物理八年级下册5.5 热机导学案

这是一份物理八年级下册5.5 热机导学案，共16页。学案主要包含了内燃机，常见的热机，燃烧的热值等内容，欢迎下载使用。


热机
知识梳理
一、内燃机
1、热机的定义：燃料燃烧时，将储存的____________转化为蒸汽或燃气的_____________，各种将蒸汽或燃气的____________转化为__________的发动机统称为热机。
2、内燃机的定义：燃料在气缸内燃烧的热机，内燃机分为_____________、_____________。
3、汽油机的构造：汽油机的主体是____________，它的顶部有__________和_________，顶部有_________，下部有___________，它通过__________和__________相连，它的移动通过连杆带动曲轴转动。
4、汽油机的工作过程：
（1）吸气冲程：进气门_____________，出气门_____________，活塞由____________向下端移动，吸入_____________的混合物（柴油机吸入空气）。
（2）压缩冲程：进气门、出气门都关闭，活塞由下端向上端移动，燃料混合物被压缩；气缸内压强____________，温度__________，机械能转化为___________。在压缩冲程末温度达到最大，汽油机火花塞产生电火花，将高温高压的燃气点燃（柴油机喷油嘴此时喷出雾状柴油，它遇到高温高压空气自燃）。
（3）做功冲程：燃料猛烈燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，将________转化为_________。
（4）排气冲程：进气门___________，出气门___________，废气被排出气缸。
（5）一个工作循环：活塞往复________次；曲轴转动______周；完成________个冲程；对外做功________次；辅助冲程是靠飞轮________来完成。
【答案】1、化学能；内能；内能；机械能
2、汽油机；柴油机
3、气缸；进气门；排气门；火花塞；活塞；连杆；曲轴
4、（1）打开；关闭；气缸顶端；汽油和空气（2）增大；升高；内能
（3）内能；机械能（4）关闭；打开
（5）两；两；四；一；惯性
二、常见的热机
1、汽轮发动机：包括______________和______________。它们通过高温、高压的水蒸气或产生的燃气推动涡轮叶片旋转从而带动发电机或其他大型机械工作。
2、喷气发动机：空气由前部进入，并由涡轮机压缩，工作过程归纳为：进气、___________、燃烧、排气，只装燃料，不装氧化剂。
3、火箭发动机：火箭发动机除带有燃料（液态氢）之外，还带有助燃剂（如液态氧），可以在大气层外工作。
4、汽油机和柴油机的异同
【答案】1、蒸汽轮机；燃气轮机
2、压缩
三、燃烧的热值（选修）
1、热值的定义：1千克某种燃料______________放出的能量（热量）叫做这种燃料的热值。
2、热值的符号：________，单位：_____________，物理意义：___________________________
，燃料燃烧放出热量计算公式：______________。
3、热机的效率：用来做______________的那部分能量和燃料______________放出的能量之比，叫热机的效率。热机的效率是热机性能的一个重要指标。公式：___________________。
【答案】1、完全燃烧
2、q；J/kg；气体的热值是1m3的燃料完全燃烧放出的能量；Q=mq
3、有用功；完全燃烧；η=W有用/Q总×100%=W有用/mq×100%
例题解析
一、内燃机
知识点一：内燃机概念
【例1】内燃机的工作能量来源于燃料的（）
A．机械能B．内能C．化学能D．化学能和内能
【难度】★
【答案】C
【解析】内燃机工作时，将燃料的化学能通过燃烧燃烧转化为内能，内燃机的工作能量来源于燃料的化学能。选C
【例2】以下机械属于热机的是（）
A．杠杆B．斜面C．洗衣机D．汽油机
【难度】★
【答案】D
【例3】燃料燃烧时，将储存的______能转化为蒸汽或燃气的__________，各种将蒸汽或燃气的__________能转化为_______能的系统称为热机。
【难度】★
【答案】内；机械能；机械；动
知识点二：汽油机的工作冲程
【例1】内燃机在做功冲程过程中，燃气的体积、压强、温度变化分别为（）
A．增大、减小、降低B．增大、增大、升高
C．减小、增大、降低D．减小、减小、升高
【难度】★
【答案】A
【解析】因为内燃机在做功冲程中，活塞下行，所以燃气的体积增大，又因在做功冲程中，燃气的内能转化成机械能，所以压强减小，温度降低。故选A
【例2】家用轿车四冲程汽油机工作时为轿车提供动力的冲程是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【难度】★
