12.4 热机与社会发展-2025-2026学年物理沪粤版(2024)九年级上册

该初中物理课件围绕“热机与社会发展”这一主题，系统梳理了汽油机的四个冲程、能量转化规律及热机效率的计算方法，通过图示对比、典型例题和情境问题层层递进，构建起从微观气缸内能变化到宏观机械功输出的认知桥梁，有效搭建了学生理解热机工作原理的学习支架。 其亮点在于深度融合物理观念、科学思维与科学态度，以“压缩冲程中气体内能如何变化”为例强化能量观念，用“判断冲程类型”训练模型建构与科学推理能力，借助新能源拖拉机案例落实社会责任意识。教学设计注重证据驱动，如通过能量流向图分析效率，引导学生质疑传统热机局限并思考环保改进方向，既提升学生解决实际问题的能力，又助力教师精准落实核心素养导向的教学目标。

第十二章 内能与热机 12.4 热机与社会发展 1 12.4 热机与社会发展 新知预习 导学 2 知识梳理 1.热机 （1）种类：蒸汽机、________、________、燃气轮机、火箭发动机等。 汽油机 柴油机 （2）共同特点：将燃料的______能通过燃烧转化为内能，然后通过做 功，把内能转化为______能。 化学 机械 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 3 2.汽油机 （1）使用燃料：______。 （2）工作的四个冲程 汽油 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 图示 ______________________ ______________________ ______________________ ______________________ 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 4 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 气门 进气门______，排气门关闭 进气门和排气门均______ 进气门关闭， 排气门______ 活塞 向下 ______ ______ 向上 能的 转化 无 ______能 ____能 ____能 ______能 无 打开 关闭 打开 向上 向下 机械 内 内 机械 续表 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 5 （3）特点：四个冲程中只有______冲程对外做功，其他三个冲程均为 辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的______来完成动作。每个工作循 环活塞往复运动___次，曲轴转动___周，对外做功___次。 做功 惯性 2 2 1 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 6 3.热机的效率 （1）定义：热机工作时，用来做________的能量与燃料__________时 放出的能量之比，叫做热机的效率。 （2）计算公式： _ ____________。 （3）热机在工作过程中总有能量损失，热机的效率总______ 。 有用功 完全燃烧 小于 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 7 问题导思 图12-4-1 1.图12-4-1甲为四冲程汽油机在某冲程时的 示意图，图中画出了活塞运动的方向和连 杆、曲轴的位置及进气门、排气门的开闭 情况，则此冲程为哪一个冲程？请在图12- 4-1乙中画出压缩冲程中活塞运动的方向和 曲轴、连杆的位置及进气门、排气门的开 闭情况。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 8 答图12-1 答：由题图甲可知，进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，则此 冲程为吸气冲程。压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞向上运动，如 答图12-1所示。 图12-4-1 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 9 2.热机的效率是衡量汽车发动机性能的关键指标。为提高热机的效率， 你认为可以在哪些方面改进？提高热机的效率后，会带来哪些影响？ 答：热机各部件之间的摩擦、废气带走的能量都会影响热机效率的大小， 故改良热机结构、减小摩擦、利用废气的热量都可以提高热机的效率。 提高热机效率后，可以节省燃料、减少有害气体的排放等。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 10 12.4 热机与社会发展 重点直击 导析 11 典例精析 知识点1 汽油机工作的四个冲程 图12-4-2 例1 （多选）图12-4-2是四冲程汽油机做功冲程的示意 图，汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动。 在活塞向下运动的过程中，下列说法正确的有( )。 A.气缸内气体的温度升高 B.气缸内气体的内能减少 C.气缸内气体对活塞做功 D.