初中物理人教版九年級(jí)全冊(cè)第十四章內(nèi)能的利用第1節(jié)熱機(jī)

人教版《熱機(jī)》教案(附同步練習(xí))教學(xué)目標(biāo)1．知識(shí)與技能☆了解四沖程汽油機(jī)的基本工作原理．☆從能量轉(zhuǎn)化的角度認(rèn)識(shí)燃料的熱值．☆了解內(nèi)能的利用在人類發(fā)展史上的重要意義．☆通過能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，認(rèn)識(shí)熱機(jī)效率．2．過程與方法☆通過演示實(shí)驗(yàn)使學(xué)生了解可以利用內(nèi)能來做功．☆利用動(dòng)畫、圖片或模型講解四沖程汽油機(jī)的基本結(jié)構(gòu)和工作原理．☆通過閱讀“科學(xué)世界”了解現(xiàn)代汽車的一些常識(shí)．☆通過學(xué)生討論了解燃料的熱值和熱機(jī)效率．3．情感態(tài)度與價(jià)值觀☆通過演示實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生觀察和分析問題的能力．☆通過閱讀“科學(xué)世界”擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)面．教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：汽油機(jī)的工作原理及能的轉(zhuǎn)化過程，燃料的熱值．難點(diǎn)：熱機(jī)中的能量轉(zhuǎn)化及損失，了解熱機(jī)效率．教學(xué)過程：引入新課用酒精燈給試管中的水加熱，由于燃料在試管外燃燒，熱量損失較大，內(nèi)能的利用率較低。能不能把燃料移到內(nèi)部去燃燒，來獲得更大的動(dòng)力？進(jìn)行新課內(nèi)燃機(jī)：燃料在氣缸內(nèi)燃燒的熱機(jī)(1)汽油機(jī)最常見的內(nèi)燃機(jī)，以汽油或柴油為燃料，分別叫做汽油機(jī)和柴油機(jī)我們首先介紹汽油機(jī)①構(gòu)造（出示模型或掛圖。邊指示邊講解）。進(jìn)氣門，排氣門，火花塞，氣缸，活塞，連桿，曲軸。（介紹名稱的同時(shí)，介紹各部分的功能）沖程：活塞從氣缸一端運(yùn)動(dòng)到另一端叫做一個(gè)沖程②工作原理。（邊動(dòng)作邊講解，并提醒學(xué)生注意觀察活塞、氣門、連桿、曲軸的動(dòng)作情況）內(nèi)燃機(jī)的工作過程以一個(gè)循環(huán)為一個(gè)單元，一個(gè)循環(huán)又分為四個(gè)沖程開始工作前，活塞位于氣缸上端，進(jìn)、排氣門均關(guān)閉。工作時(shí)，活塞由上向下運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門打開，排氣門仍關(guān)閉。由于缸內(nèi)體積增大，壓強(qiáng)減小，空氣和汽油的混合氣體被吸入氣缸。這是第一個(gè)沖程活塞運(yùn)動(dòng)到最下端，就開始轉(zhuǎn)為向上運(yùn)動(dòng)。這時(shí)進(jìn)氣門、排氣門都關(guān)閉，混合氣體被強(qiáng)行壓縮，使氣體的溫度升高，壓強(qiáng)增大。這是第二個(gè)沖程壓縮結(jié)束時(shí)雖然溫度較高，但未能達(dá)到燃料的燃點(diǎn)。在壓縮沖程結(jié)束的瞬間，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓氣體，高溫高壓燃?xì)馔苿?dòng)活塞由上向下運(yùn)動(dòng)，通過連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。實(shí)現(xiàn)了內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。這是第三個(gè)沖程做功沖程結(jié)束，活塞繼續(xù)由下向上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣門打開，燃燒后的廢氣被活塞推出缸外。