第三节 热机（培优教学课件）物理沪科版2024九年级全一册

义务教育教科书 第十四章  内能与热机 第三节 热机 上海科学技术出版社 致老师、同学 说明 ppt使用高质量视频，资源比较大，约80MB. ppt共有51张、2段视频，可根据需要选择点播. 视频 资源 （1）演示实验—《内能做功过程中的能量转化》 （2）演示实验—《汽油机的工作过程》 免责 声明 视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 ppt版权归本工作室，如涉及侵权问题，将追究责任。 导入新课 想一想 汽车奔驰，列车飞驶，舰船劈波斩浪，飞机凌空穿云。人们日行千里的愿望已成现实。 车、船和飞机之所以能大展神威，就因为有了发动机。发动机工作的原理是什么？ 超音速汽车 轮船 学习目标 了解热机的工作原理，知道四冲程内燃机工作时的能量转化；能领内能的利用在人类社会发展中的重要意义。 1. 热机 2. 汽油机 3. 柴油机 4. 作业 5. 综合提升训练 目录导航 一、热机 第三节 热机 一、热机 1. 探究内能做功过程中的能量转化 【演示实验】在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 【实验现象】 ①瓶塞被冲出来；②管口附近出现“白雾”。 一、热机 【实验分析】实验中的能量转化过程为： ① 酒精燃烧放出热量，酒精的______能转化为水的____能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，水蒸气膨胀对瓶塞做功，水蒸气的_______能转化为塞子的_______能。 【实验结论】利用内能可以做功。 这个实验虽然简单，却基本展示了 蒸汽机的工作原理。 化学 内 内 机械 一、热机 2. 热机 （1）热机：能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机。 （2）热机的能量转化 燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能。 （3）常见的热机 蒸气机、内燃机、喷气发动机、内燃机等。 汽轮机 蒸气机 喷气发动机 （4）内燃机 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。 ②内燃机分类：汽油机和柴油机。 世界上第一辆以汽油为动力的车开始只有三个轮子，这就是德国人卡尔•本茨于1885年制造出的“奔驰一号”。 柴油机 汽油机 一、热机 一、热机 【例题1】如图所示实验，在橡胶塞受到水蒸气的压力而冲出的过程中，以下说法正确的是（　　） A．试管口出现的“白雾”是气体 B．水蒸气对外做功，内能增加 C．水蒸气对外做功，温度升高 D．这个实验基本展示了热机的工作原理 D 【解析】A．试管口出现的“白雾”是小液滴，即水蒸气遇冷液化而成的小液滴，故A错误；BC．水蒸气对外做功，内能转化为机械能，内能减小，温度降低，故BC错误；D．蒸汽机的工作原理，是把内能转化为机械能。试管内水蒸气的内能可以转化为塞子的机械能，与做功冲程相同，故该实验基本展示了热机的工作原理，故D正确。 二、汽油机 第三节 热机 二、汽油机 1. 燃气内能的转化 【实验】如图所示，在圆筒内加入适量酒精，用橡胶塞塞紧筒口，筒内形成酒精蒸气和空气的混合气体。用电火花点火，观察发生的现象并分析原因（注意操作安全）。 【现象与分析】发现橡胶塞跳出。电火花点火，混合气体燃烧产生高温高压的燃气对橡胶塞做功，将燃气的内能转变为橡胶塞的机械能。 二、汽油机 2. 汽油机 利用汽油在气缸内燃烧产生高温高压的燃气来推动活塞做功的内燃机。 3. 汽油机的构造 汽油机主要由气缸、火花塞、活塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、连杆和曲轴组成。 4. 工作过程 （1）冲程：汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。 （2）四个冲程 汽油机的一个工作循环由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 多数汽油机是由这四个冲程的不断循环来保证连续工作的。 二、汽油机 ①吸气冲程 旋转的曲轴连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。 二、汽油机 ②压缩冲程 两个气阀关闭，活塞在飞轮带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，内能增加、温度升高、压强增大。 