22（九年级）热机（导学案5）

skybamboo · 发表于 9 小时前

第14.1节《热机》导学案

学习目标
1.了解热机的定义，了解内燃机是热机的一种，知道热机的种类。
2.知道汽油机的工作原理及过程。知道热机中能量的转化。
3.学会分析汽油机和柴油机的构造及工作过程的异同。
自主探究
1.各种利用做功的机械叫做热机，燃料直接在内燃烧产生动力的热机叫内燃机。
2.活塞在汽缸内_____运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。
3.多数内燃机的一个工作循环分为四个冲程：冲程、冲程、冲程、冲程。
4.在四冲程内燃机中，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的来完成的，而冲程是内燃机中唯一对外做功的冲程，将内能转化为。另外压缩冲程将机械能转化为。
合作探究
一、热机
活动体验：在试管内装少许水，用一层红色塑料薄纸裹着的棉花塞塞在试管中上部，利用点燃的酒精灯对封闭试管中的水加热一段时间，当水沸腾时，水蒸气会慢慢推动塞子向试管口运动。

提出问题：塞子被顶向试管口，推动塞子的能量来自哪里？
答案点拨：酒精燃烧的化学能→水和水蒸气的内能→塞子的机械能。
思考讨论：生活中有哪些内能转化为机械能的实例呢？答案点拨：用水壶烧水，水沸腾后壶盖会被顶起来；装有半瓶水的热水瓶，瓶塞有时会“跳”出来等。
自主学习：阅读课本P1“热机”的内容，学习有关的知识。
1.热机的种类很多，有蒸汽机、、喷气发动机等。
2.内燃机分为和两大类，它们分别用和作为燃料。
二、汽油机
活动体验：转动汽油机的手柄，观察活塞在汽缸内的运动情况。

吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。仔细观察汽油机四个冲程的工作过程，并完成下表。

次序	1	2	3	4
冲程名称	吸气冲程	压缩冲程	做功冲程	排气冲程
工作示意图
气门开闭
活塞运动方向
火花塞
相同原理的实验
能的转化

提出问题：
（1）在四个冲程中，哪些冲程发生了能量转化？
（2）哪个冲程使机械获得动力？其他几个冲程中活塞的运动是靠什么来完成的？
（3）哪个冲程排出了废气？
答案点拨：
（1）压缩冲程是把机械能转化为内能；做功冲程是把内能转化为机械能。
（2）做功冲程使机械获得动力，其他冲程靠飞轮的惯性完成。
（3）排气冲程排出废气。
三、柴油机
活动体验：把汽油机模型和柴油机模型的构造进行对比，会发现汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。动手操作柴油机模型，完成下列问题。

（1）你能描述柴油机的工作过程吗？
（2）请分析柴油机和汽油机的区别，完成下表。

比较	柴油机	汽油机
构造
燃料	柴油	汽油
一个工作循环	吸气冲程	只吸入空气	吸入汽油和空气的混合物
	压缩冲程	压缩程度较大机械能→内能	压缩程度较小机械能→内能
	做功冲程	压燃式（柴油遇到高温高压的热空气而燃烧）	点燃式（火花塞点火）（内能→机械能）
	排气冲程	排出废气	排出废气
主要特点	笨重、效率高	轻巧、但效率低
效率	30%-45%	20%-30%
适用范围	载重汽车、火车等	小汽车等

答案点拨：
（1）柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在吸气冲程吸进汽缸里的只有空气。在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。
压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过了柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。在做功冲程中，燃烧放出的热使得气体的压强和温度急剧升高，从而推动活塞对外做功。在排气冲程中，曲轴推动活塞向上运动，把产生的废气排出汽缸。
自主学习：阅读课本P19-P20。“柴油机”的内容，学习有关的知识。
1.由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机，因此在做功冲程中气体的压强_______汽油机中气体的压强，因而可以输出的功率。
2.由于柴油机工作的过程中压强，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较。
课堂检测
一．选择题（共5小题）
1．关于四冲程汽油机，下列说法中正确的是（　　）
A．在吸气冲程，吸入气缸内的是空气 B．在压缩冲程，燃料燃烧，化学能转化为内能
C．在做功冲程，内能转化为机械能 D．在排气冲程，进气门和排气门都打开
2．如图所示是内燃机工作中的一个冲程，下列描述正确的是（　　）

