12.4 热机与社会发展（导学案）物理新教材沪粤版九年级上册

该初中物理导学案围绕“热机与社会发展”展开，核心知识点包括热机概念、四冲程汽油机工作原理、柴油机与汽油机区别、热机效率及环境影响。通过试管烧水软木塞冲出的演示实验导入，回顾内能转化为机械能，引出热机定义，搭建前后知识联系的学习支架。 该资料特色显著，自主预习填空夯实基础，课堂探究用表格对比汽油机四冲程及与柴油机区别培养模型建构能力，例题和练习结合实际问题训练科学推理，环境影响部分增强环保意识渗透科学态度与责任，分层设计助力学生突破重点难点，提升学习效率。

第4节 热机与社会发展 （导学案） 【学习目标】 1.知道热机的概念，了解热机是利用率内能做功的机械。 2.了解四冲程汽油机的基本构造和工作原理，能准确判断各个冲程及能量转化情况。 3.知道柴油机与汽油机的主要区别。 4.了解热机效率的概念，知道提高热机效率的途径。 5.认识热机使用对环境的影响，增强环保意识和社会责任感。 【学习重点】 1.四冲程汽油机的工作过程及能量转化。 2.热机效率的理解及提高途径。 【学习难点】 1.四冲程汽油机各冲程中气门开闭状态、活塞运动方向与能量转化的对应关系。 2.理解热机效率低于100%的原因。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1.热机的定义：利用 做功的机械叫做热机。热机工作时，将燃料燃烧产生的 能转化为 能。 2.热机的种类：常见的热机有蒸汽机、 、汽轮机、喷气发动机等。其中，燃料在气缸内燃烧的热机叫内燃机，主要包括 和 。 3.汽油机的构造：主要部件包括气缸、活塞、进气门、排气门、曲轴、连杆和飞轮等。汽油机顶部有一个 。 4.工作循环：汽油机的一个工作循环由 、 、 、 四个冲程组成。在一个工作循环中，曲轴转动 周，活塞往复 次，对外做功 次。 5.能量转化：在压缩冲程中， 能转化为 能；在做功冲程中， 能转化为 能。其他三个冲程靠飞轮的 来完成。 6.柴油机特点：柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个 。在吸气冲程中，柴油机吸入的是 ，而汽油机吸入的是 。柴油机采用 式点火，汽油机采用 式点火。 7.热机效率：用来做 的那部分能量，与燃料 放出的能量之比，叫做热机效率。公式为 。 8.环境影响：热机排放的废气中含有 、 等有害物质，还会产生噪声污染和热污染。 【课堂探究】 探究一、热机 演示实验回顾： 如图所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。 现象分析：酒精燃烧将化学能转化为内能，传递给水和水蒸气；水蒸气膨胀对软木塞做功，将内能转化为软木塞的机械能。 结论：热机就是利用 来做功的机器。 分类：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。 【例题1】下列常见机器中属于热机的是（　　） A．抽水机 B．电动机 C．发电机 D．柴油机 探究二、内燃机 1. 汽油机 观察汽油机模型或动画，结合下表分析四个冲程的特点： 冲程名称 进气门 排气门 活塞运动方向 能量转化 备注 吸气冲程 向 无 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 向 气体温度升高，压强增大 做功冲程 向 火花塞点火，唯一对外做功 排气冲程 向 无 排出废气 关键点拨： 判断技巧：“一看气门，二看活塞”。 一进一排：若是活塞向下，为吸气；若是活塞向上，为排气。 两门都关：若是活塞向上，为压缩；若是活塞向下，为做功。 惯性作用：只有做功冲程是燃气推动活塞做功，其余三个冲程（吸气、压缩、排气）都是依靠飞轮的惯性来完成的。 数量关系：1个工作循环 = 4个冲程 = 曲轴转2周 = 活塞往复2次 = 对外做功1次。 2. 汽油机与柴油机的比较 请根据教材内容和所学知识，完成下表： 比较项目 汽油机 柴油机 顶部构造 火花塞 吸入物质 汽油和空气的混合物 点火方式 点燃式 效率 较低（20%~30%） （30%~45%） 应用场景 小汽车、摩托车等轻便机械 卡车、轮船、坦克等大型机械 【例题2】汽油机是热机的一种。如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在___________冲程。若汽油机飞轮转速为3600 r/min，则该汽油机1 s内对外做功___________次。 探究三、热机效率与环境保护 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之比。 公式： 1.热机效率低的原因： 燃料很难完全燃烧。 废气带走大量的热量（这是能量损失的主要原因）。 机器散热损失。 克服摩擦做功消耗能量。 2.提高热机效率的途径： 使燃料充分燃烧（如将煤磨成粉、雾化燃油）。 减少各种热量损失（如利用废气余热）。 减小机械摩擦（如良好润滑）。 改进热机结构。 3.热机与环境： 主要污染：废气（一氧化碳、氮氧化物、颗粒物）、噪声、热岛效应。 4.应对措施： 改进燃烧技术，安装尾气净化装置。 使用清洁燃料（如天然气、乙醇汽油）。 开发新能源汽车（电动汽车、氢燃料电池车）。 加强绿化，植树造林。 