九年級物理全冊 第14章 第1節(jié) 熱機習(xí)題 （新版）新人教版.doc

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第1節(jié)　熱機 素材一 新課導(dǎo)入 方式一　【實驗導(dǎo)入】 生活中人們常常利用內(nèi)能來加熱物體，比如：生火做飯、取暖、燒制瓷器、冶煉鋼鐵等，除此以外，人們還能利用內(nèi)能來做什么呢？我們來看下面一個小實驗。 演示實驗或播放視頻片段：利用內(nèi)能來做功。(見素材二電子視頻之“內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能”) 圖14－1－1 導(dǎo)入語：內(nèi)能是如何來做功的呢？它做功的實質(zhì)又是什么呢？這節(jié)課我們就來研究這些問題。 方式二　【情景導(dǎo)入】 多媒體展示以下圖片； 圖14－1－2 導(dǎo)入語：汽車奔馳、列車飛駛，一日千里！萬噸巨輪劈波斬浪、遠涉重洋！飛機刺破蒼穹、翱翔藍天！它們?yōu)槭裁茨茉诮煌ㄟ\輸方面大展神威呢？好，讓我們一起走近熱機，了解它們的工作原理吧！ 　　　　 實驗改進：內(nèi)能做功的演示實驗改進(教材P17) [問題] ①該實驗中軟木塞沖出時間短，不易觀察；②存在一定危險性，可能燙傷學(xué)生。 [改進方法] 在原實驗裝置的軟木塞中插入一根玻璃管，在玻璃管的出口處放一個紙制小風(fēng)車。 [實驗現(xiàn)象] 水沸騰后，大量熱氣從玻璃管中沖出，推動小風(fēng)車轉(zhuǎn)動。 圖14－1－3 [優(yōu)點] 實驗現(xiàn)象更明顯，更加直觀形象，安全有趣，更好地調(diào)動學(xué)生的積極性。 [考點小說] 對于熱機中的內(nèi)燃機，必須清楚了解單缸四沖程汽油機的工作過程及壓縮、做功沖程中能量的轉(zhuǎn)化情況，這是中考關(guān)于熱機問題的主要考查點，多以選擇題、填空題的形式出現(xiàn)。 [源起教材P19] 圖14.1－4　四沖程汽油機工作示意圖 例1　[十堰中考] 如圖14－1－4所示是四沖程汽油機的一個工作循環(huán)示意圖，其中屬于內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的沖程是(　　) 圖14－1－4 [答案] D 圖14－1－5 例2　[黔東南中考] 如圖14－1－5所示為汽油機工作過程中某一沖程的示意圖，此圖是________沖程。有一種單缸汽油機在原有四沖程的基礎(chǔ)上增加兩個沖程，成為六沖程汽油機，也就是在原有四沖程汽油機完成排氣沖程后向汽缸內(nèi)噴水，水在汽缸內(nèi)汽化成水蒸氣，水蒸氣膨脹對外做功，這種汽油機一個工作循環(huán)有六個沖程，做功________次，這種汽油機這樣設(shè)計的目的是____________________。 [答案] 壓縮　2　提高熱機的效率(節(jié)約能源) 材料一——內(nèi)燃機的起源 第一臺實際使用過的內(nèi)燃機，是1859年法國工程師勒努瓦制造的。這是一臺煤氣機，效率很低。1876年德國工程師奧托制成了按四沖程原理工作的煤氣機，稱為奧托循環(huán)機，這是內(nèi)燃機劃時代的進步。1892年，德國工程師狄塞爾提出了壓縮點火式內(nèi)燃機的設(shè)計原理，經(jīng)過多次試驗和改進，于1897年制成第一臺壓燃式內(nèi)燃機，使用液體燃料，熱效率比以前的內(nèi)燃機都高。內(nèi)燃機的發(fā)明，使熱機的效率由蒸汽機的10%左右，提高到了40%左右。而且由于內(nèi)燃機輕巧，適于用在交通工具上，對促進交通運輸業(yè)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用。 