气体对活塞的推力增大 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 12 【解析】做功冲程中高温高压的气体对活塞做功，推动活塞向下运动， 则气体的内能减少、温度降低，故A错误，B、C正确。气体的质量不变， 体积变大，则气体的密度减小，压强也减小，气体对活塞的推力减小， 故D错误。 【答案】BC 图12-4-2 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 13 小锦囊 判断工作冲程的方法：先看气门，进气门打开的是吸气冲程， 排气门打开的是排气冲程，进气门和排气门均关闭时看活塞的运动方 向，活塞上行的是压缩冲程，活塞下行的是做功冲程（此时火花塞产 生电火花）。压缩冲程中，活塞压缩气缸内的混合物，机械能转化为 内能，气缸内气体的温度升高、压强增大。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 14 针对训练 图12-4-3 1.单缸四冲程汽油机工作循环中的一个冲程如图12-4-3 所示，它是( )。 B A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 15 2.图12-4-4是汽油机一个工作循环的四个冲程示意图，其中图____是将 内能转化为机械能的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为 ，这台汽油机每秒钟内完成____个冲程，对外做了____次功。 图12-4-4 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 16 【解析】在汽油机的四个冲程中，将内能转化为机械能的冲程是做功冲 程，此时进气门和排气门都关闭，火花塞产生火花，活塞下行，题图丙 符合要求。飞轮的转速为 ，在一个工作循环中，飞 轮转动2周，对外做功1次，完成4个冲程，故这台汽油机每秒钟内完成 80个冲程，对外做功20次。 图12-4-4 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 17 2.图12-4-4是汽油机一个工作循环的四个冲程示意图，其中图____是将 内能转化为机械能的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为 ，这台汽油机每秒钟内完成____个冲程，对外做了____次功。 丙 80 20 图12-4-4 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 18 知识点2 热机的效率 例2 我国研制的新能源电动拖拉机如图12-4-5所示，它以氢燃料为能源， 可以配挂深耕机、播种机进行农田耕作。该拖拉机在某次配挂深耕机作 业时的功率为，行驶用时，消耗氢燃料 。氢燃料 的热值 ，求该次作业时拖拉机的效率。 图12-4-5 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 19 分析 根据得出该拖拉机所做的有用功，根据 得出氢 燃料完全燃烧放出的热量，根据 得出该次作业时拖拉 机的效率。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 20 图12-4-5 解：由 可得，该次作业时拖拉机所 做的有用功为 氢燃料完全燃烧放出的热量为 则拖拉机的效率为 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 21 小锦囊 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 的效率是描述热机性能的一个重要指标。广义的“效率”是指被有效利 用的能量与消耗的总能量之比。当燃料燃烧放出的能量用于加热时 （如用燃气灶烧水等），水吸收的热量属于有效利用的能量，而燃料 完全燃烧释放的能量属于消耗的总能量，其热效率为 。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 22 针对训练 3.某汽油机工作时的热损失情况如下：气缸散热损失 ，废气带走 ，机械摩擦损耗。则该汽油机完全燃烧 汽油（热值为 ）获得的机械能是( )。 D A. B. C. D. 【解析】汽油机的效率， 汽 油完全燃烧产生的热量 ，由 可 得，获得的机械能 。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 23 12.4 热机与社会发展 素养达标 导练 24 基础巩固 1.下列交通或运输工具中，不是以热机为动力设备的是( )。 C A.C919客机 B.载重汽车 C.电动自行车 D.远洋货轮 2.四冲程汽油机在工作过程中，将机械能转化为内能的冲程是( )。 B A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 25 3.在压缩冲程中，活塞上行，压缩气缸内的气体，此时气缸内气体的内 能和温度变化情况是( )。 D A.内能减少，温度降低 B.内能减少，温度升高 C.内能增加，温度降低 D.内能增加，温度升高 4.在2024年巴黎奥运会射击团体10米气步枪比赛中，我国选手夺得冠军， 获得该届奥运会的首枚金牌。气步枪是靠枪机储气装置内的高压气体击 发弹丸的，汽油机的四个冲程与此过程中能量转化相同的是( )。 