第2章 改变世界的热机 （复习课件）物理教科版2024九年级上册

单元复习 九年级物理上册 •教科版2024 第二章　改变世界的热机 火，点亮了时代。 以燃烧为基础的蒸汽机，引发了第一次工业革命。 汽油机、柴油机、燃气轮机、火箭发动机...... 为人类提供源源不断的动力，成为时代的基石。 课堂导入 学习目标 1. 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。 2. 能识别常见热机类型及其在生活中的应用。 3. 了解汽油机构造及工作过程。 4. 理解热机效率的概念及计算方法。 5. 掌握提高热机效率的方法和措施， 重点 难点 谢谢聆听 目录 第1节 热机 第2节 热机效率 目录 本章思维导图 改变世界的热机 热机 热机 内燃机 种类: 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机 工作原理: 化学能　　内能　　机械能 压缩冲程—机械能转化为内能 做功冲程—内能转化为机械能 定义: 利用内能做功的机械。 构造: 汽缸、进气门、排气门、火花塞、活塞、连杆、曲轴。 工作过程: 吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 能量转化: 热机 效率 热机效率 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。 公式： 提高热机效率的方法 改变世界的热机 飞向太空 种类 工作原理 汽油机 物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。 第1节 热机 分子动理论 知识点一　利用内能做功 利用内能做功 【实验】利用内能来做功 实验分析： ①瓶塞被冲出来;　　②管口附近出现“白雾” 实验现象: 在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧然后对试管加热使水沸腾。 实验结论：利用内能可以做功。 机械 内 加热试管中的水 ①酒精燃烧放出热量，酒精的_____能转化为水的_____能; ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功， 气体的_____ 能转化为瓶塞的_____ 能。 化学 内 知识点一　利用内能做功 ①定义：通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。 ②工作原理：热机利用内能做功，将内能转化为机械能。 ③种类：蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 1.热机 知识点一　利用内能做功 蒸汽机是最早的热机，它的发明给人类发展带来了巨大的飞跃。 2.蒸汽机 蒸汽机的构造和工作原理 滑块阀门移到右端时，蒸汽从左面进入汽缸，推动活塞向右运动，汽缸内的废气从排气管排出。 柴油机 知识点二　内燃机 内燃机 1.定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。 2.活塞式内燃机：燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功的装置。 汽油机 ①汽油机 常见的活塞式内燃机： ②柴油机 知识点三　汽油机的工作过程 1.工作原理 2.汽油机的构造 汽油机的工作过程 利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气推动活塞做功。 化学能转化为内能 内能转化为机械能 由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。 1. 汽缸 2. 活塞 3. 连杆 4. 曲轴 5. 进气活门 6. 排气活门 7. 火花塞 8. 飞轮 汽油机的构造 知识点三　汽油机的工作过程 3.工作过程 ①冲程：汽油机在工作时，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 ②一个工作循环：由_____、_____、_____、_____4个冲程组成活塞往复运动___次，飞轮转动___周，对外做功___次。 