资源简介

(共28张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：2.1 热机
所属章节：第 2 章 运动与能量
学习目标：理解热机的工作原理，掌握内燃机的四冲程工作过程，了解热机效率及应用
授课教师：[您的姓名]
幻灯片 2：导入 —— 从蒸汽时代到内燃机时代
生活联系：汽车、火车、飞机等交通工具能快速行驶，工厂里的机器能高速运转，这些都离不开一种将内能转化为机械能的装置 —— 热机。热机的发明和发展极大地推动了人类社会的工业化进程。
历史回顾：18 世纪瓦特改良蒸汽机，标志着第一次工业革命的开始；19 世纪内燃机的发明，为汽车、飞机等现代交通工具提供了动力，开启了交通运输的新纪元。
本节核心：探究热机的工作原理，重点学习内燃机的结构和工作过程，认识热机效率及能量转化特点。
幻灯片 3：知识点一 热机的定义与工作原理
热机的定义：热机是把内能转化为机械能的机器。在热机工作过程中，燃料燃烧释放的内能通过一定的装置转化为机械能，为人类提供动力。
工作原理：
燃料燃烧：燃料在热机的燃烧室内燃烧，将化学能转化为内能，使工作物质（如燃气）的温度升高、内能增加。
能量转化：高温高压的工作物质膨胀对外做功，将内能转化为机械能，推动机器运转。
能量转化示意图：
化学能（燃料）→内能（燃烧释放）→机械能（对外做功）
常见热机：蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机等。
幻灯片 4：知识点二 内燃机的分类与结构
内燃机的定义：内燃机是燃料在气缸内燃烧的热机，常见的内燃机有汽油机和柴油机。
汽油机与柴油机的区别：
对比项目
汽油机
柴油机
燃料
汽油
柴油
吸入气缸的物质
汽油和空气的混合物
空气
点火方式
点燃式（火花塞点火）
压燃式（压缩空气使温度升高点燃柴油）
效率
较低（20%~30%）
较高（30%~45%）
应用
小汽车、摩托车等轻型交通工具
卡车、拖拉机、轮船等重型机械
基本结构：主要由气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞（汽油机）或喷油嘴（柴油机）等部件组成。
幻灯片 5：知识点三 汽油机的四冲程工作过程
一个工作循环：汽油机工作时，活塞在气缸内往复运动，从气缸的一端运动到另一端叫做一个冲程。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，每个工作循环活塞往复两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
各冲程特点：
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。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，混合物被压缩，内能增加，温度升高（机械能转化为内能）。
做功冲程：在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使混合物猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，带动曲轴转动（内能转化为机械能），这是唯一对外做功的冲程。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出气缸。
冲程示意图：（可配四冲程动态示意图，标注各部件状态和能量转化）
幻灯片 6：知识点四 热机的效率
热机效率的定义：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，用符号 “η” 表示。
计算公式：\( \eta = \frac{W_{ ¨}}{Q_{ }} 100\% \)
其中：\( W_{ ¨} \) 是热机对外做的有用功，\( Q_{ } \) 是燃料完全燃烧放出的热量（\( Q_{ } = qm \)，q 为燃料的热值，m 为燃料质量）。
效率低的原因：
燃料不能完全燃烧，有能量损失。
废气带走大量热量。
热机部件间的摩擦消耗能量。
散热损失，高温部件向周围环境散热。
提高效率的方法：
使燃料充分燃烧（如改进燃烧装置）。
减少废气带走的热量（如安装废气涡轮增压装置）。
减小摩擦（如加润滑油）。
采用保温措施，减少散热损失。
幻灯片 7：实验探究 —— 观察内燃机模型工作过程
实验目的：通过观察内燃机模型的运转，理解四冲程的工作特点和能量转化。
实验器材：汽油机（或柴油机）模型、手摇柄、说明手册。
实验步骤：
观察模型的结构，识别气缸、活塞、进气门、排气门、火花塞等部件。
摇动手摇柄，使模型运转，观察活塞的往复运动和曲轴的转动。
