初中物理第十二章 内能与热机12.4 热机与社会发展作业ppt课件

这是一份初中物理第十二章 内能与热机12.4 热机与社会发展作业ppt课件，共75页。PPT课件主要包含了热机的种类，使用热机的意义，构造及其作用，工作过程，思路导引，燃料混合物被压缩，温度升高，③冲程，点燃式，喷油嘴等内容，欢迎下载使用。
（1）定义：能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的装置叫做热机。（2）热机工作过程中的能量转化
利用内能的两种主要方式（1）利用内能来加热物体，如烧水，其实质是内能发生了转移。（2）利用内能来做功， 如热机，其实质是内能转化为机械能。
热机的种类很多，有蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。蒸汽机是人类最早发明的热机。汽油机、柴油机统称为内燃机，是燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。
热机的广泛使用促进了生产力的发展和社会的进步，现代热机的出现极大地改进了人们的工作方式，改善了人们的生活条件。
1. 汽油机：用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。
如图所示，用电火花点火，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，使橡胶塞跳出，燃气的内能转变为橡胶塞的机械能。
（1）冲程：汽油机工作时，活塞在气缸内做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程(也可称行程)。（2）常见汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，通过四个冲程的不断循环来连续工作。四冲程汽油机的工作过程如下:
单缸四冲程汽油机工作时的“4221”规律
四冲程汽油机的工作过程及能量转化
进气门、排气门都①______
活塞向②______运动
1. 构造：如右图所示，柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。2. 工作原理：利用气缸内柴油燃烧产生高温高压的燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能。
3.工作过程：与汽油机工作原理大致相同，也是吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环，从而保证连续工作。在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。除了做功冲程，其他三个冲程都靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。
4. 汽油机与柴油机的比较
汽油柴油机异同，关键先看气缸顶。汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。汽油机用点燃式，柴油机用压燃式。汽油机轻效率低，用于飞机小农机。柴油机重效率高，轮船火车拖拉机。
A. 构造上，汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞B. 吸气冲程中，柴油机吸入气缸的是柴油和空气的混合物，汽油 机吸入气缸的是空气C. 压缩冲程中，柴油机内燃气的温度和压强比汽油机内的高D. 在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方 式是压燃式
（1）构造与点火方式的区别：汽油机气缸顶部有火花塞，点火方式为__________；柴油机气缸顶部有__________，点火方式为压燃式。（2）吸入气体的区别：汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入的只有____________。（3）压缩冲程的区别：在压缩冲程中，柴油机气缸内气体被压缩的程度更________，因此气缸内气体的温度更_______，压强更大。
