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1、第第1节节 热机热机第十四章第十四章 内能的利用内能的利用R九年级上册九年级上册学学习习目目标标1.通过演示实验使学生了解可以利用内能来做功；知道热机的概念，知道内燃机是热机的一种，体会现代化交通工具对人们生活的巨大影响.2.通过模型或挂图了解四冲程汽油机和柴油机的构造.3.能用文字或口头表述内燃机各冲程的工作状态和能量转化.1.热机：热机：将燃料燃烧时放出的将燃料燃烧时放出的_能转化为能转化为_能能的机械（即利用内能做功的机械）的机械（即利用内能做功的机械）.热机的常见种类有热机的常见种类有蒸汽机、蒸汽机、_、汽轮机、汽轮机、_等等.2.内燃机：内燃机：燃料直接在燃料直接在_内燃烧产生动力的
2、热机内燃烧产生动力的热机叫做内燃机叫做内燃机.内燃机是现代社会中最常见的一种热机内燃机是现代社会中最常见的一种热机.生活中，生活中，汽车的动力机械就是汽车的动力机械就是_.内燃机可以分为内燃机可以分为_和和_两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料.内内机械机械内燃机内燃机喷气发动机喷气发动机发动机汽缸发动机汽缸内燃机内燃机汽油机汽油机柴油机柴油机热蒸汽热蒸汽为我们提供了强大的推力，把人们从繁重的体力为我们提供了强大的推力，把人们从繁重的体力劳作中解放出来。劳作中解放出来。蒸汽机带来一场革命！第一次工业革命！蒸汽机带来一场革命！第一次工业革命！世界上第一台蒸汽机
3、是由古希腊世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于数学家希罗于 1 世纪发明的汽转球，世纪发明的汽转球，但它只不过是一个玩具而已。但它只不过是一个玩具而已。 瓦特在前人的启迪下瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机对蒸汽机作出一系列重大改进作出一系列重大改进，在工业上得到在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代时代，标志着工业革命的开始标志着工业革命的开始。其实，瓦特观察水壶中的水烧开，其实，瓦特观察水壶中的水烧开，推动壶盖，从而发明了蒸汽机，是一推动壶盖，从而发明了蒸汽机，是一个善意的杜撰。个善意的杜撰。蒸汽机的遗憾蒸汽机的遗憾体积太庞大体积太庞大用什么来代替高
4、用什么来代替高温高压的水蒸气呢？温高压的水蒸气呢？那样，锅炉就可以不那样，锅炉就可以不要啦！要啦！想一想想一想最早的汽车（最早的汽车（1886年）年）汽车中的巨无霸汽车中的巨无霸（额定核载（额定核载360吨）吨）内燃机内燃机电气时代第二次工业革命电气时代第二次工业革命 最快的汽车（最快的汽车（1 600 km/h）内燃机分为汽油机和柴油机两大类内燃机分为汽油机和柴油机两大类使用汽油作为燃使用汽油作为燃料的叫料的叫汽油机汽油机。使用柴油作为燃使用柴油作为燃料的叫料的叫柴油机柴油机。内燃机的分类内燃机的分类1热机热机利用内能做功的机械利用内能做功的机械讨论这个实验中讨论这个实验中能量转化的情况。能
5、量转化的情况。一、热机一、热机演示演示燃料燃烧时化学能转化为内能，传给水和水蒸气；水蒸燃料燃烧时化学能转化为内能，传给水和水蒸气；水蒸气把塞子冲出去，内能转化为塞子的动能。气把塞子冲出去，内能转化为塞子的动能。利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、利用内能做功的机器有很多，例如蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。汽轮机、喷气发动机等。 蒸汽机车蒸汽机车 蒸汽机车蒸汽机车 喷气发动机喷气发动机 火箭发动机火箭发动机 火电站的汽轮机火电站的汽轮机2热机的种类热机的种类如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，用酒精灯如图所示，在试管内装些水，用橡皮塞塞住，用酒精灯加热一段时间后，会观察到的
6、现象有：加热一段时间后，会观察到的现象有：_；_.实验中的能量转实验中的能量转化过程为：酒精燃烧放出热量，酒精的化过程为：酒精燃烧放出热量，酒精的_能转化为水能转化为水的的_能；水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对能；水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的瓶塞做功，气体的_能转化为瓶塞的能转化为瓶塞的_能能. 瓶塞被冲出来瓶塞被冲出来（向上跳起来）（向上跳起来）管口附近出现白雾管口附近出现白雾化学化学内内机械机械内内1构造构造二、汽油机二、汽油机2工作原理工作原理活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程冲程。汽油在汽缸里面燃
7、烧时生成高温高压的燃气，推动活塞汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。活塞移动带动曲轴转动。做功。活塞移动带动曲轴转动。3工作过程工作过程点火方式：点火方式：点燃式点燃式。吸气吸气压缩压缩做功做功排气排气吸气冲程吸气冲程汽油和空气汽油和空气 进气门打开，排气门进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端关闭。活塞由上端向下端运动，运动，汽油和空气组成的汽油和空气组成的燃料混合物燃料混合物从进气门吸入从进气门吸入气缸。气缸。 进气门和排气门都关闭，进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，温度升高。压缩，压强增大，温度升高。 机械能转化