吸气 压缩 做功 排气 2 2 1 知识点三　汽油机的工作过程 ③汽油机四个冲程工作情况总结 冲程名称 进气门 排气门 活塞运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 无 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 无 典例剖析|热机的定义与种类 【例题1】图甲为我国古代“省油灯”剖面示意图。向灯盏夹层内注水，能达到省油的目的。主要利用了水的________较大，能较快降低油的温度，减慢油的蒸发。图乙是全自动无人驾驶地铁列车，该列车为纯电力驱动，能够实现自动唤醒、自动启停、自动开关门等功能。该款全自动无人驾驶地铁列车 ________（选填“属于”或“不属于”）热机。 不属于 比热容 典例剖析|热机的定义与种类 解：向灯盏夹层内注水，水吸收热量，降低油的温度，减慢油的蒸发，从而达到省油的目的。 热机是指利用内能做功的机械，全自动无人驾驶地铁列车为纯电力驱动，所以不属于热机。 故答案为：比热容；不属于。 典例剖析|热机的定义与种类 【例题2】关于热机，下列说法中正确的是（　　） A．热机是通过燃料燃烧获取内能并把内能转化为机械能的装置 B．热机做的有用功越多，效率就越高 C．燃料燃烧是否充分不影响热机的效率 D．热机的效率可以达到 100% A 解：A、热机是通过燃料燃烧将内能转化为机械能的装置，故A正确； B、热机效率是有用功与总功的比值，由于总功不知道，所以热机做的有用功越多效率不一定就越高，故B错误； C、热机效率会受到燃烧情况的影响，对于燃料燃烧不充分，则能量利用率低，故C错误； D、在摩擦、燃料燃烧不充分、废气带走余热等情况存在，热机的效率不可能达到100%，故D错误。 故选：A。 典例剖析|热机的定义与种类 方法点拨|热机的定义与种类 考查热机的概念，判断机械是否属于热机，通常以概念为主。 1. 定义：利用内能做功（将内能转化为机械能）的机械称为热机。 2. 分类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 3. 热机工作时的能量转化： 燃烧的化学能→内能→机械能。 认识知识点 考察方向 判断机械是否是热机，要从能量转化的角度来判断。 解题思路 典例剖析|内燃机的四个冲程 【例题3】2024年4月20日，我国研制的全球首款本体热效率达53.09%的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热效率的世界纪录。如图，内燃机的四个冲程中，做功冲程是（　　） C 典例剖析|内燃机的四个冲程 解：①吸气冲程：进气门打开，排气门关闭．活塞由上端向下端运动，空气从进气门吸入气缸． ②压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽缸内燃料混合物，温度升高． ③做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功． ④排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸，综上所述，做功冲程为C，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选：C。 典例剖析|内燃机的四个冲程 【例题4】分析如图所示的内燃机的四个冲程，下列关于它的一个工作循环的四个冲程排序正确的是（　　） A．甲、乙、丙、丁 B．丁、丙、甲、乙 C．丙、丁、乙、甲 D．丙、丁、甲、乙 D 解：内燃机的一个工作循环是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程； 观察甲、乙、丙、丁这四图，可知，甲图中进气门和排气门都关闭，活塞在高温、高压的燃气作用下向下运动，这是做功冲程，乙图中进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动将废气排出汽缸，这是排气冲程，丙图中进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，这是吸气冲程，丁图中进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩汽油和空气的混合物，这是压缩冲程；所以该图的排序应该为丙、丁、甲、乙；故ABC错误，D正确。 故选：D。 