14.2 热机 课件-2025-2026学年九年级全一册同步备课一体化资源（人教版2024）

14.2热机 第十四章 内能的利用 RJ 九年级 全一册 （2024） 火能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。摩擦生火第一次使人支配了一种自然力量，而蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。 将内能转化成机械能的各种热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机和火箭上。热机是怎样将内能转化成我们需要的能量的？学习完这一章，你就会清楚了。 导入新课 同学们，汽车能跑、轮船能行、飞机能飞，它们动力从何而来？这些交通工具都离不开一种重要的机器，大家知道是什么吗？ 答：热机 今天这节课就让我们走进热机的世界，探寻其中奥秘。 一、热机 不同形式能量之间的转化 如图14.2-2 所示，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。 注意事项： 1.实验时，橡胶塞不要塞得太紧，避免橡胶塞不能冲出，导致试管炸裂而伤人。 2.试管口不能对着人,以防橡胶塞冲出试管口时伤人。 一、热机 一、热机 实验现象： 现象分析： 橡胶塞冲出去，试管口出现“白雾”。 酒精燃烧放出热量，热量通过试管传递给水，使其内能增加，温度升高，产生大量的水蒸气，将橡胶塞推出试管口，同时水蒸气的内能减少，温度降低，液化成小水滴，在试管口形成“白雾”。 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。 一、热机 （二）热机 1.定义： 。 热机的发明及广泛使用，使人类迈入了工业化社会，对人类社会的发展起到了重要的作用。 2.种类：热机的种类很多，如 等。尽管它们的构造不同，但它们具有一个共同的特点，就是 。 3.热机工作时的能量转化 4.内燃机 ①定义：燃料 在发动机 内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。 利用内能做功的机械 把内能转化为机械能 燃烧的化学能 内能 机械能 燃烧 做功 直接 气缸 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机 二、汽油机 内燃机是现代社会中最常见的一种热机。燃油汽车作为我们生活中的重要交通工具，它的主要动力机械之一就是内燃机。右图是一种内燃机的剖面图。 ②分类：内燃机分为 和 两大类，它们分别用 和 作为燃料。 汽油机 柴油机 汽油 柴油 一、热机 例题1：在试管里盛适量的水，用带两端开口的细玻璃管的橡胶塞塞住试管口（如图所示），加热试管使水沸腾，细玻璃管口冒出的“白气”推动管口处的小叶轮转动。下列说法正确的是（　　） 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．玻璃管口冒出的“白气”是水汽化形成的水蒸气 D．这个基本展示了蒸汽机的工作原理 D 二、汽油机 （一）构造 左图是四冲程汽油机的剖面图。四冲程汽油机的主体是一个 ，气缸上部有 和 ，顶部有 ，下部有 ，活塞通过 跟 相连。 问：气缸的作用是？ 答：燃料燃烧的地方。 问：火花塞的作用是？ 答：点火装置，产生电火花，使燃料燃烧。 问：连杆的作用是？ 答：传递动力 气缸 进气门 排气门 火花塞 活塞 连杆 曲轴 二、汽油机 （二）工作原理 汽油在气缸里面燃烧时生成 的燃气，推动活塞 。活塞运动带动 转动。 （三）工作过程 问：怎样才能使汽油机连续工作？ 答：要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。 1.活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个 。 2. 汽油机是由 四个冲程的不断 来保证连续工作的。 冲程 吸气、压缩、做功、排气 多数 循环 高温高压 做功 曲轴 二、汽油机 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气缸。 四冲程汽油机的工作示意图： 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：燃料混合物被压缩，其内能和温度会如何变化？ 答：内能增加，温度升高。 二、汽油机 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。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。 问：火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧的这种点火方式称之为？ 答：点燃式。 排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 二、汽油机 二、汽油机 1. 在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？ 2. 哪个冲程使汽车获得动力？ 3. 哪个冲程排出了气缸的废气？ 答：1.在四个冲程中，吸气冲程和排气冲程无能量转化；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。 2.四个冲程中，只有做功冲程中燃气对外做功，使汽车获得动力。其他3个冲程是靠飞轮的惯性来完成的。 3.排气冲程排出气缸的废气。 二、汽油机 问：汽油机每完成一个工作循环，有几个冲程？活塞往复运动几次？曲轴转动几周？对外做功几次？ 答：每完成一个工作循环，有4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转2周，对外做功1次。 例题2：如图所示为内燃机四冲程工作示意图，下列说法正确的是（　　） A．一个工作循环的正确顺序是：乙甲丙丁 B．乙图冲程能获得动力 C．丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程 D．丙图冲程存在化学能转化为内能的过程 C 三、柴油机 （一）构造： 问：柴油机的构造和汽油机相似，其与汽油机的区别是？ 答：柴油机通过压缩空气直接点燃柴油，因此柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。在吸气冲程中吸进气缸的只有空气。 问：汽油机是火花塞产生电火花来使燃料燃烧的，这种点火方式称之为点燃式。