材料二——蒸汽機工作過程簡介 如圖14－1－6所示，當煤或燃油燃燒加熱鍋爐里面的水時，會得到大量的蒸汽，這些蒸汽通過管道、進氣管進入圖示汽室內(nèi)，此時滑塊閥門處在右邊，滑塊閥門將上面汽室與下面汽缸連通的左右兩管中的右管隔斷，只讓左管相通，同時滑塊閥門下面的一段管道將汽缸的右端與排氣管接通，此時進入汽室內(nèi)的蒸汽只能通過左管進入到汽缸內(nèi)的左端，蒸汽的內(nèi)能推動活塞向右運動，活塞便會通過連桿拉動曲柄，從而使輪子向前轉(zhuǎn)動，與此同時，活塞向右運動時，也會通過連桿上面的小杠桿將滑塊閥門拉向左邊，滑塊閥門下面的一段管道將汽缸的左端與排氣管接通(滑塊閥門下的一段管道是可以同滑塊閥門一起左右移動的)，將汽室與汽缸連通的左管隔斷，右管接通，使蒸汽只能從右管進入到汽缸的右端，從而再推動活塞向左運動，活塞通過連桿再推動曲柄(此時曲柄已轉(zhuǎn)到輪子的下邊)，使輪子繼續(xù)向前滾動，同時活塞向左運動的過程中，再次將滑塊閥門拉到右端，并將汽缸左端的廢氣通過排氣管排出，然后繼續(xù)進行下一次同樣的循環(huán)。 圖14－1－6 蒸汽機的工作原理是：燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后內(nèi)能對活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 材料一　內(nèi)燃機的起源 第一臺實際使用過的內(nèi)燃機，是1859年法國工程師勒努瓦制造的。這是一臺煤氣機，效率很低。1876年德國工程師奧托制成了按四沖程原理工作的煤氣機，稱為奧托循環(huán)機，這是內(nèi)燃機劃時代的進步。1892年，德國工程師狄塞爾提出了壓縮點火式內(nèi)燃機的設(shè)計原理，經(jīng)過多次試驗和改進，于1897年制成第一臺壓燃式內(nèi)燃機，使用液體燃料，熱效率比以前的內(nèi)燃機都高。內(nèi)燃機的發(fā)明，使熱機的效率由蒸汽機的10％左右，提高到了40％左右。而且由于內(nèi)燃機輕巧，適于用在交通工具上，對促進交通運輸業(yè)的發(fā)展起了關(guān)鍵的作用。 材料二　蒸汽機工作過程簡介 如圖所示，當最右邊燃料燃燒加熱鍋爐里面的水時，會得到大量的蒸汽，這些蒸汽通過管道、進氣管進入這個汽室內(nèi)，此時滑塊閥門處在右邊，滑塊閥門將上面汽室與下面汽缸連通的左右兩管中的右管隔斷，只讓左管相通，同時滑塊閥門下面的一段管道將汽缸的右端與排氣管接通，此時進入汽室內(nèi)的蒸汽只能通過左管進入到汽缸內(nèi)的左端，蒸汽的內(nèi)能推動活塞向右運動，活塞便會通過連桿拉動曲柄，從而使輪子向前轉(zhuǎn)動，與此同時，活塞向右運動時，也會通過連桿上面的小杠桿將滑塊閥門拉向左邊，滑塊閥門下面的一段管道將汽缸的左端與排氣管接通（滑塊閥門下的一段管道是可以同滑塊閥門一起左右移動的），將汽室與汽缸連通的左管隔斷，右管接通，蒸汽這次只能從右管進入到汽缸的右端，從而再推動活塞向左運動，活塞通過連桿再推動曲柄（此時曲柄已轉(zhuǎn)到輪子的下邊），使輪子繼續(xù)向前滾動，同時活塞向左運動的過程中，再次將滑塊閥門拉到右端，并將汽缸左端的廢氣通過排氣管排出，然后繼續(xù)進行下一次同樣的循環(huán)。 蒸汽機的工作原理是：燃料燃燒的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，然后內(nèi)能對活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。 1. 熱機包括內(nèi)燃機，柴油機和汽油機都屬于內(nèi)燃機，關(guān)于熱機的下列說法中正確的是（　?。? A．汽油機頂部有噴油嘴，柴油機頂部有火花塞 B．柴油機在吸氣沖程中將柴油和空氣的混合氣吸入氣缸 C．四沖程汽油機在工作過程中，進、排氣門同時關(guān)閉的沖程是做功沖程和壓縮沖程 D．在柴油機的壓縮沖程中，機械能轉(zhuǎn)化為柴油和空氣混合物的內(nèi)能 2. 生活中常見的汽車和摩托車大多是采用四沖程汽油機來工作的．四沖程汽油機在一個工作循環(huán)中，下列說法不正確的是（　?。? A．對外做功一次 B．有兩次能量轉(zhuǎn)化 C．曲軸轉(zhuǎn)動兩周 D．壓縮沖程把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能 3. 從原理的發(fā)現(xiàn)到實際的應(yīng)用，往往要解決許多技術(shù)上的難題．如圖所示的汽油機只有在做功沖程中燃氣才給活塞一個動力，但汽油機卻可以連續(xù)工作，其中關(guān)鍵部件是（　?。? A．火花塞 B．連桿 C．曲軸和飛輪 D．進氣門和排氣門 4. 熱機是將________能轉(zhuǎn)化成機械能的機器，如圖所示是汽油機的_______沖程．美國《大眾科學(xué)》雜志評出xx～xx年度奇思妙想十大發(fā)明，其中最引人注意的是“六沖程引擎”，這種引擎在完成四沖程工作后，會把水注入汽缸，使水瞬間變成水蒸氣，從而帶動活塞運動，產(chǎn)生第五沖程，為汽車提供動力．第六沖程是讓水蒸氣進入冷凝器，變成可再次注入汽缸中的水．請你指出該“六沖程引擎”的一個優(yōu)點：________． 5. 如圖所示，在透明塑料盒的底部鉆一個孔，把電子式火花發(fā)生器的放電針管緊緊地塞進孔中，打開塑料盒蓋，向盒中滴入數(shù)滴酒精，再將盒蓋蓋緊，然后撳動電火花發(fā)生器的按鈕．你觀察到的現(xiàn)象是________．圖中情景演示的是“四沖程”汽油機工作過程中的________沖程，這個情景中________能轉(zhuǎn)化為________能． 【趣味鏈接】 6. 如圖所示為四缸發(fā)動機工作原理：內(nèi)燃機通過連桿把四個汽缸的活塞連在一根曲軸上，并使各汽缸的做功過程錯開，在飛輪轉(zhuǎn)動的每半周里，都有一個汽缸在做功，其他三個汽缸分別在做吸氣、壓縮和排氣工作． 【拓展延伸】 （1）發(fā)動機在做功沖程里，高溫高壓的燃氣推動活塞向下運動，對外做功，同時將________能轉(zhuǎn)化為________能． 排量 2.0 L 輸出功率 120 kW 轉(zhuǎn)速 6000 r/min （2）有一臺四缸發(fā)動機，其主要技術(shù)指標如右表所示．其中排量等于四個汽缸工作容積的總和，汽缸工作容積指活塞從上止點到下止點所掃過的容積，又稱單缸排量，它取決于活塞的面積和活塞上下運動的距離（既沖程長）．轉(zhuǎn)速表示每分鐘曲軸或飛輪所轉(zhuǎn)的周數(shù)． ①該發(fā)動機在1 s內(nèi)做功________J，單缸排量V=________L． ②在每個做功沖程里，發(fā)動機做功W=________J． （3）在做功沖程里，燃氣對活塞所做的功可表示為W=pV，式中p表示燃氣對活塞的壓強，則p=________Pa．（1 L=10-3m3） 1.C 解析：汽油機頂部有火花塞，柴油機頂部有噴油嘴，A選項錯誤；柴油機吸入的只是空氣，B選項錯誤；進、排氣門都關(guān)閉的是壓縮沖程和做功沖程，C選項正確；在柴油機的壓縮沖程，機械能轉(zhuǎn)化為空氣的內(nèi)能，D選項錯誤．故選C． 