2.2热机效率、2.3跨学科实践：保护地球家园 导学案 -2026-2027学年教科版物理九年级上学期

第 2 章 改变世界的热机 第 2 节 热机效率 第3节跨学科实践：保护地球家园 （导学同步练习） 学习目标 1.知道什么是热机效率，会计算热机的效率。 2.了解热机在社会发展中的作用。 3.了解火箭的原理。 4.了解热机的使用给环境带来的影响，保护环境从我做起 课堂导学 情境导入 汽油机气缸内汽油燃烧时，释放出的热量一部分用来做有用功，即做功冲程中的机械能，其余的能量通过各种方式散失掉。根据上述信息你知道怎样表示汽油机的热机效率吗？ 任务一 热机效率 如图所示是某汽油机内汽油燃烧时能量的流向图，请回答下列问题。 问题 1：汽油完全燃烧放出的热量是否都能被利用？ 问题 2：被有效利用的机械能怎样计算？等于多少？如果热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率，这台汽油机的热机效率是多少？表示的物理意义是什么？ 问题 3：要想提高有效利用的机械能，写出你的做法。 知识归纳 1.热机效率：把热机所做有用功与所用燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机的效率。 2.计算公式：η=（W/Q放）×100% 应用迁移 【应用 1】一辆正在匀速行驶的汽车速度是 72 km/h，所受阻力为 1 500 N，从甲地到乙地 100 km，已知该汽车这种情况下每百公里耗油 10 L。（已知汽油的热值为4.2×107J/kg，汽油的密度为0.75g/cm3 (1) 该车从甲地到乙地克服阻力做了多少功？ (2) 在这个过程中消耗的汽油释放的热量是多少？ (3) 汽车的效率是多少？（结果精确至 0.1%） 特别提醒：(1) 计算汽油的质量时，需要将 L 换成m3；(2) 热机效率没有单位，结果用百分数表示。 任务二 改变世界的热机 阅读课本 P28 “改变世界的热机”，回答下列问题。 问题 1：世界进入以 “火” 为动力的 “蒸汽机时代”，标志着完成了人类的____工业革命。 问题 2：水蒸气驱动叶轮转动，是最简单的____。轮机广泛应用在早期的火车、现代大型火力发电厂以及大型舰船上。在很多汽车、农用机械、轮船上配备的是____机和柴油机。在航空航天中，使用的是更高效的____发动机。 应用迁移 【应用 2】热机的广泛使用已成为一个国家工业化程度的标志，人类的现代生活已越来越离不开各种热机，热机从根本上改变着我们的世界。关于热机的效率，下列说法正确的是（） A. 热机消耗的燃料越多，效率就越低 B. 热机所使用的燃料热值越大，效率就越高 C. 热机做的有用功越多，效率就越高 D. 热机所做的有用功与燃料完全燃烧放出的热量之比越大，效率就越高 任务三 飞向太空 如图甲所示是我国明代史书上记载的军用火箭 “神火飞鸦”，其外形如乌鸦，用细竹或芦苇编成，内部填充火药，鸦身两侧各装两支 “起火”，“起火” 的药筒底部和鸦身内的火药用药线相连。作战时，用 “起火” 的推力将 “飞鸦” 射至远方，“飞鸦” 落地时内部装的火药被点燃爆炸，对周围物体造成一定的伤害。请回答下列问题。 问题 1：如图甲所示，火药燃烧时将____能转化为____能，推动 “飞鸦” 做功，将内能转化为____能，推动 “飞鸦” 向远方运动。 问题 2：如图乙所示，现代火箭发动机原理与 “神火飞鸦” 原理相同，也是将____能转化为____能。 应用迁移 【应用 3】“火龙出水” 火箭作为近代火箭的始祖，被世界广泛认可。火箭用竹管做龙身，用木料做龙头和龙尾，龙身侧面装上小火箭，每只小火箭里都装上火药，龙的腹内装上数支火箭，龙身侧面的小火箭引信是连在一起的，并且这些引信与龙腹内火箭引信也是相连的，当两军的船只在水面上相遇时，从一方的船上发射出 “火龙出水” 火箭，发射前点燃龙头身上侧面小火箭的火药桶，火药燃烧时，火药燃气从火箭尾部喷出，向后喷射的气体产生反作用力，使火龙向前运动，因为龙身侧面引信与龙腹内火箭引信相连，所以当第一级火箭燃烧完毕，就会自动引燃腹内的火箭，这是第二级火箭，此时就从龙腹里射出数支火箭，发射到敌船上，烧毁敌船。 (1) “火龙出水” 火箭的第一级火箭被点燃后快速向前飞行，发生的能量转化主要是________________________。 (2) “火龙出水” 火箭的第二级火箭点燃敌船使之燃烧，发生的能量转化主要是________________________。 