8、为内能。机械能转化为内能。压缩冲程压缩冲程做功做功冲程冲程 在压缩冲程末尾，火花塞产生在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运温高压的燃气，推动活塞向下运 动，并通过连杆带动曲轴转动。动，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。内能转化为机械能。 进气门关闭，排气门进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。废气排出气缸。排气排气冲程冲程1在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？2哪个冲程使汽车获得动力？哪个冲程使汽车获得动力？3哪个冲程排出了汽车
9、的尾气？哪个冲程排出了汽车的尾气？4老式摩托在启动时，需踏动启动杆，这是为什么？老式摩托在启动时，需踏动启动杆，这是为什么？5现代汽车里的现代汽车里的“马达马达”起什么作用？起什么作用？想想议议想想议议压缩冲程把机械能转化为内能；压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能做功冲程把内能转化为机械能.做功冲程做功冲程排气冲程排气冲程如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（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做功冲程，将
10、内能转化成机械能D.做功冲程，将机械能转化成内能做功冲程，将机械能转化成内能解析：判断内燃机工作过程属于哪一个冲程，需分两步：一是看气门开闭状况，二是看活塞运动情况.B具体判断方法是：一气门打开，若进气为吸气冲程，若排气为排气冲程；两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程，活塞向下为做功冲程.本题是两气门都关闭，活塞向上是压缩冲程.压缩冲程是将机械能转化为内能.一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速为6000r/min，则每秒，则每秒钟发动机完成钟发动机完成_个冲程，对外做功个冲程，对外做功_次次.20050解析：由6000r/min，算出飞轮每秒转动的转数为 .飞轮转一周完成
11、2个冲程，一个工作循环为4个冲程，做1次功，飞轮需要转动2周，则每秒完成冲程数为1002200（个），每秒做功次数为 10050（次）.6000r100r/s60s12如图所示的是汽油机汽化器的工作原理图，油管的喷嘴如图所示的是汽油机汽化器的工作原理图，油管的喷嘴为什么要安装在进气管的狭窄处？请作出简要解释为什么要安装在进气管的狭窄处？请作出简要解释.解：将油管的喷嘴安装在进气管的狭窄处，是因为进气管狭窄处的空气流速较大，压强较小（小于油箱内油面的大气压），汽油才能在气压的作用下流出喷嘴，在高速气流的冲击下变成雾状，与空气混合.柴油机结构和汽油机相似，它们的主要区别是：柴油柴油机结构和汽油机相
12、似，它们的主要区别是：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油。柴油机的汽缸顶部没有火机通过压缩空气直接点燃柴油。柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。吸入物质也只有空气，在压缩冲花塞，而有一个喷油嘴。吸入物质也只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。喷油嘴喷油嘴三、柴油机三、柴油机点火方式：点火方式： 压燃式压燃式。喷油嘴喷油嘴进气门进气门活塞活塞连杆连杆排气门排气门气缸气缸曲轴曲轴1柴油机的构造柴油机的构造2工作过程工作过程吸
13、气冲程吸气冲程压缩冲程压缩冲程做功冲程做功冲程排气冲程排气冲程 进气门打开，排气门进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。运动，将空气吸进气缸。吸气冲程吸气冲程空气空气压缩冲程压缩冲程 进气门和排气门都关闭，活塞向进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。火点。 机械能转化为内能。机械能转化为内能。 在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到
14、热空气立即猛烈燃烧，产生状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。并通过连杆带动曲轴转动。 内能转化为机械能。内能转化为机械能。做功做功冲程冲程排气排气冲程冲程 进气门关闭，排气门打进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气开，活塞向上运动，把废气排出气缸。排出气缸。燃烧后的废气燃烧后的废气 汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平汽油机转速高，结构简单，质量轻，造价低廉，运转平稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车稳，使用维修方便。汽油机在汽车上，特别是小型汽车上大量使用，至今不衰。上大量
