12.4 热机与社会发展 课件 2026-2027学年沪粤版物理九年级上册

该初中物理课件围绕热机展开，涵盖定义、种类、能量转化，汽油机和柴油机的构造、工作过程及异同点，热机效率与环境影响。课堂从汽车机械能来源设问导入，通过热机定义、内燃机分类搭建支架，逐步深入四冲程原理及能量转化，形成现象到本质的认知脉络。 其亮点是以物理观念为核心，用对比表格解析汽油机与柴油机异同，分步呈现四冲程能量转化，结合“国家科技进展”练习和效率计算培养科学思维，热机与环境部分渗透节能减排意识体现科学态度与责任。学生能系统构建知识，教师可高效组织教学。

第十二章 内能与热机 12.4 热机与社会发展 沪粤版九年级上册 很多人在谈论汽车时，不在乎汽车的外形有多酷，汽车的价格有多少，而看重的是这辆车跑得有多快。你知道汽车是如何获得机械能的吗？ 新课引入 新课讲授 知识点 一 热机 定义 种类 我们把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置称为热机。 蒸汽机、汽油机、柴油机、燃气轮机、喷气发动机和火箭发动机等。 燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机叫内燃机。内燃机根据所用燃料的不同分为汽油机和柴油机等。 热机是人类历史上最伟大的发明之一。 热机 蒸汽机车 火箭发动机 内燃机车 火电站的汽轮机 喷气发动机 能量转化 燃料的化学能 内能 机械能 燃烧 做功 知识点 二 汽油机 概述 汽油机是用汽油作燃料，使汽油在机器内部燃烧，从而将内能转化为机械能的一种热机。它常用在汽车、飞机、摩托车和小型农业机械上。 单缸汽油机的主要部件 认识汽油机 部件名称 作用 气缸 汽油在气缸的顶部燃烧从而产生高温、高压燃气 活塞 在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能 连杆和 曲轴 连杆跟活塞相连，曲轴通过传动装置（图中未画出）跟工作机相连，将活塞的动力传给工作机 进气门 汽油和空气形成的燃料混合气的进口 排气门 燃料燃烧后废气的出口 火花塞 点火装置，能产生电火花使燃料混合物猛烈燃烧 工作过程 单缸汽油机 四缸汽油机 冲程：汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端叫一个冲程（也叫“行程”）。 工作过程 吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，将汽油和空气的混合气吸入气缸。 压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞由下向上运动，压缩混合气，使混合气的温度升高。机械能转化为内能。 做功冲程：在压缩冲程末，火花塞产生火花，混合气猛烈燃烧，形成高温、高压气体推动活塞向下，对外做功。内能转化为机械能。 排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将废气排出。 在四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。 工作过程 在四个冲程中，只有做功冲程是将内能转化为机械能，其他三个冲程均为辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成动作。 （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 观察与思考 知识点 三 柴油机 排气门 进气门 喷油嘴 气缸 活塞 连杆 曲轴 构造 柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 工作过程 常考点：汽油机和柴油机的异同点比较 比较 汽油机 柴油机 燃料 汽油 柴油 一个工作循环 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气 压缩程度较小 （机械能转化成内能） 压缩程度较大 （机械能转化成内能） 点燃式 （内能转化成机械能） 压燃式 （内能转化成机械能） 排出废气 排出废气 轻巧、效率较低 笨重、效率较高 小汽车、飞机等 载重汽车、火车等 主要特点 适用范围 热机工作时，用来做有用功的能量与燃料完全燃烧放出的能量之比，叫热机的效率。蒸汽机的效率很低，只有6%~15%。内燃机的效率较高，如汽油机的效率为20%~30%，柴油机的效率可达45%。 部分燃料未完全燃烧 克服摩擦消耗能量 转化为对外做有用功的能量 废气排出带走能量 机械传热损失能量 知识点 四 热机的效率 知识点 五 热机与环境 热机排出的废气不仅温度高于环境温度，而且还含有一氧化碳、二氧化氮、二氧化碳、微粒等各种对人体有害的物质，对环境造成污染，影响人们的身体健康和动植物的生存。 危害 知识点 五 热机与环境 措施 随着科学技术的发展，越来越多的新技术、新材料、新工艺不断涌现，如电控燃油喷射、共轨、涡轮增压等技术的应用，混合动力汽车、电动汽车、太阳能汽车等新型汽车的研发等，都有利于节能减排和环境保护，从而更好地促进生产及提高人们的生活质量。 课堂小结 热机 热机 原理：将燃料的化学能转化为内能再转化为机械能 种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等 内燃机分为汽油机和柴油机 汽油机 四个冲程：吸气、压缩、做功、排气 能量变化：压缩冲程由机械能转化为内能，做功冲程由内能转化为机械能 柴油机 没有火花塞，而有一个喷油嘴 点火方式为压燃式 1.