這是最后一個(gè)沖程此后，活塞又由上向下運(yùn)動(dòng)，從此進(jìn)入下一輪循環(huán)。③能的轉(zhuǎn)化。教師：汽車在開動(dòng)前，是如何使內(nèi)燃機(jī)起動(dòng)的？學(xué)生回答后總結(jié)：通過外力先使飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來，由曲軸通過連桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，消耗機(jī)械能來幫助內(nèi)燃機(jī)完成吸氣、壓縮兩個(gè)沖程內(nèi)燃機(jī)一旦開始做功，內(nèi)能就會(huì)轉(zhuǎn)化成曲軸的機(jī)械能。這時(shí)曲軸獲得的機(jī)械能一部分通過做功，一部分通過飛輪（與曲軸相連的質(zhì)量較大的輪子）保存起來。然后依靠飛輪的慣性再反過來向外輸出帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，靠消耗飛輪的機(jī)械能完成排氣以及下一循環(huán)的吸氣、壓縮。這樣內(nèi)燃機(jī)就可連續(xù)工作下去了。打開flash課件，讓學(xué)生理解汽油機(jī)的工作原理。(2)柴油機(jī)柴油機(jī)與汽油機(jī)有共同的地方，也有不同之處。①柴油機(jī)與汽油機(jī)的相同點(diǎn)：都是內(nèi)燃機(jī)；一個(gè)工作循環(huán)都要經(jīng)歷四個(gè)沖程②柴油機(jī)與汽油機(jī)的不同點(diǎn)：構(gòu)造方面：柴油機(jī)沒有火花塞，而在相應(yīng)位置上安裝的是噴油嘴；工作過程上：吸入的氣體不同（汽油機(jī)吸入的是什么？柴油機(jī)吸入的只是空氣）；壓縮情況不同（問：汽油機(jī)壓縮沖程末溫度、壓強(qiáng)多大？柴油機(jī)壓縮沖程末，氣體體積要小得多。所以壓強(qiáng)更大，溫度更高，這個(gè)溫度早已超過了柴油的燃點(diǎn)）；點(diǎn)火方式不同（汽油機(jī)靠火花塞點(diǎn)火。柴油機(jī)由于壓縮氣體溫度已超過柴油燃點(diǎn)，從噴油嘴噴入霧狀柴油便可立即燃燒。這種方式稱為壓燃式）；用途方面：柴油機(jī)比汽油機(jī)便宜，但汽油機(jī)一般比柴油機(jī)輕巧，所以汽油機(jī)通常用在飛機(jī)、小汽車、摩托車及一些小型農(nóng)用機(jī)械上。而柴油機(jī)一般用在艦船、載重汽車、拖拉機(jī)、坦克以及發(fā)電機(jī)等大型設(shè)備上。小結(jié)（略）布置作業(yè)：（l）簡(jiǎn)述四沖程內(nèi)燃機(jī)的工作過程。（2）回答下列問題：①內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程順序能顛倒嗎？為什么？②內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)活塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)幾次？曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)幾周？板書設(shè)計(jì)：第四節(jié)熱機(jī)(1)汽油機(jī)①構(gòu)造②工作原理。③能的轉(zhuǎn)化。(2)柴油機(jī)①柴油機(jī)與汽油機(jī)的相同點(diǎn)：都是內(nèi)燃機(jī)；一個(gè)工作循環(huán)都要經(jīng)歷四個(gè)沖程②柴油機(jī)與汽油機(jī)的不同點(diǎn)：構(gòu)造方面：工作過程上：壓縮情況不同點(diǎn)火方式不同用途方面：30分鐘訓(xùn)練(鞏固類訓(xùn)練，可用于課后)1.