典例剖析|内燃机的四个冲程 【例题5】如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，然后将一个空的纸杯迅速套上，用手拿着这个“冲天炮”对着前方点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸杯就会“冲天”飞出去，下列说法正确的是（　　） A．酒精燃烧时，将化学能转化为机械能 B．纸杯飞出去的过程的能量变化，与内 燃机的排气冲程相同 C．纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功 D．纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小 D 典例剖析|内燃机的四个冲程 解：A、酒精燃烧时，将化学能转化为内能，故A错误； B、纸杯飞出去的过程，燃气的内能转化为纸杯的机械能，相当于内燃机的做功冲程，故B错误； C、纸杯飞出去时，燃气对纸杯做了功，故C错误； D、纸杯飞出去时，燃气对纸杯做了功，易拉罐内气体的内能减小，故D正确。 故选：D。 典例剖析|内燃机的四个冲程 【例题6】如图所示，甲、乙、丙、丁是单缸内燃机一个工作循环的四个冲程，该内燃机工作时飞轮转速为2400r/min。以下说法正确的是（　　） A．该内燃机四个冲程正确的顺序是丙、甲、丁、乙 B．该内燃机每秒完成20次做功冲程 C．丁冲程发生的能量转化为机械能转化为内能 D．甲、乙、丁三个冲程是靠飞轮的惯性完成的 B 典例剖析|内燃机工作循环的计算 解：A、甲图中两个气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，乙图是进气门打开，排气门关闭，此时活塞向下运动，是吸气冲程，丙图中进气门关闭，排气门打开，此时活塞向上运动，是排气冲程，丁图中两个气门都关闭，火花塞点火，此时活塞向下运动，是做功冲程，所以，该内燃机一个工作循环的四个冲程正确的顺序是乙、甲、丁、丙，故A错误； B、由题知，该内燃机工作时飞轮转速为2400r/min=40r/s,因飞轮每转2周对外做功一次，所以该内燃机每秒完成20次做功冲程，故B正确； C、丁冲程是做功冲程，该冲程中将内能转化为机械能，故C错误； D、内燃机4个冲程中只有做功冲程将内能转化为机械能获得动力，其它三个冲程都是靠惯性来完成，所以，甲、乙、丙三个冲程是靠惯性完成的，故D错误。 故选：B。 典例剖析|内燃机的四个冲程 【例题7】为了优化生活环境，城市建设部门在全市范围内展开了“雨污分流”工程建设。经太阳曝晒后发现砂石的温度明显高于旁边水池里的水温，这是因为砂石的比热容______（选填“大于”、“小于”或“等于”）水的比热容。如图所示为汽油机的______冲程，若该单缸四冲程汽油机1s内对外做功20次，则汽油机转速为______转/min。 小于 典例剖析|内燃机工作循环的计算 2400 压缩 解：（1）根据公式Q=cmΔt可知，质量相同的沙石和水，从太阳处吸收相同的热量后，升高的温度Δt和比热c成反比，水的比热比沙石的比热大，因此水的温度升的低； （2）如图，进气门和排气门都是关闭的，活塞上行，可以判断是压缩冲程；每秒可以对外做功20次，因一个工作循环转2圈，对外做功一次，飞轮转速40r/s=2400r/min。 故答案为：小于；压缩；2400。 典例剖析|内燃机的四个冲程 理解内燃机工作过程及其能量转化 1.内燃机的工作流程： 内燃机通过吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 2.内燃的工作过程中能量转化 吸气冲程： 做功冲程： 机械能转化为内能 内能转化为机械能 方法点拨|内燃机的四个冲程 方法点拨|内燃机的四个冲程 3. 转数与做功次数和工作循环的个数的关系： 在单缸四冲程内燃机中，吸气、压缩、做功、排气四个冲程为一个工作循环，每个工作循环曲轴转2周，活塞上下往复2次，做功1次。 一个工作循环=四个冲程=曲轴、飞轮转动两周=活塞往复运动两次=对外做功一次=两次能量转化。 第2节 热机效率 内能和热量 知识点一　热机效率 热机效率 1.热机里的能量变化 汽车内燃机的能量流向 热机一般是通过燃料的燃烧来做功的。 燃料燃烧放出的能量，并不能全部用来做有用功。汽油在热机汽缸内燃烧释放的能量，只能有一部分能转变为对外做有用功的能量。 2.热机效率 ①定义：热机所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比，叫做热机的效率。 ②公式： η ③物理意义：热机的效率是热机性能的重要指标。 