【答案】C
【解析】做功冲程把内能转化为机械能，对外提供动力，故选C
【例3】如图所示是汽油机的一个工作循环，工作循环是由四个冲程组成的，其中表示做功冲程的是（）
【难度】★
【答案】B
【解析】做功冲程两气孔关闭，活塞向下运动，有火花塞点火，故选B
【例4】单缸四冲程汽油机工作时，有些冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成，只有一个冲程是不用靠飞轮的惯性来完成的，这个冲程是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【难度】★
【答案】C
【解析】在单缸四冲程汽油机的四个冲程中，做功冲程是独立完成的，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是靠飞轮的惯性来辅助完成的。故选B
【例5】四冲程内燃机在一个工作循环中（）
活塞往复运动2次，曲轴转动2周，完成四个冲程，对外做1次功
B．活塞往复运动2次，曲轴转动4周，完成四个冲程，对外做1次功
C．活塞往复运动4次，曲轴转动2周，完成四个冲程，对外做2次功
D．活塞往复运动2次，曲轴转动4周，完成四个冲程，对外做2次功
【难度】★★
【答案】A
方法与技巧
1、内燃机的能量转化过程是：燃料燃烧，把燃料的化学能转化为气体的内能，再由气体推动活塞做功，把气体的内能转化为活塞的机械能。
2、活塞在往复运动中从汽缸的一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，其中只有做功冲程是燃气对活塞做功，其他三个冲程要靠飞轮的惯性来完成，完成一个工作循环曲轴要转两周，活塞往复两次。
【解析】内燃机完成四个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，对外做1次功。故选A
二、常见的热机
知识点一：汽油机与柴油机
【例1】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
【难度】★
【答案】D
【解析】压缩冲程：进气门、排气门都关闭，活塞向上运动．压缩汽油和空气的混合气体，使其内能增加，温度升高。故选D
【例2】柴油机和汽油机构造相似，主要不同是汽油机汽缸顶部有一个_________，而柴油机汽缸顶部有一个_________；汽油机在吸气冲程吸进汽缸里的是_______________，而柴油机在吸气冲程吸进汽缸里的是__________。
【难度】★★
【答案】火花塞；喷油嘴；汽油和空气的混合物；空气
【例3】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，水凝固而胀坏水箱
【难度】★★
【答案】A
【解析】使用热机不可避免的要克服机器部件摩擦，效率不可能达到100%，所以A是错误的；“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；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；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。故选A
三、燃烧的热值
知识点一：热值
【例1】关于燃料和热值，以下说法正确的是（）
燃料热值与燃料的燃烧情况无关
B．容易燃烧的燃料，热值一定大
C．煤的热值大于干木柴的热值，燃烧煤放出的热量比燃烧木柴放出的热量一定多
D．为了提高锅炉的效率，一定要用热值高的燃料
【难度】★
【答案】A
【解析】燃料的热值与燃料的燃烧情况无关，它只与燃料的种类有关，A符合题意；热值大小与燃料是否容易燃烧无关，它只与燃料的种类有关，B不符合题意；燃料燃烧放出热量的多少不仅与燃料的热值大小有关，还与燃料的质量以及燃烧程度有关，C不符合题意；锅炉的效率与燃料的热值高没有关系，D不符合题意。故选A
【例2】2kg的某种燃料完全燃烧时放出的热量为9.2×107J，则这种燃料的热值_________J/kg，若这些燃料只烧掉1/2，则剩余部分的热值为_________J/kg。
【难度】★
【答案】4.6×107；4.6×107
【解析】（1）∵Q=mq∴这种燃料的热值：q=Q/m=9.2×107J/2kg=4.6×107J/kg
（2）燃料燃烧，热值不变，那么剩余部分的热值仍然是4.6×107J/kg
【例3】王大刚同学和家人郊外野餐，用木炭烧水。铁锅内装有5kg水，把水从18℃加热至98℃，已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）。如果木炭的热值为3.4×107J/kg，它燃烧放出的热有10%被水吸收。求：
（1）在这个过程中水吸收的热量；
