2.3 跨学科实践：保护地球家园（讲义）物理新教材教科版九年级上册

本讲义聚焦热机使用的环境影响及保护措施这一核心知识点，前承热机工作原理，后接环境保护实践，系统梳理大气污染、温室效应、热污染、噪声污染等问题，以及提高热机效率、开发清洁能源、践行低碳生活等保护措施，搭建从物理原理到社会责任的学习支架。 资料以跨学科实践为特色，通过随学随练、基础通关、素养提升、迁移创新等分层练习，结合“双碳”目标等现实情境，培养学生科学态度与责任及科学思维。课中辅助教师落实课标要点，课后助力学生巩固知识、查漏补缺，强化物理知识与环境保护的联系。

第二章 改变世界的热机 第3节 跨学科实践：保护地球家园 课标要点 1. 了解热机的使用带来的环境污染 2. 知道保护环境的措施，有保护环境的意识 学习重难点 重点：知道热机对我们生活带来的影响 难点：建立物理知识与环境保护的联系 知识点 热机的使用带来的问题 1. 大气污染： 燃油、煤炭燃烧释放氮氧化物、碳氧化物、重金属等有害气体，污染空气，危害人体健康。 2. 温室效应：燃料燃烧排放大量二氧化碳，加剧温室效应，造成全球气候变暖。 3. 热污染：热机废气、冷却水带走大量热量，向环境释放余热，提升局部气温，加剧城市热岛效应。 4. 噪声污染：汽车、内燃机等机械运转产生噪声，干扰人们正常生活，损害身心健康。 随学随练 1．能源是人类生存和发展的重要物质基础，下列能源中应该大力开发利用的是（    ） A．煤 B．石油 C．太阳能 D．天然气 【答案】C 【详解】大力开发利用的应是清洁能源。 A．煤在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等空气污染物，故不属于清洁能源； B．石油在燃烧时能产生二氧化硫、一氧化碳、烟尘等空气污染物，故不属于清洁能源； C．太阳能在使用时，不会对环境造成污染，故属于清洁能源； D．天然气作为气体燃料，虽然比较洁净，但燃烧时也产生一些空气污染物，故不属于清洁能源； 综上所述，故C符合题意，ABD不符合题意。 故选C。 知识点 保护地球环境 1. 提高热机效率：减少燃料消耗，降低废气、余热排放，节约化石能源。 2. 控制尾气污染：改进燃烧设备，加装尾气净化装置，严格执行污染物排放标准。 3. 开发清洁能源与新能源：推广电能、氢能等绿色动力机械，减少燃油、煤炭的使用。 4. 降低热污染与噪声：优化散热系统，改造热力设备；加装消声器，减弱机械噪声。 5. 践行低碳生活：绿色出行，树立节约能源、保护地球家园的意识。 随学随练 1．保护地球家园 (1)汽车内燃机对环境产生污染的种类：大气污染、______污染、噪声污染等； (2)利用______，研究和开发低能耗、少污染的高性能动力机械，控制和减少污染，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展之路。 【答案】(1)热 (2)绿色能源 【详解】（1）汽车内燃机对环境产生污染的种类：大气污染、热污染、噪声污染等。 （2）利用绿色能源，研究和开发低能耗、少污染的高性能动力机械，控制和减少污染，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展之路。 基础通关 1．以下各种形式的能源中可作为理想能源的是（　　） A．太阳能 B．天然气 C．石油 D．煤炭 【答案】A 【详解】太阳能取之不尽、用之不竭，清洁无污染，是一种理想的能源；天然气燃烧会产生二氧化碳等温室气体，且属于不可再生能源，不是理想能源；石油燃烧会产生大量的污染物，如二氧化硫、氮氧化物等，并且是不可再生能源，不是理想能源；煤炭燃烧会释放出大量的烟尘、二氧化硫等污染物，对环境造成严重污染，同时也是不可再生能源，不是理想能源。故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 2．古语“人要实，火要虚”，其意思是，人要脚踏实地，才能事业有成；可燃物要架空一些才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是（　　） A．提高可燃物的热值 B．增大可燃物的比热容 C．提高可燃物的利用率 D．不会产生废气，不会造成环境污染 【答案】C 【详解】A．燃料的热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关，所以燃烧更旺不能提高可燃物的热值，故A不符合题意； B．比热容是物质的一种特性，只与物质的种类和状态有关，所以燃烧更旺不能增大可燃物的比热容，故B不符合题意； C．