料、减少有害气体 的排放等　 课堂评价 5. 一辆汽车以20 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3 km，该过程汽 车受到的阻力为1 200 N，共燃烧了0.3 kg汽油。(汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)求： (1)牵引力做的功； 解：(1)已知汽车匀速行驶时受到的阻力f＝1 200 N，由二力平衡的条件可 知汽车的牵引力： F＝f＝1 200 N 则牵引力做的功：W＝Fs＝1 200 N×3×103 m＝3.6×106 J 解：(1)已知汽车匀速行驶时受到的阻力f＝1 200 N，由二力平衡的条件可 知汽车的牵引力： F＝f＝1 200 N 则牵引力做的功：W＝Fs＝1 200 N×3×103 m＝3.6×106 J 课堂评价 5. 一辆汽车以20 m/s的速度在平直的公路上匀速行驶了3 km，该过程汽 车受到的阻力为1 200 N，共燃烧了0.3 kg汽油。(汽油的热值q＝4.6×107 J/kg)求： (2)这些汽油完全燃烧放出的热量； 解：(2)这些汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝qm＝4.6×107 J/kg×0.3 kg ＝1.38×107 J (3)发动机的效率。 解：(3)发动机的效率：η＝＝≈26.1％ 答：(略) 解：(2)这些汽油完全燃烧放出的热量：Q放＝qm＝4.6×107 J/kg×0.3 kg ＝1.38×107 J 解：(3)发动机的效率：η＝＝≈26.1％ 答：(略) 课堂评价 6. 五一期间，小明爸爸利用家中汽车进行了自驾游。小汽车以120 km/h 速度行驶了2 h，从油量指示表上估计出消耗汽油约16 L。小明从物理书 上了解到汽油的密度ρ＝0.75×103 kg/m3，汽油的热值q＝4.5×107 J/kg，汽油机的效率约为30％。求： (1)16 L汽油完全燃烧放出的热量； 解：(1)16 L汽油的质量m＝ρV＝0.75×103 kg/m3×16×10－3 m3＝12 kg 16 L汽油完全燃烧释放的热量 Q放＝mq＝4.5×107 J/kg×12 kg＝5.4×108 J 解：(1)16 L汽油的质量m＝ρV＝0.75×103 kg/m3×16×10－3 m3＝12 kg 16 L汽油完全燃烧释放的热量 Q放＝mq＝4.5×107 J/kg×12 kg＝5.4×108 J (2)汽车发动机输出的有用功； 解：(2)发动机输出的有用功 W有＝ηQ放＝5.4×108 J×30％＝1.62×108 J 课堂评价 6. 五一期间，小明爸爸利用家中汽车进行了自驾游。小汽车以120 km/h 速度行驶了2 h，从油量指示表上估计出消耗汽油约16 L。小明从物理书 上了解到汽油的密度ρ＝0.75×103 kg/m3，汽油的热值q＝4.5×107 J/kg，汽油机的效率约为30％。求： (3)汽车匀速行驶过程中所受的阻力。 解：(3)汽车行驶的路程 s＝vt＝120 km/h×2 h＝240 km＝2.4×105 m 由W＝Fs可知，汽车的牵引力 F＝＝ ＝675 N 因汽车匀速行驶，所受的阻力f＝F＝675 N 答：(略) 解：(3)汽车行驶的路程 s＝vt＝120 km/h×2 h＝240 km＝2.4×105 m 由W＝Fs可知，汽车的牵引力 F＝＝ ＝675 N 因汽车匀速行驶，所受的阻力f＝F＝675 N 答：(略) 课堂评价 $ 第十二章　内能与热机 12.4　热机与社会发展 第1课时　认识热机 2022年课程标准 学习目标 1.了解热机的工作原 理。 2.了解热机对人类发展 所起的作用和对环境的 影响。 1.【重点】知道热机的概念，初步了解热机 的工作原理。 2.【重点】了解汽油机的构造和工作过程。 3.了解柴油机的构造和工作过程。 知识点1　热机 请同学们观察实验现象，分析这个过程中能量的转化情况。 1. 问题：如图，在试管内装些水，若用橡胶塞塞住试管口，用酒精灯加 热，会看到什么现象？ 答：橡皮塞被冲出，试管口出现大量白雾。 答：橡皮塞被冲出，试管口出现大量白雾。 课堂导学 2. 分析：实验过程中，燃料的 ⁠能通过燃烧转化为水和水蒸气 的 能；水蒸气又通过对塞子做功，把水蒸气的 ⁠能转化为塞 子的 能。 3. 小结：(1)利用 做功的机械叫做热机。 (2)燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做 ⁠。 化学　 内　 内　 机械　 内能　 内燃机　 课堂导学 【典例1】用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木 塞被冲出，如图所示。下列描述正确的是(　D　) D A. 试管中的水是靠做功的方式增加内能的 B. 水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能 C. 水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加 D. 水蒸气的内能转化为木塞的机械能 【变式1】我国在西昌卫星发射中心用长征三号乙运载火箭，成功发 射第五十六颗北斗导航卫星。运载火箭的发动机 (选填“属 于”或“不属于”)热机，燃料燃烧后通过做功，把 ⁠能转化 为 能。 属于　 内　 机械　 课堂导学 知识点2　汽油机 1. 如图所示是四冲程汽油机的结构剖面图。 其中：①气缸；② ；③ ；④ ；⑤活 塞；⑥连杆；⑦曲轴。 火花塞　 进气门　 排气门　 课堂导学 2. 四冲程的工作特点 (1)吸气冲程特点： 活塞：向 运动。 进气门： ⁠。 排气门： ⁠。 (2)压缩冲程特点： 活塞：向 运动。 进气门： ⁠。 排气门： ⁠。 能转化为 能。 