【例题3】汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 【归纳整理】 第4节 热机与社会发展 【课堂练习】 1．汽油机工作循环中，属于内能转化为机械能的冲程是（     ） A．做功冲程 B．吸气冲程 C．排气冲程 D．压缩冲程 2．如图所示为汽油机的四冲程示意图，下列说法中正确的是（     ） A．一个工作循环的正确顺序是：丁→乙→丙→甲 B．丙冲程是内能转化为机械能 C．乙冲程中存在着机械能转化为内能的过程 D．丁冲程吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 3．如图所示的实验，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将橡胶塞冲向空中。下列说法正确的是（     ） A．水蒸气对橡胶塞做功，水蒸气的内能不变 B．能量转化的顺序为：化学能内能机械能 C．加热试管中的水，是用做功的方式使水的内能增加 D．塞子被推出试管口的过程与内燃机吸气冲程的能量转化情况相同 4．关于汽油机和柴油机的主要区别，其中正确的是（     ） A．柴油机的顶部是火花塞，汽油机的顶部有喷油嘴 B．在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式 C．柴油机比汽油机笨重，功率较小 D．柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 5．提高热机效率能缓解能源紧缺问题。下列关于热机效率的说法中，正确的是（ ） A．热机效率高，就没有环境污染 B．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 C．减少内部部件间的摩擦可提高热机效率 D．使用有热机的新能源汽车，热机效率可达到100% 6．如图所示，汽油机在该冲程过程中，将____________能转化为____________能。一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则汽油机每秒钟完成____________个冲程。 7．除了燃料使用柴油以外，柴油机与汽油机的不同之处还在于：柴油机在结构上有__________（选填“火花塞”或“喷油嘴”），在吸气冲程中，____________（选填“空气”或“汽油和空气”）通过进气阀进入汽缸等。 8．一台柴油机的热机效率为，表示的意义是：___________的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比为___________，用这台柴油机工作时，完全燃烧的柴油可做有用功___________。（柴油的热值为） 9．一柴油机完全燃烧柴油后，放出8×108J的热量，要损失4.8×108J的能量，得到了________J的机械能，该柴油机的效率是________。 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第4节 热机与社会发展 （导学案） 【学习目标】 1.知道热机的概念，了解热机是利用率内能做功的机械。 2.了解四冲程汽油机的基本构造和工作原理，能准确判断各个冲程及能量转化情况。 3.知道柴油机与汽油机的主要区别。 4.了解热机效率的概念，知道提高热机效率的途径。 5.认识热机使用对环境的影响，增强环保意识和社会责任感。 【学习重点】 1.四冲程汽油机的工作过程及能量转化。 2.热机效率的理解及提高途径。 【学习难点】 1.四冲程汽油机各冲程中气门开闭状态、活塞运动方向与能量转化的对应关系。 2.理解热机效率低于100%的原因。 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1.热机的定义：利用___内___做功的机械叫做热机。热机工作时，将燃料燃烧产生的___内___能转化为___机械___能。 2.热机的种类：常见的热机有蒸汽机、___内燃机___、汽轮机、喷气发动机等。其中，燃料在气缸内燃烧的热机叫内燃机，主要包括___汽油机___和___柴油机___。 3.汽油机的构造：主要部件包括气缸、活塞、进气门、排气门、曲轴、连杆和飞轮等。汽油机顶部有一个___火花塞___。 4.工作循环：汽油机的一个工作循环由___吸气冲程___、___压缩冲程___、___做功冲程___、___排气冲程___四个冲程组成。在一个工作循环中，曲轴转动___2___周，活塞往复___2___次，对外做功___1___次。 5.能量转化：在压缩冲程中，___机械___能转化为___内___能；在做功冲程中，___内___能转化为___机械___能。其他三个冲程靠飞轮的___惯性___来完成。 6.柴油机特点：柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个___喷油嘴___。在吸气冲程中，柴油机吸入的是___空气___，而汽油机吸入的是___汽油和空气混合物___。柴油机采用___压燃___式点火，汽油机采用___点燃___式点火。 7.热机效率：用来做___有用功___的那部分能量，与燃料___完全燃烧___放出的能量之比，叫做热机效率。