2021年物理九年级全册 第14章 导学案 新人教版

14.1热机

学习目标

1.了解热机的定义，了解内燃机是热机的一种，知道热机的种类。

2.知道汽油机的工作原理及过程。知道热机中能量的转化。

3.学会分析汽油机和柴油机的构造及工作过程的异同。

自主探究

1.各种利用做功的机械叫做热机，燃料直接在内燃烧产生动力的热机叫内燃机。

2.活塞在汽缸内运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。

3.多数内燃机的一个工作循环分为四个冲程：冲程、冲程、冲程、冲程。

4.在四冲程内燃机中，吸气冲程、压缩冲程和排气冲程是依靠飞轮的来完成的，而冲

程是内燃机中唯一对外做功的冲程，将内能转化为。另外压缩冲程将机械能转化为。

合作探究

一、热机

活动体验：在试管内装少许水，用一层红色塑料薄纸裹着的棉花塞塞在试管中上部，

利用点燃的酒精灯对封闭试管中的水加热一段时间，当水沸腾时，水蒸气会慢慢推动塞子向

试管口运动。

提出问题：塞子被顶向试管口，推动塞子的能量来自哪里？

答案点拨：酒精燃烧的化学能一水和水蒸气的内能一塞子的机械能。

思考讨论：生活中有哪些内能转化为机械能的实例呢？答案点拨：用水壶烧水，水沸腾后壶

盖会被顶起来；装有半瓶水的热水瓶，瓶塞有时会“跳”出来等。

自主学习：阅读课本P1“热机”的内容，学习有关的知识。

1.热机的种类很多，有蒸汽机、、喷气发动机等。

2.内燃机分为和两大类，它们分别用和作为燃料。

二、汽油机

活动体验：转动汽油机的手柄，观察活塞在汽缸内的运动情况。

吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程

活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。仔细观察汽

油机四个冲程的工作过程，并完成下表。

次序1234

冲程名称吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程

1^1

工作*di电・Mi

11

示意图

气门

开闭

活塞运

动方向

火花塞

2

(1)在四个冲程中，哪些冲程发生了能量转化？

(2)哪个冲程使机械获得动力？其他几个冲程中活塞的运动是靠什么来完成的？

(3)哪个冲程排出了废气？

答案点拨：

(1)压缩冲程是把机械能转化为内能；做功冲程是把内能转化为机械能。

(2)做功冲程使机械获得动力，其他冲程靠飞轮的惯性完成。

(3)排气冲程排出废气。

三、柴油机

活动体验：把汽油机模型和柴油机模型的构造进行对比，会发现汽油机汽缸顶部有火

花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。动手操作柴油机模型，完成下列问题。

(1)你能描述柴油机的工作过程吗？

(2)请分析柴油机和汽油机的区别，完成下表。

比较柴油机汽油机

3

E、山一…汽1口.花塞

进气r卜鹿油砒声工4V,气门

迸气门T酉一例

活塞一：W.

连杆—

2—曲岫

构造

燃料柴油汽油

吸气冲程只吸入空气吸入汽油和空气的混合物

一个工压缩冲程压缩程度较大压缩程度较小

作循环机械能一内能机械能f内能

做功冲程压燃式（柴油遇到高温高压的热空气而燃烧）点燃式（火花塞点火）（内能

f机械能）

排气冲程排出废气排出废气

主要特点笨重、效率高轻巧、但效率低

效率30%-45%20%-30%

适用范围载重汽车、火车等小汽车等

答案点拨:

（1）柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。在吸气冲程吸进汽

缸里的只有空气。在压缩冲程中，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。

压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过了柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾

状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。在做功冲程中，燃烧放出的热使得气体的压强和温度急

剧升高，从而推动活塞对外做功。在排气冲程中，曲轴推动活塞向上运动，把产生的废气排

出汽缸。

自主学习：阅读课本P19-P20。“柴油机”的内容，学习有关的知识。

1.由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机，因此在做功冲程中气体的压强汽油

机中气体的压强，因而可以输出的功率。

4

2.由于柴油机工作的过程中压强，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机

比较。

课堂检测

一、单选题

1.四冲程内燃机工作时，机械能转化成内能的冲程是（）

A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程

2.关于热机，下列说法正确的是（）

A.吸气冲程中，汽油机和柴油机吸入的都是空气

B.做功冲程是把机械能转化为内能

C.柴油机有喷油嘴而没有火花塞

I）.做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的

3.如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（）

A.压缩冲程,将化学能转化成内能

B.压缩冲程，将机械能转化成内能

C.做功冲程，将内能转化成机械能

D.做功冲程，将机械能转化成内能

4.如图是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，下列四组关于这种内燃机一个工作循环

的四个冲程的顺序排列正确的是（）

5

r

A.丙、丁、乙、甲B.乙、丁、甲、丙

c.乙、甲、丁、丙D.甲、乙、丙、丁

5.如图所示的实验或机器均改变J'物体的内能,其中与另外三个改变内能方法不同的是

二、填空题

6.某汽油机工作过程有吸气、压缩、做功和排气四个冲程。如图为冲程工作示意图,

在这个过程中—能转化为机械能。若该汽油机的飞轮转速是4800r/min,则汽油机每秒钟

做功一次。

7.如图所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的棉花，快速压下活塞，可观

6

察到棉花着火燃烧，此过程中活塞对筒内气体做功，气体的内能（选填“增加”或“减

少”），这与四冲程汽油机的冲程的能量转化相同。

8.内燃机一个工作循环有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，实现将内能转化为机械能的

是—冲程，选择水作为发动机的冷却液，是利用水的较大的特点.

参考答案

1.B

【解析】在四冲程内燃机的四个冲程中，压缩冲程中活塞压缩气体对其做功，将机械能转化

为内能.故选B.

2.C

【解析】A.吸气冲程中，汽油机吸入的是空气，而柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，

故A错误；

B.做功冲程是把内能转化为机械能，故B错误；

C.柴油机顶部有喷油嘴而没有火花塞，故C正确；

D.做功冲程以外的三个冲程是依靠飞轮的惯性完成的，故D错误。

选C。

3.C

【解析】图中的气门关闭，活塞下行，并且电火花打火，这是做功冲程的特点；在做功冲程

中，能量转化关系是气体的内能转化为机械能由此可知ABD错误，C正确；

4.C

【解析】甲图中两气门都关闭，活塞向上运动，是压缩冲程：乙图中进气门开启，气体流入

汽缸，是吸气冲程；丙图中排气门开启，气体流出汽缸，是排气冲程；丁图中两气门都关闭,

活塞向下运动，是做功冲程。所以正确的排序是乙、甲、丁、丙，故C正确。

5.A

【解析】改变内能的两种方法：做功和热传递.选项A是通过热传递的方式改变内能，改变

了水的温度；选项B、C、D是通过做功的方式改变内能，A符合题意.

7

6.做功内40

【解析】口］［2］如图为做功冲程，其特点是活塞向下运动，火花塞喷火，在此过程中内能转

化为机械能。

［3］汽油机对外做一次功时，完成1个工作循环即4个冲程，此时飞轮转2圈，则若该汽油

机的飞轮转速是4800r/min,即80r/s,则每秒钟做功40次。

7.增加压缩

【解析】［1］在空气压缩引火仪玻璃筒的底部放一小撮干燥的棉絮，用力将活塞迅速向下压,

棉絮燃烧起来；说明压缩筒内空气做功，使空气的内能增加；

［2］压火仪实验中，活塞的机械能转化为空气的内能，与内燃机的压缩冲程的能量转化相同。

8.做功比热容

【解析】内燃机的四个冲程中，实现将机械能转化成内能的是压缩冲程；实现将内能转化为

机械能的是做功冲程；由于水比热容最大，所以相同质量的水和其他液体相比较，在升高相

同的温度的情况下，水吸收的热量多，故用水做冷却液.