15、使用，至今不衰。 柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车轮柴油机比较笨重，主要用于载重汽车、拖拉机、火车轮船上。船上。 柴油发动机与汽油发动机相比热效率高柴油发动机与汽油发动机相比热效率高30%，因而从节，因而从节约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机轿车的推约能源、降低燃料成本角度上讲，柴油发动机轿车的推广使用具有重大意义。广使用具有重大意义。都是燃料在汽缸内燃烧，都是将内能转化为机械能都是燃料在汽缸内燃烧，都是将内能转化为机械能的装置，都是由的装置，都是由吸气、压缩、做功、排气吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次，一个工作循
16、环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次，启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来. 内燃机内燃机 项目项目 汽油机汽油机柴油机柴油机燃料燃料汽油汽油柴油柴油构造构造工工作作循循环环吸气冲程吸气冲程压缩冲程压缩冲程做功冲程做功冲程主要特点主要特点主要用途主要用途汽缸顶部是火花塞汽缸顶部是火花塞汽缸顶部是喷油嘴汽缸顶部是喷油嘴吸入汽油和空气的混合物吸入汽油和空气的混合物吸入纯净的空气吸入纯净的空气压缩程度较小压缩程度较小压缩程度较大压缩程度较大点燃式点燃式压燃式压燃式轻巧、效率较低轻巧、效率较低笨重、效率较高笨重、效率较高小汽车和小型农业机小汽车和小型农业机械
17、、低速飞机等械、低速飞机等载重汽车、载重汽车、拖拉机、火车、轮船等拖拉机、火车、轮船等下列关于柴油机的叙述中，正确的是（下列关于柴油机的叙述中，正确的是（ ）A.柴油机是把内能转化为机械能的装置柴油机是把内能转化为机械能的装置B.四冲程柴油机每经过一个工作循环，曲轴就要转动两周四冲程柴油机每经过一个工作循环，曲轴就要转动两周C.汽油机有喷油嘴，柴油机有火花塞汽油机有喷油嘴，柴油机有火花塞D.汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火汽油机用压燃式点火，柴油机用点燃式点火热机热机B 在做功冲程中，汽油机是通过火花塞产生电火花点燃高温高在做功冲程中，汽油机是通过火花塞产生电火花点燃高温高压的油气混合物
18、，是点燃式；压的油气混合物，是点燃式； 而柴油机是用喷油嘴向远高于柴油燃点的空气喷射雾状柴油而柴油机是用喷油嘴向远高于柴油燃点的空气喷射雾状柴油而使柴油燃烧的，称之为压燃式，故而使柴油燃烧的，称之为压燃式，故C、D选项错误选项错误. 现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机，每个汽现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机，每个汽缸都进行这种四冲程循环。缸都进行这种四冲程循环。图图14.1-5 汽车的动力系统汽车的动力系统例例6 某单缸四冲程柴油机的汽缸活塞面积为某单缸四冲程柴油机的汽缸活塞面积为30cm2，一个，一个做功冲程活塞在汽缸中移动的距离是做功冲程活塞在汽缸中移动的距离是50mm，满负荷工
19、作，满负荷工作时做功冲程中燃气的平均压强为时做功冲程中燃气的平均压强为9.0105Pa，飞轮，飞轮1min转转动动1800周，当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），求：周，当柴油机满负荷工作时（不计摩擦），求：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；（3）柴油机的功率）柴油机的功率.F = pSFp =SW = Fs解析解析：（：（3）柴油机工作时，飞轮转动两周，对外做功一柴油机工作时，飞轮转动两周，对外做功一次，由此可根据飞轮的转速求出飞轮次，由此可根据飞轮的转速求出飞轮1s做功的次数，从而做
20、功的次数，从而可以求出柴油机的功率可以求出柴油机的功率.s解：解：（1）做功冲程燃气对活塞的平均压力）做功冲程燃气对活塞的平均压力F = pS = 9.0105Pa3010-4m2 = 2.7103N；（2）一个做功冲程燃气对活塞的功）一个做功冲程燃气对活塞的功W = Fs = 2.7103N5010-3m = 135J；（3）因为飞轮的转速是）因为飞轮的转速是1800r/min=30r/s，每秒做功次数每秒做功次数 次，次，柴油机的功率柴油机的功率1=30=152n 135J 15=2025W1snWP.t 2内燃机压缩冲程中内燃机压缩冲程中 能转化为能转化为 能；在做能；在做功冲程中功冲程
21、中 能转化为能转化为 能。能。机械机械内内机械机械内内1请说出汽油机与柴油机的结构和工作过程中的主请说出汽油机与柴油机的结构和工作过程中的主要不同之处。要不同之处。3依靠飞轮惯性完成的冲程是（依靠飞轮惯性完成的冲程是（ ）BCDADBC做功做功吸气吸气排气排气压缩压缩4汽油机在压缩冲程工作中物质被压缩，汽油机在压缩冲程工作中物质被压缩，汽缸中的汽缸中的 （ ）A压强增大，温度降低压强增大，温度降低B压强减小，温度升高压强减小，温度升高C压强增大，温度升高压强增大，温度升高 D压强减小，温度降低压强减小，温度降低C5汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是
