九年级物理上册124热机与社会发展学案含练习新版粤教沪版.docx
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九年级物理上册124热机与社会发展学案含练习新版粤教沪版
12.4热机与社会发展
图12-4-1
一热机的能量转化
二内燃机的工作原理
过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
图示
气门
进气门________,排气门________
进气门、排气门均________
进气门、排气门均________
进气门________,排气门________
活塞
________运动
________运动
________运动
________运动
能的转化
________能→________能
________能→________能
作用
气缸吸入汽油和空气的混合物
压缩汽油和空气的混合物使其压强增大,温度升高;压缩冲程末,火气塞点火引燃燃料
高温高压的燃气推动活塞对外做功,通过连杆和曲轴带动飞轮和机械转动
把废气排出气缸
三热机效率
热机效率:
热机工作时,用来做________的能量与________________的能量之比.
四热机与环境保护
1.热机对环境的污染
主要是指______污染和______污染.
2.保护环境的主要措施
(1)减少热机废气中的有害物质,如使用无铅汽油.
(2)控制废气的排放总量.
(3)充分开发利用污染少和无污染的能源,如使用太阳能汽车、电动自行车.
(4)在内燃机排气管上安装消声器,以减少噪声污染.
类型一热机的工作原理
例1(多选)在试管中装入适量的水,试管口用塞子塞住,用酒精灯对试管加热,如图12-4-2所示.加热一段时间后,塞子冲出去了,则()
图12-4-2
A.加热过程中酒精的化学能全部转化为水的内能
B.塞子冲出前,试管内气体压强不断增大
C.塞子冲出时,试管内气体温度不变
D.塞子冲出时,塞子增加的机械能是由试管内气体的内能转化的
[方法指导]“两明”解决热机的原理问题
类型二内燃机的工作过程
例2如图12-4-3所示是汽油机的四个冲程的示意图,其中表示做功冲程的是()
图12-4-3
[方法指导]观气门、活塞,看火花塞,辨冲程
类型三内燃机转速与做功次数、活塞运动次数、工作循环的关系
例3一台单缸四冲程汽油机,飞轮转速是2400r/min,该汽油机每秒钟内完成________个冲程,对外做功__________次,活塞往复运动________次,有________个工作循环.
[方法指导]找“关系”,用“比例”,解“次数”
内燃机完成1个工作循环,要经过4个冲程,燃气对外做功1次,活塞往复2次,飞轮转动2圈,关系如下所示.此规律可以简记为:
“吸压做排四冲程,一个循环一次功,飞轮转动正两圈,活塞往复两次行”.
类型四热机效率与环境保护
例4一辆氢气动力试验汽车10min内在平直路面上匀速行驶了1.2×104m,消耗了0.15kg的氢气.此过程中汽车受到的阻力为1.0×103N(氢气的热值取1.4×108J/kg).求:
(1)氢气完全燃烧产生的热量.
(2)汽车的牵引力做的功.
(3)汽车发动机的效率.
[方法指导]找准“突破口”,破解热机效率的相关计算:
解决热机效率的计算题时,可以从公式“η=
×100%”入手,其中,有用功W有=Fs,燃料完全燃烧所释放的热量Q放=mq或Q放=Vq;然后根据题目已知条件,求出相应的物理量,如下所示.
课堂反馈(八)
[热机与社会发展]
1.热机工作过程中的能量转化顺序是()
A.内能-化学能-机械能B.化学能-内能-机械能
C.化学能-机械能-内能D.内能-机械能-化学能
2.如图8-1所示为汽油机工作时各冲程的示意图,请按要求填空.
图8-1
(1)A的进气门________,排气门________,活塞向________运动,为________冲程.
(2)B的进气门________,排气门________,活塞向________运动,为________冲程.
(3)C的进气门________,排气门________,活塞向________运动,为________冲程.
(4)D的进气门________,排气门________,活塞向________运动,为________冲程.
(5)正常工作顺序为________,其中A实现________能向________能的转化,D实现________能向________能的转化.
