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2022華師大版九上科學 7.3熱機 學案
姓名
[學習目標]：
1、知道熱值并能進行簡單的計算。
2、知道熱機中能量的轉化。
3、理解四沖程汽油機的構造和工作原理。
一、知識點梳理：
知識點1、熱值
1、食物和燃 料都具有 能。
2、燃料燃燒時，化學能以 形式釋放，轉化為周圍物體 。
3、燃料的熱值是指： ；單位是 ；
4、熱值的計算公式： ；
5、提高燃料的熱效率的方法有：1）改善燃燒條件，使燃料盡可能 ，2）根據熱傳遞的三種方式盡可能減少各種 ，使燃料得到有效利用，十分重要。
知識點2、熱機
1、凡是利用燃料燃燒時釋放出熱 量，使工作物質的 轉化為 的發動機都叫做熱機。
2、常見的熱機有 等；
3、內燃機包括 和 等，工作原理是：將燃料的 能通過燃燒轉化為 能，又通過做功把 能轉化為 能。
知識點3、汽油機
1、汽油機是利用 作燃料來工作的；
2、汽油機的沖程：活塞在汽缸內 叫做內燃機的一個沖程。汽油機一般有 個沖程：
沖程、 沖程 沖程和 沖程；其中 沖程中內能轉化為機械能，
沖程中機械能轉化為 能；工作時這些沖程組成一個 ，程周而復始，循環進行。
知識點4、柴油機
1、柴油機是利用 作燃料的內燃機；
2、柴油機與汽油機構造原理與工作過程都相似，所不同的是：1）汽油機有點火裝置（稱為 ），而柴油機沒有點火裝置，只有 ；汽油機是在壓縮沖程末點火使霧狀燃料燃燒，而柴油機是在壓縮沖程末噴油使霧狀柴油遇 而燃燒；2）汽油機吸氣沖程吸入的是 而柴油機吸入的是 ；所以柴油機可以壓縮更多獲得更多的內能；同時柴油機的氣缸壁更厚重些；
3、汽油機與柴油機的使用比較：汽油機機身 ，提升功率 ，轉速 ，常用在小汽車、飛機及小型農機上。柴油機功率 、效率 ，比較 ，震動大，轉速較 。常用在坦克、機車、拖拉機、載重汽車和海輪上。
知識點5、熱機的效率
1、熱機的效率：熱機做出的 的那部分能量跟燃料 所放出的能量之比。
2、燃氣的內能除了一部分轉化為有用的機械能外，其余損失部分包括 的損失、 損失和機械損失等；所以熱機的效率一般不太高，如汽油機的熱效率只有 ，柴油機為 ，而蒸汽機的效率只有 6％～15％等，這也是蒸汽機逐漸被內燃機替代的主要原因之一。
3、熱機效率是熱機 的一個重要標志。目前提高熱機效率的主要目標是設計并生產出 、
熱機。
知識點6、火箭
1、火箭是 的簡稱，是一種新型的 機。它是發射人造衛星和宇宙飛船的 裝置，由于要在缺氧的太空中工作，所以火箭發動機與大 多數普通熱機不同，必須自己攜帶 。
2、火箭是利用 的發動機，燃料和氧化劑在燃燒室內燃燒，產生高溫高壓燃氣，燃氣通過噴管向后噴出，同時產生 的推力，把火箭推向前進。
3、火箭使用的燃料、氧化劑有液體和固體兩種，火箭分為 火箭和 火箭。目前大多數空間運載火箭都是 火箭。火箭結構部分在 后，就自動脫落，墜入大氣中焚毀。
4、在我國對我國的航天事業做出卓越貢獻的是具有世界領先水平的“ ”系列火箭；2022年11月29日23時08分，搭載 載人飛船的長征二號F遙十五運載火箭在酒泉衛星發射中心點火發射，11月30日，神舟十四號、神舟十五號兩個航天員乘組首次實現“太空會師”。
二、例題講解：
例題1、人們發現內能可以用來做功,且制造出各種利用內能做功的機械——熱機,下列這些機械中不屬于熱機的是(　　)
A.電動機 B.柴油機 C.汽油機 D.蒸汽機
例題2、汽車已經成為現代生活中不可缺少的一部分,現代汽車多數采用汽油機作為發動機,如圖2所示是四沖程汽油機的工作循環示意圖,下列說法中正確的是(　　)
A.甲沖程把機械能轉化為內能 B.乙沖程把內能轉化為機械能