A．压缩冲程，内能转化为机械能
B．压缩冲程，机械能转化为内能
C．做功冲程，机械能转化为内能
D．做功冲程，内能转化为机械能
3．关于四冲程汽油机的工作过程，下列说法正确的是（　　）
A．吸气冲程：只吸入空气
B．压缩冲程：缸内温度降低
C．做功冲程：气体推动活塞做功
D．排气冲程：内能转化为机械能
4．2021年3月12日凌晨，长征七号改遥二运载火箭成功将试验九号卫星送入预定轨道，“长七改”将填补我国运载火箭高轨轨道运载能力的空白。下列说法不正确的是（　　）
A．火箭点火升空时相当于热机的做功冲程，将机械能转化为内能
B．卫星脱离火箭时，由于具有惯性，能保持原有运动状态
C．火箭加速升空的过程中，机械能变大
D．火箭加速升空时，火箭推力大于重力
5．如图是内燃机的某个冲程。下列情况与该冲程能的转化方式一致的是（　　）

A．

瓶塞冲出 B．

搓手取暖
C．压缩气体 D．

钻木取火
二．填空题（共4小题）
6．如图所示为一辆汽车的发动机四个冲程中的冲程；为了不让发动机在工作时温度升得太高，在设计制造时，汽缸外有一个水套，用水来冷却汽缸是因为水的较大。阳江近段时间有关汽车撞伤行人事故频发，据调查，汽车超速和超载是造成重大交通事故的主要原因。当汽车（选填“超速”或“超载”）时，它的惯性将变大。

7．用天然气烧水，水烧沸腾时，壶盖不断向上跳动，此过程中能量转化与四冲程汽油机的冲程的能量转化相同；在标准大气压下用天然气把3kg的水从20℃加热至刚沸腾时，水的比热容（填“增大减小“或“不变”），水吸收了J的热量。[c水＝4.2×103J/（kg•℃）]
8．用稳定的热源给一个1kg物体均匀加热，得到它的熔化图象如图所示，已知该物体在固态时的比热容为0.2×103J/（kg•℃），则该物质在液态时的比热容是J/（kg•℃）；物体在BC段熔化过程中吸收的热量J。在内燃机的工作循环中，实现将内能转化为机械能的是冲程。某内燃机飞轮转动速度为3600r/min，则每秒完成涉及能量转化的冲程有次，吸入燃气次。