(立德树人·国家科技进展)下列我国的机械设备的动力装置不是利用热机的是(　　) A．长征系列运载火箭的发动机 B．歼－20战机的喷气式发动机 C．高铁车头采用的电力机车 D．055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机 C 1星题 基础过关 课堂练习 2．装置甲中的酒精灯给试管内的水加热，试管口喷出的蒸汽推动纸风车转动；装置乙中的燃料燃烧产生的气体高速从尾部喷出，对装置产生强大的反冲推力使它前进。从能量转化角度，它们的共同点是先将燃料的________能转化为________能，然后再通过__________的方式将其转化为________能。 内 做功 机械 化学 3.如图所示的为四冲程汽油机工作时的示意图，一个工作循环的正确顺序为 __________________________。 (补充设问) (1)属于机械能转化为内能的是图________；依靠曲轴上的飞轮惯性完成的是图__________。 (2)提供动力的冲程是图__________，该冲程中气缸中工作物质的内能__________，气体温度__________(填“升高”或“降低”)。 (3)在一个工作循环中，曲轴转________圈，活塞往返________次，对外做功________次。 甲、丁、乙、丙 丁 甲、丙、丁 乙 减小 降低 2 2 1 【思维通法】判断汽油机冲程 4．如图甲所示，用力向下压的时候，我们观察到空气压缩引火仪中的硝化棉燃烧起来了，这是通过______方式使瓶内气体内能增加，其能量转化与汽油机四冲程中的______冲程相同；与图乙演示原理相同的是汽油机四冲程中的________冲程。 做功 压缩 做功 5．如图所示的是内燃机某一冲程的示意图，其中喷油嘴正在喷油，由图可知，这种内燃机是_________(填“汽油机”或 “柴油机”)；它在吸气冲程吸入的物质是_______ (填“空气”“汽油”“柴油”或“空气和燃料的混合物”)。 柴油机 空气 6.[合肥阶段练关于热机的效率，下列说法正确的是(　　) A．热机的效率越高说明做功越快 B．热机消耗的燃料越多，效率就越低 C．热机的效率越高，在做功同样多的情况下消耗的能量越少 D．使用热值大的燃料可以提高热机的效率 C 7．[芜湖期末]汽油因热值高常作为内燃机的燃料，已知汽油的热值为4.6×107 J/kg，完全燃烧50 g汽油释放的热量是 ________J，若某汽车因此获得的机械能是6.9×105 J，则该汽车发动机的效率是________。 2.3×106 30% 思维生长 8．【思维种子—分析内燃机的工作过程】某型号雾炮车的发动机是单缸四冲程柴油机，柴油机四个冲程中的______冲程给车提供了动力，若该柴油机的转速为1 800 r/min，则它每秒钟完成______个做功冲程，完成______个工作循环。 做功 15 15 【思维生长1—分析内燃机工作中的能量转换】[池州模拟改编]如图所示的为航母上简化的蒸汽弹射装置，能带动舰载机在两秒钟内达到300 km/h的起飞速度，蒸汽推动活塞时将内能转化为________能，这与内燃机________冲程的能量转化相似。 机械 做功 【思维生长2—理解内燃机的效率】一辆汽车在一段平直公路上匀速行驶，能量流向图如图所示，则该汽车的发动机的效率为______；若燃油的密度ρ＝0.8×103 kg/m3，热值为q＝4×107 J/kg，则消耗燃油1×10－3 m3(假设燃油完全燃烧)，汽车输出的有用功为________J。 30% 9.6×106 【思维生长3—提高内燃机效率的方法】有的小汽车采用涡轮增压发动机，它和普通发动机相比，能利用废气的能量压缩空气，增加气缸的进气量，这样燃料燃烧________，发动机效率更______(填“高”或“低”)。 更充分 高 【思维生长4—计算内燃机的效率】[合肥期末]改编我国自主品牌汽车越来越受到消费者的青睐。某国产品牌汽车在平直公路上以25 m/s的速度匀速行驶200 s，消耗了汽油1 kg，若汽车发动机的输出功率为92 kW，汽油的热值为4.6×107 J/kg。求： (1)汽车牵引力所做的功。 解：(1)汽车牵引力所做的功W＝Pt＝92×103 W×200 s＝1.84×107 J。 (2)发动机的效率。 9.【新考向】 如图甲所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积S＝30 cm2，气缸容积V＝150 mL。在测试满负荷工作时，做功冲程中，燃气的平均压强为9.0×105 Pa，曲轴1 min转动1 800周，消耗汽油10 g。(汽油的热值为4.6×107 J/kg) (1)做功冲程燃气的平均压力为________N；曲轴 1 min转动1 800周，做功________次；燃气对活塞 做的总功为____________J；该汽油机的效率约为________。 2 700 900 1.215×105 26.4% (2)如图乙所示，四缸发动机是把四个单缸汽油机气缸的活塞连在一根曲轴上，并使各气缸的做功冲程错开，在曲轴转动的每半周里，都有一个气缸在做功，其他三个气缸分别在做吸气、压缩和排气冲程，3号气缸在压缩冲程中，则2号气缸处于________冲程。 排气 1 kg汽油完全燃烧后释放的能量 Q放＝mq＝1 kg×4.6×107 J/kg＝4.6×107 J， 则发动机的效率η＝×100%＝×100%＝40%。 $