（1）汽油机在工作过程中，进气门和排气门同时关闭的冲程是做功冲程和压缩冲程。 ( )（2）吸气冲程、压缩冲程、排气冲程都是依靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。 ( ) （3）柴油机与汽油机除了使用的燃料不同外，在构造上完全相同。 ( ) （4）四冲程内燃机的做功冲程将内能转化为机械能。 ( )
1. 热机中燃料的能量走向
（1）定义：热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧时放出的能量之比。
（3）物理意义：热机的效率反映了热机对燃料的利用程度，是描述热机性能的重要指标。（4）提高热机效率的途径 ① 尽量减少各种能量的损失。 ② 使燃料尽可能充分燃烧。 ③ 在设计和制造热机时，要不断改进和创新。 ④ 保证良好的润滑，减小摩擦。
（1）可以用Q放＝cm(t2－t1)计算汽油完全燃烧放出的热量。 ( )（2）热机的效率越低，做功越慢。 ( )
A. 在做功同样多的情况下，热机效率越高消耗的燃料越多B. 一般情况下柴油机的效率比汽油机的高C. 热机效率越高说明做功越快D. 热机损失的能量中，废气带走的能量较少，主要是机械摩擦 损失的
（1）热机效率越高，所做有用功与燃料完全燃烧释放的能量之比越大，即在所做有用功相同的情况下，热机效率越高，燃料完全燃烧释放的能量越_______，消耗的燃料越________。（2）柴油机多用在重型机器上，效率一般要________于汽油机。（3）功率是单位时间内做功的多少，热机效率与功率没有必然联系。（4）在热机的各种能量损失中，________带走的能量最多。
1. 使用热机带来的环境污染
（1）废气污染：热机工作时都要排放废气。热机排出的废气不仅温度高于环境温度，造成热污染，而且还含有多种对人体有害的物质(如粉尘、二氧化硫、氮氧化合物等)，影响人们的身体健康和动植物的生存，对环境造成污染。（2）噪声污染：热机以及热机带动的机器工作时会产生噪声，直接影响人们的正常生活，甚至危害人体健康。
2. 保护环境、减少污染的措施
（1）减少热机排放的有害物质：出台严格的汽车尾气排放标准，促使汽车生产厂家改进产品以减少汽车尾气排放的有害物质及降低排放量；提高汽油、柴油的品质。（2）提高热机效率：优化设计(如电控燃油喷射、涡轮增压等)和改进材料，提高热机的热效率，减少燃料消耗和废气排放。
（3）开发污染少或无污染的燃料：使用生物燃料、氢燃料等替代传统化石燃料。（4）推动混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等新型汽车的研发生产。
当汽车在路上行驶时，用什么办法可以辨别出它是燃油汽车还是电动汽车？
1. 通过调查了解热机和电机，辨别燃油汽车和电动汽车燃油汽车通过热机燃烧汽油或柴油，为汽车提供动力；电动汽车通过电池供电，驱动电机工作，提供动力。我们可以从以下方面区分燃油汽车和电动汽车：（1）听声音：燃油车的发动机工作时会产生明显的噪声，电动车的电机工作时噪声很小。（2）看尾部排气管：燃油车有一个或多个排气管，电动汽车没有传统的排气系统，没有排气管。
（3）看车牌颜色或标识：新能源汽车(包括纯电及混插)车牌为绿色，传统燃油车车牌为蓝色。许多纯电动汽车在车身某些部位有“EV”“Electric”等标识。2. 从效率、能量利用、对生态环境的影响等维度对热机和电机 进行对比（1）效率:热机效率较低，汽油机的效率为 20%~30%，柴油机的效率为 30%~45%；电机的效率显著高于热机，可达 90% 以上。（2）能量利用：传统热机使用化石能源，化石能源储量有限，且不可再生；电机使用电能，可通过多种方式发电，现在用可再生能源发电正成为国家大力发展的方向。
（3）对生态环境的影响：传统热机使用中会产生大量有害气体，会造成环境污染，此外热机运行时会产生较大的噪声，造成噪声污染；电机在运行过程中不产生尾气，噪声也很小。3. 改进方法（1）大力推广电动汽车，同时通过研发更高能量密度的电池技术、增加充电设施建设，加速电动化进程。（2）对热机，则要通过改进燃烧技术、优化热力循环等提高其效率，减少有害气体的排放。
提出设想和改进措施，写出报告，与同学们进行交流。
A. 水温上升时，水的内能增加B. 试管口的“白气”是水蒸气C. 管内气体对橡胶塞做功，其内能减少D. 这个实验基本展示了热机的工作原理