關(guān)于四沖程汽油機(jī)的工作過程有以下幾種說法：①在做功沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；②在做功沖程中，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；③只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功；④汽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，只有一個(gè)沖程發(fā)生能量變化。以上說法中正確的是（）A.只有②③B.只有①③C.只有②④D.只有②③④解析：本題考查四沖程汽油機(jī)的能量轉(zhuǎn)化過程，在壓縮沖程中，活塞壓縮氣體，把活塞的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能；在做功沖程初，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料燃燒，產(chǎn)生的高溫高壓氣體推動(dòng)活塞做功，把高溫高壓氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能，在汽油機(jī)的一個(gè)工作循環(huán)中，有壓縮、做功兩個(gè)沖程發(fā)生能量變化。所以②③對(duì)，①④錯(cuò)。答案：A2.關(guān)于“熱機(jī)”，下列說法中正確的是（）A.做功沖程的能量轉(zhuǎn)化是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能B.改進(jìn)技術(shù)，可以使熱機(jī)的效率達(dá)到100%C.用水循環(huán)來降低熱機(jī)的溫度，主要是利用水蒸發(fā)時(shí)吸熱的特性D.冬天晚上要把熱機(jī)水箱中的水放出，是防止氣溫降低時(shí)水凝固脹壞水箱思路解析:熱機(jī)的做功沖程是把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能;由于熱機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)總會(huì)有摩擦、能量散失等，所以熱機(jī)的效率不可能達(dá)到100%;用水循環(huán)來降低熱機(jī)的溫度，主要是利用水的比熱容大這一特性。水凝固后體積將變大,冬天晚上把熱機(jī)水箱中的水放出，就是為防止氣溫降低時(shí)水凝固脹壞水箱。此題是對(duì)新課標(biāo)“嘗試應(yīng)用已知的科學(xué)規(guī)律去解釋某些具體問題”目標(biāo)的落實(shí)。答案:D3.一箱汽油用掉一半后，下列關(guān)于它的說法正確的是（）A.它的密度變?yōu)樵瓉淼囊话隑.它的比熱容變?yōu)樵瓉淼囊话隒.它的熱值變?yōu)樵瓉淼囊话隓.它的質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话虢馕觯罕绢}考查物質(zhì)本身的一些性質(zhì)。密度、比熱容、熱值的大小由物質(zhì)（燃料）的種類所決定；質(zhì)量的大小由物體含有物質(zhì)的多少所決定。汽油用掉一半后，物質(zhì)的種類沒有變，含有物質(zhì)的多少變?yōu)樵瓉淼囊话耄悦芏?、比熱容、熱值都沒變，而質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话?。答案：D4.已知甲種燃料的熱值大于乙種燃料的熱值，下列說法中正確的是（）A.甲種燃料含有的熱量比乙種燃料多B.完全燃燒一定質(zhì)量的甲種燃料，剛好燒開一壺水，那么用同樣質(zhì)量的乙種燃料就不能燒開這壺水C.燃燒相同質(zhì)量的兩種燃料，甲種放出的熱量多D.只要通風(fēng)條件好，供氧充足，乙的熱值可能大于甲的熱值解析：A的說法暴露出對(duì)熱值和熱量?jī)蓚€(gè)概念理解均不正確，熱值是1kg的某種燃料完全燃燒放出的熱量，熱量只存在于熱傳遞的過程之中，不能說含有熱量；由于甲種燃料的熱值大于乙種燃料的熱值，所以完全燃燒一定質(zhì)量的甲種燃料放出的熱量，比完全燃燒相同質(zhì)量的乙種燃料放出的熱量要多，所以B對(duì)。