(6)你认为让汽车获得动力的冲程是________,排出了汽车废气的冲程是________,依靠飞轮惯性来完成的冲程是______________.(均填字母序号)
3.下列关于热机和环境保护的说法中,正确的是()
A.热机一个工作循环只有一次做功过程
B.热机的效率能达到100%
C.热机使用中尾气冒黑烟时效率最高
D.热机的大量使用会造成环境污染
课时作业(八)
[12.4热机与社会发展]
一、选择题
1.2017·湘潭下列所示的工具工作过程中使用热机的是()
图8-K-1
2.2017·绥化图8-K-2是汽油机一个工作循环的四个冲程,顺序排列正确的是
()
图8-K-2
A.甲乙丙丁B.乙丙甲丁
C.丁丙乙甲D.丁甲丙乙
3.摩托车上的热机工作时提供动力的冲程是()
A.吸气冲程B.压缩冲程
C.做功冲程D.排气冲程
4.2016·南昌汽油机在做功冲程中,高温气体迅速膨胀而做功,此时气体的温度和内能的变化情况是()
A.温度降低,内能增大
B.温度不变,内能不变
C.温度升高,内能增大
D.温度降低,内能减小
5.我们知道:
多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来连续工作的.关于压缩冲程的作用,下列说法正确的是()
A.将废气排出缸外
B.完成对外做功
C.吸进汽油和空气的混合物
D.压缩燃料和空气的混合物
6.内燃机工作过程中,关于能量转化的下列说法中错误的是()
A.燃料燃烧时将化学能转化为燃气的内能
B.在压缩冲程中将飞轮的机械能转化为燃气的内能
C.在做功冲程中将燃气的内能转化为飞轮的机械能
D.在压缩冲程中将燃气的内能转化为飞轮的机械能
7.已知一台单缸四冲程汽油机正常工作时,气缸内的活塞1min内往复运动1800次,则此汽油机每秒钟内()
A.完成15个工作循环,做功15次
B.完成15个工作循环,做功30次
C.完成30个工作循环,做功15次
D.完成30个工作循环,做功30次
8.2017·岳阳随着人们生活水平的提高,汽车走进千家万户.关于小汽车涉及的知识说法正确的是()
A.用甘油做发动机的冷却剂
B.发动机做功冲程将内能转化为机械能
C.精心保养可使发动机的效率达到100%
D.排出的尾气对环境没有任何污染
二、填空题
9.2017·德州如图8-K-3所示是演示点火爆炸的实验装置,按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精,盒盖被打出去,这与四冲程汽油机的________冲程的能量转化相同.
图8-K-3
10.2017·威海如图8-K-4所示是四冲程汽油机的工作状态示意图,由图可以看出,此时它正处在________冲程,当燃料在气缸内燃烧时将________能转化为内能.
图8-K-4
11.2016·莱芜改编在如图8-K-5所示的四幅图中,甲、乙是两个演示实验的示意图,丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图.如图甲所示,在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一团干燥棉花,快速压下活塞,可观察到棉花着火燃烧,此过程中活塞对筒内气体做功,气体的温度________,内能________,这与______图所示冲程中的能量转化相同.与热机工作原理相同的是______图所示的演示实验:
汽油机利用内能来做功的冲程是______图.
图8-K-5
12.柴油机和汽油机在构造上的主要区别是柴油机的气缸顶部没有__________而有__________,在吸气冲程里,汽油机吸入气缸的是____________________,而柴油机吸入气缸的是________.
13.某台汽油机飞轮的转速为240r/min,在1min内,汽油机完成________个工作循环,活塞往复________次,对外做功________次,完成________个冲程.
三、计算题
14.2016·淮安二模如图8-K-6所示,是小轿车汽油机工作时的能量转化示意图,消耗2kg汽油,可获得的动能是多少?
(汽油的热值为4.6×107J/kg)
图8-K-6
15.有一功率为40kW,热机效率为20%的汽车正在一平直的公路上行驶,此时油箱中仅剩下5kg的汽油,如果不考虑热机其他的能量损失,汽车以20m/s的速度向前匀速沿直线行驶,还可前进多远?
(汽油的热值为4.6×107J/kg)
16.如图8-K-7所示为四缸发动机工作原理:
内燃机通过连杆把四个气缸的活塞连在一根曲轴上,并使各气缸的做功冲程错开,在飞轮转动的每半周里,都有一个气缸在做功,其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气工作.
图8-K-7
(1)发动机在做功冲程中,高温、高压的燃气推动活塞向下运动,对外做功,同时将________能转化为________能.
(2)有一台四缸发动机,其主要技术指标如下表所示.其中排量等于四个气缸工作容积的总和,气缸工作容积指活塞从上止点到下止点所扫过的容积,又称单缸排量,它取决于活塞的面积和活塞上下运动的距离(即冲程长).转速表示每分钟曲轴或飞轮所转的周数.
排量
2.0L
输出功率
120kW
转速
6000r/min
①该发动机在1s内做功________J,单缸排量V=________L.
②在每个做功冲程中,发动机做功W=________J.
