资源简介

(共46张PPT)
幻灯片 1：封面
课程标题：10.4 热机
学科与年级：北师大版 九年级物理
教师姓名：[教师姓名]
幻灯片 2：学习目标
了解热机的定义和工作原理，知道热机是将内能转化为机械能的装置。
认识常见热机的分类（如蒸汽机、内燃机、汽轮机等），重点掌握内燃机（汽油机、柴油机）的工作过程。
理解四冲程内燃机（吸气、压缩、做功、排气冲程）的工作原理，能区分做功冲程和其他辅助冲程，明确各冲程中能量的转化。
知道热机效率的定义和影响因素，了解提高热机效率的方法，树立节约能源和环境保护的意识。
幻灯片 3：课程引入
情境展示：
图片 1：行驶的汽车、飞驰的高铁、翱翔的飞机、运转的轮船。
视频片段：工厂里轰鸣的柴油机带动机器运转，拖拉机在田间作业。
生活疑问：汽车、高铁、飞机等交通工具能运动，工厂的机器能运转，它们的动力来自哪里？这些动力装置是如何工作的？
提问引导：这些设备的动力都来自 “热机”，热机通过燃烧燃料获得能量，再将能量转化为我们需要的机械能。那么，热机具体是如何将内能转化为机械能的？不同热机有什么区别？今天我们就一起探究 “热机” 的奥秘。
幻灯片 4：热机的定义与工作原理
定义讲解：热机是利用燃料燃烧时释放的内能来做功，将内能转化为机械能的机器。
工作原理拆解：
燃料燃烧：燃料（如汽油、柴油、煤炭等）在热机内部燃烧，化学能转化为内能，使热机内部的工作物质（如气体）温度升高、压强增大。
内能做功：高温高压的工作物质推动热机的活塞或叶轮运动，将内能转化为机械能，为设备提供动力。
能量转化链条：燃料的化学能 → 燃烧释放的内能 → 工作物质的内能 → 机械能（对外做功）。
生活实例：汽车发动机燃烧汽油，将内能转化为车轮转动的机械能；蒸汽机燃烧煤炭，将内能转化为火车车轮转动的机械能。
幻灯片 5：热机的分类
分类依据：根据工作物质的不同、结构特点及应用场景，热机主要分为以下几类：
蒸汽机：
特点：以水蒸气为工作物质，通过燃烧燃料加热水产生水蒸气，水蒸气推动活塞做功。
应用：早期的火车、轮船、工厂动力机，目前已逐渐被更高效的热机取代。
内燃机：
特点：燃料在气缸内直接燃烧，产生高温高压燃气，燃气推动活塞做功，效率比蒸汽机高。
分类：根据使用燃料的不同，分为汽油机（使用汽油）和柴油机（使用柴油）。
应用：汽车、摩托车、拖拉机、小型发电机等。
汽轮机：
特点：以水蒸气或燃气为工作物质，高速冲击叶轮转动，带动转轴做功，结构简单、功率大。
应用：火力发电厂、大型轮船、飞机发动机（燃气轮机）。
喷气发动机：
特点：燃料燃烧产生的高温高压燃气直接向后喷射，根据反冲原理获得向前的动力，速度快。
应用：战斗机、火箭、喷气式客机。
重点提示：本节课以应用最广泛的 “内燃机” 为重点，深入学习其工作过程。
幻灯片 6：内燃机的结构（以汽油机为例）
结构示意图：展示汽油机的剖面结构图，标注关键部件：
气缸：燃料燃烧和燃气做功的场所，内壁光滑，保证活塞顺畅运动。
活塞：在气缸内做往复运动，将燃气的内能转化为机械能。
曲轴：连接活塞和飞轮，将活塞的往复运动转化为飞轮的圆周运动。
飞轮：质量较大，利用惯性储存能量，保证内燃机连续平稳运转（弥补辅助冲程的动力不足）。
进气门和排气门：控制进气和排气，进气门打开时吸入燃料和空气的混合物，排气门打开时排出废气。
火花塞：在压缩冲程末产生电火花，点燃气缸内的燃料混合物（柴油机无火花塞，靠压缩点火）。
功能说明：各部件协同工作，确保燃料燃烧、能量转化和废气排出的有序进行。
幻灯片 7：四冲程汽油机的工作过程（1）—— 吸气冲程和压缩冲程
1. 吸气冲程：
气门状态：进气门打开，排气门关闭。
活塞运动：活塞向下运动，气缸内体积增大，气压减小。
工作过程：外界的汽油和空气的混合物（比例约为 1:15）通过进气门被吸入气缸。
能量变化：无能量转化，主要是吸入燃料混合物，依赖飞轮惯性带动。
2. 压缩冲程：
气门状态：进气门和排气门都关闭。
活塞运动：活塞向上运动，气缸内体积减小，混合物被压缩。
工作过程：混合物被压缩到原来体积的 1/8-1/12，温度升高（可达 300℃以上），压强增大。
能量变化：机械能转化为内能（活塞对混合物做功，使混合物内能增加）。
动态展示：通过动画或分步示意图，直观呈现两个冲程中活塞运动、气门状态和气缸内混合物的变化。
幻灯片 8：四冲程汽油机的工作过程（2）—— 做功冲程和排气冲程
3. 做功冲程：
气门状态：进气门和排气门都关闭。