C.工作的正確順序:丁、乙、丙、甲 D.工作的正確順序:乙、丙、丁、甲
例題3、關于熱機的效率，下列說法正確的是(　　)
A.在做功同樣多的情況下，熱機的效率越高，消耗的燃料越多
B.一般情況下柴油機的效率比汽油機的高
C.熱機的效率越高，說明做功越快
D.熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較少，主要是由于機械摩擦損失的
例題4、以下說法正確的是（　　）
A．物體吸收熱量，溫度一定升高 B．熱機的大量使用有利于環境的保護
C．燃料的熱值與燃料的質量沒有關系 D．熱機的工作過程只是將內能轉化成機械能的過程
例題5、汽油機的一個工作循環有________個沖程，如圖所示是汽油機的_____沖程.若飛輪轉速是1800r／min，則汽油機每秒鐘完成__________個沖程。
（例題5圖） （例題6圖）
例題6、小亮家有一輛轎車，爸爸在給他講車的性能時，總是說“2.0的排量”，卻很少說“功率”，為此小亮特地從剛上查到了排量的定義：活塞從上止點移動到下止點所通過的“工作客積”稱為氣缸排量。如果發動機有若干個氣缸，所有氣缸“工作容積”之和稱為發動機排量。小亮從說明書上查到家中的轎車采用的是LFX直列四缸發動機，排量為2.0L；從網上查找到了了這種轎車的輸出功率與轉速的關系如圖所示。
（1）據圖分析，在發動機轉速為1000﹣5000r/min范圍內，它的輸出功率與轉速大致有怎樣的定性關系？
（2）試通過公式推導出在其他參數相同時，轎車發動機的輸出功率與其排量的關系。
（3）小亮又向爸爸詢問了一些實測數據：轎車行駛的路況好，平均車速為l00km/h時，發動機轉速為2000r/min，1平均油耗為9L/l00km．參考圖中的數據，分析這輛汽車在這種狀態下行駛時，發動機的效率約為多少？每個做功沖程氣缸內氣體的平均壓強是約為多少？（已知汽油的熱值為4.6×l07J/kg，密度為0.71×103kg/m3）。
三、隨堂練習：
1、 大功率液氫發動機使用氫做燃料主要是因為氫有(　　)
A.較小的密度 B.較大的比熱容 C.較高的熱值 D.較低的沸點
2、小柯在科技館看到 “六沖程引擎”,這種引擎在完成四沖程工作后,會把水注入氣缸，使水瞬間變成水蒸氣，從而帶動活塞運動，產生第五沖程,為汽車提供動力，第六沖程是讓水蒸氣進入冷凝器，變成可再次注入氣缸的水。則第五沖程相當于圖中四沖程汽油機的(　　)
A.甲：壓縮沖程 B.乙：排氣沖程 C.丙：做功沖程 D.丁：吸氣沖程
3、如圖所示是內燃機工作循環中的一個沖程，它是(　 　)
A.壓縮沖程，將化學能轉化成內能 B.壓縮沖程,將機械能轉化成內能
C.做功沖程，將內能轉化成機械能 D.做功沖程,將機械能轉化成內能
（第3題圖） （第4題圖）
4、下圖為某個四沖程內燃機工作過程中的一個沖程,由圖中情況可判定這個沖程 (　　 )
A. 正在把機械能轉化為內能 B. 是做功沖程
C. 是排氣沖程 D. 不是依靠飛輪的慣性完成的
5、在汽油機的做功沖程中，高溫、高壓的燃氣推動活塞運動做功，則下列說法中正確的是(　 　)
A．燃氣的內能減少，溫度升高 B．燃氣的內能增加，溫度升高
C．燃氣的內能減少，溫度降低 D．燃氣的內能增加，溫度降低
6、下列流程圖是用來說明單缸四沖程汽油機的一個工作循環及涉及到的主要能量轉化情況。對圖中①②③④的補充正確的是(　 )
A．①做功沖程　②內能轉化為機械能 ③壓縮沖程　④機械能轉化為內能
B．①壓縮沖程 ②內能轉化為機械能 ③做功沖程 ④機械能轉化為內能
C．①壓縮沖程 ②機械能轉化為內能 ③做功沖程 ④內能轉化為機械能
D．①做功沖程 ②機械能轉化為內能 ③壓縮沖程 ④內能轉化為機械能
7、如圖所示，用酒精燈給水加熱一段時間后，觀察到軟木塞沖出試管口。