C A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 26 图12-4-6 5.图12-4-6是某热机工作时的能量流向图， 该热机的效率是( )。 B A. B. C. D. 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 27 图12-4-7 6.如图12-4-7甲所示，气球内的气体 喷出时，球内气体的内能将______ （选填“增大”“减小”或“不变”）。 该过程的能量转化过程与图12-4-7 ____（选填“乙”或“丙”）所示的热 机工作冲程相同。 减小 丙 7.两台汽油机的效率不同，它们完成的有用功相同，则消耗燃料多的汽 油机的效率较____；若消耗燃料相同，则完成有用功多的汽油机的效率 较____。（均选填“高”或“低”） 低 高 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 28 能力提升 8.关于热机和环境保护，下列说法正确的是( )。 B A.热机排出的尾气没有内能 B.大量使用热机会造成环境污染 C.热机的效率能达到 D.热机都以汽油为燃料 【解析】一切物体在任何温度下都有内能，故A错误。热机在使用时会 排放出一些有害的物质，大量使用热机会造成环境污染，故B正确。热 机在工作时不可避免地要克服机械部件间的摩擦力做额外功，效率不可 能达到 ，故C错误。汽油机燃烧汽油，柴油机燃烧柴油，蒸汽机燃 烧煤，故D错误。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 29 图12-4-8 9.（多选）工程师阅读了某汽车汽油机的 说明书后，将汽油机的能量流向制成图12- 4-8。下列有关说法正确的有( )。 AD A.该汽油机的效率为 B.排放的废气不会对环境造成污染 C.若该汽油机工作时汽油没有完全燃烧， 则汽油的热值会减小 D.为了防止汽油机过热，通常用水来降温， 主要是利用水的比热容大的特性 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 30 10.图12-4-9是四冲程汽油机的剖面图，关于其四个冲程的描述正确的是 ( )。 图12-4-9 A.吸气冲程中，只有汽油被吸入气缸 B.压缩冲程中，通过做功的方式使气缸内气体 的内能减小 C.做功冲程中，燃料释放的能量只有一小部分 转化为机械能 D.排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的 极少部分 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 31 图12-4-9 【解析】吸气冲程中，进气门打开，排气门关 闭，活塞向下运动，将汽油和空气的混合物吸 入气缸，故A错误。压缩冲程中，进气门和排气 门都关闭，活塞向上运动，混合气被压缩，气 缸内气体的内能变大，故B错误。做功冲程中， 燃料燃烧释放的能量只有一小部分转化为机械 【答案】C 能，大部分由于克服摩擦力做功和发生热传递而消耗，故C正确。排气 冲程中，废气带走了燃料释放的能量的大部分，故D错误。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 32 综合拓展 图12-4-10 11.汽车是现代社会的重要交通工具， 发动机犹如汽车的“心脏”。图12-4- 10甲是汽车内的四缸发动机工作示 意图，内燃机通过连杆把四个气缸 的活塞连在一根曲轴上，并使各气 缸的做功过程错开。曲轴与飞轮相连，飞轮每转动半周，有一个气缸在 做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作。#1 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 33 （1）为了不让汽油机在工作时温度升得太高，在设计制造时，气缸外 有一个水套，让气缸被水包围着，这是通过________的方式减少气缸内 能的，用水来冷却气缸是因为水的________较大。 热传递 比热容 图12-4-10 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 34 （2）一台汽油机在 时间内烧掉的汽油质量为 ，汽油机输出功率为， 汽油的热值为 ，则该汽油机在这段时间内损失的能量为_________。 （用已知物理量的符号表示） 【解析】汽油完全燃烧放出的热量为,汽油机做的功 ,则 汽油机损失的能量 。 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 35 （3）图12-4-10乙为发动机的能量流向图，该发动机的效率为_____。 图12-4-10 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 36 【解析】由题图乙可知，燃油放出的总能量 ，发动机的效率 。 图12-4-10 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 37 （3）图12-4-10乙为发动机的能量流向图，该发动机的效率为_____。 图12-4-10 新知预习 导学 重点直击 导析 素养达标 导练 38 $