（2）在这个过程中用掉多少木炭。
【难度】★★
【答案】（1）1.68×106J（2）0.49kg
【解析】（1）水吸收的热量：
Q吸=cm水（t-t0）=4.2×103J/（kg•℃）×5kg×（98℃-18℃）=1.68×106J；
（2）由η=（Q吸/Q放）×100%得木炭燃烧需放出热量：Q放=Q吸/η=1.68×106J/10%=1.68×107J，
由Q放=mq得需要的木炭：m木炭=Q放/q=1.68×107J/3.4×107J/kg =0.49kg
知识点二：热机的效率
【例4】某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。（水的比热容为4.2×103J/（kg•℃），无烟煤的热值是3.4×107J/kg）
试求：（1）锅炉内200kg的水吸收的热量是多少焦耳？
（2）6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少焦耳？
（3）此锅炉的效率是多少？
【难度】★★★
【答案】（1）6.3×107J
（2）2.04×108J
（3）30.88％
【解析】（1）∵m=200kg，c=4.2×103J/（kg?℃），t=100℃，t0=25℃，
∴水吸收的热量为：Q吸=cm（t-t0）=4.2×103J/（kg?℃）×200kg×（100℃-25℃）=6.3×107J
（2）∵m无烟煤=6kg，q=3.4×107J/kg，
∴无烟煤完全燃烧放出的热量为：Q放=m无烟煤q=6kg×3.4×107J/kg=2.04×108J
（3）锅炉的效率为：η=（Q吸/Q放）×100%=6.3×107J/2.04×108J×100%≈30.88%
【例5】一般来说，柴油机的效率高于汽油机的效率，这表明（）
A．柴油机做功多B．柴油机做功快
C．柴油机消耗柴油少D．柴油机将内能转化为机械能的比例大
【难度】★
【答案】D
【解析】热机的效率是指做有用功的那部分能量占燃料燃烧消耗的能量的比值。效率高是指内能转化为机械能的多。一般来说，柴油机的效率高于汽油机的效率，这表明柴油机将内能转化为机械能的比例大。故选D
随堂检测
1、热机是把_______能转化为_______能的机器；在热机里，用来做__________的那部分能量，与燃料__________放出的能量之比，叫做热机效率。
【难度】★
【答案】内；机械；有用功；完全燃烧
2、内燃机的特点是：燃料在__________燃烧，生成_______的燃气，燃气推动活塞_______，将_______能转化为_______能。
【难度】★
【答案】气缸内；高温高压；做功；内；机械
3、内燃机的工作过程由_______、_______、_______、_______四个冲程组成，内燃机中，将机械能转化为内能的是_______冲程，将内能转化为机械能的是_______冲程。
【难度】★
【答案】吸气；压缩；做功；排气；压缩；做功
4、____________________________叫做这种燃料的热值。热值的单位是_______，符号是_______。
【难度】★
【答案】1千克某种燃料完全燃烧放出的热量；焦每千克；J/kg
5、喷气式发动机有两种，需要用大气中的氧气来助燃的是__________发动机，这种发动机在__________上使用；自带燃料和氧化剂的是__________发动机，它工作时不需要空气，可以在大气层外工作能够用来发射___________________。
【难度】★★
【答案】空气喷气；飞机；火箭喷气；人造卫星和宇宙飞船
6、汽油机在某个冲程中，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，此冲程是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【难度】★
【答案】B
7、对于四冲程汽油机，燃料进入气缸的冲程是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【难度】★
【答案】A
8、汽油机飞轮的转速是3000r/min，则每分钟内一个汽缸里燃气推动活塞做功的次数是（）
A．1500次B．3000次C．6000次D．750次
【难度】★★
【答案】A
9、过去人们在冬天常用烟煤生火取暖。已知烟煤的热值为2.9×107J/kg，则当燃烧了1kg的烟煤时，下列说法正确的是（）
A．放出2.9×107J的热量B．屋子吸收了2.9×107J的热量
C．放出的热量大于2.9×107JD．屋子吸收的热量小于2.9×107J
【难度】★★
【答案】D
10、关于燃料的热值，以下说法正确的是（）
A．燃料的热值与燃料的燃烧情况有关
B．容易燃烧的燃料，热值一定大
C．0.5g汽油和2kg汽油，它们的热值是一样的