重点观察四个冲程中进气门、排气门的开闭情况和活塞的运动方向。
记录各冲程的能量转化情况，分析哪个冲程对外做功。
实验现象与结论：模型运转时，活塞往复两次，曲轴转动两周完成一个工作循环，其中只有做功冲程对外做功，将内能转化为机械能，其他冲程靠飞轮惯性完成。
幻灯片 8：典型例题解析
例题 1：关于热机，下列说法正确的是（ ）
A. 热机是把机械能转化为内能的机器
B. 汽油机的做功冲程是将机械能转化为内能
C. 热机效率越高，消耗相同燃料对外做的有用功越多
D. 随着技术进步，热机效率能达到 100%
解析：热机是把内能转化为机械能的机器，A 错误；汽油机做功冲程是内能转化为机械能，B 错误；效率高说明有用功占比大，消耗相同燃料时有用功多，C 正确；热机效率不可能达到 100%（存在能量损失），D 错误。答案：C。
例题 2：某汽油机的效率为 30%，行驶过程中消耗 5kg 汽油，能对外做多少有用功？（汽油的热值\( q = 4.6 10^7J/kg \)）
解析：
燃料完全燃烧放出的热量\( Q_{ } = qm = 4.6 10^7J/kg 5kg = 2.3 10^8J \)，
有用功\( W_{ ¨} = \eta Q_{ } = 30\% 2.3 10^8J = 6.9 10^7J \)。
答案：能对外做\( 6.9 10^7J \)的有用功。
幻灯片 9：热机的应用与发展
生活应用：
交通运输：汽车、火车、飞机、轮船等均使用内燃机或喷气发动机作为动力。
工业生产：柴油机用于发电机、拖拉机、重型机械等，提供动力输出。
发电领域：汽轮机用于火力发电厂，将燃料内能转化为电能。
发展趋势：
提高效率：研发新型燃烧技术和节能装置，降低能量损失。
减少污染：推广清洁能源（如天然气、乙醇汽油），安装尾气净化装置，降低有害气体排放。
新能源替代：发展电动汽车、混合动力汽车，减少对化石燃料的依赖，降低碳排放。
幻灯片 10：本节总结与作业
知识梳理：
热机是将内能转化为机械能的机器，核心是燃料燃烧释放内能并对外做功。
内燃机分为汽油机和柴油机，工作过程包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，只有做功冲程对外做功。
热机效率是有用功与燃料完全燃烧放热的比值，效率低于 100%，可通过技术手段提高。
易错提醒：
区分汽油机和柴油机的点火方式（点燃式 vs 压燃式）和吸入物质的不同。
四冲程中能量转化：压缩冲程（机械能→内能），做功冲程（内能→机械能），其他冲程无能量转化。
热机效率不可能达到 100%，因为存在不可避免的能量损失。
课后作业：
简述汽油机四个冲程的工作过程及能量转化情况。
某柴油机的效率为 40%，若消耗 2kg 柴油，能获得多少有用功？（柴油的热值\( q = 4.3 10^7J/kg \)）
结合热机效率和环境保护，谈谈如何减少热机对环境的影响。
2024教科版物理九年级上册
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
2.1热机
第二章 改变世界的热机
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
演示实验
利用内能来做功
观察：热机的原理
如图所示，在试管内装些水，用带玻璃管的胶塞塞住，在玻璃管口处放一个用纸做成的小叶轮。加热试管使水沸腾，细心观察，会发生什么现象？
实验原理：燃料的化学能转化为内能，传给水，水沸腾变成水蒸气，水蒸气驱动叶轮转动。这样，内能转化成了叶轮的机械能。
热机的原理
1.热机:通过燃料燃烧获取内能并转化为机械能的装置。
2. 热机的能量转换：
一、利用内能来做功
燃料的化学能
内能
机械能
燃烧
做功
◆蒸汽机
蒸汽机是最早的热机。利用蒸汽做功，可追溯到古希腊时期。直到1769年，瓦特改进、完善了蒸汽机，才使蒸汽机成为带动其他机器运转的动力机器。
二、蒸汽机
蒸汽机是最早的热机
蒸汽机是怎样工作的
观察上图，说明蒸汽是如何进入汽缸，推动活塞运动，带动轮子转动的。
1. 轮机
2. 内燃机
3. 喷气发动机
4. 火箭发动机
三、其他种类热机
◆轮机
水蒸气可以驱动叶轮转动，那是最简单的轮机。
轮机广泛应用在现代大型火力发电厂，这是生产蒸汽轮机的车间
◆内燃机
在机车、汽车、农用机械中，广泛使用着汽油机和柴油机等属于内燃机。
汽油机动力汽车是我们生活中主要的交通工具
大部分农业机械是靠柴油机工作的
在航空航天中已经使用更加高效的喷气发动机和火箭发动机。
涡轮（喷气）发动机
例1．如图所示，有关这个“小蒸汽轮机”的说法不正确的是( )
A.烧瓶内的水通过热传递的方式增加了自身的内能
B.酒精燃烧将内能转化为化学能
C.水蒸气的内能转化为叶轮的机械能
D.内能的一个重要应用是可以用来做功
