14.1 热机 课件-2024-2025学年人教版物理九年级上学期

第十四章第一节 热机 人教版九年级全一册 教学目标 1.知道什么是热机； 2.了解四冲程内燃机的基本工作原理和工作过程，知道压缩冲程和做功冲程中的能量转化； 重点 难点 3.通过观察、对比汽油机和柴油机工作过程，了解二者的异同。 难点 新知导入 汽车已经是现代生活中不可缺少的交通工具.18世纪第-辆汽车向 世时，速度很小，而目前最快的汽车速度已经是声速的1.37倍，达到了1 678 km/h。 想知道汽车是如何获得这么大的机械能的吗？我们这节课学习热机的知识。 新知讲解 任务一：热机 在试管内装少许水，用一层红色塑料薄纸裹着棉花塞塞在试管中上部，利用点燃的酒精灯对封闭试管中的水加热一段时间，当水沸腾时，水蒸气会慢慢推动塞子向试管口运动，让学生观察现象。 演示实验 观察到什么现象？实验中发生了哪些能量转化？ 提出问题 新知讲解 新知讲解 ①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 实验现象 酒精燃烧的化学能转化为水的内能，通过热传递将一般分内能转移给水，水的内能增加，温度升高，产生大量水蒸气，橡皮塞受到水蒸汽的压力冲出去。同时，水蒸气的内能减小，温度降低，水蒸气液化成小水珠，在试管口可看到有“白雾”产生。 现象分析 酒精燃烧的化学能 水的内能 气体的内能 瓶塞的机械能 新知讲解 2.热机的种类包括：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。 1.利用内能做功的机械就是热机。 蒸汽机 内燃机 汽轮机 喷气发动机 新知讲解 燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 内燃机 汽油机 柴油机 ——用汽油做燃料 ——用柴油做燃料 一种内燃机剖面图 新知讲解 四冲程汽油机的剖面图 1.用汽油作燃料的内燃机叫做汽油机。 2.构造（如图）。 火花塞 汽缸 进气门 排气门 活塞 曲轴 连杆 3.原理：汽油在汽缸内燃烧，汽油的化学能转化为内能，产生高温、高压的气体推动活塞做功，最终将内能转化为机械能。 任务一：汽油机 新知讲解 4.工作过程 （1）冲程：汽油机工作时，活塞在汽缸内往复运动；活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。 （2）工作循环：多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。 新知讲解 新知讲解 甲 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸。 乙 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。 丙 做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 丁 排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。 新知讲解 乙 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。 问：压缩冲程中压缩的是什么？压缩到最后会有什么结果？为什么？能量是如何转化的？ 答：压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，使其内能增加，温度升高，这是一个机械能转化为内能的过程。 新知讲解 丙 做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体。高温高压气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 问：做功冲程中，能量是如何转化的？ 答：做功冲程中，燃料燃烧，燃料的化学能转化为燃气的内能，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，燃气的内能转化为机械能。 新知讲解 （2）汽油机在一个工作循环（四个冲程）中，活塞往复运动2次，汽缸内的燃料燃烧1次，曲轴、连杆带动飞轮转动2周，对外做功1次。 相关说明： （1）做功冲程将内能转化为机械能，为汽车等提供动力；其它三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的。 新知讲解 例1：如图所示，水沸腾后，试管口上的塞子会冲出，水蒸气的内能 （选填“增大”“不变”或“减小”），此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的 冲程相似。汽车发动机常用水或水溶液作为冷却剂，这是因为水的 较大。 