热机的效率表示使用热机时对燃料的利用率的高低，热机的效率高，在做功同样多的情况下，消耗的燃料更少。 知识点一　热机效率 ④常见热机的效率 蒸汽机的效率只有6%~15% 汽油机的效率为 20%~40% 柴油机的效率为30%~45% 喷气式发动机的效率为50%~60% 知识点一　热机效率 ⑤提高热机效率的主要途径 a. 尽量减少各种热量损失，设法利用废气的能量大型发电机常常用蒸汽轮机推动，为了提高燃料的利用率人们利用蒸汽轮机排出的废气来供热，这就是热电站。 b. 在热机的设计和制造上，采用先进技术和使用新材料。 c. 使用时，注意保养，保证良好的润滑，合理调整各零件之间的间隙，减小因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 知识点一　热机效率 知识点二　改变世界的热机 改变世界的热机 18世纪中后期，蒸汽机的应用，实现了纺织工业机械化。 18世纪末，蒸汽机广泛应用在采矿业上。 用蒸汽轮机发电的火电站 　　从18世纪60年代开始，蒸汽机在纺织、采矿、冶炼和交通运输等方面得到了广泛应用。时至今日以热机为动力装置的汽车、火车、轮船和飞机把整个世界连接在一起。热机，从根本上改变着我们的世界。 以热机为基础的各种交通工具正在将地球变成“地球村”。 知识点三　飞向太空 飞向太空 　　世界上最早的火箭的即出自我国，我国不仅是火箭的发源地，还是一个航天大国，我国的长征系列运载火箭，有着极佳的性能。 中国古代的火箭 我国制造的“长征”系列运载火箭 典例剖析|热机的效率的概念 【例题1】有关热机效率的说法正确的是（　　） A．使用的燃料热值越大，热机效率就越高 B．热机的功率越大，热机效率也一定越高 C．汽车排放的尾气温度越高，热机效率越高 D．热机效率不会等于1或大于1 D 解：A．热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，与燃料的热值无关，故A错误； B．功率反映热机做功的快慢，热机的效率与功率无关，故B错误； C．汽车排放的尾气温度越高，热损失越多，热机的效率越低，故C错误； D．热机在工作时不可避免的要克服机械部件间的摩擦做额外功，机械效率一定小于100%，故D正确。故选：D。 典例剖析|热机的效率的概念 【例题2】关于热机的效率，以下说法中正确的是（　　） A．热机做的有用功越多，效率就一定越高 B．热机的功率越大，效率就一定高 C．热机单位时间里耗费的燃料少，热机的效率就一定高 D．改进燃烧环境，使燃料充分燃烧，能提高热机效率 D 解：A、热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧产生的能量之比，故A错误； B、功率是物体做功快慢的物理量，与热机的效率的高低无关，故B错误； C、做的有用功相同，热机单位时间内耗费的燃料少，效率就一定越高，故C错误； D、热机的效率是指用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，使燃料充分燃烧可以提高热机效率，故D正确。 故选：D。 典例剖析|热机的效率公式与计算 【例题3】内燃机的发明是第二次工业革命中应用技术领域的一项重大成就。如图所示为单缸四冲程汽油机的一个冲程示意图，若该汽油机的效率为30%，飞轮每分钟转动1800圈，则下列说法正确的是（　　）（q汽油=4.6×107J/kg） A．图中所示冲程是压缩冲程 B．若该汽油机完全燃烧5kg汽油，则汽油机做的 有用功为2.3×108J C．该汽油机在1s内做功30次 D．汽油机消耗的燃料越少，效率一定越高 A 解：A、由图可知，两气门关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，故A正确； B、汽油机做的有用功为： 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　，故B错误； C、该汽油机飞轮每分钟转动1800圈，则每秒转动30圈，该汽油机飞轮转动2圈对外做功一次，则在1s内做功15次，故C错误； D、根据　　　　可知，汽油机消耗的燃料越少，燃料完全燃烧释放的热量越少，做的有用功未知，故效率不一定越高，故D错误。 故选：A。 典例剖析|热机的效率公式与计算 典例剖析|热机的效率公式与计算 【例题4】如图所示，图甲为四冲程汽油机的一个冲程，图乙为该汽油机燃料燃烧后的能量转化比例图。