D．煤的热值比干木柴大，燃烧煤放出的热量一定比燃烧干木柴放出的热量多
【难度】★★
【答案】C
11、单缸四冲程内燃机工作时，依靠飞轮的惯性来完成的冲程是（）
A．只有吸气和压缩冲程B．只有压缩和做功冲程
C．只有压缩和排气冲程D．有排气、吸气、压缩冲程
【难度】★★
【答案】D
12、已知干木柴的热值是1.2×107J/kg，完全燃烧0.7kg干木柴能放出多少热量？假设这些热量全部被水吸收，能使多少千克水的温度由20℃升高到70℃？【已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃）】
【难度】★★
【答案】8.4×106J；40kg
13、要将50kg、20℃的水加热到60℃，用煤气灶需要燃烧0.8kg煤气（煤气的热值4.2×107J/kg）
求：（1）水吸收的热量
（2）煤气完全燃烧放出的热量
（3）煤气灶的效率
【难度】★★
【答案】（1）8.4×106J
（2）3.36×107J
（3）25%
课堂总结
1、汽油机的四个冲程各自的构造特点以及能量转化关系。
2、总结热值和热机效率的概念。
3、总结汽油机和柴油机的异同点。
课后作业
1、四冲程柴油机的工作过程中，内能转化为机械能的是（）
A．吸气冲程B．压缩冲程C．做功冲程D．排气冲程
【难度】★
【答案】C
2、单缸四冲程汽油机，完成一个工作循环，曲轴转过（）
A．720B．180C．360D．90
【难度】★
【答案】A
3、在四冲程内燃机的一个工作循环中，存在着能量的转化，则有能量的转化的冲程是（）
A．吸气冲程和压缩冲程B．压缩冲程和做功冲程
C．做功冲程和排气冲程D．吸气冲程和排气冲程
【难度】★
【答案】B
4、柴油机和汽油机的四个冲程中，相同之处为（）
A．吸气冲程中吸入的都是燃料B．压缩冲程中都要喷出雾状燃料
C．都用火花塞产生的电火花点火D．排气冲程都是把废气排出
【难度】★
【答案】D
5、一台单缸汽油机，飞轮转速为1800r/min，那么1s内汽油做功的次数为（）
A．1800次B．30次C．15次D．2次
【难度】★★
【答案】C
6、用酒精灯给试管中的水加热，如图所示，在软木塞被冲出试管口的过程中，下列说法正确的是（）
A．水蒸气对软木塞做功，水蒸气的内能增大
B．水蒸气的内能转化为软木塞的机械能
C．能量的转化形式与热机压缩冲程能量转化相同
D．软木塞的机械能守恒
【难度】★★
【答案】B
7、下列过程中，将内能转化为机械能的是（）
A．流星在大气中穿行B．用热水泡脚
C．汽油机压缩冲程D．水沸腾将壶盖顶起
【难度】★★
【答案】D
8、“可燃冰”作为新型能源，有着巨大的开发使用潜力，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，说明“可燃冰”的________很大。以10倍的关系粗略计算，1kg“可燃冰”完全燃烧放出的热量为________J，可以使________kg的水从20℃加热至60℃（c水=4.2×103J/（kg•℃）、q煤气=4.2×l07J/kg）。
【难度】★★
【答案】热值；4.2×l08；2500
9、为比较酒精和碎纸片这两种燃料的热值，小明采用如图所示的装置进行实验：他将一定质量的酒精和碎纸片分别放入两个燃烧皿中，点燃它们，分别给装有质量相等的水的两个相同烧杯加热，直至酒精和碎纸片完全燃烧。
（1）小明设计了一张记录实验数据的表格，其中①②两项内容漏写了，请你帮他补充完整。
（2）实验后小明根据实验数据利用公式Q=cm△t算出了水吸收的热量，结合“10g酒精”这一数据，算出了酒精的热值，算出的酒精热值是否可靠，请说明理由__________________。
【难度】★★
【答案】（1）①加热后的水温/℃；②10克碎纸片
（2）酒精完全燃烧放出的热量不能被水全部吸收
10、太阳能具有清洁无污染、可再生等优点，是最有开发前景的新能源之一。小明家新安装了一台容积为500kg的太阳能热水器，加满水后，经过4h阳光的照射，水温由原来的20℃升高到40℃。则：
（1）在这4h内水吸收了多少热量？
（2）若这些热量由效率为20％的火炉燃烧焦炭来提供，则需要燃烧多少焦炭？【水的比热容c水=4.2×103J/（kg·℃）、焦炭的热值q=3.0×107J/kg】
【难度】★★
【答案】（1）4.2×107J
（2）7kg
11、某中学为学生供应开水，用锅炉将200kg的水从25℃加热到100℃，燃烧了6kg的无烟煤。（无烟煤的热值是3.4×107J/kg）求：
（1）锅炉内200kg的水吸收的热量是多少？
（2）6kg无烟煤完全燃烧放出的热量是多少？
（3）此锅炉的效率是多大？
（4）试评析使用家用煤炉烧水的主要缺点有哪些？
【难度】★★★
【答案】（1）6.3×107J
（2）2.04×108J
（3）31%
（4）效率较低、污染环境