【答案】 减小 做功 比热容 【详解】[1][2] 水吸热迅速汽化，沸腾后形成大量的水蒸气，水蒸气对塞子做功，将水蒸气的内能转化为木塞的机械能，所以水蒸气的内能减少。此过程的能量转化情况与四冲程汽油机的做功冲程相似。 [3] 汽车发动机常用水或水溶液作为冷却剂，这是因为水的比热容较大，升高相同的温度，吸收的热量较多。 新知讲解 例2：小华发现家中正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起，这一现象与热机的工作循环中的 冲程原理相同；一单缸四冲程柴油机，其飞轮的转速为3600r/min，则该柴油机1s内对外做功 次。 【答案】 做功 30 【详解】[1]正在煮饭的高压锅限压阀被气流顶起，将内能转化为机械能，与热机的做功冲程原理相同。 [2] 四冲程柴油机，飞轮每转2周，就对外做功1次。飞轮转速为3600 r/min ，即60 r/s，则1s对外做功30次。 新知讲解 例3：汽油机将内能转化为机械能的是 冲程，某单缸四冲程汽油机飞轮转速是2400r/min，则此汽油机每秒对外做功 次。 【答案】 做功 20 【详解】[1]汽油机的做功冲程是通过气体对外做功将内能转化为机械能的。 [2]汽油机的转速为2400r/min，说明1s内汽油机曲轴的转动次数等于40r，一个工作循环中，曲轴转动两周，对外做功一次，1s内曲轴转动40次，故对外做功20次。 新知讲解 例4：四冲程汽油机的工作循环中，主要将机械能转化为内能的冲程是（　　） A．吸气冲程 B．压缩冲程 C．做功冲程 D．排气冲程 【答案】B 【详解】汽油机的四个冲程中只有两个冲程伴随有能量的转化。一是压缩冲程中活塞向上运动，汽油和空气的混合物被压缩，内能增大，温度升高，活塞运动的动能转化为混合气体的内能；二是做功冲程中，火花塞冒出电火花，将混合气体点燃，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞运动，燃气的内能转化为活塞运动的动能。主要将机械能转化为内能的冲程是压缩冲程。故B符合题意。 故选B。 新知讲解 任务三：柴油机 1.工作原理： 利用柴油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功。 2.汽油机的构造 与汽油机的大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞而是一个喷油嘴。 喷油嘴 新知讲解 3.工作过程 柴油机的工作过程与汽油机大致相同，也是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 柴油机吸入气缸内的物质只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。 新知讲解 4.柴油机和汽油机的异同点： 项目 汽油机 柴油机 构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴 燃料 汽油 柴油 吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小， 压缩程度较大， 做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能 排气冲程 排出废气 特点与适用范围 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等. 相同点 一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次. 压缩冲程把机械能转化为内能. 新知讲解 例5：关于四冲程汽油机的工作过程有以下几种说法，以下说法中正确的是（　　） ①汽油机和柴油机的点火方式相同 ②在压缩冲程中，是机械能转化为内能 ③只有做功冲程是燃气对外做功 ④在做功冲程中，是内能转化为机械能 A．只有①②③ B．只有③④ C．只有②④ D．只有②③④ 【答案】D 【详解】①汽油机和柴油机的点火方式不同，汽油机中有火花塞，采用的是点燃式点火；而柴油机是喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火，故①错误； ②在压缩冲程中，是机械能转化为内能，故②正确； ③在汽油机和柴油机的四个冲程中，只有做功冲程是燃气对外做功，故③正确； ④在做功冲程中，是内能转化为机械能，故④正确。 故选D。 课堂练习 1、如图甲所示，小华发现家中蒸蛋器在使用时会通过上方小孔喷出蒸汽，于是他小心地将自制的风车放在小孔附近，成功让风车转了起来，蒸汽推动风车转动时的能量转化与汽油机 冲程的能量转化相同，如图乙为四冲程汽油机的工作示意图，汽油机一个工作循环的正确顺序是 。 