“火要虚”是燃物要架空一些，才能燃烧更旺、燃烧才更充分，这样就可以提高燃料的利用率，故C符合题意； D．可燃物在燃烧时都会产生废气，废气大多都会对环境造成污染，故D不符合题意。 故选C。 3．2020年第七十五届联合国大会上，我国向世界郑重承诺力争在2030年实现碳达峰，努力争取在2060年前实现碳中和。2021年全国两会的政府工作报告明确提出要扎实做好碳达峰和碳中和的各项工作，以下关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．为了实现碳中和，我们应该将热机的效率提高到100% C．热机只能使用汽油和柴油作为燃料 D．提高热机的效率有利于节能减排保护环境 【答案】D 【详解】A．内能是分子动能和势能的总和，一切物体都具有内能，因此热机排出的尾气也有内能，故A错误； B．热机中燃料燃烧释放的能量不可能都来做有用功，因此热机的效率不可能到达100%，故B错误； C．内燃机分为汽油机和柴油机两类，它们分别用汽油和柴油做燃料。内燃机只是热机的一种，除了内燃机还有蒸汽机、汽轮机、喷气发动机等，它们不都是用汽油和柴油做燃料的，故C错误； D．热机的效率越高，在做同样功的情况下，就消耗更少的燃料，从而节约能源，减少污染，到达节能减排的目的，故D正确。 故选D。 4．下列有关热机的说法中不正确的是（　　） A．热机的效率越高，在做功同样多的情况下，消耗能量越少 B．一般采用增大热机功率的方法来提高热机的效率 C．热机是将内能转化为机械能的机械 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】B 【详解】A．热机效率越高，做有用功与燃料完全燃烧放出的热量的比值越大，即在做功相同的情况下，消耗的燃料较少，或消耗相同的燃料，做功较多，故A正确，不符合题意； B．功率指做功的快慢，热机的效率与功率没有关系，故B错误，符合题意； C．利用燃料燃烧获得的内能来工作的机器叫热机，所以热机是将内能转化为机械能的机械，故C正确，不符合题意； D．热机的大量使用，会消耗更多的燃料，产生很多有害环境的物质，故D正确，不符合题意。 故选B。 5．关于热机，下列说法错误的是（    ） A．四冲程汽油机在工作过程中，做功冲程把内能转化为机械能 B．热机工作时产生的废气会污染环境 C．柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油的热值比汽油大 D．提高热机的效率可以节约能源减少污染 【答案】C 【详解】A．四冲程汽油机在工作过程中，做功冲程中高温高压的燃气推动活塞做功，把内能转化为机械能，故A正确，不符合题意； B．热机工作时产生的废气中含有多种污染物，会污染环境，故B正确，不符合题意； C．柴油机的效率比汽油机的效率高，是因为柴油机在吸气冲程中吸入的是空气，在压缩冲程中压缩程度大，做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值大，与热值大小无关，故C错误，符合题意； D．提高热机的效率，意味着可以用更少的燃料获得更多的有用功，从而节约能源，同时减少废气的排放，减少污染，故D正确，不符合题意。 故选C。 6．汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机的大量使用会造成环境污染 D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 【答案】C 【详解】A．一切物体在任何温度下都有内能，所以热机排放的尾气也有内能，故A错误； B．热机在工作时不可避免地要损失一部分能量（如散热、克服机械部件间的摩擦），所以热机的效率不可能达到100%，故B错误； C．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故C正确； D．汽油机的做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，故D错误。 故选C。 7．热机使用加快了人类文明的进程，但也带来了环境污染问题。现代工业大量燃烧煤炭、石油和天然气排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫和氮氧化合物会形成_______，危害植物，污染环境等。我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路，在应对全球气候变化上做出了积极的贡献。 