12.4 热机与社会发展 学习任务单 2026-2027学年物理沪粤版九年级上册

12.4 热机与社会发展　学习任务单 班级：________　　姓名：________　　小组：________ 学习目标 1. 了解汽油机的组成。 2. 了解汽油机的工作原理和工作过程以及工作过程中冲程的图像识别。 3. 了解汽油机和柴油机的区别。 4. 了解热机的效率以及热机对环境的影响。 课堂探究任务 探究任务一　热机 如图所示，通过回答下列问题我们来探究热机的知识。 实验示意图 问题1：当点燃酒精灯后一段时间，你观察到了什么现象？ 问题2：在上述现象中发生的能量转化是什么？ ▶ 归纳总结 1. 热机的定义：通过燃料________获得内能，并把________转化为________的机器。 2. 热机的种类：________、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 3. 内燃机：燃料直接在发动机________内燃烧产生动力的热机，分为汽油机和柴油机。 ▶ 应用 应用1　下列装备的动力装置不是热机的是（　　） A. 新能源电动汽车 B. "东风号"远洋轮船 C. 国产大飞机C919 D. "长征五号"运载火箭 特别提醒：热机是将内能转化为机械能的机器。 探究任务二　汽油机 ▶ 问题链 我们知道，小汽车、飞机、摩托车都使用汽油机，通过回答下列问题来探究汽油机是怎样工作的。 问题1：汽油机的燃料是________。 问题2：汽油机主要由气缸、________、________、________、活塞、曲轴、连杆组成。 问题3：汽油机工作时一个工作循环有________个冲程。 ▶ 归纳总结 1. 汽油机主要部件的作用：(1) 气缸：汽油在气缸的顶部燃烧，从而产生高温、高压燃气。(2) 活塞：在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能。(3) 连杆和曲轴：连杆与活塞相连，曲轴通过传动装置与工作机相连，将活塞的动力传给工作机。(4) 进气门：汽油和空气形成的燃料混合物的进口。(5) 排气门：燃料燃烧后，废气的出口。(6) 火花塞：点火装置，能产生电火花，使燃料混合物猛烈燃烧。 2. 工作过程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程(也可称行程)。常见的汽油机要正常工作，必须连续完成吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且不断循环进行。 (1) 吸气冲程：________打开，________关闭，活塞向________运动，将空气和汽油的混合物吸入气缸。 (2) 压缩冲程：进气门和排气门都________，活塞由________向________运动，压缩混合物，使混合物的温度升高。 (3) 做功冲程：在压缩冲程末期，________产生火花，混合物猛烈燃烧，形成高温、高压气体，推动活塞向________运动，对外做功。 (4) 排气冲程：进气门________，排气门________，活塞向________运动，将废气排出。 点拨：(1) 在四个冲程中压缩冲程涉及的能量转化：________转化为________。做功冲程涉及的主要能量转化：________转化为________。 (2) 在四个冲程中，只有________冲程对外做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的________带动活塞完成，周而复始，使汽油机持续转动下去。 (3) 汽油机一个工作循环有四个冲程，对外做功________次，飞轮转动________次，活塞往返________次。 ▶ 应用 应用2　(2025·佛山检测)如图所示是四冲程汽油机的其中一个冲程的剖面图，下列说法正确的是（　　） 应用2图 A. 该冲程是做功冲程 B. 该冲程过程中气缸内混合气体内能增加 C. 该冲程过程中内能转化成机械能 D. 该冲程过程能给外界提供动力 特别提醒：根据气门的开闭情况和活塞的运动方向判断是哪一个冲程；做功冲程中内能转化为机械能，该冲程能给外界提供动力。 探究任务三　热机的效率 ▶ 问题链 使用任何机械都存在效率问题，那么热机的效率是怎样的呢？我们通过下列问题来学习热机的效率。 问题1：内燃机工作时，损失的能量有哪些？ 