2020-2021学年九年级物理全册-第14章-导学案含解析新人教版

Page1第1节《热机》第一课时【学习目标】1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。2.了解汽油机的构造和工作过程及能量转化。3.了解柴油机的构造和工作过程。【学习重点】汽油机的工作过程及能量转。【学习难点】汽油机的工作过程及能量转化。【自主预习】1、把内能转化为机械能的机器叫热机。2、内燃机：燃料在机器的气缸内燃烧的热机。包含汽油机和柴油机。3、汽油机：汽油机是利用汽油作燃料来工作的。4、汽油机的结构：进气门、排气门、火花塞、活塞、曲轴、连杆。5、工作过程：工作过程以一个循环为一个单元，一个循环有四个冲程。包括：__吸气冲程_____、_压缩冲程_______、__做功冲程_____、__排气冲程______四个冲程。吸气冲程：进气阀打开。排气阀：关闭。吸入气体:汽油和空气的燃料混合物。压缩冲程：进气阀关闭。排气阀：关闭。能量转化：机械能转化为内能。做功冲程：火花塞点火。能量转化：内能转化为机械能。排气冲程：进气阀关闭。排气阀打开。在一个工作循环中，四个冲程，活塞往复运动两次，曲柄转动两周，燃气对外做功一次。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。名称区别汽油机柴油机构造火花塞喷油嘴吸入的物质吸入空气和汽油的混合物只吸入空气燃料燃烧的方式点燃式压燃式11、汽油机与柴油机的区别：【合作探究】★学生活动一：观察实验并回答下列问题：1、实验观察并思考酒精灯对试管中水加热时，水的内能变化。思考；（1）看到什么现象？_水蒸气会把木塞冲开，瓶口白雾产生____（2）木塞被顶开，是谁对它做了功？___水蒸气_____________（3）水蒸气既然能够对木塞做功，说明水蒸气具有能，它具有的是什么能？_______内能_________（4）在这个过程中，有没有不同形式能量的相互转化？__燃料在燃烧时将化学能转化为水的内能；当水蒸气会把木塞冲开时将水的内能转化为瓶塞的机械能。2、热机是把内能转化为机械能的机器叫热机。热机种类很多，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭等。3、内燃机：燃料直接在发动机___气缸_____燃烧产生动力的热机。最常见的内燃机，以汽油或柴油为燃料，分别叫作__汽油机____和__柴油机_____★学生活动二：阅读教材，依据图自学并填写、汇报：（1）汽油机是利用汽油作燃料来工作的。（2）构造：由汽缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。（3）工作过程：工作过程以一个循环为一个单元，一个循环有___四___个冲程。包括：___吸气冲程____、__压缩冲程______、_做功冲程______、_排气冲程_______四个冲程吸气冲程：吸气冲程中吸入的是什么？进气门和排气门的打开和关闭情况？进气阀打开。排气阀关闭。吸入气体:汽油和空气的燃料混合物。压缩冲程：压缩冲程中，是什么能向什么能转化？能量转化：机械能转化为内能。做功冲程：做功冲程为什么能做功？是什么能向什么能转化？高温燃气做功。能量转化：内能转化为机械能。排气冲程：进气门和排气门的打开和关闭情况？进气阀关闭。排气阀打开。（4）在一个工作循环中，四个冲程，活塞往复运动两次，曲柄转动两周，燃气对外做功一次。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。★学生活动三：阅读课本找到汽油机与柴油机的不同名称区别汽油机柴油机构造火花塞喷油嘴吸入的物质吸入空气和汽油的混合物只吸入空气燃料燃烧的方式点燃式压燃式【归纳整理】【课堂练习】1.下列有关热机的说法中不正确的是（

）A.可以采用增大热机功率的方法来增大热机的效率B.为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性C.热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程D.热机的大量使用会造成环境污染【答案】A【解析】A．用来做有用功的能量和燃料完全燃烧放出的热量的比值叫热机效率，增大热机功率不能增大热机的效率，A错误；