二、汽油机 ③做功冲程 压缩冲程结束后做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。 二、汽油机 ④排气冲程 飞轮因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废气排出缸外。 二、汽油机 冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化 吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物 压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能 做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能 排气冲程 闭 开 向上 排出废气 （3）汽油机四个冲程工作情况总结 二、汽油机 对外做功1次 飞轮转动2周 活塞往复2次 有4个冲程 1个工作 循环 在这个四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的是吸气、压缩和排气冲程。 （4）汽油机一个工作循环情况总结 二、汽油机 【例题2】内燃机有四个工作冲程，如图所示是内燃机的_______冲程，活塞上升时，汽缸内气体的内能______（选填“减少”或“增加”），_______能转化为________能。 压缩 增加 机械 内 二、汽油机 【解析】从图中可以看出进气门和排气门都是关闭的，活塞向上运动，所以是压缩冲程。压缩冲程活塞向上运动，压缩气体，使气体的体积减小、温度升高、机械能转化为内能。 【例题3】内燃机的一个工作循环由_____ 、_____ 、_____ 、______四个冲程组成。一台某型号单缸四冲程汽油机的飞轮速度是1200r/min，则汽油机每秒钟对外做功___次。 吸气 压缩 做功 排气 10 二、汽油机 【解析】一个工作循环包括四个冲程，曲轴转动二周，对外做功一次。汽油机的飞轮速度是 = 汽油机每秒钟对外做功 =10 （次） 三、柴油机 第三节 热机 三、柴油机 1. 柴油机 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的内燃机。 2. 构造 它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。 3. 工作过程 柴油机的一个工作循环与汽油机相类似，也是由四个冲程组成的。每完成一个工作循环曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复运动两次，除做功冲程外的其他三个冲程，是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。 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。 三、柴油机 柴油机工作 过程示意图 三、柴油机 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 三、柴油机 项目 汽油机 柴油机 特点与 适用范围 轻巧、功率小； 适用于小汽车、摩托车等。 笨重、功率大； 适用于载重汽车、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。 三、柴油机 4. 柴油机和汽油机的异同点 以柴油作燃料的轮船 以汽油作燃料的小汽车 【例题4】关于汽油机与柴油机的说法中，不正确的是（　　） A．柴油机汽缸顶部有个火花塞，汽油机汽缸顶部有个喷油嘴 B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油 C．汽油机与柴油机的工作过程都分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程 D．汽油机与柴油机使用的燃料不同 A 【解析】A．柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞，A错误. B．柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，采用压燃式，B正确. C．柴油机和汽油机的工作过程分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，C正确. D．汽油机与柴油机使用的燃料不同，汽油机的燃料是汽油，柴油机的燃料是柴油，故D正确. 故选A. 三、柴油机 【例题5】热机是将内能转化成______能的机器，如图所示是热机的______冲程。