(1)軟木塞沖出試管口，說明力能改變物體的 。
(2)此過程中，水蒸氣減少的內能 (選填“大于”“等于”或“小于”)軟木塞增加的機械能，這與熱機的 沖程相似。
（第7題圖） （第8題圖）
8、如圖甲所示，先在一個配有活塞的厚壁玻璃筒里放一小團蘸了乙醚的棉花，然后迅速壓下活塞，筒內棉花燃燒起來。對這一現象的解釋是：活塞壓縮玻璃筒內的空氣，對筒內空氣做了功，使空氣的　　　　增加，溫度升高，達到乙醚的著火點。如圖乙所示是汽油機工作時各沖程的示意圖，從能量轉化的角度看，其中與圖甲實驗相同的是圖　　　　沖程。如果該汽油機飛輪轉速是1800 r/min，則它每秒鐘內對外做功　 次。
四、課后鞏固：
1、下列說法正確的是( )
A. 燃料的熱值與燃料燃燒情況無關
B. 容易燃燒的燃料的熱值一定大
C. 煤的熱值大于干木柴的熱值，燃燒煤放出的熱量比燃燒干木柴放出的熱量一定多
D. 1kg的煤的熱值是2kg煤的熱值的一半
2、下列關于熱機的說法中正確的是(　　)
A.汽油機頂部有噴油嘴,柴油機頂部有火花塞
B.柴油機在吸氣沖程中將柴油和空氣的混合氣體吸入氣缸
C.四沖程汽油機在工作過程中，進、排氣門同時關閉的沖程是做功沖程和壓縮沖程
D.在柴油機的壓縮沖程中，機械能轉化為柴油和空氣混合物的內能
3、單缸四沖程汽油機工作時，有些沖程是輔助沖程，要靠安裝在曲軸上的飛輪的慣性來完成，只有一個沖程不是靠飛輪的慣性來完成的，這個沖程是(　　)
A.壓縮沖程 　　 B.做功沖程 C.吸氣沖程 　 D.排氣沖程
4、近期煤價節節攀升，少數不法商販將煤矸石破碎后摻在優質煤中高價銷售，客戶為了不上當，最恰當的方法是檢測下列物理量中的 (　　)
A.熱值　　 B.比熱容　　 C.溫度　　 D.質量
5、如圖甲所示,給試管里的水加熱,水沸騰后,水蒸氣推動橡皮塞沖出試管口,這個過程與如圖乙所示四沖程汽油機工作示意圖中,哪一個沖程的能量轉化過程是相同的(　　)
圖甲 圖乙
6、要提高熱機的效率，下列做法不正確的是（ ）
A. 盡量減少各機件因散熱損失的能量
B. 盡量保持機件之間良好的潤滑，減少克服摩擦消耗的能量
C. 盡量減少廢氣帶走的能量
D. 盡量減少曲軸傳給飛輪的機械能
7、在公路上有一輛汽車和一臺拖拉機發生故障，經檢查都是蓄電池壞了，不能啟動，有人建議，只要把它們推動以后就可以使發動機繼續工作。你認為把它們推動以后（　　）
A．汽車和拖拉機仍能行駛 B．只有汽車可以繼續行駛，拖拉機不能行駛
C．只有拖拉機可以繼續行駛，汽車不能行駛 D．都不能行駛
8、如圖是我國自主研發的武裝直升機在起飛時的情景，關于此直升機，下列說法中正確的是（　　）
A．為了提高此直升機的抗打能力，制造時選用了密度很大的材料
B．飛機水平前進時，螺旋槳受到的升力對飛機做功
C．飛機的汽油機工作時，做功沖程是將機械能轉化內能
D．飛機豎直勻速上升時，飛機駕駛員的機械能增加
（第8題圖） （第9題圖）
9、如圖是內燃機的能流圖，則內燃機的效率可表示為（　　）
A.η=×100% B．η=×100% C．η=×100% D．η=×100%
10、一臺四沖程柴油機飛輪的轉速為2400 r/min，則在1 s內，柴油機完成　　個沖程，對外做功　　　次。
11、2017年5月，中國首次海域可燃冰試采成功，成為全球第一個實現在海域可燃冰試開采中獲得連續穩定產氣的國家。可燃冰的主要成分是甲烷，燃燒后幾乎沒有污染，是一種綠色的新型能源。根據測算，1 m3可燃冰可以分解釋放出約160 m3的天然氣。不考慮熱量損失，100 L可燃冰完全燃燒釋放的能量約　　　　為 J，可以使約　　　 　m3的水溫度從20 ℃升高到100 ℃。[q天然氣=3.36×107J/m3 ，