【答案】酸雨 【详解】含二氧化硫和氮氧化物的废气在大气中会形成酸雨，因此大量使用热机带来了环境污染问题，形成的酸雨危害植物，污染环境。 素养提升 1．下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．所有的热机都用汽油作燃料 B．汽车排出的尾气都是有毒气体 C．热机的大量使用会造成环境污染 D．热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除 【答案】C 【详解】A．汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，还有其它种类的热机，需要的燃料不同，所以热机的燃料有许多种，故A错误； B．汽车排出的尾气中含有一氧化碳、氮氧化物等有毒气体，但主要成分是无毒的氮气、二氧化碳和水蒸气，故B错误； C．热机的大量使用会排出大量废气，废气中含有有毒气体，所以会造成环境污染，故C正确； D．热机所产生的噪声，不可能被热机上的消声器完全消除，只能减小噪声，故D错误。 故选C。 2．涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是（　　） A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大 C．压气机压缩空气，空气的内能减小 D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能 【答案】A 【详解】A．使燃料燃烧越充分，可以增大有效利用的能量，提高热机的效率，故A正确； B．热值是燃料的一种特性，大小取决于燃料的种类，与其它因素无关，燃料和压缩空气混合后，燃料的热值不变，故B错误； C．压气机压缩空气，压气机对空气做功，空气的内能增大，故C错误； D．高温高压气体推动涡轮转动时，消耗内能，将内能转化为机械能，故D错误。 故选A。 3．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机的效率能达到100% B．热机的大量使用不会造成环境污染 C．使用热值更高的燃料，可以有效提高热机的效率 D．改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染 【答案】D 【详解】A．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，效率不可能达到100%，故A错误； B．热机在使用时会排放出一些有害的气体，会造成环境污染，故B错误； C．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，与燃料的热值高低无关，而是与燃料是否充分燃烧、克服机械摩擦做的功等因素有关，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，故C错误； D．改进热机性能，可以增大有效利用的能量，减少排放污染，提高热机的效率，故D正确。 故选D。 4．下列有关热机的说法中正确的是（    ） A．热机的效率能达到100% B．热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程 C．可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率 D．热机的大量使用会造成环境污染 【答案】BD 【详解】A．热机工作时不可避免会存在热量散失、克服摩擦消耗额外能量，因此热机效率一定小于，故A错误； B．热机的工作过程就是先通过燃料燃烧获得内能，再将内能转化为机械能对外做功，故B正确； C．功率是描述做功快慢的物理量，热机效率是有用功占总能量的比值，二者是完全不同的物理量，增大功率不能提高热机效率，故C错误； D．热机大多燃烧化石燃料，会排放有害废气，引发大气污染、温室效应等环境问题，因此热机的大量使用会造成环境污染，故D正确； 故选BD。 5．随着“双碳”目标推进，燃料发生了大规模的更替，新能源汽车也逐步替代传统燃油汽车，请你结合具体情境展开分析。 (1)我国大力推广新能源汽车，主要是为了减少__________污染。 A．大气 B．声 (2)如图是传统燃油机的__________冲程，该冲程的能量转化是__________能转化为__________能。 