2.D 解析：在做功沖程中，氣體推動活塞對外做功，將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能，對外做功一次，選項A說法正確，不符合題意．在壓縮沖程中，活塞對氣缸內(nèi)的氣體做功，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；在做功沖程中，將氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機械能．故在一個工作循環(huán)中有兩次能量轉(zhuǎn)化，選項B說法正確，不符合題意．在汽油機的一個工作循環(huán)中，可以完成四個沖程，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動兩周，選項C說法正確，不符合題意．在壓縮沖程中，活塞對氣缸內(nèi)的氣體做功，將機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，選項D說法錯誤，符合題意．故選D． 3.C 解析：解決此題要知道內(nèi)燃機的工作過程：在一個工作循環(huán)中有四個沖程，活塞往復(fù)運動兩次，曲軸和飛輪轉(zhuǎn)動兩周，只有在做功沖程中使機車獲得動力，其他三個沖程均為輔助沖程，依靠慣性完成．在汽油機的做功沖程中，燃氣給活塞一個動力，汽油機的曲軸和飛輪獲得動能，雖然在其他沖程沒有動力，但由于慣性汽油機可以連續(xù)工作；故選C． 4. 內(nèi) 做功 提高熱機效率（節(jié)能、環(huán)保） 解析：熱機就是利用熱來工作的，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能；圖中所示火花塞冒出電火花，活塞向下運動，進氣門和排氣門關(guān)閉，是做功沖程；我們都知道熱機在工作時產(chǎn)生了大量的熱，“六沖程引擎”可以利用水將這些熱量轉(zhuǎn)化為水蒸氣，再次利用起來，大大地提高了熱機的效率，節(jié)約了能源． 5. 盒蓋被彈飛，塑料盒口有白霧出現(xiàn) 做功 內(nèi) 機械 解析：透明的塑料盒相當于一個氣缸，塑料盒的蓋相當于活塞，酒精在塑料盒內(nèi)燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃氣，推動塑料盒蓋運動，把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能，內(nèi)能減小，溫度降低，水蒸氣液化成小水滴，此過程類似于內(nèi)燃機中的做功沖程． 6.思維點睛：（1）內(nèi) 機械 （2）①1.2105 0.5 ②600 （3）1.2106 解析：（1）發(fā)動機在做功沖程里，高溫高壓的燃氣膨脹推動活塞做功，將燃氣的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能． （2）①發(fā)動機在1 s內(nèi)做功：W=Pt=120103 W1 s=1.2105 J． 因為四缸總排量為2.0 L，單缸排量：V=2.0 L/4=0.5 L． ②因為發(fā)動機在1 s內(nèi)做功1.2105 J，發(fā)動機有四個缸同時工作， 所以每個缸1 s內(nèi)做功：W=1.2105 J/4=3104 J． 又因為轉(zhuǎn)速為6000 r/min，四沖程內(nèi)燃機每個工作循環(huán)曲軸轉(zhuǎn)兩周，做功一次， 所以1s內(nèi)做功50次，每個做功沖程做功：W′=3104 J/50=600 J． （3）因為W′=pV，V=0.5 L=0.510-3 m3， 所以燃氣對活塞的壓強：p= W′/ V=600 J/0.510-3 m3=1.2106 Pa．