9．如图表示的是汽油机的冲程；在压缩冲程中，是通过方式增加气体内能的。一台单缸四冲程柴油机转速为1200转/min，则柴油机1s内做功次。

参考答案
一．选择题（共5小题）
1．【解析】A、四冲程汽油机，在吸气冲程，吸入的是汽油和空气的混合物，故A错误；
BC、从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中，压缩冲程末与做功冲程中燃料燃烧，而燃料燃烧将化学能转化为内能，在做功冲程气体推动活塞对外做功，将气体的内能转化为活塞的机械能，故B错误，C正确；
D、排气冲程，进气门关闭，排气门都打开，活塞向上运动，故D错误。
故选：C。
2．【解析】图中内燃机两个气阀都关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，此冲程将内能转化为机械能，故ABC错误，D正确。
故选：D。
3．【解析】
A、汽油机在吸气冲程中吸入的是汽油和空气的混合物，故A错误；
B、在压缩冲程，活塞对气体做功，将机械能转化为内能，气体的内能变大，温度升高，故B错误；
C、做功冲程中，燃气对活塞做功，燃气的内能转化为活塞的机械能，故C正确；
D、排气冲程中没有能量的转化，故D错误。
故选：C。
4．【解析】A、火箭点火升空时相当于热机的做功冲程，热机的做功冲程是将内能转化为机械能，故A错误；
B、卫星脱离火箭时，能保持原有运动状态，是因为它具有惯性，能保持原有的运动状态不变，故B正确；
C、火箭加速升空的过程中，质量不变，而速度增大，所以动能增大；因为高度增大，所以重力势能增大；因此动能和重力势能都增大；因为动能增大，重力势能增大，而机械能＝动能+重力势能，所以机械能变大，故C正确；
D、火箭发射加速离开地面时，火箭的运动状态时刻在改变，火箭一定受到非平衡力的作用，受到的推力一定大于火箭的重力，故D正确。
故选：A。
5．【解析】
由图可知，内燃机进气门和排气门都是关闭的，火花塞点火，活塞下行，因此是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能；
A、瓶塞冲出时，水蒸气膨胀做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，其能量转化情况与内燃机做功冲程相同，故A符合题意；
B、搓手取暖是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故B不合题意；
C、向下迅速压活塞，压缩空气做功，消耗机械能转化为内能，使筒内气体的内能增大、温度升高，故C不合题意；
D、钻木取火是克服摩擦做功，将机械能转化为内能，故D不合题意。
故选：A。
二．填空题（共4小题）
6．【解析】
（1）图中汽车发动机两气门都关闭，火花塞点火，活塞向下运行，是做功冲程；
（2）为了避免汽油机在工作时温度升得太高，用水作为冷却剂，因为水的比热容大，即相同质量的水和其他的液体相比较时，升高相同的温度时，水吸收的热量多，故用水冷却效果最好；
（3）惯性大小只跟物体的质量大小有关，质量越大，惯性越大，因此当汽车超载时，质量变大，惯性将变大。
故答案为：做功；比热容；超载。
7．【解析】
（1）水烧开以后，水蒸气膨胀对壶盖做功，把壶盖顶起来，将水蒸气的内能转化为壶盖的机械能，这与汽油机的做功冲程的能量转化相同，在汽油机的做功冲程中，是将燃气的内能转化为活塞的机械能；
（2）比热容是物质的特性，与温度变化无关，所以水的比热容不变；
在标准大气压下水的沸点为100℃，即水的末温为100℃，
水吸收的热量为：
Q吸＝c水m水△t＝4.2×103J/（kg•℃）×3kg×（100℃﹣20℃）＝1.008×106J。
故答案为：做功；不变；1.008×106。
8．【解析】
（1）从图上可以看出，AB段为固态，CD段为液态，在质量不变的前提下，AB段温度升高40℃，CD段温度升高20℃，温度升高之比为△t固：△t液＝2：1，CD段加热时间是AB段加热时间的2倍，吸收热量之比为Q固：Q液＝1：2，根据Q＝cm△t知，固态与液态物质比热容之比为：＝

＝

＝＝，所以该物体在固态时的比热容与液态时的比热容之比是1：4，所以液态时的比热容为：4×0.2×103J/（kg•℃）＝0.8×103J/（kg•℃）；
（2）AB段吸收的热量为：
QAB＝c固m（t﹣t0）＝0.2×103J/（kg•℃）×1kg×（60℃﹣20℃）＝8×103J；
因为是供热稳定的热源，所以相同时间内供热相同、物体吸热相同，
则该物体在BC段吸收的热量是AB段吸收热量到3倍，即：QBC＝3QAB＝3×8×103J＝2.4×104J；
（3）内燃机的四个冲程是吸气、压缩、做功、排气冲程，压缩冲程活塞向上运动，压缩气体对气体做功，将机械能转化为内能；做功冲程高温高压燃气推动活塞向下运动，将内能转化为机械能；
（4）四冲程内燃机一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动2周，做功1次；内燃机飞轮转动速度为3600r/min，则每秒转过60r，30个工作循环，30个压缩冲程和做功冲程，完成涉及能量转化的冲程有60次，吸气冲程有30次，吸入燃气30次。
故答案为：0.8×103；2.4×104；做功；60；30。
9．【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，可以判断是做功冲程。
在压缩冲程中，消耗机械能，产生内能，就是通过做功的方式使得气体的内能增加；
若飞轮转速是1200r/min＝20r/s，表示每秒飞轮转动20圈，要经过40个冲程，对外做功10次。
故答案为：做功；做功；10。

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