A. 一个工作循环的正确顺序：甲→乙→丙→丁B. 图乙冲程能获得动力C. 图丁冲程有明显的机械能转化为内能的过程D. 图丙冲程存在化学能转化为内能的过程
（1）识别冲程：图甲中火花塞产生火花，为_______冲程；图乙中进气门打开，为吸气冲程；图丙中排气门打开，为排气冲程；图丁中两气门均关闭，活塞向上运动，为压缩冲程。四冲程内燃机一个工作循环的顺序为吸气、_______、 _______ 、排气，故正确顺序为_______________________。（2）能量转化：图乙为吸气冲程，不能获得动力；图丁为压缩冲程，________能转化为________能；图丙为排气冲程，没有明显的能量转化。
（1）看火花塞(或喷油嘴)：火花塞产生火花(或喷油嘴喷油雾) 的一定是做功冲程。（2）看气门：进气门打开为吸气冲程，排气门打开为排气冲程。（3）看活塞：两气门都关闭时，活塞向上运动为压缩冲程，向下运动为做功冲程。
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. 压缩冲程和排气冲程
A. 热机的功率越大，其效率越高B. 燃料完全燃烧时，它的热值最大C. 燃料的热值与质量和燃烧状态无关D. 热机使用的燃料的热值越大，它的效率越高
（1）热值是燃料的一种性质，只与燃料的种类有关，与燃料的质量、燃烧程度、放热多少均无关。（2）热机效率表示热机对燃料的利用率，与燃料热值的大小无关。（3）功率表示做功的快慢，与热机效率没有必然联系。
辨析热值、热机效率、功率的关系
解：（1）此过程中消耗汽油的体积V=6L=6×10-3m3，消耗汽油的质量 m = ρv =0.7×103kg/m3×6×10-3m3 = 4.2kg。（2）汽车行驶 100km 的时间 ，发动机所做的功W = Pt = 12×103W×5 000s=6×107J。（3）由Q放 = qm 可得，6L汽油完全燃烧所放出的热量Q放=qm = 4.6×107J/kg×4.2kg = 1.932×108J，发动机的效率
解：（1）由 知，v =18km/h=5m/s，汽车的牵引力 。（2）汽车的重力 G=mg = 1.68×103kg×10N/kg=1.68×104N。爬坡过程中汽车做的有用功W有用=Gh= 1.68×104N×100m= 1.68×106J，总功W总=Pt=56×103W×2×60s= 6.72×106J，故斜坡的机械效率 。
解：（3）氢燃料燃烧放出的热量 则全程共消耗氢燃料的质量
解：（1）燃气对活塞的平均压力F=pS =1.0×106Pa×3.0×10-3m2 =3000N。（2）汽油机的转速 n ＝1500r/min，四冲程汽油机一个工作循环中曲轴转动两周，活塞往复运动两次，对外做功一次，所以汽油机每分钟对外做功750次。一个做功冲程中燃气对活塞做的功W0=Fs=3000N×0.06m=180J，燃气每分钟对活塞做的功W=750W0=750×180J=1.35×105J。
（3）汽油机做功的平均功率 。
（1）曲轴每转动半周，发动机做的功为__________J。（2）若在做功冲程中，燃气对活塞的压强可以看做恒压，则压强为____________Pa。
1.近年来我国重大装备层出不穷，国人倍感自豪。下列机械的动力装置不是使用热机的是 ( )
A. 祝融号火星车B. 福建舰C. C919客机D. 长征五号火箭
2. 如图为汽油机工作循环中的某个冲程，关于此冲程的说法正确的是( )
A. 进气门打开，排气门关闭B. 喷油嘴喷出雾状汽油C. 靠曲轴上的飞轮的惯性完成D. 内能转化为机械能
3. [深圳中考]收割机用四冲程柴油机提供动力，在柴油机的压缩冲程中，柴油机气缸内气体 ( )
质量变大内能减小体积变大温度升高
4. [广州期中]下图是甲、乙两汽油机某次工作的相关参数图，从图中可知 ( )
A. 甲汽油机的有用机械能比乙的少B. 乙汽油机对外做功的功率更高C. 在消耗质量相同的同种燃料时，乙输出的有用机械能比甲的少D. 甲汽油机废气带走的能量比乙的多
5. 早在八百多年前我国劳动人民就发明了走马灯。如图，在半透明灯罩内点燃蜡烛，空气受热上升带动叶轮转动，固定在转轴上的剪纸随之旋转，剪纸的影子投于灯罩上，形成动画效果。该过程中空气的_____能转化为叶轮的_______能，这与四冲程内燃机的_________冲程相似。