任务四 保护地球家园 阅读课本 P31 “保护地球家园”，思考并回答下列问题。 问题 1：我们面临的困扰有哪些？ 问题 2：我国的发展战略是什么？ 应用迁移 【应用 4】关于热机与环境，下列说法不正确的是（） A. 汽车内燃机的废气和冷却水带走大量热量，成为城市热岛效应的元凶之一 B. 热机效率是热机性能的重要指标之一 C. 改进热机性能，可以有效利用资源，减少排放污染 D. 使用热值更高的燃料，可以有效提高热机效率 课堂小结 热机效率：定义 公式：________ 改变世界的热机 飞向太空 保护地球家园 当堂巩固 1.2024 年 10 月 30 日 4 时 27 分，搭载神舟十九号载人飞船的长征二号 F 遥十九运载火箭在酒泉卫星发射中心点火发射。下列说法正确的是（） A. 火箭的燃料燃烧得越充分，热值越大 B. 火箭发动机工作过程中的热机效率是 100% C. 火箭的燃料选用液氢是因为液氢的比热容大 D. 火箭发射升空的过程与热机做功冲程的能量转化相同 2.2024 年 4 月，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。关于热机的效率，下列说法正确的是（） A. 热机的效率越高说明做功越快 B. 热机的效率越高，做同样多的有用功消耗的能量越少 C. 增大热机的功率，可以提高热机的效率 D. 使用热值更大的燃料一定可以提高热机的效率 3.如图所示是汽油机的____冲程。若其效率为 25%，则完全燃烧 1 kg 汽油转化的机械能是________J。（q汽油=4.6×107J/kg)） 4. 如图所示是某品牌汽车汽油机的能量流程图，某次该汽车行驶过程中消耗了 0.1 kg 汽油。求：[汽油的热值为q汽油=4.6×107J/kg，水的比热容为4.2×103J/(kg·℃] (1) 该汽油机的效率； (2) 此行驶过程中汽油完全燃烧释放的热量； (3) 若释放的热量有 25% 被冷却水吸收，则质量为 5 kg 的冷却水升高的温度。 答案解析 【课堂导学】 [任务一] 问题 1 不能。 问题 2 用汽油完全燃烧释放的能量减去克服摩擦耗能、机械散热耗能和废气带走热量的总和；28%；28%；被有效利用的热量占总热量的 28%。 问题 3 减小被损耗的各种能量。 应用迁移 [任务二] 问题 1 第一次 问题 2 轮机 汽油 喷气式 应用迁移 应用2 D 解析：热机消耗的燃料多，即放出的热量多，但不知道有用功，因此效率不一定低，故 A 不符合题意；热值大的燃料只能在燃烧时提供更多的热量，无法提高热机的效率，故 B 不符合题意；热机做的有用功越多，但总功不知道，有用功与总功的比值就不确定，因此效率不一定高，故 C 不符合题意；热机的效率指的是热机所做有用功与所用燃料完全燃烧放出的热量之比，比值越大，效率就越高，故 D 符合题意。故选 D。 [任务三] 问题 1 化学 内 机械 问题 2 内 机械 应用迁移 应用 3 (1) 内能转化为机械能 (2) 化学能转化为内能 解析：(1) 火箭的第一级火箭被点燃后快速向前飞行，燃料燃烧，化学能转化为内能，内能对外做功，内能转化为机械能；(2) 火箭的第二级火箭点燃敌船使之燃烧，是化学能转化为内能。 [任务四] 问题 1 (1) 火力发电厂中，燃煤燃烧形成的污染物对环境造成污染；(2) 汽车燃油燃烧造成热污染和噪声污染，排放的二氧化碳引起的额外温室效应。 问题 2 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道路。 应用迁移 应用 4 D 解析：汽油和柴油的燃烧，不仅排放了大量氮氧化物、碳氧化物和铅，而且汽车内燃机的废气和冷却水还带走大量热量，对环境产生较大的热污染，成为城市热岛效应的元凶之一，故 A 正确；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；同时，热机效率也是热机性能的重要指标之一，故 B、C 正确；热机的效率与燃料的热值没有关系，提高燃料的利用率是提高热机效率的关键，故 D 错误。故选 D。 【课堂小结】 【当堂巩固】 1.D 2.B 3.排气；1.15×107 4.解：(1) 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，由题图可知，输出有用机械能所占比例为100%-33%-25%-7%=35%，即该汽油机的效率为35%。 学科网（北京）股份有限公司 $