活塞运动：压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃混合物，产生高温高压燃气（温度约 2000℃，压强约 30-50atm），推动活塞向下运动。
工作过程：活塞向下运动带动曲轴转动，曲轴带动飞轮转动，对外做功。
能量变化：内能转化为机械能（燃气的内能转化为活塞和飞轮的机械能），是内燃机唯一对外做功的冲程。
4. 排气冲程：
气门状态：排气门打开，进气门关闭。
活塞运动：活塞向上运动，气缸内体积减小，将燃烧后的废气（如二氧化碳、水蒸气、一氧化碳等）通过排气门排出气缸。
工作过程：废气排出后，排气门关闭，进气门准备打开，进入下一个工作循环。
能量变化：无能量转化，依赖飞轮惯性带动，主要是排出废气。
循环说明：四个冲程为一个工作循环，飞轮转动 2 周，活塞往复 2 次，对外做功 1 次。多数汽油机转速为 3000r/min，即每分钟完成 1500 个工作循环，对外做功 1500 次。
幻灯片 9：汽油机与柴油机的区别
对比表格：
| 对比项目 | 汽油机 | 柴油机 |
|----|----|----|
| 使用燃料 | 汽油 | 柴油 |
| 燃料状态 | 液态，易挥发 | 液态，不易挥发 |
| 进气方式 | 吸气冲程吸入汽油和空气的混合物 | 吸气冲程只吸入空气 |
| 点火方式 | 火花塞点火（点燃式）| 压缩冲程末，空气被压缩到高温，使柴油自燃（压燃式），无火花塞 |
| 压缩比 | 较低（1:8-1:12）| 较高（1:16-1:22），压缩后空气温度更高 |
| 效率 | 较低（20%-30%）| 较高（30%-45%）|
| 功率 | 功率较小，运转平稳，噪音小 | 功率较大，运转较粗暴，噪音大 |
| 应用场景 | 汽车、摩托车、小型发电机 | 拖拉机、卡车、大型轮船、柴油机发电机 |
核心差异：点火方式和压缩比不同，导致柴油机效率更高，更适合需要大功率的重型设备。
幻灯片 10：热机的效率
定义讲解：热机工作时，用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧所释放的能量之比，叫做热机的效率，用符号 “η” 表示（η 为百分比）。
公式表达：η = （W 有 / Q 放）× 100%
其中，W 有为热机对外做的有用功（单位 J），Q 放为燃料完全燃烧释放的总能量（Q 放 = mq，m 为燃料质量，q 为燃料的热值，单位 J/kg）。
效率分析：热机效率总小于 100%，因为存在能量损失：
废气带走能量：燃烧后的废气温度很高，带走大量内能（约占总能量的 30%-50%）。
散热损失：热机机体散热，向周围环境散失内能。
机械摩擦损失：活塞与气缸、曲轴与轴承等部件之间的摩擦消耗能量。
燃料不完全燃烧：燃料未完全燃烧，部分化学能未转化为内能。
常见热机效率：汽油机效率 20%-30%，柴油机效率 30%-45%，蒸汽机效率 10%-15%，燃气轮机效率 40%-50%。
幻灯片 11：提高热机效率的方法
具体措施：
减少废气带走的能量：改进热机结构，如采用涡轮增压技术，利用废气的能量推动涡轮，提高进气效率；或对废气进行余热回收，用于加热水或空气。
减小机械摩擦：使用优质润滑油，减少部件间的摩擦；优化部件结构，提高加工精度，降低摩擦损耗。
保证燃料完全燃烧：调节燃料与空气的混合比例（如汽油机的空燃比），确保燃料充分燃烧，减少未燃烧的燃料损失。
降低散热损失：采用隔热性能好的材料制作热机机体，减少热量向外界散失。
实际意义：提高热机效率，能节约燃料，减少能源消耗，同时降低废气排放，减少对环境的污染（如减少一氧化碳、氮氧化物等有害气体排放）。
幻灯片 12：热机与环境
环境影响：热机在工作过程中，会对环境产生一定的负面影响：
空气污染：燃料燃烧产生的废气中含有一氧化碳（有毒）、氮氧化物（形成酸雨、光化学烟雾）、二氧化硫（形成酸雨）、烟尘等，污染空气，危害人体健康。
温室效应：燃烧化石燃料（汽油、柴油、煤炭等）会释放大量二氧化碳，导致全球气候变暖，引发冰川融化、海平面上升等问题。
噪音污染：热机运转时（如柴油机、喷气发动机）会产生较大噪音，影响周围居民生活。
应对措施：
开发清洁能源：推广使用电动汽车（电能）、混合动力汽车、氢能源汽车，减少化石燃料依赖。
尾气处理：在汽车排气管上安装催化转化器，将一氧化碳、氮氧化物转化为无害的二氧化碳、氮气和水；安装尾气过滤装置，减少烟尘排放。
法规约束：制定严格的汽车尾气排放标准和噪音排放标准，限制高污染、高噪音热机的使用。
幻灯片 13：课堂小结
知识框架回顾：