B．为了防止热机过热，通常用水来降温，是利用水的比热容大的特性，B正确；

C．热机工作的过程是将燃料燃烧获得的内能转化成机械能的过程，C正确；

D．热机的使用，使人类对化石能源的依赖很强，现在大气污染的主要途径就是利用化石能源，D正确．2.下列关于热机的说法中，正确的是（

）A.加润滑油减少机器各部件之间的摩擦，可以使热机效率大于1B.柴油机工作时，将内能转化为机械能的是做功冲程C.四冲程汽油机有两个冲程是对外做功的D.热机不属于大气污染的主要来源【答案】B【解析】加润滑油减少机器各部件之间的摩擦，可以提高热机的效率，但不能消除额外功，机械效率总小于1，故A错误；柴油机工作时，做功冲程将内能转化为机械能，故B正确；在内燃机工作的四个冲程中，只有做功冲程对外做功，故C错误；热机排气冲程中将废气排入空气中，属于大气污染的主要来源，故D错误．3.汽车已经成为人们生活中不可或缺的交通工具，下列关于汽车的说法正确的是（）A.汽车速度越快，惯性越大B.汽车发动机能把燃料燃烧产生的内能全部转化为机械能C.汽车关闭发动机后不会立即停下，说明运动不需要力来维持D.静止在水平地面上的汽车，地面对汽车的支持力与汽车车对地面的压力是一对平衡力【答案】C【解析】A．惯性与质量有关，与速度无关，汽车速度越快，动能越大，而不是惯性越大，故A错误；B．轿车发动机无论怎样先进，都要克服机械摩擦消耗的能量、机械散热损失、废气带走的热量，因此不能把燃料燃烧时释放的内能全部转化为机械能，故B错误；C．汽车关闭发动机后不会立即停下，是因为汽车有惯性要保持原来运动状态不变，说明运动不需要力来维持，故C正确；D．静止在水平地面上的汽车，地面对汽车的支持力与汽车对地面的压力作用在两个物体上，不是一对平衡力，是一对相互作用力，故D错误．4.图是四冲程汽油机做功冲程的示意图．汽油燃烧产生高温高压的气体推动活塞向下运动．在活塞向下运动的过程中，汽缸内气体的（

）

A.内能增大B.温度降低C.密度增大D.分子热运动加快【答案】B【解析】两个气阀关闭，活塞向下运动，是做功冲程，内燃机的做功冲程是将内能转化为机械能，故气体的内能减少、温度降低，分子热运动减慢；气体质量不变，体积变大，故气体分子的密度减小．故ACD错误，B正确．5.对于图中所示的四幅图，下列说法中正确的是（）

A.甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能增加B.乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力C.丙图中活塞向上运动是内燃机的做功冲程D.丁图中小朋友下滑时，内能转化为机械能【答案】B【解析】A．甲图中软木塞飞出时，管内水蒸气的内能减少，故A错误；B．乙图中两个压紧的铅块能吊起钩码，主要是因为分子间存在引力，故B正确；C．丙图中活塞向上运动时，进气门关闭，排气门打开，是内燃机的排气冲程，故C错误；D．丁图中小朋友下滑时，机械能转化为内能，故D错误．6.热机是利用________做功的机械．内燃机的四个冲程中，压缩冲程把________能转化为内能，做功冲程把内能转化为________能．

【答案】内能机械机械【解析】热机是将内能转化为机械能的机械．它的四个工作冲程分别是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程．压缩冲程将机械能转化为内能，做功冲程是将内能转化为机械能．

7.如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住，用酒精灯对水加热，一段时间后，观察到橡胶塞突然被推出。在此过程中，燃料燃烧放出热量，通过________的方式使水的内能增加；试管内的水蒸气对橡胶塞做功，水蒸气的________能转化为橡胶塞的机械能。这个实验展示了蒸汽机的基本工作原理。

【答案】热传递内【解析】（1）酒精燃烧，是将酒精内部的化学能转化为内能释放出来，然后将内能通过热传递转移给水和试管；（2）水吸热迅速的汽化，形成大量的水蒸气，水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为木塞的机械能。8.如图所示的是单缸四冲程汽油机的________冲程，该冲程中燃气的内能通过________（选填“做功”或“热传递”）发生改变．

【答案】压缩做功【解析】解：如图，进气门、排气门都关闭，活塞上移，是压缩冲程，该冲程通过做功的方式使气体的内能增大．

汽车已经进入寻常百姓家，汽车行驶时，汽油机通过吸气、________、做功、排气四个冲程循环工作，在做功过程中，汽油燃烧释放的内能转化为________能．【答案】压缩机械【解析】四冲程内燃机的四个冲程依次是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程；做功冲程的能量转化是将内能转化为机械能．