22、（ ）A柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空入的是空气气B在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的C柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高D在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油机的高在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油机的高C空空气气汽油和空气的混合物汽油和空气的混合物汽油机的压缩程度较汽油机的压缩程度较小，柴油机的较大小，柴油机的较大1.除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你
23、列举的这些热机中哪些是内燃机？热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？解：解：还有火车、轮船、坦克、拖拉机、火箭、火力发电站等，还有火车、轮船、坦克、拖拉机、火箭、火力发电站等，其中火车、轮船、坦克、拖拉机用的是内燃机其中火车、轮船、坦克、拖拉机用的是内燃机.（见教材（见教材P21 动手动脑学物理）动手动脑学物理）2.在图中，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图在图中，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况气门的开闭情况.请在图乙、丙、丁中，分别画出压请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排
24、气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、缩、做功、排气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况排气门的开闭情况.3.从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中（1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？（2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？（3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？解：解：（1）做功冲程；）做功冲程；（2）做功冲程；）做功冲程；（3）压缩冲程）压缩冲程.4.柴油机和汽油机的工作过程有什
25、么相同点，有什么不柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？同点？解：相同点：解：相同点：（1）一个工作循环相同一个工作循环相同：一般都包括吸气、压缩、做功、：一般都包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程；排气四个冲程；（2）能量转化相同能量转化相同：四个冲程的内燃机中，吸气和排气冲：四个冲程的内燃机中，吸气和排气冲程都不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能；做程都不发生能量转化，压缩冲程将机械能转化为内能；做功冲程将内能转化为机械能功冲程将内能转化为机械能（3）启动与动力方式相同启动与动力方式相同：都需要外力（人力、电力、重：都需要外力（人力、电力、重力）启动，启动后只有做功冲程对
26、外提供动力，其他三个力）启动，启动后只有做功冲程对外提供动力，其他三个辅助冲程要靠飞轮的惯性完成辅助冲程要靠飞轮的惯性完成.不同点：不同点：（1）构造不同构造不同：柴油机汽缸顶部是喷油嘴；汽油机汽缸顶部：柴油机汽缸顶部是喷油嘴；汽油机汽缸顶部是火花塞是火花塞.（2）吸气成分不同吸气成分不同：柴油机在吸气冲程中，吸入的只有空气；：柴油机在吸气冲程中，吸入的只有空气；汽油机在吸气冲程中，吸入的是空气和雾状汽油的混合物汽油机在吸气冲程中，吸入的是空气和雾状汽油的混合物（3）点火方式不同点火方式不同：柴油机为压燃式；汽油机为点燃式：柴油机为压燃式；汽油机为点燃式.（4）压缩程度不同压缩程度不同：柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，：柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，因而可以输出更大的功率因而可以输出更大的功率.4.柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？概念概念能量转化情况能量转化情况内燃机内燃机汽油机汽油机柴油机柴油机构造构造一个工作循环一个工作循环能量转化能量转化热机热机1.从课后习题中选取；从课后习题中选取；2.完成练习册本课时的习题。完成练习册本课时的习题。