14.2热机的效率

学习目标

1.理解并掌握热值的概念、单位、计算公式。

2.会运用热值的计算公式进行计算，

3.理解并掌握热机效率的概念、热散失的途径、提高热机效率的方法。

4.了解燃料燃烧对环境的影响。

自主探究

1.某种燃料完全燃烧放出的热量与其之比，叫做这种燃料的热值。

2.在国际制单位之中，热量的单位是.质量的单位是，则热量的单位是，符号是。

3.用来做的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。

合作探究

一、热值

生活体验：生活中我们可以使用哪些燃料？这些燃料如何分类？

思路点拨：生活中经常使用的燃料有很多，可以按状态分类。固体燃料有木柴、煤等,

液体燃料有汽油、柴油等，气体燃料有煤气、天然气等。

思考讨论:

8

（1）1kg的干木柴和10kg的干木柴在同样燃烧时，放出的热量是否相同？

（2）相同条件下，1kg干木柴和1kg煤，哪一种燃料能烧开更多的水？

（3）烧开同-壶水，用干木柴和用天然气所需要燃烧的质量一样吗？

（4）1kg的干木柴完全燃烧和未完全燃烧时放出的热量是否相同？

（5）影响燃料燃烧放出热量的因素是什么？

答案点拨：

（1）干木柴在同样燃烧时.木柴的质量越大，燃烧放出的热量越大。

（2）1kg煤燃烧后能烧开更多的水。

（3）烧开同一壶水，用干木柴和用天然气所需要燃烧的质量不同，用干木柴的质量大,

用天然气的质量小。

（4）干木柴燃烧得越充分放出的热量就越大，完全燃烧比未完全燃烧放出的热量大。

（5）燃料的质量、燃料的种类，燃料燃烧的状况。

自主学习：阅读课本P22-P23“燃料的热值”的内容，学有关的知识。

1.燃料的热值的物理意义：热值在数值上等于某种燃料完全燃烧放出的热量。

2.固体或液体燃料完全燃烧放出热量的计算公式Q=.气体燃料完全燃烧放出热量的计

算公式Q=.

二、热机的效率

思考讨论：

（1）用煤烧水时，煤能完全燃烧吗？

（2）煤燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？

答案点拨：

（1）煤不能完全燃烧。

（2）炉灶本身吸收一部分热量；高温的烟气带走了一分热量：一部分热量直接散失掉

了，水吸收的热量只占煤烧放出热量的一部分。

类比分析：在内燃机中燃料是否能够完全燃烧？燃料出烧释放的能量都到哪里去了？

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思路点拨：热机是将内能转化为机械能的装置，燃料烧释放的能量只有一部分用来做

有用功，还有相当一部分量散失掉了。

自主学习：阅读课本P23-P24”热机的效率”的内容，学习有关的知识。

1.提高燃料的可以有效地做到节约能源。

2.提高热机的效率的途径

（1）,节约能源、减少污染；

（2）,减少各种能量损失，提高效率：

（3）,提高燃料的利用率。

课堂检测

1.释放化学能的过程不断地发生在人体内，食物也是一种“燃料”.营养成分在人体细胞里

与氧结合提供细胞组织所需的能量.人体摄入的能量（营养师常称之为热量）过多或过少都

有损于健康.某种巧克力的营养成分表上标有“每100g能量2000kJ"，该标识的含义与以下

哪个物理量含义类似（）

A.热量B.热值C.内能D.比热容

2.关于热机，下列说法正确的是（）

A.随着科学技术的发展，热机的效率可达到100%

B.四冲程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

C.汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞

I）.柴油机的效率比汽油机的高，这是因为柴油的热值比汽油的大

3.关于热现象，下列说法正确的是（）

A.燃料燃烧时放出的热量越多，其热值越大

B.沿海地区比沙漠地区昼夜温差小，这与水的比热容比沙石的比热容小有关

C.热馒头放一会儿变凉，这是通过做功改变了馒头的内能

10

D.试管中的水蒸气把橡皮塞弹出过程中，是水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能

4.如图所示是某教师自制的教具.他在矿泉水瓶的侧壁上钻一个孔，把电火花发生器紧紧塞

进孔中，实验时从瓶口喷入酒精并盖上锥形纸筒，按动电火花发生器的按钮，点燃瓶内酒精

后，纸筒立即飞出.关于此实验，说法不氐晒的是()

