14.2 热机 ----2025-2026学年人教版物理九年级上学期

试管中装有少量水，用橡胶塞塞住管口，用酒精灯对水加热，水沸腾后会发生什么现象呢？我们可以看到橡胶塞冲了出去，同时试管口出现了大量白雾。这是因为水沸腾后产生大量的水蒸气，水蒸气对塞子有向外的压力，把塞子顶了出去。水蒸气的内能减小，温度降低，液化为小水珠。以我们看到瓶口产生大量的白雾，在实验中燃料燃烧时产生的热量传给水和水蒸气，水蒸气对塞子做功，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 汽油在汽缸里面燃烧时，生成高温高压的燃气，用来推动活塞做工。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做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、燃烧、膨胀、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。在吸气冲程中，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。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。在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，做工冲程开始了。电火花使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的气体，这气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动对外做工。最后排气冲程开始，进气门关闭排气门，打开活塞向上运动，把废气排出气缸。四个冲程循环往复，为汽车提供源源不断的动力。使用汽油机的汽车多数使用四个以上的气缸，从而加大汽车的功率，使汽车开起来更快、更稳。 null谁能想到，我国古代的走马灯竟然是现代涡轮机的鼻祖，只需要借助蜡烛燃烧所产生的上升气流，就能带动走马灯上方的涡扇，使走马灯移形换景，在灯会上C位出道。走马灯看似简单，可制作过程却不简单，首先是制作内部的页面，使用自制圆规将圆形进行16等份，再将每一等分的扇形对折，形成涡扇的样式，用以捕捉上升气流。走马灯的灯影效果则来自于装饰的剪纸。每只动物都具有吉祥的寓意，是古人对美好生活的向往。将它们粘贴到灯罩纸上，再将灯罩与涡扇叶轮连接，最古早的涡轮机就诞生了。走马灯的外框需选用质量较轻的，还要做适当的镂空处理，这样做成的走马灯才足够轻便。然后再将准备好的木条两端切开，制作出榫卯结构中的榫头，同时在底板上开出榫头，通过六根木条的连接，就得到六边形的走马灯外框。为了让走马灯能够长期不服，还需要刷上一层铜油。红色窗棂纸，既带来满满的喜庆与吉祥，又为走马灯注入了浓浓的中国风味。最后放入蜡烛，随着夜幕降临，置入的走马灯照在热气的带动下缓缓转动，折射出温暖的橘红色光芒，静谧而又美好。赏花灯、猜灯谜、放莲灯。古人怀揣美好的愿景，通过这样简单而又古朴的方式，越过时间长河，与我们共聚一片星空之下。 汽车 轮船 飞机 观察与思考 这就是热机 你知道吗？ 点击画面 热机是怎样把内能转化为我们所需要的呢？ 最快的汽车（1 678 km/h） 问题 18世纪第一辆汽车问世时，它的速度只有几千米每小时，而目前最快汽车的速度已经超过了声速（如图）。汽车是如何获得机械能的呢？ ？ 高铁 2 第十四章 内能的利用 第2节 热机 人教版 通辽五中----韩广胜 演示： 如图，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间后观察现象，讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。 观察不同形式能量之间的转化 探究与实验 观察气体膨胀做功 结论：内能 机械能 一、热机 膨胀做功 燃料燃烧 定义： 把____能转化为________能的机器叫热机。 化学能（燃料） 内能（水蒸气） 机械能（塞子） 内 机械 分析与解读 软木塞______;______有“白气”产生. 水蒸气 冲出 管口 _______对木塞做功,内能____,温度_____，_____成小水珠. 减小 液化 降低 现象: 分析: 结论： 在我们生产、生活中常见的热机有哪些呢？ 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式飞机等。 热机的种类 观察与思考 往复式蒸汽机 内燃机 蒸汽轮机 喷气式机 观察与思考 1.蒸汽机 蒸汽机的广泛应用，给这个社会带来巨大的财富，标志着第一次工业革命的开始。 水蒸气膨胀做功 内能 机械能 2.内燃机 观察与思考 内能 机械能 燃气膨胀做功 软木塞_______;______有“白气”产生. 冲出 管口 ______对木塞做功,内能_______,温度______， 燃气 减小 降低 燃气膨胀做功 燃料燃烧 化学能（燃料） 内能（燃气） 机械能（塞子） 观察与思考 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生（高温高压燃气）动力的热机叫做内燃机 内燃机的剖面图 内燃机分为两类 汽油机：以汽油为燃料 柴油机：以柴油为燃料 观察与思考 一.汽油机的构造及原理 一个工作循环 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 压缩冲程：机械能转化为内能 做功冲程：内能转化为机械能 汽油机工作时，活塞在汽缸内做一次单向运动，叫作一个冲程。 