一台四冲程柴油机飞轮转速是 ，则柴油机每秒完成_____个冲程，燃气做功_____次，如果一次做功为1000 J，则柴油机的功率为_____W。 104 做功 机械 40 10 三、柴油机 【解析】 热机通过做功的方式利用内能，将内能转化为机械能。 热机一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程组成；由图可知，进气门和排气门都是关闭的，活塞下行，火花塞喷出电火花，可以判断是做功冲程。 一台四冲程柴油机飞轮转速是1200r/min=20r/s 因一个工作循环飞轮转2圈，完成四个工作冲程，做功1次，所以柴油机每秒完成40个冲程，燃气做功10次。 1s内柴油机做的功W=1000J×10=10000J 则柴油机的功率 三、柴油机 三、柴油机 四、课堂总结 第三节 热机 课堂总结 ①能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机。 ②热机工作时的能量转化： 燃料的化学能（燃烧）→内能（做功）→机械能 ③常见的热机：蒸汽机、喷气发动机、内燃机等。 ①内燃机：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机。 ②内燃机工作的四冲程：吸气、压缩、做功、排气冲程。③能量转化：压缩冲程中，机械能转化为内能； 做功冲程中，内能转化为机械能。 ④柴油机与汽油机的区别： 柴油机吸气冲程进入气缸中的只有空气；压缩冲程中，缸内气体被压缩的程度比汽油机更大； 压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火。 内燃机 热 机 内燃机 五、作业 第三节 热机 作业 【解析】A．水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度保持不变，故A错误； B．实验过程中加热试管使水沸腾，试管内的水吸收热量，这是通过热传递使试管内水的内能增大，故B错误； C．玻璃管口冒出的“白气”是水蒸气液化形成的小水珠，故C错误； D．“白气”使小叶轮转动的过程是内能转化为机械能，相当于汽油机的做功冲程，故D正确。故选D。 1．如图所示，试管里盛有适量的水，加热试管使水沸腾，试管口冒出的“白气”推动管口处的小风车转动。选择下列说法中正确的选项并说明理由。 A. 水在沸腾过程中，不断吸收热量，温度升高 B. 实验过程中通过做功使试管内水的内能增大 C. 试管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D. “白气”使小风车转动的过程相当于汽油机的做功冲程 D 作业 【解析】四冲程汽油机工作过程中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性来完成的，而吸气冲程活塞向下运动，压缩冲程和排气冲程活塞向上运动。 2．图中，活塞向上运动，并依靠曲轴的惯性来完成运转的冲程是（   ）。 A．吸气冲程和做功冲程 B．压缩冲程和做功冲程 C．做功冲程和排气冲程 D．压缩冲程和排气冲程 D 作业 【解析】 内燃机的工作过程由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是 压缩冲程，将内能转化为机械能的是 做功冲程。 3．内燃机的工作过程由 ___________、___________、__________、___________ 四个冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是 _______ 冲程，将内能转化为机械能的是 _________ 冲程。 做功冲程 压缩冲程 吸气冲程 排气冲程 做功冲程 压缩冲程 作业 【解析】汽油机与柴油机在构造、吸入气体、点火方式和使用范围等方面存在显著区别‌。 （1）构造：‌汽油机其气缸顶部装有火花塞，用于点燃混合气体。柴油机其气缸顶部装有喷油嘴，用于喷入柴油并与压缩空气混合后自燃‌ （2）吸入气体：‌汽油机‌吸入的是汽油和空气的混合体。柴油机‌吸入的是纯空气。‌ （3）点火方式：‌汽油机采用点燃式点火，即通过火花塞产生电火花点燃混合气体。‌柴油机采用压燃式点火，依靠高温高压下的自燃推动活塞做功‌ （4）使用范围：汽油机适用于轻巧的机械，如小汽车、飞机等。‌柴油机适用于重型机械，如载重汽车、火车、轮船、拖拉机等‌。 4．查阅资料，了解汽油机与柴油机在构造、吸入气体、点火方式、使用范围等方面的区别，并了解它们在生产生活中的使用现状与发展前景，完成一篇调研报告。 1. 柴油机为何不用火花塞点火？ 