【答案】(1)A (2) 做功 内 机械 【详解】（1）传统燃油汽车燃烧汽油或柴油，会排放大量有害气体，如二氧化碳，温室气体，加剧全球变暖、一氧化碳、氮氧化物、碳氢化合物等，会造成空气污染，而新能源汽车（如电动汽车）不直接燃烧化石燃料，运行时无尾气排放，因此，推广新能源汽车的主要目的是减少大气污染，助力“双碳”目标，故A符合题意，B不符合题意。 故选A。 （2）[1][2][3]由图可知，该冲程两个气门关闭，活塞下行，火花塞点火，是传统燃油机的做功冲程，在做功冲程中燃料燃烧产生高温高压气体，气体膨胀推动活塞运动，将内能转化为机械能。 迁移创新 1．为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更加强劲。下列有关说法正确的是（　　） A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B．若给该发动机安装消音器，是从传播过程中减弱了噪声 C．该款新型汽车的使用仍然会造成大气污染 D．该新型汽车发动机的热机效率可达100% 【答案】AC 【详解】A．尾气中“汽油味”明显降低，这说明汽油的燃烧率较高，燃烧的比较完全，故A正确； B．给该发动机安装消音器，是控制噪声的产生，是从声源处减弱了噪声，故B错误； C．该发动机的尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲，在做相同有用功时，消耗的燃料少，减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护，但仍会排放废气，造成大气污染，故C正确； D．汽车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错误。 故选AC。 2．又到了送暖气的季节，城市家庭多采用暖气取暖。小明查阅资料后得知：暖气入水口的温度为70℃，出水口的温度为40℃。一天内流经房屋的水量约为4000kg。[水的比热容，天然气的热值] 求： (1)暖气中的水一天内向房间释放的热量是多少？ (2)这些热量如果通过燃烧天然气释放，需要燃烧多少的天然气？ (3)天然气的大量使用也会给环境带来影响，请简述1条。 【答案】(1) (2) (3)造成温室效应 【详解】（1）暖气中的水一天内向房间释放的热量是 （2）这些热量如果通过燃烧天然气释放，由得，需要燃烧的天然气的体积为 （3）天然气在燃烧时会产生二氧化碳，造成温室效应。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $ 第二章 改变世界的热机 第3节 跨学科实践：保护地球家园 课标要点 1. 了解热机的使用带来的环境污染 2. 知道保护环境的措施，有保护环境的意识 学习重难点 重点：知道热机对我们生活带来的影响 难点：建立物理知识与环境保护的联系 知识点 热机的使用带来的问题 1. 大气污染： 燃油、煤炭燃烧释放氮氧化物、碳氧化物、重金属等有害气体，污染空气，危害人体健康。 2. 温室效应：燃料燃烧排放大量二氧化碳，加剧温室效应，造成全球气候变暖。 3. 热污染：热机废气、冷却水带走大量热量，向环境释放余热，提升局部气温，加剧城市热岛效应。 4. 噪声污染：汽车、内燃机等机械运转产生噪声，干扰人们正常生活，损害身心健康。 随学随练 1．能源是人类生存和发展的重要物质基础，下列能源中应该大力开发利用的是（    ） A．煤 B．石油 C．太阳能 D．天然气 知识点 保护地球环境 1. 提高热机效率：减少燃料消耗，降低废气、余热排放，节约化石能源。 2. 控制尾气污染：改进燃烧设备，加装尾气净化装置，严格执行污染物排放标准。 3. 开发清洁能源与新能源：推广电能、氢能等绿色动力机械，减少燃油、煤炭的使用。 4. 降低热污染与噪声：优化散热系统，改造热力设备；加装消声器，减弱机械噪声。 5. 践行低碳生活：绿色出行，树立节约能源、保护地球家园的意识。 随学随练 1．保护地球家园 (1)汽车内燃机对环境产生污染的种类：大气污染、______污染、噪声污染等； (2)利用______，研究和开发低能耗、少污染的高性能动力机械，控制和减少污染，坚定不移走生态优先、绿色低碳的高质量发展之路。 基础通关 1．以下各种形式的能源中可作为理想能源的是（　　） A．太阳能 B．天然气 C．石油 D．煤炭 2．古语“人要实，火要虚”，其意思是，人要脚踏实地，才能事业有成；可燃物要架空一些才能燃烧更旺。“火要虚”的目的是（　　） A．提高可燃物的热值 B．增大可燃物的比热容 C．提高可燃物的利用率 D．不会产生废气，不会造成环境污染 3．