14.2 热机（预习讲义）2025-2026学年人教版物理九年级全一册
2025-2026学年物理九年级全册人教版 第十四章 内能的利用
第2节 热机（预习讲义）
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学习目标
- 知识与技能：
(1) 知道热机的定义和工作原理，能说出热机中能量的转化。
(2) 知道内燃机是热机的一种，了解内燃机的基本构造和工作过程。
(3) 知道汽油机和柴油机的主要区别。
(4) 了解燃料的热值，知道热值是燃料的一种特性，能说出热值的单位及物理意义。
(5) 知道热机效率的定义，了解提高热机效率的途径和意义。
- 过程与方法：
(1) 通过阅读和观察，能简单描述内燃机的四个冲程。
(2) 能从能量转化的角度分析热机的工作过程。
- 情感态度与价值观：
(1) 了解热机在生产和生活中的应用，认识到科学技术对社会发展的作用。
(2) 初步认识热机效率，了解节约能源和环境保护的重要性。
知识梳理
- 热机：
(1) 定义： 利用内能做功的机械。
(2) 原理： 将燃料燃烧产生的高温高压燃气的内能转化为机械能。
(3) 种类： 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
- 内燃机：
(1) 定义： 燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
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(2) 最常见类型： 汽油机和柴油机。
(3) 基本构造（以汽油机为例）： 汽缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞等。
(4) 工作过程： 一个工作循环由吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程四个冲程组成，对外做功一次，曲轴飞轮转动两周。
- 吸气冲程： 吸入汽油和空气的混合物（汽油机）或空气（柴油机）。
- 压缩冲程： 机械能转化为内能，气体温度升高、压强增大。
- 做功冲程： 内能转化为机械能，是唯一对外做功的冲程。
- 排气冲程： 排出废气。
- 燃料的热值：
(1) 定义： 某种燃料完全燃烧放出的热量与其质量之比，叫做这种燃料的热值。
(2) 符号： q
(3) 单位： 焦耳每千克（J/kg），气体燃料有时用焦耳每立方米（J/m³）。
(4) 物理意义： 表示单位质量（或体积）的燃料完全燃烧时放出热量的多少。
(5) 公式： Q放 = mq （或 Q放 = Vq ，对于气体燃料）
- 其中 Q放 表示燃料完全燃烧放出的热量，m 表示燃料的质量，V 表示气体燃料的体积，q 表示燃料的热值。
- 热机的效率：
(1) 定义： 用来做有用功的那部分能量，与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫做热机的效率。
(2) 公式： η = (W有用 / Q放) × 100%
- 其中 η 表示热机效率，W有用 表示热机做的有用功，Q放 表示燃料完全燃烧放出的总能量。
(3) 提高效率的主要途径： 减少热机工作过程中的各种能量损失（如减少废气带走的能量、减少机械摩擦损失等）。
知识讲解
- 热机的基本原理： 热机是将内能转化为机械能的机器。燃料燃烧时，化学能转化为
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内能，这些内能传递给工作物质（通常是气体），工作物质受热膨胀对外做功，将一部分内能转化为机械能，驱动机器运转。例如，汽车发动机就是通过燃烧汽油，让燃气推动活塞运动，进而带动车轮转动。
- 内燃机的工作过程详解（以汽油机为例）： 内燃机的核心部件是汽缸和活塞。活塞在汽缸内做往复运动，通过连杆带动曲轴转动。一个完整的工作循环包括四个冲程：
(1) 吸气冲程：
- 进气门打开，排气门关闭。
- 活塞由汽缸顶部向下运动。
- 汽缸内体积增大，气压减小，外界的汽油和空气的混合物被吸入汽缸。
(2) 压缩冲程：
- 进气门和排气门都关闭。
- 活塞向上运动。
- 汽缸内的混合气体被压缩，体积变小，压强增大，温度升高（机械能转化为内能）。
- 这个冲程类似于给自行车打气时，气筒壁会发热。
(3) 做功冲程：
- 进气门和排气门都关闭。
- 在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，点燃汽缸内的混合气体。
- 混合气体剧烈燃烧（爆炸），产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动。
- 活塞通过连杆带动曲轴转动，对外做功（内能转化为机械能）。
- 这是内燃机中唯一对外输出动力的冲程。
(4) 排气冲程：
- 进气门关闭，排气门打开。
- 活塞向上运动。
- 汽缸内燃烧后的废气被活塞推挤，排出汽缸。
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