答：柴油的燃点较低，而柴油发动机压缩后的气体温度已经超过了柴油的燃点，混合后柴油能实现自燃，不需要火花塞的点火。 2. 如何启动内燃机? 答：内燃机要自主工作需要用外力帮助其至少完成一个工作循环，可以手动启动，如手拉式柴油机，还可以电力启动，如小汽车。 作业 六、综合提升训练 第三节 热机 【解析】如图，进气门和排气门都是关闭的，火花塞放电，活塞下行，可以判断是做功冲程，做功冲程中内能转化为机械能。 热机完成一个工作循环，要经过4个冲程，燃气对外做功1次，活塞往返2次，飞轮转动2周，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功10次，飞轮转动20周。 综合提升训练 1. 如图所示，工作中的四冲程汽油机正处于________冲程，该冲程将________能转化为机械能，若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外做功_______次。 做功 内 10 综合提升训练 【解析】（1）由图可知，内燃机的顶端是喷油嘴，所以该内燃机是柴油机。 （2）图中的气门闭合、活塞上行，所以是压缩冲程； （3）压缩冲程活塞对缸内气体做功，是机械能转化为内能的冲程。 （4）曲轴转一圈可以完成2个冲程，故完成一个压缩冲程时曲轴转动半圈。 2. 如图是某种内燃机某一冲程的示意图，由图可知： （1）这种内燃机是______机； （2）它表示的是______冲程； （3）在这个冲程中______能转化为______能； （4）完成这一冲程，曲轴和飞轮转______转。 柴油 内 压缩 机械 半 【解析】在内燃机的压缩冲程中，两个气门都关闭，活塞向上运动；如图所示： 3. 如图甲是某汽油机的吸气冲程时的气门开闭情况和活塞的运动方向，仿照甲图在乙图中画出压缩冲程时的气门开闭和活塞和连杆的大致位置。 甲 乙 综合提升训练 综合提升训练 【解析】A．汽油机汽缸顶部有一个火花塞，柴油机汽缸顶部是一个喷油嘴，故A正确，不符合题意； B．工作过程中，汽油机吸入的是空气和汽油的混合物，柴油机吸入的是空气，故B错误，符合题意； C．做功冲程将内能转化为机械能，故C正确，不符合题意； D．压缩冲程将机械能转化为内能，故D正确，不符合题意。 故选B. 4. 根据汽油机和柴油机的区别，下列说法错误的是（　　） A．汽油机气缸顶部有一个火花塞，柴油机气缸顶部是一个喷油嘴 B．汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是空气和柴油的混合物 C．做功冲程是内能转化为机械能 D．压缩冲程是机械能转化为内能 B 综合提升训练 5. 如图A、B、C、D为四冲程内燃机工作示意图，其中图A表示的是_______冲程，图________ 表示中表示的做功冲程，图E、F中能量转化情况与做功冲程相同的是图_______ 。 F 吸气 D 【解析】图A，进气门打开，排气门关闭，活塞下行，是吸气冲程。图B，进气门关闭，排气门打开，活塞上行，是排气冲程；图C，两气门关闭，活塞上行，是压缩冲程；图D两气门关闭，活塞下行，是做功冲程。 图E中，向下压活塞，对筒内气体做功，将机械能转化为内能；图F中，气球内的气体喷出，对外做功，将内能转化为机械能；做功冲程中，缸内高温高压的气体推动活塞做功，将内能转化为机械能，所以，图E、F中能量转化情况与做功冲程相同的是图F。 6．国产油电混合动力汽车。 （1）汽油机是热机的一种，如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图，此时它正处在______冲程。该冲程将内能转化为______能； （2）汽油机的飞轮转速为2400r/min，则在1s内，汽油机完成______个冲程，对外做功的次数是______次； （3）该汽车在高速公路上以108km/h的速度 匀速行驶了1min，发动机的功率始终保持72kW 不变，该过程中发动机做的功为__________J， 发动机牵引力的大小为______ N。 4.32×106 机械 80 20 2400 做功 综合提升训练 综合提升训练 【解析】（1）从图中可以看出，两气门关闭，火花塞点火和活塞向下移动的特点，可以判断这个冲程是做功冲程，将内能转化为了机械能。 （2）汽油机飞轮的转速为 2400r/min=40r/s 即飞轮在1s内转40圈，由于飞轮转动两圈，完成一个工作循环，四个冲程，对外做功一次，所以1s内该汽油机完成80个冲程，对外做功20次。 （3）发动机所做的功W=Pt=72×103 W×60s=4.32×106J 汽车的速度v=108km/h=30m/s 根据P=W/t=Fs/t=Fv得，发动机牵引力的大小为 Lavf59.27.100 $$