甲的熱值雖然大，但如果燃燒不充分，它放出的熱量也未必多，所以C不對(duì)。熱值與燃料的種類有關(guān)，跟通風(fēng)條件和供氧情況無關(guān)，所以D不對(duì)。答案：B5.某摩托車的效率為34％，某汽車的效率為29％，這說明了（）A.摩托車比汽車的功率大B.摩托車比汽車做的有用功多C.使用摩托車比使用汽車做功多D.燃燒相同的燃料，摩托車將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能比汽車多解析：熱機(jī)用來做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比，叫做熱機(jī)的效率，它與功率無關(guān)，所以A不對(duì)。熱機(jī)的效率高，表明相同的燃料燃燒，轉(zhuǎn)化成的機(jī)械能多，或得到相同的機(jī)械能，消耗的燃料少，所以D對(duì)。單獨(dú)比較有用功或總功都是不全面的，所以B、C不對(duì)。答案：D6.下列關(guān)于熱機(jī)和環(huán)境保護(hù)的說法中正確的是（）A.熱機(jī)的大量使用會(huì)造成環(huán)境污染B.所有的熱機(jī)都是用汽油作燃料C.汽車排出的尾氣都是有毒氣體D.熱機(jī)所產(chǎn)生的噪聲，可以被熱機(jī)上的消聲器完全消除解析：熱機(jī)排放的煙塵廢氣中包括粉塵、二氧化硫等有害物，是大氣污染的主要來源。熱機(jī)工作的噪聲，是噪聲污染的主要來源，所以，熱機(jī)的大量使用會(huì)造成環(huán)境污染，故A對(duì)。而熱機(jī)排出的尾氣中也有水蒸氣、二氧化碳等氣體，并非都是毒氣,所以C不對(duì)。噪聲也不可能被熱機(jī)上的消聲器完全消除，如果真能被完全消除，我們的生活環(huán)境該是多么的安靜??！所以D不對(duì)。熱機(jī)所用的燃料較多，汽油、柴油、煤、氫、天然氣等都可以作為熱機(jī)的燃料，所以B不對(duì)。答案：A7.小麗家去年冬天的供暖比往年好很多，這是因?yàn)闊峋W(wǎng)改造后，由原來的小鍋爐房供暖變?yōu)椤吧蚝！睙犭娬居酂峁┡瑥哪茉蠢玫慕嵌葋砜础吧蚝！睙犭娬?，這種既供電又供熱的熱電站與一般的火力發(fā)電站相比，提高了_____________，能較好地控制污染。解析：在熱機(jī)的各種能量損失中，廢氣帶走的能量最多。設(shè)法利用廢氣的能量，是提高燃料利用率的重要措施。“沈?！睙犭娬?，這種既供電又供熱的熱電站，可以綜合利用廢氣的能量，與一般的火力發(fā)電站相比，燃料的利用率大大提高，還能較好地控制污染。答案：熱效率（燃料的利用率）8.天然氣伴隨著“西氣東輸”的步伐開始走進(jìn)了江城蕪湖的千家萬戶，傳統(tǒng)燃料也隨之被逐步取代。天然氣燃燒時(shí)可以將_____________能轉(zhuǎn)化為_____________能。與傳統(tǒng)燃料相比，天然氣的優(yōu)點(diǎn)是_____________（寫出一條即可）。解析：本題與時(shí)俱進(jìn)，天然氣走進(jìn)千家萬戶工程，在我國(guó)東部的部分城市正在實(shí)施。為什么要實(shí)施這項(xiàng)工程呢？現(xiàn)代中學(xué)生應(yīng)從科學(xué)的角度分析這一原因，燃燒天然氣是為了對(duì)物體加熱，天然氣燃燒時(shí)放熱多是其中的一個(gè)主要原因，另外，天然氣的污染小、價(jià)格合理等因素也是實(shí)施這一工程的原因。答案：化學(xué)內(nèi)污染小，熱值大（其他合理答案均可得分）9.垃圾是城市生活的“副產(chǎn)品”。如何處理這些垃圾已成為人們關(guān)注的熱點(diǎn)問題?，F(xiàn)在，人們處理生活垃圾的方法通常有兩種：一種是集中填埋；另一種是利用垃圾中的可燃物質(zhì)進(jìn)行燃燒發(fā)電，研究表明：生活垃圾的平均熱值為×106J/kg。利用垃圾作為燃料建立發(fā)電廠，每燃燒1噸生活垃圾可以發(fā)電×108J。