而柴油机是通过压缩空气直接点燃柴油的，那么这种方式又称为？ 答：压缩空气使空气的内能增大，温度升高，这个温度起过了柴油的着火点，使柴油燃烧，这种点火方式称为压燃式。 三、柴油机 （二）工作原理： 利用柴油在气缸内燃烧所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功。 （三）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、做功和排气四个冲程组成的。每完成一个工作循环，曲轴转两周，活塞往复运动两次，对外做功一次。除做功冲程外的其他三个冲程，也都是靠曲轴的惯性来完成的。 三、柴油机 由于柴油机对空气的压缩程度比汽油机 ，因此在做功冲程中气体的压强也 汽油机，因而可以输出 的功率。 由于柴油机工作过程中气体的压强较大，要求各有关零件具有 的结构强度，因此早期的柴油机比较 ，主要应用在 ，有的地方还用它带动发电机发电。随着近年来柴油机技术的发展，其体积、噪声和污染等方面的问题都逐步得到了改善。 高 大于 更大 较高 笨重 载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上 三、柴油机 汽油机 柴油机 不 同 点 燃料 汽油 柴油 构造 汽缸顶部有一个火花塞 汽缸顶部有一个喷油嘴 点火方式 点燃式 压燃式 吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 吸入空气 压缩冲程 压缩程度较小 压缩程度较大 做功冲程 火花塞产生电火花，使燃料燃烧 喷出的雾状柴油遇到高温高压的热空气燃烧 特点 轻巧但输出功率小 笨重但输出功率大 应用 摩托车、小汽车等小型设备 载重汽车、火车等重型设备 （四）汽油机和柴油机的异同 三、柴油机 汽油机 柴油机 相同点 1.都是燃料在汽缸内燃烧。 2.都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。 3.压缩冲程都是机械能转化为内能，做功冲程都是内能转化为机械能。 三、柴油机 例题3：下列关于汽油机和柴油机的说法正确的是（　　） A．在做功冲程中，都是把内能转化为机械能 B．柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式 C．构造上，汽油机汽缸顶部有喷油嘴，柴油机汽缸顶部有火花塞 D．吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入汽缸的是空气 A 科学世界 现代汽车 汽车已经成为现代生活中不可缺少的一部分。 燃油汽车由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成。发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶（图14.2-6）。电气设备的作用主要是产生电火花以点燃气缸中的可燃气体、启动发动机时用电机带动飞轮旋转、提供照明等。 科学世界 燃油汽车一般采用三缸、四缸或六缸等多缸发动机（图14.2-3 所示为四缸发动机），每个气缸都进行四冲程循环，由于各个气缸交替做功，所以发动机运转比较平稳。 随着电子技术的发展，许多燃油汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑可以根据内燃机的工作状态和空气的温度等多种因素精确控制喷油的数量和时机，以提高燃烧效率，减少有害气体的排放，降低燃料的消耗，同时提高发动机的功率。电子技术的应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢能等的各种新能源汽车也在快速发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的影响会更小。 1 图14.2-7 展示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。在这一过程中，不同形式的能量是如何转化的？这一能量转化过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似？ 答：走马灯中能量转化过程为：蜡烛燃烧，化学能转化为内能，使空气受热上升，热空气的内能转化为扇叶和纸片小人的机械能，从而带动它们转动。这一能量转化过程与四冲程汽油机的做功冲程相似。在做功冲程中，燃料燃烧产生高温高压燃气，燃气的内能转化为活塞、曲轴等的机械能，推动活塞做功，带动曲轴转动。 2 除了飞机、汽车、摩托车，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的热机中哪些是内燃机？ 答：还有轮船、拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克、火箭、火车等都使用了热机。其中，拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克都使用了内燃机，有的轮船也使用了内燃机。火车可分为内燃机车和蒸汽机车，其中内燃机车使用的是内燃机。 3 在图14.2-8 中，图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、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞、曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。 4 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？ （2）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？ 答：（1）做功冲程；（2）做功冲程；（3）压缩冲程 解析：在做功冲程中，燃料在气缸内燃烧，将化学能转化为内能，燃气推动活塞运动，再将内能转化为机械能；在压缩冲程中，将机械能转化为内能。 5 某同学看到爸爸启动汽车时，转速表如图14.2-9 所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机一个气缸每分钟完成做功冲程的次数。 解：由题图可知此时发动机每分钟曲轴转动750转，对于四冲程汽油机，曲轴每转动1圈完成2个冲程，所以此时发动机每分钟完成的做功冲程数为=375个。 6 柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点？有什么不同点？ 解：详见PPT20、21页。 $$