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1、第十四章内能的利用第十四章内能的利用 知识目标：1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。2、从能量转化的角度认识燃料的热值。3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。4、通过能量的转化和转移认识效率。一、内能的获得一、内能的获得： 从能量转化的角度分析：化学内二、内能的利用：二、内能的利用： 1 1、直接加热物体、直接加热物体 热能除了带给人类温暖以外，还能做什么呢？ 试管中的蒸汽将软木塞推出去，软木塞获得了动能，蒸汽的内能_。减小水沸腾后：水沸腾后：现象现象:软木塞软木塞_; _有有“白气白气”产产生生.冲出管口分析分析:_ 对木塞做功对木塞做功,内能内能 _, 温度温度_成小水珠成小水珠.水
2、蒸气减小降低液化能量转化：能量转化：_转化为转化为_。内能机械能总结：内能的利用： 1、利用内能、利用内能_。飞机飞行，汽车行驶，火箭升空，飞机飞行，汽车行驶，火箭升空，发动机工作时的能量转化？发动机工作时的能量转化？2、利用内能、利用内能_。加热做功塞子冲出的过程中，能量的转化：塞子冲出的过程中，能量的转化：燃料的燃料的_能能水蒸气的水蒸气的_塞子运动的塞子运动的_;热机的能量转换：热机的能量转换：燃料的燃料的_能能_；做功做功燃烧燃烧热机是把热机是把_能转化为能转化为_能的机器。能的机器。一、热机的定义一、热机的定义化学内能机械能化学内能机械能内机械二、热机的种类：二、热机的种类：蒸汽机、
3、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭 内燃机内燃机1、工作原理：、工作原理：2、分类：、分类：燃料在燃料在_内燃烧，产生高温高压的气体对活塞内燃烧，产生高温高压的气体对活塞_。_和和_ 两种两种 。汽缸做功汽油机柴油机1、汽油机的构造火花塞火花塞汽缸汽缸进气门进气门活塞活塞连杆连杆排气门排气门曲轴曲轴1、汽油机的构造1、观察图回答汽油机的构造：、观察图回答汽油机的构造：上部有上部有 和和 ，顶部有顶部有 。主体是主体是 ，内有，内有 ,它通过它通过 _ 与与 相连。相连。汽缸汽缸活塞活塞连杆连杆曲轴曲轴进气门进气门排气门排气门火花塞火花塞 内燃机（汽油机）的
4、工作原理冲程：1、活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程2、内燃机的一个工作循环 有四个冲程,分别是： _冲程、_冲程、 _冲程、_冲程。2、吸气压缩做功排气 内燃机（汽油机）的工作原理吸气冲程：进气门_，排气门_，活 塞 向 _ _ _ 运 动 ，_的混合物进入气缸。（怎样进入汽缸的？）曲轴转_周。2、打开关闭下汽油和空气半 内燃机（汽油机）的工作原理压缩冲程： 进气门和排气门_，活塞向_运动，燃料混合物被_。内能变_能量转化：_都关闭上压缩曲轴转_周。半机械能内能大第一冲程第一冲程： 。进气门。进气门 ，排，排气门气门 ，活塞由汽缸最，活塞由汽缸最 向向 运动，运动， 和和 的混
5、合物从的混合物从 被吸入汽缸。当被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸的最下端活塞运动到汽缸的最下端，_ 关关闭，闭， 曲轴转动曲轴转动 圈。圈。第二冲程第二冲程： .进气门进气门 和排气和排气门门 ，活塞由汽缸最，活塞由汽缸最 向向 运动，运动，燃料的混合物被燃料的混合物被 ，汽缸内温度，汽缸内温度 ，气压气压 。曲轴转动。曲轴转动 圈。在此过程中，圈。在此过程中， 转化转化 。吸气冲程吸气冲程打开打开关闭关闭上端上端下下汽油汽油空气空气进气门进气门进气门进气门半半都关闭都关闭下端下端上上压缩压缩升高升高增大增大半半机械能机械能 内能内能压缩冲压缩冲程程2、 内燃机（汽油机）的工作原理做功冲程： 在压
6、缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧产生高温高压的气体。 高温高压的气体推动活塞向_运动，带动曲轴转动,对外_。下做功内能机械能能量转化：2、 内燃机（汽油机）的工作原理排气冲程：进气门_，排气门_，活塞向_运动，把_排出气缸。废气上打开关闭半曲轴转_周。第三冲程第三冲程： 。在压缩冲程末，火。在压缩冲程末，火花塞产生电火花（花塞产生电火花（点燃式点燃式），燃料混合物剧），燃料混合物剧烈燃烧，产生烈燃烧，产生 的燃气，推动活塞的燃气，推动活塞由汽缸向由汽缸向 运动，并通过连杆驱使曲轴转运动，并通过连杆驱使曲轴转动，动， 曲轴转动曲轴转动 圈。圈。在此冲程中，在此冲程中， 转化转化 。