A.酒精不完全燃烧时热值不变

B.能闻到酒精的气味说明分子不停的做无规则运动

C.燃气推动纸筒飞出的过程相当于内燃机的压缩冲程

D.纸筒飞出后瓶内气体的内能减小，温度降低

5.某机器的能量流向如图所示，据此推理该机器可能是()

A.热机B.电动机C,发电机D.电热水器

6.天然气热值为8.4X107J/m3,则完全燃烧8m-的天然气能放出J的热量。

7.我国首次在南海成功试采出绿色能源一“可燃冰”。完全燃烧50g的“可燃冰”来加热水,

最多可以使质量为100kg,初温为20℃的水温升高到℃[0可燃冰=4.2X10*J/kg；。片4.2

X103J/(kg•℃)]»

8.某兴趣小组的同学，用煤炉给10kg的水加热，同时他们绘制了如图所示的加热过程中水

温随时间变化的图线，若在6min内完全燃烧0.4kg煤，水的比热容为4.2X10：'J/(kg•℃),

煤的热值约为3X10,J/kg,煤炉烧水时的热效率。

参考答案

11

l.B2.B3.D4.C5.B6.6.72X10s7.708.21%

14.3能量的转化和守恒

学习目标

1.知道能量守恒定律。

2.能举出日常生活中能量守恒的实例。

3.能用能量守恒的观点分析物理现象。

自主探究

1.在一定条件下，各种形式的能量是可以的。

2.能量既不会凭空__,也不会凭空——它只会从一种形式转化为其他形式，或者

从-个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量这就是能量守恒定律。

3.能量守恒定律是自然界中最、最的基本定律之一。

合作探究

一、能量的转化

生活举例除了太阳能，你还知道有哪些形式的能量？答案点拨：机械能、内能、电能、

化学能、核能等。

难点释义：

(1)燃料的燃烧是--种化学变化，燃烧时产生的光和热就来源于燃料储存的化学能。

(2)食物也具有化学能，人们的生活、工作所消耗的能量就来源于食物里储存的化学能。

［活动体验］引导学生完成下面的小实验，思考感悟其中的能量转化。

(1)快速地摩擦双手(图甲)。(2)反复弯折一段铁丝(图乙)。

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（3）点燃蜡烛（图丙）。（4）手摇发电机发电（图丁）。

归纳总结：

（1）摩擦生热，机械能转化为内能。

（2）弯折铁丝做功，铁丝温度升高，机械能转化为内能。

（3）蜡烛燃烧的过程中，化学能转化为内能和光能。

（4）手摇发电机发电，小灯泡发光。机械能转化为电能，电能又转化为光能。

［想想议议］

（1）停止用力，秋千为什么会越摆越低？

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（2）掉在地上的弹性小球会跳起，为什么越跳越低？

思路点拨：空气阻力做功，秋千和小球的机械能转化为内能。

［自主学习］

1.转化是能量由一种形式变为其他形式，能量存在的变化了；转移是能量由一个物体

到达其他物体，能量存在的变化。

2.“消耗能量”“利用能量”""获得能量”的实质都是的过程。

学以致用：不少人曾经设想制造一种不需要动力就能源源不断地对外做功的机器，人

们把这种机器叫做永动机。同学们.这种永动机是否存在呢？想-想为什么？

答案点拨：不存在永动机：所有能量转化的过程.都服从能量守恒定律。任何一部机器,

只能使能量从一种形式转化为其他形式，而不能无中生有地制造能量。

课堂检测

1.关于电能与其他形式能的相互转化，下列说法中正确的是（）

A.火力发电站是把燃料的化学能转化为电能

B.蓄电池充电时化学能转化为电能

C.电动机是把机械能转化为电能

D.发电机是把电能转化为机械能

2.下列关于能量转化的说法，正确的是（）

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甲乙丙