吸入气体: 。 吸气冲程 活塞运动方向： 。 阀门：进气阀 ；排气阀 。 当活塞运动到汽缸的最下端，_____ 关闭， 曲轴转动 圈。 汽油和空气的燃料混合物 打开 关闭 向下 进气门 半 分析与解读 内 压缩冲程 阀门：进气阀 ；排气阀 。 活塞运动方向： 。 能量转化： 活塞对燃料混合物做功，燃料内能增大，温度升高。 曲轴转动 圈。 机械 半 关闭 关闭 向上 燃料混合物：压强 ， 温度 。 增大 升高 能 能, 分析与解读 在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花（点燃式），使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞做功，向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。 做功冲程 能量转化： 能 能 曲轴转动 圈。 活塞运动方向： 。 向下 内 半 机械 分析与解读 阀门：进气阀 ；排气阀 。 关闭 关闭 曲轴转动 圈。 阀门：进气阀 ；排气阀 。 活塞运动方向： 。 排气冲程 关闭 打开 向上 半 分析与解读 排除废气 汽油机的工作过程 1、压缩冲程混合气体内能增大的原因是什么？ 2、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？ 3、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？ 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。 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，∴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。 归纳与小结 想想议议 1. 在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？ 压缩冲程： 机械能 内能 做功冲程： 机械能 内能 2. 哪个冲程获得动力？ 做功冲程。（其它三个冲程又叫做辅助冲程。） 3.一个工作循环由四个冲程组成，每个工作循环活塞往复运动____次，曲轴和飞轮转动_____周，对外做___次功。辅助冲程是靠飞轮的____ 完成的。 2 2 1 惯性 二.柴油机的构造及原理 观察与思考 汽缸 排气门 进气门 喷油嘴 活塞 连杆 曲轴 柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。吸入是空气，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（柴油燃点低）。 空气 阀门： 打开， 关闭。活塞由 端向 端运动， 将 吸进气缸。 进气门 排气门 上 下 空气 分析与解读 吸气冲程 曲轴转动 圈。 半 阀门： 和 都关闭，活塞向 运动，活塞把 压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度 柴油的着火点，柴油被点燃，此过程中 能转化为 ___能. 进气门 排气门 上 空气 已超过 机械能 内 压缩冲程 分析与解读 19 在压缩冲程末，从 喷出的雾状 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(做功)下运动，并通过连杆带动曲轴转动，传递给外界惯性轮。 此过程中， 能转化为 能。 喷油嘴 柴油 内 机械能 做功冲程 分析与解读 做功后的废气 进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。 排气冲程 分析与解读 当燃油还没有燃烧做功的时候，活塞是怎样动起来的？ 答：通常是先接通了启动机(电动机)，用启动机带动活塞动起来。也可用手柄，人工摇动手柄带动活塞起动。 分析与解读 电动机 飞轮 柴油机的工作过程 内燃机心脏 种类 汽油机 柴油机 相同点 不 同 点 构 造 燃 料 吸入气体 点火方式 汽油机和柴油机比较 空气 点燃式 压燃式 都是内燃机，一个工作循环都经历四个冲程 火花塞 喷油嘴 汽油 柴油 汽油和空气 有什么相同点和不同点？ 　　柴油机比较笨重，噪音大，机件需要较大的强度。 　　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。 　　柴油发动机与汽油发动机相比热效率高（为什么？），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广使用具有重大意义。 汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面 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、轮船上面。 汽油机和柴油机的优缺点与应用 柴油机分别在火车,坦克,轮船和挖土机上的运用. 坦克：柴油机 内燃机车：柴油机 轮船：蒸汽轮机 汽车：汽油机 2.某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功 次,有 个冲程, 飞轮转 周. 1.单缸四冲程内燃机完成40个冲程,关于做功和飞轮转动的情况,下列说法正确的是( ) A.做功10次,飞轮转40周 B.做功40次,飞轮转20周 C.做功10次,飞轮转20周 D.做功20次,飞轮转10周 C 40 20 课堂练习 10 3.