下列说法正确的是（　　） A．该汽油机的效率为70% B．汽油机吸气冲程吸入汽缸的物质仅有空气 C．甲图的冲程使汽车获得动力，将内能转化为机械能 D．相同时间内燃烧的汽油质量越大，汽油机的效率越高 C 解：A、由图乙可知，该汽油机的效率为100%-40%-15%-15%=30%，故A错误； B、汽油机吸气冲程吸入气缸的物质是汽油和空气的混合物，故B错误； C、甲图的冲程进气门和排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞点火，故为做功冲程，能使汽车获得动力，将内能转化为机械能，故C正确； D、由图乙可知，汽油机的效率跟废气带走的能量、直接散失的能量、机械摩擦损失的能量都有关系，与汽油机的工作时间、燃烧汽油的质量无关，故D错误。 故选：C。 典例剖析|热机的效率公式与计算 典例剖析|提高热机效率的方法 【例题5】如图a为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到起飞速度，如图b为四冲程汽油机的工作示意图。下列判断正确的是（　　） A．图a中气缸内的蒸气体积膨胀对活塞做功，使舰载机获得牵引力 B．图b中的四个冲程，只有甲冲程是依靠飞轮的惯性运转完成的 C．从能量转化角度讲，蒸气弹射装置工作时与图乙所示的原理相似 D．减小活塞与气缸之间的摩擦力，可以提高蒸汽弹射装置的效率 AD 解：A.图a中气缸内的蒸气体积膨胀对活塞做功，使舰载机获得牵引力，故A正确； B.图b中的四个冲程，甲、乙、丁冲程都是依靠飞轮的惯性运转完成的，只有做功冲程对外做功，故B错误； C.从能量转化角度讲，蒸气弹射装置工作时与图丙所示的原理相似，即都是内能转化为机械能，故C错误； D.减小活塞与气缸之间的摩擦力，可以提高蒸汽弹射装置的效率，故D正确； 故选：AD。 典例剖析|提高热机效率的方法 【例题6】2024年4月25日，搭载神舟十八号载人飞船的长征二号F遥十八运载火箭，在酒泉卫星发射中心成功发射。下列有关说法中不正确的是（　　） A．火箭燃料在燃烧过程中，质量减小、热值不变 B．火箭上升过程中的机械能守恒 C．使燃料充分燃烧是提高热机效率的有效途径 D．火箭常利用液氢作燃料，是因为液氢的热值大 且不会对环境造成污染 B 典例剖析|提高热机效率的方法 解：AD、火箭燃料在燃烧过程中，质量减小、热值不变，火箭常利用液氢作燃料，是因为液氢的热值大且不会对环境造成污染，故AD正确，不符合题意； B、火箭上升过程中，受空气阻力，机械能转化为内能，机械能不守恒，故B错误，符合题意； C、使燃料充分燃烧是提高热机效率的有效途径，故C正确，不符合题意。 故选：B。 典例剖析|提高热机效率的方法 【例题7】热机的效率是热机性能的一个重要指标，下面关于热机效率的叙述中正确的是（　　） A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机的效率越高说明所做有用功越多 C．在四冲程内燃机中，减少废气带走的热量可以大大提高热机效率 D．一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，是因为柴油的热值比汽油大 C 典例剖析|热机效率公式的定性比较 解：A、热机的效率越高与功率无关，即不能说明做功越快，故A错误； B、热机做的有用功占燃料完全燃烧放出热量的比例越大，热机的效率越高，热机效率与热机做的有用功多少无关，故B错误； C、减少废气带走的大量热量，可以提高用来做有用功的能量占燃料燃烧放出总能量的百分比，从而大大提高热机效率，故C正确； D、据课本可知，一般情况下柴油机的效率比汽油机的高，是因为柴油机的压缩程度更大，有更多的机械能转化为内能，故D错误。 故选：C。 典例剖析|提高热机效率的方法 热机效率 用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率，其表达式为： 方法点拨|热机效率 η 由于热机在工作过程中总有能量损失，所以热机的效率总小于1。 在对热机的效率进行辨析时，只有有用功的那部分能量和燃料完全燃烧放出的能量之比越大时，热机的效率才会越大。 复习思路总结 热机的定义与种类汽油机构造及工作过程 热机的效率的概念 提高热机效率方法 认识 ·内燃机工作循环 ·热机的效率定义式的理解。 理解 运用 内燃机的四个冲程及能量转化。 热机效率公式与计算。 课堂总结 谢谢聆听 谢谢聆听 Lavf57.62.100 $