问题2：目前先进汽油机的效率已超过________，先进柴油机更是突破了________。 ▶ 归纳总结 1. 定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率(η)。(比值定义法) 2. 计算公式：。 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，就消耗更少的燃料，节约能源。 4. 提高热机效率的方法：(1) 使燃料充分燃烧；(2) 尽量减少各种热量损失；(3) 利用废气的能量(废气带走的能量最多)；(4) 注意保养，保证良好的润滑，减少因克服摩擦阻力而额外消耗的能量。 5. 柴油机和汽油机的比较： 热机 汽油机 柴油机 不同点 结构图 吸气冲程 吸入的是空气和汽油的混合物 吸入的只有空气 压缩冲程 压缩程度较低 压缩程度较高 做功冲程 火花塞点火(点燃式) 喷油嘴喷出柴油(压燃式) 相同点 排气冲程 把废气排出气缸 ▶ 应用 应用3　甲、乙两台汽油机，甲的效率低于乙的效率，意义是（　　） A. 甲的功率大于乙的功率 B. 甲消耗的燃料多于乙消耗的燃料 C. 乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的能量的比例比甲大 D. 工作相同时间甲消耗的燃料一定比乙少 特别提醒：热机的效率是指热机用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。比值越大，热机的效率越高。 探究任务四　热机与环境 阅读课本P41～P42"热机与环境"部分内容，回答下列问题。 问题1：热机的利用带来哪些环境污染？ 问题2：怎样控制热机对环境造成的污染？ ▶ 归纳总结 1. 热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有多种对人体有害的物质，影响人们的身体健康和动植物的生存，对环境造成污染。 2. 减少热机排放的有害物质，控制废气的排放总量，已成为热机发展与环境保护的重要举措。 3. 不断提高汽油、柴油的品质，从源头减少热机有害物质的排放。 课堂练习 知识点一　热机 1. 下列交通工具没有利用热机的是（　　） A. 火车　　B. 飞机 C. 轮船　　D. 自行车 知识点二　汽油机 2. 汽油机吸气冲程吸入气缸内的物质是（　　） A. 柴油　　B. 汽油和空气 C. 汽油　　D. 空气 3. 如图所示是一台四冲程内燃机的工作原理图，它现在处于________（选填"压缩"或"做功"）冲程，这个冲程是通过________（选填"做功"或"热传递"）的方式改变气缸内气体的内能的。 题3图 知识点三　热机的效率 4. (2025·深圳模拟)小明在2024年珠海航展上不仅观摩了精彩的飞行表演，还了解到一个信息：某型号飞机，其热机每消耗100 kg燃油可让飞机获得的机械能。若燃油热值q取，则100 kg燃油完全燃烧产生的热量为________J，该热机效率为________。若要提高热机效率，请你给出一条建议：____________________。 知识点四　热机与环境 5. 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 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 6. (2026·深圳期中)汽车是现代生活中常见的一种交通工具，如图甲、乙分别是某汽油机的某冲程及能量流向图。下列有关说法正确的是（　　） 第6题图 A. 由图乙可知，该汽油机的效率是30% B. 汽车尾气中的"汽油味"越浓，燃料燃烧得越不充分，这会降低燃料的热值 C. 图甲中汽油机飞轮转速是1 800 r/min，则该热机1 s内对外做功30次 D. 图甲是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高 7. 如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） 题7图 A. 一个工作循环的正确顺序是甲乙丙丁 B. 图乙冲程能获得动力 C. 图丁冲程是机械能转化为内能的过程 D. 图丙冲程存在化学能转化为内能的过程 8. 如图所示为某展会中的"走马灯"装置，点燃底部蜡烛，热空气上升，驱动扇叶转动，观众惊奇地看到纸片小人的影子动了起来。热空气上升驱动扇叶转动的能量转化情况为________________，这与四冲程汽油机的________冲程的能量转化情况相同。 