公式为 。 8.环境影响：热机排放的废气中含有__二氧化碳____、___二氧化硫___等有害物质，还会产生噪声污染和热污染。 【课堂探究】 探究一、热机 演示实验回顾： 如图所示，在试管中装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把软木塞冲出。 现象分析：酒精燃烧将化学能转化为内能，传递给水和水蒸气；水蒸气膨胀对软木塞做功，将内能转化为软木塞的机械能。 结论：热机就是利用___内能___来做功的机器。 分类：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。 【例题1】下列常见机器中属于热机的是（　　） A．抽水机 B．电动机 C．发电机 D．柴油机 【答案】D 【详解】热机是将内能转化为机械能的装置； A．抽水机将其他形式能转化为水的机械能，故A不符合题意； B．电动机将电能转化为机械能，故B不符合题意； C．发电机将机械能转化为电能，故C不符合题意； D．柴油机将内能转化为机械能，故D符合题意。 故选D。 探究二、内燃机 1. 汽油机 观察汽油机模型或动画，结合下表分析四个冲程的特点： 冲程名称 进气门 排气门 活塞运动方向 能量转化 备注 吸气冲程 __打开__ __关闭__ 向__下__ 无 吸入汽油和空气的混合物 压缩冲程 __关闭__ __关闭__ 向__上__ __机械能__ __内能__ 气体温度升高，压强增大 做功冲程 __关闭__ __关闭__ 向__下__ __内能__ __机械能__ 火花塞点火，唯一对外做功 排气冲程 __关闭__ __打开__ 向__上__ 无 排出废气 关键点拨： 判断技巧：“一看气门，二看活塞”。 一进一排：若是活塞向下，为吸气；若是活塞向上，为排气。 两门都关：若是活塞向上，为压缩；若是活塞向下，为做功。 惯性作用：只有做功冲程是燃气推动活塞做功，其余三个冲程（吸气、压缩、排气）都是依靠飞轮的惯性来完成的。 数量关系：1个工作循环 = 4个冲程 = 曲轴转2周 = 活塞往复2次 = 对外做功1次。 2. 汽油机与柴油机的比较 请根据教材内容和所学知识，完成下表： 比较项目 汽油机 柴油机 顶部构造 火花塞 ___喷油嘴___ 吸入物质 汽油和空气的混合物 ___空气___ 点火方式 点燃式 ___压燃式___ 效率 较低（20%~30%） ___较高___（30%~45%） 应用场景 小汽车、摩托车等轻便机械 卡车、轮船、坦克等大型机械 【例题2】汽油机是热机的一种。如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，由图可以看出，此时它正处在___________冲程。若汽油机飞轮转速为3600 r/min，则该汽油机1 s内对外做功___________次。 【答案】 做功 30 【详解】两气门关闭、火花塞点火、活塞向下运动，此时为做功冲程 飞轮1s内的转数为 四冲程汽油机飞轮每转2圈对外做功1次，故1s内对外做功次数为 探究三、热机效率与环境保护 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之比。 公式： 1.热机效率低的原因： 燃料很难完全燃烧。 废气带走大量的热量（这是能量损失的主要原因）。 机器散热损失。 克服摩擦做功消耗能量。 2.提高热机效率的途径： 使燃料充分燃烧（如将煤磨成粉、雾化燃油）。 减少各种热量损失（如利用废气余热）。 减小机械摩擦（如良好润滑）。 改进热机结构。 3.热机与环境： 主要污染：废气（一氧化碳、氮氧化物、颗粒物）、噪声、热岛效应。 4.应对措施： 改进燃烧技术，安装尾气净化装置。 使用清洁燃料（如天然气、乙醇汽油）。 开发新能源汽车（电动汽车、氢燃料电池车）。 加强绿化，植树造林。 【例题3】汽车是现代生活中最常见的一种交通工具，如图是某汽油机的能量流向图。由图可知，该汽油机的效率为________。 【答案】28% 【详解】热机效率是指有效利用的能量与燃料完全燃烧放出的热量的比值，由图可知，输出有用机械能所占比例为 即该汽油机的效率为。 【归纳整理】 第4节 热机与社会发展 【课堂练习】 1．汽油机工作循环中，属于内能转化为机械能的冲程是（     ） A．做功冲程 B．吸气冲程 C．排气冲程 D．压缩冲程 【答案】A 【详解】A.做功冲程中高温高压燃气推动活塞对外做功，将内能转化为机械能，故A符合题意； BC.吸气、排气冲程无能量转化，故BC不符合题意； D.压缩冲程将机械能转化为内能，故D不符合题意。 故选A。 2．如图所示为汽油机的四冲程示意图，下列说法中正确的是（     ） A．一个工作循环的正确顺序是：丁→乙→丙→甲 B．丙冲程是内能转化为机械能 C．乙冲程中存在着机械能转化为内能的过程 D．丁冲程吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 【答案】D 【详解】由图可知：甲图进气门关闭、排气门打开，活塞向上运动，为排气冲程；乙图两气门关闭，活塞向下运动，为做功冲程；丙图两气门关闭，活塞向上运动，为压缩冲程；丁图进气门打开、排气门关闭，活塞向下运动，为吸气冲程。 A. 汽油机一个工作循环顺序为吸气(丁)→压缩(丙)→做功(乙)→排气(甲)，故A错误； B. 