7、第四冲程第四冲程： 。进气门。进气门 ，排气，排气门门 ，活塞由汽缸最，活塞由汽缸最 向向 运动，运动， 把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上 端，端， 关闭，关闭， 曲轴转动曲轴转动 圈。圈。内燃机内燃机 MP4_320 x240_clip.mp4做功冲程做功冲程高温高压高温高压下下半半内能内能机械能机械能排气冲程排气冲程关闭关闭打开打开下端下端上上排气门排气门半半小结：小结：汽油机一个工作循环包括汽油机一个工作循环包括 冲程，冲程，活塞往复活塞往复 次，曲轴转动次，曲轴转动 圈，与曲轴圈，与曲轴相连的飞轮也转相连的飞轮也转_圈，做功圈，做功 次。有次
8、。有 次能量转化。次能量转化。汽油机工作的四个冲程中，只有汽油机工作的四个冲程中，只有_ 燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助燃气对外做功，其他三个冲程都是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的冲程，要靠安装在曲轴上的 _ 来完成。必须靠来完成。必须靠外力外力来启动来启动.做功冲程做功冲程飞轮的惯性飞轮的惯性422122问题汽车在开动前，是如何使内汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？燃机起动的？答：答：通过通过_先使飞轮和曲轴转动起来，由曲先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗轴通过连杆带动活塞运动，消耗_能来帮助内能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程燃机完成吸气、压缩两个冲程. .内燃
9、机一旦开始做内燃机一旦开始做功，功，_能就会转化成曲轴的能就会转化成曲轴的_能。这时曲能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的然后依靠飞轮的_性再反过来向外输出带动曲性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的轴转动，靠消耗飞轮的_能完成排气以及下能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。下去了。分析得结论：在做功冲程燃气对活在做功冲程燃气对活塞做功，塞做功，_能转化能转化为为_
10、能能。其余三个。其余三个冲程靠冲程靠消耗飞轮的消耗飞轮的_来完成来完成. . 内燃机（汽油机）的工作原理内燃机的连续工作汽油机的工作原理-4 好.exe汽油机工作原理汽油机工作原理思考：思考：1. 在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？压缩冲程：压缩冲程：机械能机械能内能内能做功冲程：做功冲程：机械能机械能内能内能2. 哪个冲程获得动力？哪个冲程获得动力？做功冲程。做功冲程。（其它三个冲程又叫做辅助冲程。）（其它三个冲程又叫做辅助冲程。）3、一个工作循环由四个冲程组成，每个工作循、一个工作循环由四个冲程组成，每个工作循环活塞往复运动环活塞往复运动_次，曲轴
11、和飞轮转动次，曲轴和飞轮转动_周，周，对外做对外做_次功。辅助冲程是靠飞轮的次功。辅助冲程是靠飞轮的_性完成性完成的。的。3、柴油机、柴油机柴油机也是常柴油机也是常见的热机。它见的热机。它是用是用_作作为燃料来工作为燃料来工作的热机。的热机。柴油机的构造_3、柴油机、柴油机柴油机的柴油机的工作原理工作原理与汽油机与汽油机大致相同，大致相同，如图是柴如图是柴油机的结油机的结构图，构图，与汽油机与汽油机比较一下比较一下,想一想它想一想它是怎样工是怎样工作的。作的。吸气冲程空气 进气门进气门_，排气门排气门_。活塞由活塞由_端向端向_端端运动，将运动，将_吸进气吸进气缸缸。空气压缩冲程 进气门和排气
12、门进气门和排气门_，活塞向活塞向_运动，活塞把空运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强气压缩得很小，空气的压强更更_，温度更，温度更_。在压缩冲程末，缸内空气温在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。度已超过柴油的着火点。大高做功冲程 在压缩冲程末，从在压缩冲程末，从_喷出的雾状喷出的雾状_遇到热空遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞温高压的燃气，推动活塞向向_运动，并通过连杆运动，并通过连杆带动曲轴转动。带动曲轴转动。喷油嘴柴油排气冲程燃烧后的废气 进气门进气门_，排气门，排气门_，活塞向，活塞向_运运动，把动，把_排出气缸。排出气缸。吸气冲程：柴
