《2025年南方新课堂金牌学案九年级物理上册人教版》

7. 汽车排气量是指发动机气缸的工作容积,一般情况下,汽车排气量越大,功率越大,空燃比是指汽缸内空气和燃油的质量比. 某台汽车发动机数据如下表,当汽车以 $ 100 km/h $ 速度匀速运动时,根据表中数据求汽车发动机的效率.(计算结果保留一位小数)
|1 min内完成工作循环|排气量|发动机最大功率|汽缸内汽油和空气的混合密度|汽油的热值|空燃比|
|2600次|1.8 L|75 kW|1.35 kg/m^3|4.6×10^7 J/kg|14:1|

答案： 解:由ρ=m/V得,做一次功需要燃气的质量为m燃气=ρV=1.35 kg/m³×1.8×10⁻³m³=2.43×10⁻³kg,因为空燃比是14:1,所以做一次功消耗的汽油质量为m汽油=2.43×10⁻³kg×1/15=1.62×10⁻⁴kg,由q=Q/m得1 min内汽油燃烧释放的热量为Q=m汽油q=1.62×10⁻⁴kg×4.6×10⁷J/kg×2600=1.93752×10⁷J,根据P=W有/t可知发动机所做的有用功为W有=Pt=75000W×60s=4.5×10⁶J,所以发动机的效率为η=W有/Q×100%=4.5×10⁶J/1.93752×10⁷J×100%≈23.2%.

项目方案
学科融合★实践创新
一、项目提出
热机是一种利用内能转化机械能的设备,广泛应用于日常生活中的交通工具(如汽车、火车、飞机)及能源生产(如发电厂)中.热机的工作原理基于热力学的基本定律,将热能通过工作物质的膨胀和压缩转化为机械能.制作简易热机模型不仅能帮助学生更好地理解热机的基本原理,还能作为学生了解物理学、热力学以及工程设计的一个实践项目.
二、项目分析
汽油机属于内燃机,它的工作物质是气缸内的空气和汽油的混合物.蒸汽机工作时,燃料燃烧使水变成水蒸气,水蒸气推动活塞运动产生动力.蒸汽机的燃烧室在汽缸外,属于外燃机,蒸汽机的工作物质是水蒸气.要完成热机模型的制作,需要考虑下面一些主要问题.
1. 用什么作热源?
答:在制作简易热机模型时,可以使用以下简单易得的热源:
①酒精灯:可以选用酒精灯作为热源,使用酒精灯时,用火柴点燃,不能用燃着的酒精灯引燃另一只酒精灯;熄灭酒精灯时用灯帽,不可用嘴吹;用酒精灯的外焰加热.
②电加热器:电加热器也可以提供稳定的热源来加热封装空间内的气体或液体,且没有燃烧后产生的气味.
2. 工作物质是什么?
答:①空气是最简单的工作物质.加热空气后,空气膨胀,推动活塞或转子做功.②如果条件允许,可以用少量水加热产生水蒸气作为工作物质.水蒸气膨胀产生的力较大,适合驱动简单的机械装置.总之,工作物质应选取受热后容易膨胀的气体.
3. 如何将内能转化为机械能?
答:在简易热机中,工作物质受热后膨胀,对外做功,我们可以选取容易被推动或转动的物体作为工作物质做功的对象,例如风叶.工作物质驱动风叶转动而做功,消耗了内能,转化为机械能.
三、项目实施
1. 简易热机设计示例图

2. 实验器材
(1)蒸汽发生器:用于盛放工作物质,可用空易拉罐制作.
(2)小风车叶片:可用小风扇或塑料片制作.
(3)导管:可用笔或空笔芯制作,要注意确保蒸汽不泄漏.
(4)热源:酒精灯.
(5)水:用作蒸汽源.
3. 制作步骤
(1)选择一个空易拉罐作为蒸汽发生器.在瓶底部做一个小孔,然后安装笔筒或笔芯作为导管,用于导出蒸汽.在易拉罐内装入约一半的水,将开口处封闭.
(2)选择一个小风扇叶片或者制作几片塑料叶片,均匀地安装在一个轴上.将导管的另一端对准转子的叶片,确保蒸汽可以直接冲击叶片,驱动转子旋转.
(3)安装热源:将酒精灯放置在蒸汽发生器下方,调整酒精灯,使酒精灯的外焰来加热容器内的水,产生蒸汽.
(4)测试与调整:在连接好所有部分后,点燃酒精灯,并开始加热水.随着水温升高,蒸汽开始生成.调整导管的方向和角度,以确保蒸汽能够最大限度地推动叶片旋转.
四、展示交流
1. 展示你制作的简易热机模型,针对汽轮机旋转不畅,请就制作的各个环节提出改进意见.
|制作环节|改进意见|
|(1)准备蒸汽发生器|应确保瓶口处密封,以防止蒸汽泄漏.可以使用密封胶或橡胶圈进行封装.水量要适中,不能过多或过少|
|(2)安装蒸汽导管|确保导管连接牢固,并尽量防止蒸汽泄漏|
|(3)制作汽轮机转子|①叶片可以用小风扇或塑料片制作;②轴的另一端可连接到简单的轴承上,确保汽轮机可以顺利转动|

2. 展示过程中有哪些安全注意事项?
答:①在操作过程中,务必小心使用热源,并确保所有部件都连接紧密,以防蒸汽泄漏造成烫伤;②要避免蒸汽发生剧烈膨胀.(答案合理即可)
五、课堂总结

即学即练
情境应用★协作探究

答案： 内能 机械能
动力 水蒸气
1.①灯帽 外
2.膨胀 3.内 机械
1.
(1)密封
2.答:①在操作过程中,务必小心使用热源,并确保所有部件都连接紧密,以防蒸汽泄漏造成烫伤;②要避免蒸汽发生剧烈膨胀.(答案合理即可)