丙为压缩冲程，将机械能转化为内能，与B选项表述不符，故B错误； C. 乙为做功冲程，将内能转化为机械能，不存在机械能转化为内能的过程，与C选项表述不符，故C错误； D. 丁为吸气冲程，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物，故D正确。 故选D。 3．如图所示的实验，用酒精灯加热试管里的水，产生的水蒸气将橡胶塞冲向空中。下列说法正确的是（     ） A．水蒸气对橡胶塞做功，水蒸气的内能不变 B．能量转化的顺序为：化学能内能机械能 C．加热试管中的水，是用做功的方式使水的内能增加 D．塞子被推出试管口的过程与内燃机吸气冲程的能量转化情况相同 【答案】B 【详解】AB．酒精燃烧将化学能转化为内能，水蒸气膨胀将橡胶塞冲出，将内能转化为机械能，水蒸气的内能减小，能量转化的顺序为：化学能→内能→机械能，故B正确，A错误； C．加热试管中的水，是通过热传递的方式使水的内能增加，故C错误； D．塞子被推出试管口的过程，内能转化为机械能，与内燃机做功冲程的能量转化情况相同，故D错误。 故选B。 4．关于汽油机和柴油机的主要区别，其中正确的是（     ） A．柴油机的顶部是火花塞，汽油机的顶部有喷油嘴 B．在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式 C．柴油机比汽油机笨重，功率较小 D．柴油机吸入汽缸的只是空气，汽油机吸入汽缸的是汽油和空气的混合物 【答案】D 【详解】A．汽油机顶部为火花塞，柴油机顶部为喷油嘴，故A错误； B．做功冲程里，汽油机靠火花塞电火花点燃油气混合物，是点燃式；柴油机依靠压缩空气产生的高温直接点燃柴油，是压燃式，故B错误； C．柴油机比汽油机笨重，且压缩比更大，功率更大，故C错误； D．吸气冲程中柴油机吸入汽缸的只有空气，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物，故D正确。 故选D。 5．提高热机效率能缓解能源紧缺问题。下列关于热机效率的说法中，正确的是（ ） A．热机效率高，就没有环境污染 B．柴油机的效率一般低于汽油机的效率 C．减少内部部件间的摩擦可提高热机效率 D．使用有热机的新能源汽车，热机效率可达到100% 【答案】C 【详解】A．热机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，热机效率高只能说明有用功占比高，但热机工作时仍会有废气等产生，还是会有环境污染，故A错误； B．柴油机的压缩比更大，燃料燃烧更充分，所以柴油机的效率一般高于汽油机的效率，故B错误； C．减少内部部件间的摩擦，可以减少额外功的消耗，从而提高用来做有用功的能量占比，即提高热机效率，故C正确； D．热机在工作过程中，不可避免地要克服机械部件间的摩擦做额外功，同时废气也会带走一部分能量，所以热机效率不可能达到100%，故D错误。 故选C。 6．如图所示，汽油机在该冲程过程中，将____________能转化为____________能。一台单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1200r/min，则汽油机每秒钟完成____________个冲程。 【答案】 内 机械 40 【详解】由图中气门均关闭、火花塞点火、活塞向下运动，可知该冲程为做功冲程，将内能转化为机械能。 飞轮每秒转动的圈数为 因四冲程汽油机飞轮每转1圈完成2个冲程，故每秒完成的冲程数为个 7．除了燃料使用柴油以外，柴油机与汽油机的不同之处还在于：柴油机在结构上有__________（选填“火花塞”或“喷油嘴”），在吸气冲程中，____________（选填“空气”或“汽油和空气”）通过进气阀进入汽缸等。 【答案】 喷油嘴 空气 【详解】汽油机与柴油机的结构上不同之处是：汽油机顶部是个火花塞，柴油机的顶部是喷油嘴； 汽油机吸入汽缸的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入汽缸的是空气。 8．一台柴油机的热机效率为，表示的意义是：___________的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比为___________，用这台柴油机工作时，完全燃烧的柴油可做有用功___________。（柴油的热值为） 【答案】 热机用来做有用功 【详解】热机效率等于热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的能量之比；一台柴油机的热机效率为，表示的意思是热机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为； 完全燃烧柴油放出的热量为 由，可知做的有用功为 9．一柴油机完全燃烧柴油后，放出8×108J的热量，要损失4.8×108J的能量，得到了________J的机械能，该柴油机的效率是________。 【答案】 40% 【详解】柴油机得到的机械能为 该柴油机的效率为 【课后反思】 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $