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2019-2020年九年級(jí)物理全冊(cè) 14.1 熱機(jī)學(xué)案（新版）新人教版 (IV) 一．復(fù)習(xí)引入 ㈠、熱機(jī) 1、定義：把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的機(jī)器。 深化升華：熱機(jī)的基本原理是燃料的化學(xué)能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，又通過(guò)做功把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。熱機(jī)的種類很多，這些熱機(jī)在人類社會(huì)的工業(yè)化進(jìn)程中起到了舉足輕重的作用，而且在現(xiàn)代社會(huì)中還發(fā)揮著巨大作用。 2、種類：熱機(jī)常見(jiàn)有蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。 3、內(nèi)燃機(jī) （1）分為汽油機(jī)和柴油機(jī)兩大類。 （2）內(nèi)燃機(jī)一個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)沖程組成：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。其中，每完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，只有做功沖程實(shí)現(xiàn)內(nèi)能向機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。 要點(diǎn)提示：在四個(gè)沖程中，壓縮沖程和做功沖程中發(fā)生了能量轉(zhuǎn)化，壓縮沖程中活塞運(yùn)動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為汽油和空氣混合物的內(nèi)能。做功沖程中，燃料燃燒把燃料的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為燃?xì)獾膬?nèi)能，然后通過(guò)做功把燃?xì)獾膬?nèi)能轉(zhuǎn)化為活塞的機(jī)械能。 ㈡、燃料的熱值 1、定義：1千克的某種燃料完全燃燒而放出的熱量。 2、物理意義：表示燃料燃燒時(shí)放熱本領(lǐng)的物理量，燃燒相同質(zhì)量的不同燃料，放出的熱量是不同的，就是說(shuō)，不同燃料在燃燒時(shí)放熱的本領(lǐng)不同，物理學(xué)中用熱值來(lái)表示燃料的這種特性。 3、單位：熱值的單位是：焦/千克，讀做焦每千克，用符號(hào)J/kg。如酒精的熱值為：3.0107J/kg，表示1 kg酒精完全燃燒放出的熱量是3.0107J。 4、實(shí)質(zhì)：燃料燃燒過(guò)程中，燃料儲(chǔ)藏的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 深化升華：內(nèi)能的主要來(lái)源是燃料，燃料燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能釋放出來(lái)，不同燃料在燃燒過(guò)程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的本領(lǐng)大小不同，這就是燃料的一種性質(zhì)，用燃料的熱值來(lái)表示。同種燃料的熱值相同，與燃料的質(zhì)量大小、形狀及放出熱量的大小都沒(méi)有關(guān)系。 5、熱值是描述燃料性質(zhì)的物理量，它反映的是1 kg的某種燃料完全燃燒放出的熱量。熱值的單位為J/kg。 難點(diǎn)剖析：對(duì)于熱值的理解應(yīng)抓住三個(gè)關(guān)鍵詞語(yǔ)：1kg、某種燃料、完全燃燒。 （1）“1 kg”是指熱值針對(duì)1 kg的燃料而言，如果不是1 kg的燃料，完全燃燒放出的熱量值與熱值不同。 （2）“某種燃料”是指熱值與燃料的種類有關(guān)，確定了燃料才能確定熱值，不同燃料的熱值一般不同。由此可見(jiàn)熱值反映了燃料的燃燒特性，熱值大的1kg燃料完全燃燒放出的熱量多。 （3）“完全燃燒”是由指燃料在燃燒時(shí)必須燒完、燒盡，只有1 kg的燃料完全燃燒時(shí)放出的熱值才是這種燃料的熱值，通常情況下燃料往往不能完全燃燒，致使燃料燃燒放出的熱量比用熱值算出的結(jié)果小。 ㈢、熱機(jī)的效率 1、定義：熱機(jī)工作時(shí)，用來(lái)做有用功的那部分能量與燃料完全燃燒放出的能量之比。 2、提高熱機(jī)效率的途徑：盡量減小各種熱量損失；保持良好的潤(rùn)滑，盡量減小摩擦；盡可能使燃料充分燃燒等等。 3、熱機(jī)造成的環(huán)境污染包括：燃料燃燒過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生有害氣體，燃料的不完全燃燒還會(huì)產(chǎn)生大量的粉塵、飛灰，這些都會(huì)污染大氣，危害人體健康，影響植物正常生長(zhǎng)，要減小污染可改進(jìn)燃燒設(shè)備，采取集中供熱，提高燃燒效率，減少有害氣體的排放量，采用污染小的氣體燃料，加裝消煙除塵裝置等。 要點(diǎn)提示：在利用燃料燃燒產(chǎn)生內(nèi)能時(shí)，主要存在兩大問(wèn)題：一是提高效率，盡可能增加可利用的能量，減少浪費(fèi)，節(jié)約能源，是緩解能源危急的重要途徑；二是減少有害氣體的排放，減少污染，保護(hù)人類及所有生命的生存環(huán)境。 ㈣、能量守恒定律 1、內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空消滅，也不會(huì)憑空產(chǎn)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能量的總量保持不變。 難點(diǎn)剖析：定律的內(nèi)容分為兩部分：第一部分指出能是可以“轉(zhuǎn)移”或“轉(zhuǎn)化”的，“轉(zhuǎn)移”指同一種形式的能可以從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上；“轉(zhuǎn)化”指能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式；第二部分是能的“守恒”，明確指出在能的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能既不會(huì)創(chuàng)生、也不會(huì)消滅，能的總量保持不變。 在各種能量發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的事例中，能量都是守恒的，例如： （1）在熱機(jī)中，利用內(nèi)能做功的過(guò)程就是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為其他形式能量的過(guò)程，消耗多少內(nèi)能，就會(huì)產(chǎn)生多少其他形式的能量，能的總量是守恒的； （2）在摩擦生熱現(xiàn)象中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，消耗多少機(jī)械能，就產(chǎn)生多少內(nèi)能，能的總量是守恒的； （3）在燃料燃燒的過(guò)程中，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，消耗多少燃料中蘊(yùn)含的化學(xué)能，就會(huì)產(chǎn)生多少內(nèi)能，能的總量是守恒的； （4）在熱傳遞過(guò)程中，是內(nèi)能由高溫物體轉(zhuǎn)移到低溫物體的過(guò)程，例如，一杯熱水與一杯冷水混合，熱水減少多少內(nèi)能，冷水就增加多少內(nèi)能，能的總量是守恒的； （5）電動(dòng)機(jī)工作時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能（因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還要發(fā)熱），消耗多少電能，就會(huì)產(chǎn)生多少機(jī)械能和內(nèi)能，能的總量是守恒的； （6）用電爐加熱物體，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，消耗多少電能，就產(chǎn)生多少內(nèi)能，能的總量是守恒的。 深化升華：自然界中所有的變化，不管是大到天體、小到原子核內(nèi)部，也不管是物理學(xué)的（比如物態(tài)變化），還是化學(xué)的（比如物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)）、生物學(xué)的（比如動(dòng)物的呼吸）、地理學(xué)的（比如火山爆發(fā)）、天文學(xué)（比如星球的運(yùn)動(dòng)）的問(wèn)題，都存在能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，而且在轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移的過(guò)程中，能的總量是守恒的。所以說(shuō)能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。 2、意義：由做功和熱傳遞的等效作用說(shuō)明，機(jī)械能之間是可以轉(zhuǎn)化的.其實(shí)自然界里，能量和轉(zhuǎn)化是普遍的，都是通過(guò)做功這種形式來(lái)完成。自然界為什么形形色色，為什么這樣奇妙豐富，都離不開(kāi)能量的轉(zhuǎn)化，地球從太陽(yáng)那里獲得光能，出現(xiàn)了風(fēng)、水的流動(dòng)，繁茂的植物和多種多樣的動(dòng)物，人類的活動(dòng)，機(jī)器轟鳴，家電的使用，哪一樣都離不開(kāi)能的轉(zhuǎn)化，可以說(shuō)離開(kāi)了能量的轉(zhuǎn)化，就不再成為世界，可見(jiàn)能的轉(zhuǎn)化是普遍的。 3、理解能量守恒定律應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： （1）每一種運(yùn)動(dòng)形式都可以用一種形式的能來(lái)量度，如機(jī)械能、內(nèi)能、化學(xué)能、電能，能量的單位都是焦耳； （2）各種運(yùn)動(dòng)形式可以在一定條件下互相轉(zhuǎn)化，而運(yùn)動(dòng)形式的轉(zhuǎn)化過(guò)程必然伴隨著能量的轉(zhuǎn)化和守恒； （3）能量也可以以同種形式從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，熱傳遞過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是內(nèi)能從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的過(guò)程.轉(zhuǎn)移能量的多少用熱量來(lái)度量； 辨析比較：在能量守恒中，“轉(zhuǎn)化”和“轉(zhuǎn)移”是有區(qū)別的，“轉(zhuǎn)化”是指一種形式的能量在一定條件下轉(zhuǎn)化為另一種形式的能量，“轉(zhuǎn)移”是指一種能量在一定條件下從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而能的形式?jīng)]有變化。 （4）要對(duì)外做功，必須消耗能量，不消耗能量就無(wú)法對(duì)外做功，能量永遠(yuǎn)不會(huì)消失，也不會(huì)創(chuàng)生。 二．引導(dǎo)學(xué)習(xí) 例1. 如圖所示為內(nèi)燃機(jī)工作的四個(gè)沖程示意圖，其中表示壓縮沖程的是（ ） A、甲 B、乙 C、丙 D、丁 例2. 一臺(tái)四沖程內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速為600轉(zhuǎn)/分，則（ ） A、每分鐘內(nèi)做功100次，共有400個(gè)沖程 B、每分鐘內(nèi)做功200次，共有200個(gè)沖程 C、每秒內(nèi)做功20次，共有10個(gè)沖程 D、每秒內(nèi)做功5次，共有20個(gè)沖程 例3. 關(guān)于燃料的熱值，以下說(shuō)法中正確的量（ ） A、燃料的熱值與燃料的燃燒情況無(wú)關(guān) B、容易燃燒的燃料，熱值一定大 C、煤的熱值大于干木柴的熱值，燃燒煤放出的熱量比燃燒干木柴放出的熱量一定多 D、為了提高鍋爐中燃料的利用率，一定要用熱值高的燃料 例4. 酒精的熱值是3.0107J/kg，一瓶酒精用去一半后，剩下的半瓶酒精的熱值是（ ） A、1.5107J/kg B、3.0107J/kg C、6.0107J/kg D、9.0107J/kg 例5. 如果干木柴燃燒產(chǎn)生的熱量只有30%被水吸收，要把5kg 40℃的水燒開(kāi)，至少需要燃燒多少千克干木柴？（已知干木柴的熱值為1.2107J/kg，外界空氣壓強(qiáng)為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓） 例6. 研究表明：生活垃圾的平均熱值為6.27l06J/kg。利用垃圾作為燃料建立發(fā)電廠，每燃燒1噸生活垃圾可以發(fā)電8.64108J興建一座規(guī)模為2臺(tái)1.2104kW 發(fā)電機(jī)的垃圾處理發(fā)電廠，問(wèn)： （1）1 t垃圾完全燃燒產(chǎn)生的熱量是多少焦？ （2）燃燒垃圾發(fā)電的效率是多少？ （3）請(qǐng)你從環(huán)保、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)等角度簡(jiǎn)述興建垃圾發(fā)電廠的意義。 例7. 小明學(xué)習(xí)了熱學(xué)的有關(guān)知識(shí)后，知道水的比熱容是4.2103J/（kg℃），他想估算一下自己家每天燒水做飯需要的熱量，于是小明仔細(xì)記錄了他家每天燒水、煮飯、炒菜需要的時(shí)間，并把它折算成燒水時(shí)間，相當(dāng)于每天將30kg 20℃的水燒開(kāi)。 （1）小明家每天燒水做飯需要多少熱量？ （2）如果普通煤的熱值為3l07J/kg，從理論上講小明家每天燒水做飯需要多少kg普通煤？ 例8. 某電動(dòng)機(jī)消耗1000 J電能，可以產(chǎn)生800J的機(jī)械能，求產(chǎn)生的內(nèi)能是多少？該電動(dòng)機(jī)的效率是多少？ 三．鞏固練習(xí) 1. 燃料燃燒的過(guò)程中，儲(chǔ)存在燃料中的_________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_______能釋放出來(lái)，木炭的熱值是3.4107J/kg，表示__________________________________________；若完全燃燒0.5 kg木炭，則放出____________熱量。 2、在汽油機(jī)工作的四個(gè)沖程中，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是________沖程，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的是________沖程。 3、在內(nèi)燃機(jī)工作的四個(gè)沖程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是（ ） A、吸氣沖程 B、壓縮沖程 C、做功沖程 D、排氣沖程 4、關(guān)于燃料的熱值，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A、某種燃料燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值 B、甲燃料完全燃燒放出的熱量比乙燃料完全燃燒放出的熱量多，則甲燃料的熱值一定比乙燃料的熱值大 C、燃料的熱值越大，則燃料燃燒時(shí)放出的熱量越多 D、煙煤的熱值是2.9107J/kg，則完全燃燒1kg的煙煤能放出2.9107J的熱量 5、兩臺(tái)汽油機(jī)，甲的效率為35%，乙的效率為25%，這兩個(gè)數(shù)據(jù)表示（ ） A、甲機(jī)做的功比乙機(jī)多 B、甲機(jī)的功率比乙機(jī)的大 C、在相同時(shí)間內(nèi)甲機(jī)燃燒的汽油比乙機(jī)的多 D、在消耗相同汽油時(shí)，甲機(jī)做的有用功比乙機(jī)的多 6、把一瓶酒精倒去一半，則剩下的酒精（ ） A、比熱容和熱值均變?yōu)樵瓉?lái)的一半 B、比熱容變?yōu)樵瓉?lái)的一半，熱值不變 C、熱值變?yōu)樵瓉?lái)的一半，比熱容不變 D、比熱容和熱值均不變 7、下列關(guān)于熱機(jī)和環(huán)境保護(hù)的說(shuō)法中正確的是（ ） A、熱機(jī)的大量使用會(huì)造成環(huán)境污染 B、所有的熱機(jī)都是用汽油作燃料 C、汽車排出的尾氣都是有毒氣體 D、熱機(jī)所產(chǎn)生的噪聲，可以被熱機(jī)上的消聲器完全消除 8、關(guān)于四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程有以下幾種說(shuō)法：① 在做功沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；② 在做功沖程中，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；③ 只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功；④ 汽油機(jī)在一個(gè)工作循環(huán)中，只有一個(gè)沖程發(fā)生能量變化。以上說(shuō)法中正確的是（ ） A、只有②③ B、只有①③ C、只有②④ D、只有②③④ 9、一箱汽油用掉一半后，關(guān)于它的說(shuō)法下列正確的是（ ） A、它的密度變?yōu)樵瓉?lái)的一半 B、它的比熱容變?yōu)樵瓉?lái)的一半 C、它的熱值變?yōu)樵瓉?lái)的一半 D、它的質(zhì)量變?yōu)樵瓉?lái)的一半 10、小麗家去年冬天的供暖比往年好很多，這是因?yàn)闊峋W(wǎng)改造后，由原來(lái)的小鍋爐房供暖變?yōu)闊犭娬居酂峁┡瑥哪茉蠢玫慕嵌葋?lái)看熱電站，這種既供電又供熱的熱電站與一般的火力發(fā)電站相比，提高了____________，能較好地控制了污染。 11、xx月年5月，天然氣伴隨著“西氣東輸”的步伐開(kāi)始走進(jìn)了江城蕪湖的千家萬(wàn)戶，傳統(tǒng)燃料也隨之被逐步取代，天然氣燃燒時(shí)可以將____________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___________能。與傳統(tǒng)燃料相比，天然氣的優(yōu)點(diǎn)是____________________________________（寫出一條即可）。 12、某單缸四沖程汽油機(jī)的氣缸活塞面積為30cm2，一個(gè)沖程活塞在氣缸中移動(dòng)的距離是50mm，滿負(fù)荷工作時(shí)做功沖程燃?xì)獾钠骄鶋簭?qiáng)為9.0105Pa，飛輪1min轉(zhuǎn)動(dòng)1800周，當(dāng)汽油機(jī)滿負(fù)荷工作時(shí)（不計(jì)摩擦），求： （1）做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞的平均壓力；（2）一個(gè)做功沖程中燃?xì)鈱?duì)活塞做的功； （3）汽油機(jī)的功率。 13、指出下列現(xiàn)象中能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的情況。 （1）煤炭燃燒________________________； （2）植物進(jìn)行光合作用______________________________； （3）電熱毯發(fā)熱________________________； （4）用熱水袋暖手________________________； （5）火箭點(diǎn)火后騰空而起________________________； （6）飛馳的流星拖著一條發(fā)光的尾巴________________________； 14、下列過(guò)程中，只有能的轉(zhuǎn)移而不發(fā)生能的轉(zhuǎn)化的是（ ） A、水蒸氣會(huì)把壺蓋頂起來(lái) B、洗衣機(jī)工作 C、冬天用手摸戶外的東西時(shí)感到冷 D、用錘子打擊鐵件，鐵件發(fā)熱 15、下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ） A、能量守恒定律只適用于物體內(nèi)能的變化 B、只要有能的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移，就一定遵守能量守恒定律 