6. 小王家有一辆农用拖拉机，父亲检查发动机时，小王发现发动机为单缸，且有喷油嘴，据此可知该发动机是__________(选填“汽油机”或“柴油机”)。该发动机在吸气冲程中把___________________(选填“空气”或“燃料和空气的混合物”)吸入气缸，点火时采用的是_______式。若某工作状态下此发动机 1s 内对外做功 15 次，则其曲轴的转速为__________r/min。
7. [烟台中考改编]如图是某台汽油机工作时的能量数据，图中横线处应填写的内容是①_________，② ________。该汽油机的效率为_________(精确到0.1%)。若汽油的热值为4.6×107J/kg，则该工作过程中消耗的汽油质量为_________kg。
8. [科技成就] 2025 年 9 月，三台不同型号氢能物流车从上海出发，最终抵达湖北宜昌，完成了长江沿线氢能交通走廊的测试。若某款氢能源汽车在公路上行驶 30km，用时 0.4h，受到的牵引力为 1.4×103N，消耗氢燃料 0.8kg，则此过程中汽车行驶的平均速度为_______km/h，利用氢能的效率为________。 (q氢＝1.4×108J/kg)
9. [广州期中]我国自主研制的某带轮子的四足机械狗既可奔跑又可行驶，在水平路上可以实现负重 40kg。其运动利用液压系统，为其提供动力的是燃油发动机。为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于80℃。已知燃油的热值 q ＝ 4×107J/kg。（1）4kg 的液压油温度由 30℃ 升高到 80 ℃需要吸收4.8×105J 的热量，求该液压油的比热容c。（2）机械狗行驶时使用发动机消耗120kg的燃油能提供1.44×109J的有用功，求该发动机的效率 η。
9. [广州期中]我国自主研制的某带轮子的四足机械狗既可奔跑又可行驶，在水平路上可以实现负重 40kg。其运动利用液压系统，为其提供动力的是燃油发动机。为使用安全，机械狗的液压系统的液压油温度不能高于80℃。已知燃油的热值 q ＝ 4×107J/kg。（3）机械狗沿水平路面匀速行驶时受到的阻力为 80N，求消耗 120kg 的燃油，机械狗运动的最远路程 s。
解：（1）液压油的比热容（2）120kg 的燃油完全燃烧放出的热量 Q放=qm=4×107J/kg×120kg= 4.8×109J，发动机的效率
解：（3）机械狗沿水平路面匀速行驶时，牵引力与阻力是一对平衡力，大小相等，则牵引力 F = f = 80N，故消耗 120 kg 的燃油，机械狗运动的最远路程
10. [茂名模拟]阅读短文，回答问题:　　某汽车公司第五代DM技术发布，作为插电式混合动力的研发成果，该技术可实现最高发动机热效率 46%、最低百公里亏电油耗 3L和最长综合续航 2100km。　　该技术是新一代的双模混合动力技术，应用该技术的汽车，在电池电量充足的情况下，电池为电动机供电。当电池电量不足时，系统便启动发动机带动发电机对电池进行充电( 串联模式，无图示)。为节约能源，该混合动力汽车采用再生制动器，开启时它把汽车刹车制动时消耗的一部分动能
转化为电能储存在电池中，同时产生汽车所需的制动力，从而有效减少了汽车的燃油消耗和制动器摩擦片的磨损。储能效率是指汽车正常行驶时关闭发动机，开启再生制动器，直至汽车停止的过程中，通过发电机将动能转化为电能的效率。其驱动原理如图所示。行驶动力可由电动机单独提供(纯电模式)或发动机单独提供(发动机直驱模式)，也可以由二者同时提供(并联模式)。
（1）当电池电量充足时，该汽车行驶时通过电池使电动机转动，从而驱动汽车行驶。此过程中电能转化为______能。（2）当电池电量不足时，插电式混动汽车动力由发动机提供。发动机是内燃机，通过燃油燃烧产生高压气体推动活塞做功，图中发动机产生动力的冲程的是_______(填字母)。
（3）汽车上坡时，将挡位切换为低速挡，以减小行驶的速度，这样做的目的是_______。A. 增大能耗效率B. 省电C. 减小摩擦力D. 增大爬坡的牵引力
（4）在测试储能效率中，先让汽车正常行驶，然后关闭发动机，分别测出开启和关闭再生制动器两种情况下，汽车通过的路程 s 与对应的速度大小 v ，计算出动能Ek，画出 Ek随 s 变化的图像如图所示。图中表示开启再生制动器的图线是______，在本次测试过程中的储能效率为________。