题8图 9. 有一种单缸汽油机在原有四冲程的基础上增加了两个冲程，成了六冲程汽油机，也就是在原有四冲程汽油机完成排气冲程后向气缸内喷水，水在气缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀________，这种汽油机一个工作循环有六个冲程，做功________次。 章末整体回顾 章末整体回顾图 参考答案 探究任务一　热机 问题1：烧瓶中冒出的水蒸气推动着叶轮转动。 问题2：化学能转化为内能，内能又转化为机械能。 归纳总结：1. 燃烧；内能；机械能；2. 蒸汽机；3. 气缸。 应用1：A。解析：新能源电动汽车用电动机驱动，不是热机；轮船、飞机、火箭分别使用柴油机、喷气发动机、火箭发动机，都是热机。故选A。 探究任务二　汽油机 问题1：汽油。 问题2：火花塞；进气门；排气门。 问题3：四。 工作过程：(1) 进气门；排气门；下；(2) 关闭；下；上；(3) 火花塞；下；(4) 关闭；打开；上。 点拨：(1) 机械能；内能；内能；机械能；(2) 做功；惯性；(3) 一；两；两。 应用2：B。解析：图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，A错误；压缩冲程中活塞对气缸内混合气体做功，气体的内能增加，温度升高，B正确；此过程是机械能转化为内能，C错误；做功冲程才能给外界提供动力，D错误。故选B。 探究任务三　热机的效率 问题1：散失到空气中一部分，废气带走一部分，克服部件间摩擦消耗一部分。 问题2：40%；50%。 应用3：C。解析：热机的效率表示用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，乙的效率高，说明乙将燃料燃烧放出的能量变成有用功的能量的比例比甲大，C正确；效率与功率是两个不同的物理量，效率大功率不一定大，A错误；消耗燃料的多少还与做功的多少有关，B、D错误。故选C。 探究任务四　热机与环境 问题1：热机带来的环境污染：(1) 排出的废气温度较高；(2) 废气中含有各种有害的气体和粉尘；(3) 热机工作时噪声污染严重。 问题2：控制方法：(1) 改进燃烧设备；(2) 充分利用污染少的能源；(3) 在排气管上安装消声器，以减少噪声污染。 课堂练习 题1：D。解析：火车（内燃机车）、飞机、轮船都使用热机提供动力；自行车靠人力驱动，没有利用热机。故选D。 题2：B。解析：汽油机吸气冲程吸入气缸内的是空气和汽油的混合物；柴油机吸气冲程吸入的只有空气。故选B。 题3：压缩；做功。解析：图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程；压缩冲程中活塞对气缸内气体做功，气体的内能增大，温度升高，是通过做功的方式改变气缸内气体的内能的。 题4：；50%；改善燃烧条件，让燃油尽可能完全燃烧。解析：100 kg燃油完全燃烧产生的热量；热机效率；提高热机效率的建议：使燃油尽可能充分燃烧、减少各种热量损失、利用废气的能量、保证良好润滑等（写一条即可）。 题5：D。解析：热机效率与燃料的热值无关，使用热值更高的燃料不能提高热机效率，D错误（不正确的说法）；A、B、C说法均正确。故选D。 题6：D。解析：由图乙可知，燃气带走的能量、散热损失等各种能量损失占总能量的比例较大，该汽油机的效率不是30%，A错误；燃料的热值只与燃料的种类有关，燃烧不充分不会降低热值，B错误；飞轮转速1 800 r/min=30 r/s，飞轮每转2圈对外做功1次，该热机1 s内对外做功15次，C错误；图甲中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，活塞对气缸内的气体做功，气体的温度升高，D正确。故选D。 题7：C。解析：一个工作循环的正确顺序是吸气、压缩、做功、排气，A错误；图乙是排气冲程，不能获得动力，B错误；图丁是压缩冲程，机械能转化为内能，C正确；图丙是做功冲程，燃油燃烧存在化学能转化为内能的过程，D错误。故选C。 题8：内能转化为机械能；做功。解析：蜡烛燃烧释放内能，热空气上升驱动扇叶转动，将内能转化为机械能，与做功冲程的能量转化情况相同。 题9：做功；2。解析：水在气缸内汽化成水蒸气，水蒸气膨胀做功，把内能转化为机械能；六冲程汽油机在做功冲程和喷水做功各做功一次，一个工作循环做功2次。 学科网（北京）股份有限公司 $