12、图为汽油机做功冲程的示意图。若某型号单缸四冲程汽油机的活塞直径为60mm（面积近似取S＝3.0×10－3m2），活塞冲程长度为L＝0.06m，某种工作状态下做功冲程燃气的平均压强为p＝1.0×106Pa，活塞以n＝1380次/分钟作往复运动，汽油机往复运动两次，对外做功一次。
（1）汽油机在此工作状态下的功率是多少？
（2）如果此工作状态下每分钟消耗20g汽油，那么汽油机把内能转化为机械能的效率是多少？（q汽＝4.6×107J/kg、不计摩擦）
【难度】★★★
【答案】（1）2070W
（2）13.5%
能力提升
1、用混合法测定物质的比热容的实验中，由于不可避免会有热量的损失（包括小铝筒容器的吸热），那么（）
A．测出放热物质的比热容大于其真实值，测出吸热物质的比热容小于其真实值
B．测出放热物质的比热容大于其真实值，测出吸热物质的比热容大于其真实值
C．测出放热物质的比热容小于其真实值，测出吸热物质的比热容小于其真实值
D．测出放热物质的比热容小于其真实值，测出吸热物质的比热容大于其真实值
【难度】★★★
【答案】D
【解析】根据热量的公式：Q=cm△t，得c=Q/m△t；
当被测物质是放热物质，其放出的热量大部分给了另一种物质，但还有少部分热量损失掉；由此可分析出，Q吸小于真实值、△t大于真实值，故由c=Q吸/m△t得，放热物质的比热容c将减小，即小于真实值；当被测物质是吸热物质，其吸收的热量是另一种物质放出热量的一部分，有少部分热量损失掉；由此可分析出，Q放大于真实值、△t小于真实值，故由c=Q放/m△t的，吸热物质的比热容c将增大，即大于真实值；故此实验的最终结果是：如果被测物质是放热物质，则测量值一定小于真实值；若是吸热物质，则测量值一定大于真实值；故选D
2、费米根据侦探小说得知，一具尸体大约需要半天的时间才能从体温37℃降至25℃。另外还了解到，体重约60kg的正常人的比热与水相当，为4200J/(kg·℃），1kg葡萄糖完全分解释放的热量为1.6×107J，此外，尸体的散热量大约为正常人在相同的时间内散热量的60%，根据这些数据估算一个正常人体内每天必须补充的葡萄糖为（）
A．630gB．63gC．840gD．84g
【难度】★★★
【答案】A
【解析】一具尸体大约需要半天时间的散热量：
Q1=Cm△t=4.2×103J/（kg•℃）×60kg×（37℃-25℃）=3.024×106J
正常人一天内的散热量：Q2=Q1÷60%×2=3.024×106J÷0.6×2=1.008×107J
m=Q2/q=1.008×107J/1.6×107J=0.63kg=630g。故选A
3、190型柴油机汽缸直径为90mm，活塞冲程是100mm，做功冲程中燃气的平均压强为69.3N/cm2。
（1）求做功冲程中燃气所做的功；
（2）如果曲轴每分钟转2000圈，求此柴油机的功率。
【难度】★★★
【答案】（1）440.75J（2）7346W
【解析】（1）气缸横截面积为S=π×（90mm）2/4=6358.5mm2≈63.6cm2
燃气对活塞的平均压力：F=pS=69.3N/cm2×63.6cm2≈4407.5N
一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W1=FL=4407.5N×0.1m=440.75J
（2）飞轮转速：2000r/min=100/3r/s
∵一个工作循环飞轮转2圈，完成4个冲程，做功一次
∴每秒共有50/3个工作循环，对外做功50/3次
该柴油机每秒做的功：W=440.75J×50/3≈7346J
柴油机的功率为：P=W/t=7346W
教师
日期
学生
课程编号
课型
同步
课题
热机
教学目标
1．知道热机中能量的转化
2．记住四冲程内燃机的构造和工作原理
3．知道柴油机和汽油机结构的不同和工作过程的不同
教学重难点
1．热机的能量转化（考试要求B；出题频率高）
2．汽油机四个冲程的工作原理（考试要求B；出题频率高）
教学安排
版块
时长
1
知识梳理
30分钟
2
例题解析
20分钟
3
随堂检测
25分钟
4
课堂总结
10分钟
5
课后作业
30分钟
6
能力提升
20分钟
汽油机
柴油机
不同点
燃料
汽油
柴油
结构
火花塞
喷油嘴
吸气冲程
吸入的是汽油和空气的混合气体
吸入的是空气
压缩冲程
气压、温度相对较低
气压、温度相对较高
点火方式
点燃式
压燃式
相同点
工作循环
四个冲程
能量转化
压缩冲程：机械能转化为内能
做功冲程：内能转化为机械能
活塞、
曲轴转动
每一个工作循环，活塞往复两次，
曲轴转动两周，对外做功一次。
运动
都需要外力
优缺点
汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高。但是两者都带来了废气和噪声污染。
10g酒精
燃料温度
加热前水温/℃
①_________________
②_________________