四冲程内燃机在它的一个工作循环中，要顺次完成吸气冲程、________、做功冲程、________四个冲程．【答案】压缩冲程排气冲程【解析】四冲程内燃机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功和排气四个冲程组成的，除做功冲程，其它冲程是靠飞轮的惯性来工作的。【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些不足，有什么体会。第2节《热机的效率》【学习目标】1.理解热值的概念，知道不同燃料释放热的本领不同。2.能简单计算燃料释放出的热量。3.能说出热机工作时燃料释放能量的主要流向，知道热机效率【学习重点】认识热值，利用热值计算物质燃烧放出的热量。【学习难点】认识热机的效率，能计算热机的效率。【自主预习】某种燃料完全燃烧所放出的_热量_______与_____质量_______之比，叫作这种燃料的热值。符合：q3、在国际单位制中，热量的单位是焦耳，质量的单位是千克，所以热值的单位是焦每千克或焦每千每立方米，符号是_____J/kg或J/m3______。4、煤油的热值是4.6×107J/kg，物理意义是：________1kg的煤油完全燃烧释放的热量是4.6×107J_______。5、与有关的热值的计算公式：Q=qm或者Q=qV6、对于热机而言，燃料释放的能量一部分用来做功，一部分散失了。用来做___有用功___的那一部分能量与燃料______完全燃烧________放出的热量之比，叫热机效率。7、热机效率：。8、提高热机效率的方法：（1）提高燃料利用率，使燃料充分燃烧。（2）改进热机，减少各种能量损失，提高效率。（3）利用废气的能量，提高燃料的利用率。【合作探究】★学生活动一：观察图片并回答下列问题：1、我们生活中做饭，汽车，飞机，火箭所用到燃料分别是什么？在燃烧时都会释放能量，但它们释放能量的能力是否相同呢？（1）燃料：_木炭、煤炭天然气、一氧化碳酒精、偏二甲肼、液氢____（2）释放能量的能力：不同燃料释放热量的能力是不一样的。2、（1）1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？质量不同，放出的热量不同相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？物质种类不同，放出的热量不同（3）1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？质量相同的同种物质，不完全燃烧，放出的热量也不同。自学课本热值的内容并回答下列问题：某种燃料完全燃烧所放出的_热量_______与_____质量_______之比，叫作这种燃料的热值。热值的单位是J/kg、J/m3；煤油的热值是4.6×107J/kg，物理意义是：________1kg的煤油完全燃烧释放的热量是4.6×107J_______。与有关的热值的计算公式：Q=qm或者Q=qV4、学生观察课本的热值表格，了解生活中的各种燃料的热值并讨论火箭为什么用液氢做燃料？因为氢的热值大，相同质量的不同燃烧中，氢释放的热量最多，故利用氢做燃料。5、根据热值表，计算一下10吨氢完全燃烧放出多少焦耳的热量？若用干木柴完全燃烧来获得这些热量，需要多少吨干木柴？通过查表得出氢的热值是1.4×108J/kg，干木柴的热值1.2×107J/kg放出热量Q=qm=1.4×108J/kg×10×103kg=1.4×1012J需要干木柴：约116吨干木柴完全燃烧放出的热量等于10吨氢完全燃烧放出的热量。计算4kg柴油完全燃烧释放的热量。查表可知q＝3.3×107J/kg，所以Q＝mq＝4kg×3.3×107J/kg＝1.32×108J。答：完全燃烧释放的热量为1.32×108J。★学生活动二：热机效率1、根据生活经验分析，用天然气烧水时，天然气能完全燃烧吗？燃烧释放的热量能否被水完全吸收？有哪些能量损失？天然气不能完全燃烧，损失了一部分能量；（2）装水的容器吸收了一部分能量、燃气灶本身吸收一部分热量、高温的烟气带走了一部分能量、还有一部分能量散失掉了，只有水吸收的热量才是有效利用的。2、类比机械效率的公式进行归纳出燃气灶的效率的表达式为：3、出示汽油机模型，演示其工作过程，让学生讨论分析热机在工作的过程中有哪些能量损失？如何来表示热机的效率？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，叫作热机的效率。表达式为：根据热机效率的能量流向图，并阅读STS，分析、讨论得出热机对环境的危害，如何提高热机效率，保护环境？危害：（1）燃料燃烧排放的烟尘，使空气混浊，影响动植物生长。汽车等交通工具排放的尾气：如过多CO2引起地球温室效应，全球气候变暖。CO能造成“煤气中毒”，让人缺氧致死。SO2会形成酸雨，危害植物、危害庄稼，破坏生态平衡，还会腐蚀建筑物……提高效率：（1）提高燃料利用率，使燃料充分燃烧；（2）改进热机，减少各种能量损失，提高效率；（3）利用废气的能量，提高燃料的利用率。【归纳整理】【课堂练习】1.关于燃料的热值，以下说法中正确的是（）A.燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关B.燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值C.燃料燃烧时，质量越大，热值越大D.燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小【答案】A【解析】A、燃料的热值与燃料的种类有关系，与燃料的质量和燃烧状况无关，符合题意。B、燃烧1千克某种燃料放出的热量叫这种燃料的热值，必须是完全燃烧放出的热量，才是燃料的热值，不符合题意。C、燃料燃烧时，质量越大，热值越大：热值与质量无关，只与燃料种类有关，不符合题意。D、燃料不完全燃烧时的热值比完全燃烧时的热值小，燃料不完全燃烧时放出的热量不能称之为热值，不符合题意。2.将一瓶酒精用去三分之二，则剩余部分酒精的密度、比热容和热值（）A.都变为原来的三分之一B.密度、比热容不变，热值变为原来的三分之一C.都不变D.热值不变，密度、比热容变为原来的三分之一【答案】C【解析】密度、比热、燃料的热值都是物质的一种特性，它们的大小与物体的质量和体积均无关系，所以选项A、B、D错误，C正确．3.“可燃冰”作为新型能源，有巨大的开发潜力．同等条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，这表示“可燃冰”的（）A.热量很大B.温度很高C.热值很大D.比热容很大【答案】C【解析】相同条件下，“可燃冰”完全燃烧放出的热量达到煤气的数十倍，说明“可燃冰”的热值大于煤气的热值，即“可燃冰”的热值很大，C正确．故选：C．4.甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，下列说法正确的是（）A.甲种燃料比乙种燃料的热量少B.完全燃烧mkg乙种燃料，刚好烧开一壶水，那么用mkg甲种燃料也能烧开这壶水C.完全燃烧相同质量的两种燃料，乙种燃料放出的热量多D.通风条件越好，供氧越充足，两种燃料的热值越大【答案】C【解析】A、热量是一个过程量，不能说物体含有热量的多少，所以甲种燃料的热值小于乙种燃料的热值，不能说甲种燃料比乙种燃料的热量少，故A不正确；B、根据Q=mq可知，相同质量的甲乙两种燃料，乙种燃料完全燃烧放出的热量比甲种燃料完全燃烧放出的热量多，所以mkg乙种燃料刚好烧开一壶水，则mkg甲种燃料不能烧开这壶水，故B不正确；C、根据Q=mq可知，相同质量的甲乙两种燃料，乙种燃料完全燃烧放出的热量比甲种燃料完全燃烧放出的热量多，故C正确；D、热值是燃料的一种特性，它只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度等均无关，故D不正确．5.汽车油箱的汽油用掉一半后，剩下的汽油中，不变的物理量有（）A.质量密度热值B.质量密度比热容C.密度热值比热容D.质量热值比热容【答案】C【解析】一筒汽油用去一半后，所含的汽油减少，质量变为原来的一半，但是热值、密度和比热容是不会改变的，因为物质确定后，物质的这些属性与质量无关．A、B、D错误．6.提高热机效率的有效途径是（）A.采用优质的燃料B.减少热机的各种热损失，保证良好的润滑C.降低热机的效率D.避免使用热机【答案】B【解析】A、采用优质的燃料，提高燃料的热值，并不能提高热机的效率．所以A说法错误．B、减少热机的各种热损失，保证良好的润滑，可以提高有效利用的能量与总能量之比，所以B说法正确．C、降低热机的效率很明显不符合题意，所以C说法错误．D、不使用热机，并不能提高热机的效率．所以D说法错误．7.关于“热机”，下列说法中错误的是（）A.通过技术改进，可以使热机的效率达到100%B.减少城市热岛效应的措施之一就是倡导“绿色出行”C.用水而不用其它循环物质降低热机的温度，主要是利用水的比热容最大的特性D.严寒的冬天，有人晚上把热机水箱中的水放出，是防止气温降低时，水凝固而胀坏水箱【答案】A【解析】A、使用热机不可避免的要克服机器部件摩擦做额外功，效率不可能达到100%，所以A是错误的；B、“绿色出行”可以减少热机工作时的二氧化碳和热量的排放，是减少城市热岛效应的措施之一就是所以B是正确的；C、水的比热容比较大，在升高相同的温度需要吸收更多的热量，所以利用水来降低热机的温度，所以C是正确的；D、水凝固时体积变大，就会胀坏水箱，所以冬天要把水箱中的水放出，所以D是正确的．8.如图所示是一台单缸四冲程汽油机的________冲程；若飞轮（曲轴）转速为2400r/min，那么，每秒钟燃气推动活塞做功的次数为________次，完全燃烧0.1kg的汽油，放出的热量被质量为100kg、初温为20℃的水完全吸收，可以使水的温度升高________℃．[q【答案】做功2011【解析】解：图中，两个气阀关闭，火花塞喷出电火花，活塞向下运动，是做功冲程；飞轮转速是2400r/min＝40r/s，因一个工作循环有4个冲程，飞轮转2圈，做功一次，所以汽油机1s可以完成80个冲程，做功的次数：n=12×40＝20（次）；完全燃烧0.1kg汽油放出的热量：Q放＝m煤油q＝0.1kg×4.62×107J