热机定义与原理：将内能转化为机械能的机器，通过燃料燃烧释放内能，再转化为机械能。
热机分类：蒸汽机、内燃机（重点）、汽轮机、喷气发动机，内燃机分为汽油机和柴油机。
四冲程内燃机：吸气（吸混合物 / 空气）、压缩（机械能→内能）、做功（内能→机械能，唯一做功冲程）、排气（排废气），一个循环飞轮转 2 周，对外做功 1 次。
热机效率：η=（W 有 / Q 放）×100%，效率小于 100%，可通过减少废气、摩擦、散热损失提高效率。
热机与环境：产生空气污染、温室效应、噪音污染，需通过清洁能源和尾气处理改善。
重点强调：四冲程内燃机的工作过程及能量转化，热机效率的计算与提高方法。
幻灯片 14：课堂练习 1
热机的工作原理是将_____能转化为_____能，下列设备中不属于热机的是（ ）
A. 汽车发动机 B. 电动机 C. 柴油机 D. 蒸汽机
四冲程汽油机的工作循环中，对外做功的冲程是（ ）
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
四冲程柴油机与汽油机的主要区别是（ ）
A. 柴油机有火花塞，汽油机无火花塞
B. 柴油机吸入的是空气，汽油机吸入的是汽油和空气的混合物
C. 柴油机效率低，汽油机效率高
D. 柴油机功率小，汽油机功率大
幻灯片 15：课堂练习 2
一台汽油机，燃料完全燃烧释放的总能量为 1×10 J，其中用来做有用功的能量为 3×10 J，则该汽油机的效率为_____。
四冲程汽油机一个工作循环中，飞轮转动_____周，活塞往复_____次，对外做功_____次；在压缩冲程中，_____能转化为_____能。
下列措施中，不能提高热机效率的是（ ）
A. 减少废气带走的能量 B. 增大热机的功率
C. 减小机械摩擦 D. 保证燃料完全燃烧
幻灯片 16：课堂练习答案
内；机械；B（解析：电动机将电能转化为机械能，不属于热机）
C（解析：做功冲程是唯一对外做功的冲程）
B（解析：A 选项，柴油机无火花塞；C 选项，柴油机效率更高；D 选项，柴油机功率更大）
30%（计算：η=（3×10 J / 1×10 J）×100% = 30%）
2；2；1；机械；内
B（解析：热机效率与功率无关，功率是单位时间内做的功，效率是有用功与总能量的比值）
幻灯片 17：拓展思考
汽车启动时，为什么要先让发动机怠速运转一段时间再行驶？（提示：从机械摩擦和温度角度分析，冷机时部件间润滑不足，温度低，怠速运转可使润滑油充分流动，机体温度升高，减少磨损）
为什么柴油机比汽油机更适合用于卡车、拖拉机等重型设备？（提示：从效率、功率、燃料成本角度分析，柴油机效率高，功率大，柴油价格相对低廉）
电动汽车没有内燃机，为什么还能行驶？它的能量转化过程与热机有什么不同？（提示：电动汽车将电能转化为机械能，能量转化环节更少，无废气排放，更环保）
幻灯片 18：结束语
总结与延伸：本节课我们学习了热机的工作原理、分类和效率，重点掌握了四冲程内燃机的工作过程。热机是现代工业和交通的核心动力装置，但其效率和环境问题仍需不断改进。下一节课我们将对 “机械能和内能” 这一单元进行总结复习，希望大家课后结合生活中的热机实例，进一步理解能量转化的规律，树立节能和环保意识！
北师大版2024版物理九年级全册【精做课件】
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10.4热机
第十章 机械能、内能及其转化
a
i
T
u
j
m
i
a
N
g
　 赛车场上，一辆辆赛车发出阵阵轰鸣，闪电般地飞驰，你知道它们的动力来自哪里吗？它们工作过程中能量是如何转化的吗？
汽车奔驰
列车飞驶
飞机凌空飞去
舰船劈波斩浪
图片中的各种机械，动力都来自于热机。
其中，内燃机是应用最广泛，也是常见的一种热机。
内燃机是怎样工作的，内燃机有哪些特点呢？
观察思考
观察：
如图所示，在透明塑料盒上钻一个小孔，把电子式火花发生器的放电针插进孔中，打开盒盖，在盒中滴入几滴酒精，再将盒盖盖好，然后按下火花发生器的按钮，观察发生的现象。
观察思考
实验现象：盒内酒精剧烈燃烧，盒盖被酒精燃烧产生的燃气推出。
酒精燃烧后产生高温高压的燃气对盒盖做功吗？
分析论证：燃气的内能减少，转化为盒盖的机械能。
观察思考
1.定义：燃料在汽缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功的热机叫做活塞式内燃机。
2.种类：常见的活塞式内燃机有两种，以汽油为燃料的汽油机和以柴油为燃料的柴油机。
一、内燃机
汽油机
柴油机
