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1、第十四章 内能的利用第一节 热机第一节 热机第一节 热机李寨二中物理组 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，蒸汽的内能减少！一一 热机热机 1 1 定义：定义：将由燃料燃烧产生的高温将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。能的机器，统称为热机。2 2 热机的种类热机的种类蒸气机、内燃机、汽轮机、蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、等喷气发动机、等 蒸汽机 烧水到沸腾时，冒出的蒸汽会冲开壶盖！人们发现可以通过蒸汽推动机械，瓦特发明蒸汽机后：1807年，美国人富尔把瓦特的蒸汽机装在轮船上，从此，航
2、运中的帆船时代结束了。1814年，英国人史蒂芬把瓦特的蒸汽机装在火车上，陆路运输的新时代开始了。汽轮机汽轮机汽轮机汽轮机发电机发电机锅锅炉炉给水泵给水泵热源热源冷却海水冷却海水冷冷凝凝器器火力发电厂工作原理火力发电厂工作原理 喷气式发动机喷气式发动机二二 内燃机内燃机：1定义：燃料直接在发动机气缸定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力内燃烧产生动力 的热机的热机。2 分类分类常见的内燃机常见的内燃机：汽油机汽油机 柴油机柴油机(1)(1)汽油机汽油机(2)(2)柴油机柴油机构造工作原理汽油机完整工作过程构造工作原理内燃机是热机的一种；分为汽油机和柴油机。内燃机是热机的一种；分为汽油机和柴油机
3、。汽油机的构造汽油机的构造火花塞火花塞气缸气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：汽油机的构造汽油机的构造；观察图回答汽油机的；观察图回答汽油机的主要构造有：主要构造有：主体是主体是 ，内有，内有 、它、它通过通过 与与 相连。上部相连。上部有有 和和 ，顶部有顶部有 。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2:工作原理工作原理让燃料在汽缸中燃烧，生成高让燃料在汽缸中燃烧，生成高温高压的燃气，推动活塞做功，使内能转温高压的燃气，推动活塞做功，使内能转化为机械能化为机械能吸气吸气压缩压缩做功做功排气排气内燃机的内燃机的冲程冲程和和工作循环工作循环吸气
4、冲程吸气冲程汽油和空气 进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。压缩冲程压缩冲程 进气门和排气门都关进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，压强增大，混合物被压缩，压强增大，温度升高。温度升高。机械能转化为内能。机械能转化为内能。做功冲程做功冲程 在压缩冲程末尾，在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。内能转化为机械能。排气冲
5、程排气冲程燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。后内燃机才能自己工作。内燃机内燃机的启动的启动Qiyouji工工热机热机.swf作作 在一个工作循环中在一个工作循环中 有四个冲程，有四个冲程，活塞往复两次，活塞往复两次，曲轴转两周，曲轴转两周，飞轮转两周，飞轮转两周，对外做一次功。对外做一次功。汽油机的工作过程汽油机的工作过程:以一个工作循环为单元以一个工作循环
6、为单元冲程：冲程：活塞从一端运动到另一端叫做活塞从一端运动到另一端叫做一个冲程。一个冲程。根据观察回答根据观察回答，汽油机工作过程中，汽油机工作过程中，四个冲程的气门关闭情况四个冲程的气门关闭情况；活塞的运活塞的运动方向动方向；曲轴转动几圈曲轴转动几圈；如果有能量如果有能量转化，说处具体的转化过程转化，说处具体的转化过程；点火方点火方式是什么式是什么。汽油机和柴油机的工作过程汽油机和柴油机的工作过程柴油机的构造柴油机的构造喷油嘴进气门活塞连杆排气门气缸曲轴柴油机工柴油机工作原理作原理吸气冲程吸气冲程 压缩冲程压缩冲程 做功冲程做功冲程 排气冲程排气冲程吸气冲程吸气冲程空气 进气门打开，排气门关
7、闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。压缩冲程压缩冲程 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，活塞把空气压活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火内空气温度已超过柴油的着火点。点。机械能转化为内能。机械能转化为内能。做功冲程做功冲程 在压缩冲程末，从喷油嘴喷在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转
8、动。带动曲轴转动。内能转化为机械能。内能转化为机械能。排气冲程排气冲程燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。3.3.内燃机的应用内燃机的应用 汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。(1)(1)汽油机的应用汽油机的应用(2)(2)柴油机的应用柴油机的应用 柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。想想议议：想想议议：汽油机和柴油机的工作过程有什汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？么相同点，有什么不同点？汽油机和柴油机汽油机和柴油机 的异同点比较的异同点比较返回相同点不同点返回1基本构造和主要部件的作用相似。2
9、每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。3 四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。4 一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。相同相同点点不同点返回相同点不同点不同点1构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。2 燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。3 吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。4 点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。内燃机：内燃机：燃料在气缸内燃烧的热机燃料在气缸内燃烧的热机汽缸为星型排列的老式飞机内燃机结构原理图汽缸为星型排列的老式飞机内燃机结构