【答案】B
例2．关于热机的能量转化过程，下列说法正确的是（ ）。
A.将势能转化为动能
B.将机械能转化为化学能
C.将内能转化为机械能
D.主要目的是通过热传递改变物体的内能
【答案】C
例3．以下机械属于热机的是（ ）。
A.火箭发动机 B.柴油机
C.滑轮组 D.洗衣机
【答案】B
知识点1 利用内能做功
1. ［2025·岳阳月考］热机的出现改变了世界，最早的热机
是( )
B
A. 内燃机 B. 蒸汽机
C. 火箭发动机 D. 喷气发动机
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2. 如图所示是某科技小组制作的模拟热机中能量
转化的实验装置，将锥形瓶中的水加热使其沸腾后，水蒸气
从橡胶塞小孔冲出推动小风车转动，则热机中能量转化的基
本过程是：______能 内能 ______能。
化学
机械
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知识点2 汽油机的工作过程
3. ［2024·镇江］下列汽油机工作的四个冲程中，做功冲程
是( )
C
A. B. C. D.
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4. ［2025·无锡期中］汽油机的一个工作循环中，能
量转化方式与图示过程相同的是( )
B
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程
C. 做功冲程 D. 排气冲程
5. 下面关于汽油机与柴油机的说法，错误的是( )
A
A. 柴油机与汽油机在构造上完全相同
B. 柴油机采用压燃式点火，汽油机采用点燃式点火
C. 柴油机汽缸顶部有个喷油嘴，汽油机汽缸顶部有个火花塞
D. 汽油机与柴油机在吸气冲程中吸进去的物质不同
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6. ［2025·洛阳期中］一台单缸四冲程内燃机的飞轮转速为
,那么每秒钟( )
B
A. 完成60个冲程 B. 燃气对活塞做功30次
C. 曲轴转动240转 D. 完成120个工作循环
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7. ［2024·广元］1883年人类发明了汽油机。一台四冲程汽
油机的某个冲程中，火花塞点火，燃料猛烈燃烧，产生高温
高压的气体推动活塞对外做功，则该冲程( )
B
A. 是压缩冲程
B. 气体对外做功，内能转化为机械能
C. 活塞依靠飞轮的惯性而运动
D. 气体对外做功，气体的内能增加
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8. 光发动机可用于
卫星的能源补充，原理如图，
密闭化学反应室中 在光
照下会分解，使反应室气压增
B
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
大，推动活塞右移，无光条件下发生逆反应，控制光照即可
实现活塞往复运动。活塞左移过程相当于汽油机的( )
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（第9题）
9. 如图所示，将一个空易拉罐的底部钻一
个小孔，往易拉罐里喷少量酒精，然后将一个空的
纸杯迅速套上易拉罐的另一端，并将易拉罐固定，
用手拿着点燃的打火机靠近易拉罐底部的小孔，纸
杯就会“冲天”飞出去，下列说法正确的是 ( )
C
A. 酒精燃烧时，将化学能转化为机械能
B. 纸杯飞出去的过程的能量转化与内燃机的排气冲程相同
C. 纸杯飞出去时，易拉罐内气体的内能减小
D. 纸杯飞出去时，易拉罐对纸杯做了功
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（第10题）
10. 如图所示是演示点火爆炸的实
验装置，按动电火花发生器的按钮，点燃盒内
酒精，盒盖会飞出去。此过程中燃气的____能
内
做功
10
转化为盒盖的机械能，这与四冲程汽油机的______冲程的能
量转化相同。若该汽油机每秒完成40个冲程，则每秒它对外
做功____次。
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热机
利用内能做功
热机原理：
热机是通过燃料获取内能转化为机械能的装置
蒸汽机
种类
内燃机
蒸汽轮机
喷气发动机、火箭发动机
必做作业：从教材习题中选取；
选做作业：完成练习册本课时的习题.
谢谢观看！

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