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第十二章 内能与热机
跨学科实践 燃油汽车与电动汽车的对比研究
沪粤版 九年级 物理（上）
导入新课
当汽车从你身边行驶而过时，你能辨别出它是燃油汽车还是电动汽车吗？你是用什么办法来辨别的？
下面我们将通过调查了解热机和电机，从效率、能量利用、对生态环境的影响等维度进行分析、对比，进行对比研究。
方案制定与实施
探究点1 从效率、能量利用、对环境的影响等角度分析对比燃油汽车与电动汽车
思考：从效率、能量利用角度分析对比电动汽车与燃油汽车。
【提示】在分析对比的过程中，可以从两种汽车直接消耗的能源，汽油或柴油与电力等在生产过程中的转化效率等方面进行比较。
燃油汽车：
汽油或柴油为燃料动力，燃料的化学能转化为机械能；能源利用效率为20%～30%。
电动汽车：
(1)电力为动力，电能转化为机械能；
(2)能源利用效率为80%～90%；
(3)充电效率，普通家用电源为80%左右，公共充电桩为95%以上；
(4)电力生产，能源来自不同能源(煤炭、太阳能、风能等)，转化效率各不相同。火力发电厂，热能转化成电能的效率最多为40%。
思考：从环保性能角度对比电动汽车与燃油汽车。
【提示】在分析对比过程中，可以从环保性能、能源与环保方面进行比较。
汽车类型 环保性能 能源与环保
燃油汽车
行驶过程中燃烧汽油，排放大量尾气，尾气包括二氧化碳、一氧化碳、氮氧化物和可吸入颗粒物等，是导致空气污染和温室效应的主要原因之一
能源来源单一，过度依赖不可再生的石油资源，全球石油储备终将面临枯竭，燃油车的能源使用不可持续
汽车类型 环保性能 能源与环保
电动汽车
在行驶过程中基本可做到“零排放”，使用过程更环保
用电能，减少了对石油的依赖，符合全球降低碳排放和减少能源消耗的大趋势
探究点2 燃油汽车与电动汽车进一步改进的方法探究
思考：燃油汽车的改进方法
1．动力系统优化
(1)高效燃烧技术：通过高压缩
比、燃油直喷和进排气系统优化提升热效率，如分层燃烧技术可降低油耗并提升动力输出。
(2)涡轮/机械增压技术：小排量涡轮增压兼顾动力与经济性，同时减少排放。
(3)可变气门技术：实时调节气门正时和升程，改善低速燃油经济性和高速动力响应。
2．混合动力升级
(1)轻混与插混系统：48V轻混系统降低怠速油耗，插混车型通过更大的电池容量扩展纯电续航。
(2)能量回收技术：制动能量回收系统可提升燃油利用率约10%～15%。
48V轻混系统
3．轻量化与空气动力学
(1)材料创新：采用碳纤维、铝合金等材料降低车身重量，配合拓扑优化结构设计。
(2)低风阻设计：封闭式底盘、优化车身线条可将风阻系数降至0.25以下，提升高速燃油经济性。
4．智能化适配
智能驾驶辅助：燃油车逐步搭载自适应巡航、车道保持等功能，通过传感器融合技术提升系统稳定性。
1．补能效率提升
思考：电动汽车的改进方法
(1)超快充技术：某款汽车“千伏架构”实现5分钟充电400公里，某款汽车6C电池支持10分钟内充至80%电量。
(2)换电网络扩展：布局全系乘用车换电站，缩短补能时间。
(1)高倍率电池研发：5C/6C电池通过材料优化(如硅基负极)提升充、放电效率，降低热失控风险。
2．电池技术突破
(2)固态电池商业化：预计2025年后能量密度突破400Wh/kg，续航可达800公里以上。
3．补能设施完善
超充站布局：推进高速公路服务区1兆瓦超充桩覆盖，解决节假日充电排队问题。
4．智能化与轻量化结合
(1)智能能量管理：基于AI的BMS系统动态调节电池输出，延长续航的5%～8%。
(2)一体化压铸技术：减少车身零部件数量，降低重量并提升结构强度。
5．传统车企转型支持
产业链协同：重构电池材料供应、充电服务生态，推动换电标准化，降低购车成本。
燃油汽车通过动力优化和混动技术延续竞争力，而电动汽车以快充/换电、电池革新为核心突破补能瓶颈，两者均需融合智能化与轻量化技术提升综合性能。
总结：
综合来看，电动汽车无论在环保性、能源利用率上，未来技术趋势上都展现出了巨大优势。尽管燃油汽车目前在某些方面仍有一定的生存空间，但随着全球环境政策的推进和新能源车技术的不断成熟，传统燃油汽车将逐渐势微。电动汽车降低碳排放、减少空气污染、实现能源多样化的重要途径，是推动人类社会迈向可持续发展的关键一环。

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