【答案】 做功 ADCB 【详解】[1][2]高温的蒸汽推动风车转动，将蒸汽的内能转化成了风车的机械能；汽油机的做功冲程将燃气的内能转化为活塞的机械能，两个过程的能量转化相同；四冲程汽油机的一个工作循环依次由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，由图可知A进气门打开，排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；B进气门关闭，排气门打开，活塞上行，为排气冲程；C两气门关闭，活塞下行，做功冲程；D两气门关闭，活塞上行，为压缩冲程，则汽油机一个工作循环的正确顺序是ADCB。 新知讲解 2、如图，是四冲程汽油机的工作示意图，一个完整的工作循环的正确顺序为（　　） A．a→b→c→d B．a→c→d→b C．c→a→b→d D．c→d→a→b 【答案】B 【详解】四冲程汽油机一个完整的工作循环顺序是：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。图a是吸气冲程，图b是排气冲程，图c是压缩冲程，图d是做功冲程。所以正确顺序是a→c→d→b，故B符合题意，ACD不符合题意。 故选B。 课堂练习 3、如图甲，小明在塑料矿泉水瓶中留有少量水，盖上瓶盖，多次扭转瓶身，再轻轻扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出后，瓶内气体内能 （选填“增加”或“减小”），瓶盖冲出过程中的能量转化与图乙 （填字母）中的热机冲程相似。 【答案】 减小 C 【详解】[1]由题意可知，多次扭转瓶身，再扭动瓶盖，瓶盖被瓶内的气体冲出后，瓶内气体对瓶盖做功，内能转化为机械能，所以瓶内气体内能减小。 [2]分析图乙，A中吸气阀开启，是吸气冲程； B中两气阀关闭，活塞向上运动，是压缩冲程，该过程是将机械能转化为内能； C中两气阀关闭，火花塞点火，活塞向下运动，是做功冲程，该冲程将内能转化为机械能； D中排气阀开启，是排气冲程， 则瓶盖冲出过程中，内能转换为机械能，故整个过程与热机的做功冲程的能量转化相同，也就是与图乙C中的热机冲程相似。 课堂练习 4、如图所示，甲是汽油机某个冲程的工作示意图，乙是柴油机某个冲程的工作示意图。下列说法正确的是（　　） A．甲是汽油机的压缩冲程，此时进气门和排气门均关闭 B．甲是汽油机的做功冲程，汽缸顶部的火花塞产生电火花 C．乙是柴油机的吸气冲程，吸进汽缸的是空气和柴油的混合物 D．乙是柴油机的排气冲程，此时汽缸顶部的喷油嘴正在喷油 【答案】B 【详解】AB．根据图示可知，两个气门关闭，活塞下行，汽缸顶部的火花塞产生电火花，为做功冲程，故A错误、B正确； CD．根据图示可知，进气门打开、排气门关闭，活塞下行，为吸气冲程；气缸的顶部有个喷油嘴，是柴油机的吸气冲程，吸入的只是空气，故CD错误。 故选B。 课堂练习 5、关于汽油机和柴油机的主要区别，其中正确的是（　　） A．柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞 B．在做功冲程中，柴油机的点火方式叫点燃式，汽油机的点火方式叫压燃式 C．柴油机比汽油机笨重，功率较小 D．柴油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，汽油机吸入气缸的只是空气 【答案】A 【详解】A．柴油机和汽油机的结构不同，柴油机的气缸上是喷油嘴，汽油机的顶部有火花塞，故A正确； B．在做功冲程，汽油机的点火方式叫点燃式，柴油机的点火方式叫压燃式，故B错误； C．柴油机比汽油机笨重，效率高，功率大，故C错误； D．在吸气冲程，柴油机吸入气缸的只是空气，汽油机吸入气缸的是汽油和空气的混合物，故D错误。 故选A。 板书设计 一、热机 1. 概念：把内能转化为机械能的机器。 2. 原理：把燃料燃烧产生的内能，通过做功转化为机械能。 3．种类：蒸汽机、内燃机、喷气式发动机等。 二、汽油机 1. 构造：进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等。 2. 工作过程：一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 3. 能量转化情况：压缩冲程，机械能转化为内能；做功冲程，内能转化为机械能。 三、柴油机 1.柴油机与汽油机的相同点：一个工作循环都要经历四个冲程；能量转化情况相同。 2.柴油机与汽油机的不同点： ①构造方面：汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴。 ②点火方式不同：汽油机是点燃式点火，柴油机为压燃式点火。 ③用途方面：汽油机轻巧，用于轿车、摩托车等；柴油机笨重，用于卡车、轮船等。 谢 谢 观 看！ Lavf58.12.100 $$