13、油机吸入汽缸中的只是吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是_而不像汽油而不像汽油机那样吸入的是机那样吸入的是_的混合物。的混合物。压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温压缩成高温的气体，的气体，其温度超过柴油的燃点。其温度超过柴油的燃点。做功冲程：在压缩冲程的最后状态，由做功冲程：在压缩冲程的最后状态，由_向汽缸内向汽缸内喷射雾状的喷射雾状的_，这些雾状的，这些雾状的_在汽缸内高温的在汽缸内高温的空气中燃烧起来，这种点火方式称为空气中燃烧起来，这种点火方式称为_式。由于雾式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大压强急剧增大，气体对，气体对
14、活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个循环做好准备。缸，为下一个循环做好准备。与汽油机的与汽油机的异异同？同？柴油机比汽油机要柴油机比汽油机要笨重笨重些，但柴油些，但柴油机的机的效率效率_，功率功率_，并且，并且柴油的价格又比汽油柴油的价格又比汽油便宜便宜，因而多，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车以及小型发电机上。车、载重汽车以及小型发电机上。 柴油机柴油机柴油机分别在火车柴油机分别在火车, ,坦克坦克, ,轮船和挖土机
15、轮船和挖土机上的运用上的运用. .汽油机和柴油机的异同 课堂小结课堂小结1.热机热机.2.内燃机分为汽油机和柴油内燃机分为汽油机和柴油机机.3.汽油机和柴油机的相同点汽油机和柴油机的相同点和不同点和不同点.1.四冲程汽油机的工作过程由四冲程汽油机的工作过程由( ).( ).( ).( )四四个冲程组成的个冲程组成的.2.四冲程汽油机四冲程汽油机,由机械能转化为内能的是由机械能转化为内能的是( )冲程冲程,做功冲程是做功冲程是( )能转化为能转化为( )能能. 3.汽油机吸入汽缸的是汽油机吸入汽缸的是( ),点火方式是点火方式是( ).柴油机柴油机吸入汽缸的是吸入汽缸的是( ),点火方式是点火方
16、式是( ). 思考思考: :知识应用知识应用2某四冲程汽油机某四冲程汽油机,曲轴转速曲轴转速1200转转/分分,则该汽油机则该汽油机每秒每秒做功做功 次次,有有 个冲程个冲程, 飞轮转飞轮转 周周.1.单缸四冲程内燃机完成单缸四冲程内燃机完成40个冲程个冲程,关于做功和飞关于做功和飞轮转动的情况轮转动的情况,下列说法正确的是下列说法正确的是( )A.做功做功10次次,飞轮转飞轮转40周周B.做功做功40次次,飞轮转飞轮转20周周C.做功做功10次次,飞轮转飞轮转20周周D.做功做功20次次,飞轮转飞轮转10周周 C104020第二课时第二课时 燃料及其热值：燃料及其热值： 柴、煤炭、煤油、煤气
17、、天然气；柴、煤炭、煤油、煤气、天然气；一、燃料的分类：一、燃料的分类： 固体燃料、液体燃料和气体燃料。固体燃料、液体燃料和气体燃料。例如：例如：二、 燃料燃烧的化学反应： 能量转化能量转化： 作用：作用： 猜测：猜测： 化学能化学能-内能内能/热能；热能；给人类提供绝大部分能量，来加热或做功；给人类提供绝大部分能量，来加热或做功；相同质量的不同燃料，完全燃烧时放出的热量相同吗 ？三、热值三、热值 燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释过程中，储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的不同燃放，转变为内能。相同质量的不同燃料完全燃烧
18、放出的热量是不同的。料完全燃烧放出的热量是不同的。1、定义、定义：2、单位，符号单位，符号：（类比：速度或密度的单位 ）指单位质量的某种物质完全燃指单位质量的某种物质完全燃 烧所放出的热量。其符号是烧所放出的热量。其符号是q。J/kg, (J/m3)3 3、燃料的热值表、意义：、燃料的热值表、意义： (7.18.8) 10107 7 Jm Jm-3-3 天然气天然气3.010107 7 Jkg Jkg-1-1 酒精酒精约约3.910107 7 Jm Jm-3-3 煤气煤气3.410107 7 Jkg Jkg-1-1木炭木炭1.410108 8 Jkg Jkg-1-1 氢氢3.010107 7
19、Jkg Jkg-1-1焦炭焦炭4.610107 7 Jkg Jkg-1-1 汽油汽油约约3.410107 7 Jkg Jkg-1-1无烟煤无烟煤4.610107 7 Jkg Jkg-1-1煤油煤油约约2.910107 7 Jkg Jkg-1-1 烟煤烟煤3.310107 7 Jkg Jkg-1-1 柴油柴油约约1.210 10 7 7JkgJkg-1-1 干木柴干木柴P139一些燃料的热值一些燃料的热值 木炭木炭: 3.4107J/kg1千克木炭千克木炭完全完全燃烧时放出的热量是燃烧时放出的热量是3.4107J.煤气煤气: 3.9107J/m3物理意义物理意义:1立方米煤气立方米煤气完全完全燃