10、原理图三、热机中能量的转化化学能热能机械能（燃料）（做功）（做功）汽油机的效率：汽油机的效率：2030%2030%柴油机的效率：柴油机的效率：3045%你认为它们的效率比你想象的高？还是低？你猜想：汽油机、柴油机的效率你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看！大约是多少？猜猜看！热机的效率热机的效率热机的效率：热机所做的做有用功那和燃热机的效率：热机所做的做有用功那和燃料完全燃烧放出的热量之比。叫热机的效率。料完全燃烧放出的热量之比。叫热机的效率。燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量散失、废气带走的热量和克服摩擦做功热量散失、废气带走的热量和克服摩擦做
11、功而消耗的能量，都是引起能量损失的原因。而消耗的能量，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。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。热机中能量的转化第一冲程第一冲程：。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，关闭，关闭，曲曲轴转动轴转动 圈。圈。第二冲程第二冲程：.进气门进气门 和排气门和排气门 ，活塞由汽缸最，活塞由汽缸最 向向 运动，燃料的混运动，燃料的混合物被合物被 ，汽缸内温度，汽缸内温度 ，气压，气压 。曲轴转动。曲
12、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 内能内能压缩冲程压缩冲程第三冲程第三冲程：。在压缩冲程末，火。在压缩冲程末，火花塞花塞产生电火花（点燃式），燃料混合物剧产生电火花（点燃式），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 。第四冲程第四冲程：。进气门。进气门 ，排气
13、，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。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，做功圈，做功 次。有次。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
14、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。必须靠外力来启动来完成。必须靠外力来启动.做功冲程做功冲程飞轮的惯性飞轮的惯性42212提高热机效率的途径和方法：提高热机效率的途径和方法：（l l）尽可能减少各种热损失，保证尽可能减少各种热损失，保证良好的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能良好的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量；量；(2)(2)充分利用废气的能量，提高燃料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。这的利用率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般火电种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。站来，燃料的利用率大
15、大提高。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().().().()四个冲程组成的四个冲程组成的.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().柴油机吸入汽缸的是柴油机吸入汽缸的是(),点火方式是点火方式是().4.某四冲程汽油机飞轮的转速是某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min,则它每秒钟对外做功则它每秒钟对外做功()次次.课堂练习课堂练习:5、压缩冲程混合气体内能增大的原因是什么？、压缩冲程混合气体内能增大的
16、原因是什么？6、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？7、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？8、排气后，下一个工作过程是什么冲程？、排气后，下一个工作过程是什么冲程？9、当燃油还没有燃烧做功的时候，活塞是怎样动起来的？、当燃油还没有燃烧做功的时候，活塞是怎样动起来的？答：混合气体爆发性燃烧，化学能转变为内能；燃烧产生的高答：混合气体爆发性燃烧，化学能转变为内能；燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞运动，内能转变为机械能温高压气体迅速膨胀，推动活塞运动，内能
17、转变为机械能。答：活塞压缩混合气体做功，机械能转变为混合气体的内能答：活塞压缩混合气体做功，机械能转变为混合气体的内能。答：在做功冲程，飞轮获得足够的动能而高速转动，在吸气、答：在做功冲程，飞轮获得足够的动能而高速转动，在吸气、压缩、排气三个冲程中，活塞的运动都是靠飞轮的惯性来完成的。压缩、排气三个冲程中，活塞的运动都是靠飞轮的惯性来完成的。答：吸气冲程答：吸气冲程 答：通常是先接通了启动机答：通常是先接通了启动机(电动机电动机)，用启动机带动活塞动起，用启动机带动活塞动起来。也可用手柄，来。也可用手柄，人工摇动手柄带动活塞起动。手柄带动活塞起动。课堂练习:提高热机效率的途径提高热机效率的途径
18、1 1、热机的效率是热机性能的一个重要指标。、热机的效率是热机性能的一个重要指标。如：两辆排量相同的小汽车，以相同的速度行驶相同如：两辆排量相同的小汽车，以相同的速度行驶相同的路程，耗油少的那辆，汽油机的效率高，性能好。的路程，耗油少的那辆，汽油机的效率高，性能好。2 2、在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各、在设计和制造上，要不断改进和革新，以减少各种能量损失，提高效率。种能量损失，提高效率。例如：在使用上要正确使用，注意保养。在热机例如：在使用上要正确使用，注意保养。在热机的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废的各种损失中，废气带走的能量最多，设法利用废气的能量是提高燃料利用率的重要措施气的能量是提高燃料利用率的重要措施。知识回顾：知识回顾：如图所示在如图所示在一个试管中装一些水，一个试管中装一些水，用软木塞塞紧。对试管用软木塞塞紧。对试管加热使水沸腾，会看到加热使水沸腾，会看到什么现象，说明什么问什么现象，说明什么问题？题？新课引入：新课引入：将燃料燃烧时放出的内能转化为机械将燃料燃烧时放出的内能转化为机械能的机器统称为热机。能的机器统称为热机。