如图所示是四冲程汽油机工作时四个冲程的示意图，属于压缩冲程的是（　　） 课堂练习 D A D B C 课堂小结 汽油机 在气缸内燃烧 柴油机 内燃机 四冲程、吸入的是汽油和空气 以柴油为燃料 热机 蒸汽轮机 往复式蒸汽机 蒸汽机 以汽油为燃料 四冲程、吸入的是新鲜空气 火车 轮船等 1.如图，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。 练习与应用 内能→机械能 与做功冲程相似 练习与应用 2.除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道那些地方用到热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？ 答：生活中的拖拉机、火箭、轮船、推土机等都是利用内能做功的机械，都是内燃机。 火箭发动机 乙图为压缩冲程两个气门都关闭，活塞↑ 丙图为做功冲程两个气门都关闭，活塞↓ 丁图为排气冲程进气门关闭，排气门打开活塞↑ 3.如图，甲图为吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞↓ 练习与应用 练习与应用 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）哪个冲程具有明显机械能转化为内能的过程？ 做功 做功 压缩 5.某同学看到爸爸启动汽车时转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟转动的次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，请根据图中的信息，计算此时发动机的一个气缸每分钟完成做功冲程的次数。 练习与应用 0.75×1000r/min=750r/min 750/2=375个工作循环 ∴该发动机1min做375次功 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？ 练习与应用 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 气缸构造 气缸较短，上边有火花塞 气缸较长，上边有喷油嘴 吸入物质 汽油和空气 空气 压缩比 4----6 15-----18 点燃方式 点燃式 压燃式 效率 20％---30％ 30%---45％ 优缺点 振动小，转速高。适用于轿车和轻型车辆 功率大，经济性能好。适用于大卡车和大型客车 相同点 将内能转化机械能，燃烧化石燃料 将内能转化机械能，燃烧化石燃料 汽油机和柴油机异同点： 科学世界 现代摩托车 多个气缸交替做功, 发动机转动比较平稳 科学世界 涡轮增压 Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 Lavf58.28.100 $$的构造和汽油机相似。但是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。柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。由于柴油机工作的过程中压强较大，要求各有关零件具有较高的结构强度，因此柴油机比较笨重，主要应用在载重汽车、拖拉机、坦克、火车、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。 柴油机主要是由进气门、排气门、活塞、气缸、连杆、曲轴以及最上端的喷油嘴来构成。我们接下来通过视频来感受一下柴油机的工作原理。都是汽油机，那柴油机有什么不同呢？柴油机和汽油机都有相同的四个冲程名称，但他们的关键区别在于第三步的做工冲程。汽油机在吸入油气混合器并压缩后，依靠火花塞点火来启动燃烧。而柴油机则是在压缩空气后向缸内喷射雾化的柴油，由于柴油燃点低，所以依靠压力带来的高温就可以点燃做工。 这是一个蒸汽机的模型。点燃燃料。将锅炉内的水加热至沸腾。沸腾后的水会产生大量的热蒸汽，热蒸汽通过管道被输送到气缸中推动活塞运动，通过连杆曲柄机构带动飞轮转动。在这个过程中，利用热蒸汽的内能推动活塞做功，使机械获得了机械能。 汽车作为我们生活中不可缺少的交通工具，它的动力机械是内燃机。内燃机分为汽油机和柴油机，分别用汽油和柴油作为燃料。这是一个汽油机模型，中间部分是气缸，气缸上部有进气门和排气门，顶部有火花塞，下部有活塞，活塞用连杆与曲轴相连。要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。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做一个冲程。多数汽油机是压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。一、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被吸入气缸。2、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。3、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工。4、排气冲程，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。一个工作循环完成后，曲轴带动活塞向上运动，开始一个新的工作循环。 火能驱散寒冷和黑暗，带来温暖和光明。钻木取火，人类第一次学会使用自然的力量，而古老的热机蒸汽机的发明则给人类带来了巨大的动力。现代的热机广泛使用在汽车、火车、轮船、飞机、火箭上，热机到底是怎样将内能转化成我们需要的能量的呢？