安徽省某人大代表提議，在合肥市郊區(qū)興建一座規(guī)模為2臺(tái)×104kW發(fā)電機(jī)的垃圾處理發(fā)電廠。問：（1）1t垃圾完全燃燒產(chǎn)生的熱量是多少焦？（2）燃燒垃圾發(fā)電的效率是多少？（3）請(qǐng)你從環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等角度簡(jiǎn)述興建垃圾發(fā)電廠的意義。解析：本題聯(lián)系生活，立意新,但知識(shí)落點(diǎn)低，可以使學(xué)生身在課堂又不囿于課堂，通過對(duì)試題的閱讀，了解課堂以外社會(huì)關(guān)注的熱點(diǎn)。在分析本題時(shí)，要抓住關(guān)鍵句子和關(guān)鍵詞語，提取有用信息，排除干擾因素。其實(shí)本題的主要內(nèi)容就是：垃圾作為燃料發(fā)電；垃圾的平均熱值為×106J/kg；1噸生活垃圾可以發(fā)電×108J；求熱量及熱效率。答案：（1）Q放=×106J/kg×103kg=×109J。（2）η=W電/Q放=×108J/×109J=％。（3）①可以通過回收垃圾使廢棄物成為二次能源②可以減少對(duì)土壤、空氣、水等環(huán)境污染③可以減少垃圾堆放所侵占的耕地，節(jié)約用地④可以帶動(dòng)垃圾處理產(chǎn)業(yè)，發(fā)展當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)（本題是開放性試題，要求從環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面答題，所答合理均可得分）10.小明學(xué)習(xí)了熱學(xué)的有關(guān)知識(shí)后，知道水的比熱容是×103J/(kg·℃)，他想估算一下自己家每天燒水做飯需要的熱量。于是小明仔細(xì)記錄了他家每天燒水、煮飯、炒菜需要的時(shí)間，并把它折算成燒水時(shí)間，相當(dāng)于每天將30kg20℃的水燒開。（1）小明家每天燒水做飯需要多少熱量？（2）如果普通煤的熱值為3×107J/kg，從理論上講小明家每天燒水做飯需要多少千克普通煤？（3）小明家實(shí)際平均每天需要燒4塊蜂窩煤，按每塊蜂窩煤含煤kg算，他家每天實(shí)際用煤2kg，由此小明計(jì)算出他家煤爐的效率只有％。你認(rèn)為小明家煤爐效率低的原因是什么？（4）從大的方面講，家用煤除了熱效率低、浪費(fèi)能源的缺點(diǎn)外，另一個(gè)主要缺點(diǎn)是什么？解析：本題要應(yīng)用到比熱容、熱值、熱量的計(jì)算等知識(shí)。解答本題時(shí)，首先理清整道題的過程，根據(jù)自己的生活經(jīng)驗(yàn)，解釋煤爐效率低的原因；其次要注意應(yīng)用公式進(jìn)行推導(dǎo)和計(jì)算，按計(jì)算格式做出需要計(jì)算的部分；最后還要聯(lián)系自己的實(shí)際生活，努力提高自己的節(jié)能、環(huán)保意識(shí)。答案：（1）小明家每天燒水做飯需要的熱量即是水升溫吸收的熱量Q吸=c水m水(t－t0)=×103J/(kg·℃)×30kg×（100℃－20℃）=×107J。（2）小明家每天燒水做飯需要的能量需要煤燃燒放出，即Q放=Q吸=×107J則需要的煤的質(zhì)量為m=Q放/q=×107J/3×107J/kg=kg。（3）小明家煤爐效率低的原因是：一方面煤不能完全燃燒，另一方面煤燃燒放出的熱量不能被水完全吸收，大部分的熱量散失掉了。（4）煤在燃燒過程中產(chǎn)生廢渣、廢氣，造成環(huán)境污染。11.某單缸四沖程汽油機(jī)的氣缸活塞面積為30cm2，一個(gè)沖程活塞在氣缸中移動(dòng)的距離是50mm，滿負(fù)荷工作時(shí)做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為×105Pa,飛輪1min轉(zhuǎn)動(dòng)1800周，當(dāng)汽油機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)(不計(jì)摩擦)，求：