C、能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是人們認(rèn)識(shí)自然和利用自然的重要理論依據(jù) D、任何一種形式的能在轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過(guò)程中，消耗多少某種形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的總量是保持不變的 16、下列說(shuō)法中正確的是（ ） A、發(fā)電機(jī)可以創(chuàng)造電能 B、電動(dòng)機(jī)消滅了電能 C、發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)都是能量轉(zhuǎn)化的機(jī)器 D、宇宙中的能量不斷地進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，但總能量會(huì)增加 17、以下幾種說(shuō)法中，表述不正確的是（ ） A、煤炭燃燒時(shí)化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 B、向蓄電池充電時(shí)，電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 C、汽油機(jī)的做功沖程是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 D、火箭升空時(shí)，燃料燃燒釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 18、某校師生在學(xué)習(xí)了能量的轉(zhuǎn)化與守恒以后，組織興趣小組調(diào)查學(xué)校幾種爐灶的能量利用效率，他們發(fā)現(xiàn)學(xué)校的一個(gè)老式鍋爐燒水時(shí)，經(jīng)常冒出大量的黑煙，且燒水時(shí)鍋爐周圍的溫度很高，鍋爐的效率很低。請(qǐng)你根據(jù)調(diào)查中發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象分析此鍋爐效率低的原因，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。 四．歸納小結(jié) 五．課后練習(xí) 1．熱機(jī)是把____________能轉(zhuǎn)化為_(kāi)___________能的機(jī)器。 2、汽油機(jī)工作時(shí)，活塞在氣缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)，活塞從氣缸的__________________，叫一個(gè)沖程，汽油機(jī)工作時(shí)分四個(gè)沖程，依次是____________、____________、____________、____________。 3、熱機(jī)在工作過(guò)程中，壓縮沖程將______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能；做功沖程將______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能。 4、1kg某種燃料____________放出的熱量叫做這種燃料的熱值，熱值的單位是____________，符號(hào)是______。干木柴的熱值是1.2107______，它表示1kg干木柴________________________________________________。 5、在熱機(jī)里，用來(lái)做______的那部分能量與燃料____________放出的熱量____________叫做熱機(jī)的效率。 6、在一定條件下，各種形式的能都可以____________。摩擦生熱，______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能；電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水泵把水送到高處，______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能；植物吸收太陽(yáng)光進(jìn)行光合作用，______能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____能；燃料燃燒時(shí)發(fā)光發(fā)熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為_(kāi)_____。 7、能量既不會(huì)______，也不會(huì)______，它只會(huì)從一種形式______為其他形式，或 者從一個(gè)物體______到另一個(gè)物體，而在______和______過(guò)程中，能量的______保持不變，這就是__________________。 8、在密閉的房間里有一個(gè)開(kāi)著門的電冰箱，給電冰箱通電，過(guò)一段時(shí)間，房間的溫度將（ ） A、升高 B、降低 C、不變 D、無(wú)法確定 9.一工廠每天消耗無(wú)煙煤25t，這些煤完全燃燒能放出多少熱量？（無(wú)煙煤的熱值是3.4107J /kg） 10、完全燃燒1kg焦炭放出的熱量，如果全部被水吸收，可以把多少千克20℃的水加熱到100℃？（焦炭的熱值是3107J /kg） 學(xué)習(xí)時(shí)的苦痛是暫時(shí)的，未學(xué)到的痛苦是終生的