c水=4.2×103J/(kg·℃) ,ρ水=1.0×103kg/m3]
12、“環境小組”的同學在研究性活動中對小明家新裝的燃氣熱水器(如圖甲所示)耗能進行測試，按表中熱水器銘牌事先在熱水器水箱中注滿水，將與計算機相連的紅外線熱傳感器接入熱水器水箱后，開始加熱。計算機顯示出熱水器中水溫隨時間變化的圖像如圖乙所示。求:[水的比熱容為4.2×103 J/(kg·℃),天然氣的熱值約為4×107 J/m3]
(1)加熱4 min，水吸收的熱量為多少。
(2)加熱4 min，完全燃燒了多少立方米的天然氣。
13、木柴、焦炭、木炭等都是常用的燃料,對它們取不同質量進行完全燃燒，得到了下表的數據:
燃料的質量/g 燃料完全燃燒放出的熱量
Q木柴/J Q焦炭/J Q木炭/J
100 1.3×106 3.0×106 3.4×106
200 2.6×106 6.0×106 6.8×106
300 3.9×106 9.0×106 10.2×106
400 5.2×106 12.0×106 13.6×106
(1)從表中的數據可以得到:相同質量的不同燃料,它們完全燃燒所釋放的熱量是 的;對于同一種燃料，質量越大，完全燃燒所釋放的熱量越　　　　。
(2)從表中的數據還可以看出,對于同一種燃料，　　　　　　　　和　　　　　　　的比值是不變的，這個不變的比值，反映了燃料本身的一種性質,把它稱為　　　　，它是用來描述燃料完全燃燒時，釋放 熱量能力大小的物理量。
(3)完全燃燒0.01 m3的天然氣放出的熱量是　　　　J；如果這些熱量完全用于加熱水，可使　　　　kg的水溫度升高10 ℃，實際加熱這些水所燃燒的天然氣比上述要多許多，原因是用燃氣灶燒水時，除了水吸收的熱量外，一部分熱量傳給了盛水容器，另外一部分傳給了　　　　 (答一個即可)。[q天然氣=4.2×107 J/m3，c水=4.2×103 J/(kg·℃)]
(4)在燒水過程中，人們關心的是燃燒天然氣所放出的熱量中有多少被水吸收，為了衡量水吸收的熱量在完全燃燒天然氣放出的熱量中所占比例，引入熱效率來描述，我們總是希望它的值越　　　　越好。
參考答案：
一、知識點梳理：
知識點1、
1、化學 2、熱量 增加的內能 3、1kg某種燃料完全燃燒時放出的熱量，焦/千克（J/kg）
4、Q放=mq　　 5、充分燃燒 熱損失
知識點2、
1、內能 機械能 2、蒸汽機、內燃機、汽 輪機、燃氣噴氣發動機和火箭噴氣發動機
3、汽油機 柴油機 化學 內 內 機械
知識點3、
1、汽油 2、向上或向下移動一次 4 吸氣 壓縮 做功 排氣 工作循環 做功 壓縮
知識點4、
1、柴油
2、1）火花塞 噴油嘴 高溫空氣 2）空氣與汽油混合物 空氣
3、輕巧 快 快 大 高 笨重 慢
知識點5、
1、有用機械功 完全燃燒 2、性能 廢氣內能 散熱 20％～30％ 28％～40％
3、機械性能 效率高 耗油省
知識點6、
1、火箭發動機 熱 動力 氧化劑
2、反沖作用產生動力 大小相等、方向相反
3、液體 固體 液體 燃料與氧化劑用完
4、長征號 神舟十五號
二、例題講解：
例題1、A
解析：利用內能來做功的機器稱為熱機，其工作過程是內能轉化為機械能的過程;蒸汽機、汽油機、柴油機都屬于熱機，工作過程中都是將內能轉化為機械能，而電動機工作時將電能轉化為機械能，故電動機不屬于熱機。
例題2、C
解析：熱機的四個沖程分別為吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。圖甲:進氣門關閉，排氣門打開，活塞向上運動，氣缸容積減小，是排氣沖程，沒有能量轉化的過程。圖乙:進、排氣門都關閉，活塞向上運行，氣缸容積減小，是壓縮沖程，將機械能轉化為內能。圖丙:進、排氣門都關閉，活塞向下運行，氣缸容積增大，火花塞點火，是做功沖程，將內能轉化為機械能。圖丁:進氣門打開，排氣門關閉，活塞向下運行，氣缸容積增大，是吸氣沖程，沒有能量轉化的過程。故工作的正確順序:丁、乙、丙、甲。