下　 打开　 关闭　 上　 关闭　 关闭　 机械　 内　 课堂导学 (3)做功冲程特点： 活塞：向 运动。 进气门： ⁠。 排气门： ⁠。 气体的 能转化为活塞的 能。 (4)排气冲程特点： 活塞：向 运动。 进气门： ⁠。 排气门： ⁠。 下　 关闭　 关闭　 内　 机械　 上　 关闭　 打开　 课堂导学 3. 汽油机一个工作循环有 个冲程，飞轮转动 周，对外做功1 次，活塞往复 次，其他冲程靠飞轮的 完成。 4. 在压缩冲程中， 能转化为 能；在做功冲程中， ⁠ 能转化为 能。 冲程使汽车获得了动力， ⁠冲程 排出了汽车的废气。 ▶结论　1.汽油机的一个工作循环包括四个冲程，分别是吸气冲程、压 缩冲程、做功冲程、排气冲程。除了做功冲程外，其他三个冲程是依靠 飞轮的 完成的。 4　 2　 2　 惯性　 机械　 内　 内　 机械　 做功　 排气　 惯性　 2. 飞轮转动1周，活塞往复运动1次，完成 个冲程。 2　 课堂导学 【典例2】如图所示为古人发明的一种活塞式点火器。该点火器以牛角作 套筒，木质推杆前端黏附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推 杆，艾绒即燃，随即将杆拔出，口吹立见火苗。手推推杆入筒的过程 中，筒内密封气体的内能 (选填“增加”或“减少”)，该过程的 能量转化与内燃机的 冲程的能量转化相同。 增加　 压缩　 课堂导学 ▶方法点拨　要求会看图识别哪个冲程(技巧：一看气门，二看活塞，三 看火花塞，点火一定是做功冲程) 【变式2】一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速为1 200 r/min，如图所示为 它工作循环的 冲程，该汽油机每秒对外做功 次。 做功　 10　 课堂导学 知识点3　柴油机 1. 问题：将下表中汽油机和柴油机的不同点填写完整。 项目 汽油机 柴油机 顶部构造 ① ⁠ 喷油嘴 吸入物质 汽油和空气的混合物 ② ⁠ 点火方式 ③ ⁠ 压燃式 2. 小结：柴油机比汽油机笨重的原因：由于柴油机工作的过程中压强较 大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重。 火花塞　 空气　 点燃式　 3. 知识补充：柴油机的应用：载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮 船、发电机等重型机械。汽油机的应用：汽车、摩托车、轿车等较小 型车辆。 课堂导学 【典例3】如图所示是内燃机某一冲程的示意图，其中喷油嘴正在喷油， 由图可知： (1)这种内燃机是 (选填“汽油机”或“柴油机”)。 柴油机　 (2)它在吸气冲程吸入的物质是 (选填“空气”“汽油”“柴油” 或“空气和汽油的混合物”)。 (3)内燃机的一个工作循环中活塞往复运动 次。 空气　 2　 课堂导学 【变式3】关于热机，下列说法正确的是(　C　) A. 吸气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气 B. 做功冲程是把机械能转化为内能 C. 柴油机有喷油嘴却没有火花塞 D. 做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的 C 课堂导学 1. 利用 做功的机械叫做热机。 2. 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫做 ⁠。 3. 汽油机的一个工作循环包括四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、 做功冲程、排气冲程。除了做功冲程外，其他三个冲程是依靠飞轮 的 完成的。 4. 飞轮转动1周，活塞往复运动1次，完成 个冲程。 内能　 内燃机　 惯性　 2　 课堂笔记 1. 如图所示为汽油机工作过程的示意图，按照吸气冲程、压缩冲程、做 功冲程和排气冲程的顺序排列，正确的是(　B　) A. 丙丁甲乙 B. 乙丙甲丁 C. 甲丙丁乙 D. 甲丁丙乙 B 课堂评价 2. 下列是小普同学跟爷爷学习气功的四个基本动作，由此他联想到热机 的四个冲程，以下与做功冲程最相似的是(　C　) C 课堂评价 3. 如图所示，在试管里盛适量的水，用带玻璃管的橡胶塞塞住试管口， 加热试管使水沸腾，玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转 动。下列说法正确的是(　B　) A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B. 实验过程中通过热传递使试管内水的内能增大 C. 玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D. “白气”使小叶轮转动的过程相当于汽油机的压缩冲程 B 课堂评价 4. 如图A所示，在玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，观 察到棉花燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能 (选 填“增加”“减少”或“不变”)，这与四冲程汽油机的 ⁠冲程的 能量转化相同。图B、C、D、E是四冲程汽油机的工作示意图，与图A原 理相同的冲程是图 ⁠。 增加　 压缩　 D　 课堂评价 5. 城市热岛效应，是指城市因大量的人工发热、建筑物和道路等高蓄热 体及绿地减少等因素，造成城市“高温化”，城市中的气温明显高于外 围郊区的现象。城市内拥有大量锅炉、加热器等耗能装置以及各种机动 车辆，这些机器燃烧各种燃料、消耗大量能源并排放热量，怎样减少热 机对环境的影响？请任写两条措施： 、 ⁠ ⁠。 提高燃料燃烧的效率　 使用 通过国家环保要求的燃油　 课堂评价 $