(3)在做功冲程中,燃气对活塞所做的功可表示为W=pV,式中p表示燃气对活塞的压强,则p=________Pa.(1L=10-3m3)
详解详析
【新知梳理】
二、打开关闭关闭关闭关闭打开向下向上向下向上机械内内机械
三、有用功燃料完全燃烧放出
四、1.大气噪声
【应用示例】
例1BD[解析]酒精的化学能转化为内能后只有部分给了水,因为还存在热量损失,故A选项错误.塞子冲出前,试管内气体增多,试管又是密闭的,因此试管内气体压强增大,故B选项正确.塞子冲出时,管内气体对外做功,内能减少,温度降低,故C选项错误.塞子冲出时,试管内气体的内能转化为塞子的机械能,故D选项正确.
例2C[解析]A图进气门打开,活塞向下运动,气体流入气缸,是吸气冲程;B图两气门都关闭,活塞向上运动,气缸容积变小,是压缩冲程;C图两气门都关闭,活塞向下运动,气缸容积变大,火花塞点火,是做功冲程;D图排气门打开,活塞向上运动,气体排出气缸,是排气冲程.
例380204020
[解析]已知飞轮转速2400r/min=40r/s,即每秒飞轮转动40圈,则该汽油机每秒钟内完成的冲程数为2×40个=80个,对外做功的次数为
次=20次,活塞往复运动的次数为1×40次=40次,工作循环的个数为
个=20个.
例4
(1)氢气完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=0.15kg×1.4×108J/kg=2.1×107J.
(2)因为汽车匀速行驶,所以牵引力F=f=1.0×103N,
牵引力所做的功:
W=Fs=1.0×103N×1.2×104m=1.2×107J.
(3)汽车发动机的效率:
η=
=
×100%≈57.1%.
【课堂反馈】
1.B
2.
(1)关闭关闭上压缩
(2)关闭打开上排气(3)打开关闭下吸气
(4)关闭关闭下做功
(5)CADB机械内内机械
(6)DBABC
3.D
【课时作业】
1.B[解析]热机是把内能转化为机械能的装置;自行车、水上脚踏车、皮划艇是消耗人体的化学能转化为机械的机械能.柴油车是热机的一种,将内能转化为机械能.
2.C[解析]甲图排气门开启,活塞上行,排出废气,是排气冲程;乙图两气门都关闭,活塞下行,汽缸容积变大,是做功冲程,将内能转化为机械能;丙图两气门都关闭,活塞上行,汽缸容积变小,是压缩冲程,将机械能转化为内能;丁图进气门开启,活塞下移,空气和汽油混合物流入汽缸,是吸气冲程.故正确排列顺序应该为丁丙乙甲.
3.C4.D5.D6.D
7.A
8.B[解析]汽车发动机是利用水来做冷却剂的,这是利用了水的比热容较大的性质,故A选项错误;发动机工作时,做功冲程将内能转化为机械能,压缩冲程将机械能转化为内能,故B选项正确;无论科技如何发展,热机工作时,总存在一些摩擦,故效率一定不会达到100%,故C选项错误;汽车排放的废气中含有一氧化碳、二氧化硫等有害物质会污染环境,故D选项错误.
9.做功
10.压缩化学
11.升高增大丙乙丁
12.火花塞喷油嘴汽油和空气的混合物
空气
13.120240120480
14.由图可知,轿车的汽油机效率:
η=
×100%=
×100%=
×100%=15%;
2kg汽油完全燃烧放出的热量:
Q放=mq=2kg×4.6×107J/kg=9.2×107J,
由热机效率的表达式η=
×100%变形得
小轿车获得的动能:
W=ηW总′=ηQ放=15%×9.2×107J=1.38×107J.
15.23km
16.
(1)内机械
(2)①1.2×1050.5②600
(3)1.2×106
[解析]
(1)在做功冲程中,高温、高压的燃气膨胀做功,将内能转化为机械能;
(2)①因为P=
,所以发动机在1s内做功:
W=Pt=120×103W×1s=1.2×105J,因为四缸总排量为2.0L,
所以单缸排量:
V=
×2.0L=0.5L,②因为发动机在1s内做功1.2×105J,发动机有四个缸同时工作,所以每个缸1s内做功:
W=
×1.2×105J=3×104J,又因为转速为6000r/min,四冲程内燃机每个工作循环曲轴转两周、做功一次,所以1s内做功50次,每个做功冲程做功:
W′=
×3×104J=600J.
(3)因为W′=pV,V=0.5L=0.5×10-3m3,所以燃气对活塞的压强:
p=
=
=1.2×106Pa.