例題3、B
解析：熱機的效率越高，所做有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值越大，即在做功相同的情況下，消耗的燃料較少，或消耗相同的燃料，所做有用功較多。一般情況下柴油機的效率比汽油機的高，多用在重型機器上。熱機的效率是有用功與燃料完全燃燒放出的熱量的比值，熱機的效率越高，說明有用功與總功的比值越大;功率表示做功的快慢，功率越高,說明做功越快，效率和功率是兩個不同的物理量，二者之間沒有必然聯系。根據內燃機的能量流向，熱機損失的能量中，廢氣帶走的能量較多。
例題4、C
解析：A、物體吸收熱量，溫度不一定升高，比如晶體熔化過程中，吸熱但溫度不變，故A錯誤；B、熱機在使用時會排放出一些有害的氣體，造成環境污染，故B錯誤；C、熱值只跟燃料的種類有關，與燃料的質量無關，故C正確；D、熱機工作過程中，在壓縮沖程機械能轉化為內能，做功沖程內能轉化為機械能，故D錯誤。
例題5、4；做功；60
解析：汽油機的一個工作循環有四個沖程； ( http: / / www.21cnjy.com )如圖，進氣門和排氣門都是關閉的，活塞下行，可以判斷是做功沖程；飛輪轉速是1800r/min=30r/s，表示每秒飛輪轉動30圈，要經過60個沖程，對外做功15次。
例題6、（1）由這臺發動機輸出特性曲線可以看出，在發動機轉速為1000﹣﹣5000r/min范圍內，它的輸出功率與轉速大致成正比關系；（2）在其他參數相同時，發動機的輸出功率與其排量的關系為燃氣對活塞做功的功率P與發動機排量V排成正比；（3）這輛汽車以100km/h行駛時，發動機的效率約為36.7%，每個做功沖程汽缸內的平均壓強約為9×105Pa。
解析：（1）由這臺發動機輸出特性曲線可以看出在發動機轉速為1000﹣500r/min范圍內，它的輸出功率與轉速大致成正比關系。
（2）設做功沖程燃氣對活塞的平均壓強為p0，發動機排量為V排，則一個活塞的排氣量V排，做功沖程燃氣對一個活塞的平均壓力：F=p0S，每個做功沖程燃氣對一個活塞做的功：W0=FL=p0SL=p0V排，發動機轉速為n時，燃氣對活塞做功的功率：P==2n×P0V排=nP0V排，所以，在發動機轉速n，做功沖程汽缸平均壓強p0大致相同時，燃氣對活塞做功的功率P與發動機排量V排成正比；（3）由發動機輸出特性曲線可知：發動機轉速為2000r/min時，其輸出功率約為30kW，有用功：W有=Pt==
=1.08×108J；總功：W總=mq=ρVq=0.71×103kg/m3×9×10﹣3m3×4.6×107J/kg=2.9394×108J；發動機的效率：η==×100%≈36.7%；由P=nP0V排可得：P0===9×105Pa。
三、隨堂練習：
1、C 2、C 3、B 4、A 5、C 6、C
7、1）運動狀態 2）大于 做功 8、內能　B　15
四、課后鞏固
1、A 2、C 3、B 4、A 5、C 6、 D 7、C
8、D 9、B
10、80　 20　 11、5.376×108 　1.6 12、3.15×106 J 0.105m3
13、(1)不同 　多 (2)完全燃燒放出的熱量　燃料的質量　熱值
(3)4.2×105　10　空氣 (4)大(高)
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21世紀教育網（www.21cnjy.com） 21清風明月

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