2020年第七十五届联合国大会上，我国向世界郑重承诺力争在2030年实现碳达峰，努力争取在2060年前实现碳中和。2021年全国两会的政府工作报告明确提出要扎实做好碳达峰和碳中和的各项工作，以下关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．为了实现碳中和，我们应该将热机的效率提高到100% C．热机只能使用汽油和柴油作为燃料 D．提高热机的效率有利于节能减排保护环境 4．下列有关热机的说法中不正确的是（　　） A．热机的效率越高，在做功同样多的情况下，消耗能量越少 B．一般采用增大热机功率的方法来提高热机的效率 C．热机是将内能转化为机械能的机械 D．热机的大量使用会造成环境污染 5．关于热机，下列说法错误的是（    ） A．四冲程汽油机在工作过程中，做功冲程把内能转化为机械能 B．热机工作时产生的废气会污染环境 C．柴油机的效率比汽油机高，是因为柴油的热值比汽油大 D．提高热机的效率可以节约能源减少污染 6．汽车的发动机大多数是内燃机，内燃机是热机的一种，下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．热机排出的尾气没有内能 B．热机的效率能达到100% C．热机的大量使用会造成环境污染 D．汽油机的做功冲程是将机械能转化成内能 7．热机使用加快了人类文明的进程，但也带来了环境污染问题。现代工业大量燃烧煤炭、石油和天然气排放的烟尘使大气十分浑浊，排放的二氧化硫和氮氧化合物会形成_______，危害植物，污染环境等。我国坚持走绿色、低碳、可持续发展道路，在应对全球气候变化上做出了积极的贡献。 素养提升 1．下列关于热机和环境保护的说法，正确的是（　　） A．所有的热机都用汽油作燃料 B．汽车排出的尾气都是有毒气体 C．热机的大量使用会造成环境污染 D．热机所产生的噪声，可以被热机上的消声器完全消除 2．涡轴9“玉龙”是我国完全自主研发的航空涡轴发动机，其大致工作过程是：空气通过进气道进入压气机，被压气机压缩后进入燃烧室与燃料混合，燃料在燃烧室燃烧后，产生的高温高压气体推动涡轮转动，从而输出动力。该发动机工作过程中的相关说法正确的是（　　） A．燃烧室中燃料燃烧越充分，发动机效率越高 B．燃料和压缩空气混合后，燃料的热值增大 C．压气机压缩空气，空气的内能减小 D．高温高压气体推动涡轮转动时，将机械能转化为内能 3．下列关于热机和环境保护的说法中，正确的是（　　） A．热机的效率能达到100% B．热机的大量使用不会造成环境污染 C．使用热值更高的燃料，可以有效提高热机的效率 D．改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染 4．下列有关热机的说法中正确的是（    ） A．热机的效率能达到100% B．热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程 C．可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率 D．热机的大量使用会造成环境污染 5．随着“双碳”目标推进，燃料发生了大规模的更替，新能源汽车也逐步替代传统燃油汽车，请你结合具体情境展开分析。 (1)我国大力推广新能源汽车，主要是为了减少__________污染。 A．大气 B．声 (2)如图是传统燃油机的__________冲程，该冲程的能量转化是__________能转化为__________能。 迁移创新 1．为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车。与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更加强劲。下列有关说法正确的是（　　） A．尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全 B．若给该发动机安装消音器，是从传播过程中减弱了噪声 C．该款新型汽车的使用仍然会造成大气污染 D．该新型汽车发动机的热机效率可达100% 2．又到了送暖气的季节，城市家庭多采用暖气取暖。小明查阅资料后得知：暖气入水口的温度为70℃，出水口的温度为40℃。一天内流经房屋的水量约为4000kg。[水的比热容，天然气的热值] 求： (1)暖气中的水一天内向房间释放的热量是多少？ (2)这些热量如果通过燃烧天然气释放，需要燃烧多少的天然气？ (3)天然气的大量使用也会给环境带来影响，请简述1条。 学科网（北京）股份有限公司1 / 10 学科网（北京）股份有限公司 $