20、烧时放出的热量是燃烧时放出的热量是3.9107J.物理意义物理意义:练习： 1kg汽油的热值小，2kg汽油的热值大？ 1m天然气完全燃烧的热值大，未完全燃烧的热值小？ 1kg干木柴完全燃烧放出的热量？2kg？四、计算热量公式：四、计算热量公式：1，公式：，公式：Q放放=mq (即质量乘以热值即质量乘以热值)2，例题：，例题： 小明某次用火炉烧水时，共消耗了小明某次用火炉烧水时，共消耗了1.5kg的烟的烟 煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少焦的煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少焦的 热量（烟煤的热值热量（烟煤的热值q=2.7107J/kg)?解：解：Q=mq=1.5kg2.7107J/kg =4
21、.05107J答：这些煤完全燃烧放出的热量为答：这些煤完全燃烧放出的热量为4.05107JQ=mq 5kg40的水烧开，需要完全燃烧的多少kg的干木柴？（燃料完全燃烧放热全部被水吸收）五、燃料的利用率：五、燃料的利用率： 思考：思考： 上例中小明烧水用了上例中小明烧水用了1.5kg的烟煤，这些煤的烟煤，这些煤 完全燃烧放出的热量为完全燃烧放出的热量为4.05107J，实际放，实际放 出的热量是出的热量是4.05107J吗？为什么？水实际吗？为什么？水实际 吸收的热量呢？吸收的热量呢？水实际吸收的热量，称为有效利用的热量。水实际吸收的热量，称为有效利用的热量。五、燃料的利用率：五、燃料的利用率：
22、 1、炉子的效率：、炉子的效率： =Q吸吸Q放放=cmtmq1)定义：定义：2）公式：）公式：有效利用的热量（水吸收的热量）与有效利用的热量（水吸收的热量）与燃料完燃料完 全燃烧放出的热量之比。全燃烧放出的热量之比。五、燃料的利用率：五、燃料的利用率： 2、提高燃料利用率，节约能源的措施：、提高燃料利用率，节约能源的措施：1）使煤充分燃烧：将煤磨成煤粒，加大）使煤充分燃烧：将煤磨成煤粒，加大 送风量。送风量。2）加大受热面积，减少烟气带走的热量：）加大受热面积，减少烟气带走的热量：五、燃料的利用率：五、燃料的利用率： 3 3、热机的效率：、热机的效率： 1 1）定义：）定义：用来做有用功的那部
23、分能量与燃用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。料完全燃烧放出的能量之比。2）公式：）公式： =Q放放W有有3）在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？）在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？做有用功做有用功的能量的能量废气带走废气带走的能量的能量汽缸散热汽缸散热及摩擦损及摩擦损失的能量失的能量损耗损耗1：_损耗损耗2：损耗损耗3：_燃料燃烧燃料燃烧产生能量产生能量在热机的在热机的各种能量各种能量的损失中的损失中, , _带走带走的能量最的能量最多多. .设法利用热机设法利用热机_的的能量，是提高燃料利能量，是提高燃料利用率的重要措施。用率的重要措施。做有做有用功用功燃烧
24、不燃烧不完全完全废气带废气带走走机件发热散失机件发热散失机件摩擦损失机件摩擦损失废气废气热机中的能量损耗： 废气带走的热量； 气缸部件吸热后的热量散失； 克服摩擦做功而消耗的能量； 燃料的不完全燃烧； 都是引起能量损失的原因。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。 蒸气机效率最低：蒸气机效率最低：6%15%；汽油机效率：汽油机效率：20%30%；柴油机效率：柴油机效率：30%45%。五、燃料的利用率：五、燃料的利用率： 4 4）、提高热机效率的途径和节能方法：）、提高热机效率的途径和节能方法：（l l）尽可能减少各种热损失，如保证良好的尽可能减少各种热损失，如保证良好的润滑，减少因克服摩擦所
25、消耗的能量；润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量； (2) (2)充分利用废气的能量，提高燃料的利用充分利用废气的能量，提高燃料的利用率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。用率大大提高。 例题：把例题：把5kg40的水烧开，需要完全燃烧的水烧开，需要完全燃烧多少多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2107J/kg，外界为标准大气压，并且燃，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）解解：Q吸吸=cm（t-t0） =4200J/(kg0C)5kg600C =1.26 106J；Q放放Q吸吸m1=Q放放/q= 1.2106J/(1.2107J/kg)=0.1kg 小结：1、内燃机的四个冲程及功能。2、燃料的热值。3、热机的效率总小于100%。 你认为在火箭里使用热值高的燃料还是热值低的燃料？