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
1.构造：重点是“火花塞”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
二、汽油机
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
进气门
排气门
火花塞
活塞
连杆
曲轴
气缸
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
1、吸气冲程
进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
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，压强增大，温度升高。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
3、做功冲程
在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
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。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
汽油机比较轻巧，噪音较低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器）上面。
工作原理
结构
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
连续工作
1.构造：重点是“火花塞”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
二、汽油机
吸气
压缩
做功
排气
一个循环
4个冲程
活塞往复2次
飞轮和曲轴转动2周
对外做功1次
燃料燃烧1次
　 只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成。
归纳小结
在实际应用中，为了增大功率和减小震动，常把四个或更多的汽缸组合在一起，它们的做功冲程是轮流进行的。如图所示的内燃机是一部汽车配备的四缸发动机，这可是汽车里构造最为精密、复杂的部件。
归纳小结
1.构造：重点是“喷油嘴”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
三、柴油机
◆柴油机
1.构造
如图所示，柴油机的构造与汽油机相似，主要区别是柴油机汽缸的顶部有一个喷油壶，而没有火花塞。
2.工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
吸气冲程
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
空气
压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
机械能转化为内能。
做功冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
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，把废气排出气缸。
燃烧后的废气
1.构造：重点是“喷油嘴”
2.工作过程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程
3. 1个工作循环包括 4个冲程，活塞往复运动2次，曲轴转动2周，飞轮转动2周，对外做功1次。
三、柴油机
柴油机和汽油机的区别与联系
相同点：
都是燃料在汽缸内燃烧，都是将内能转化为机械能的装置，都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次，启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。
内燃机 项目 汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造
工作循环 吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
主要特点
主要用途
汽缸顶部是火花塞
汽缸顶部是喷油嘴
吸入汽油和空气的混合物
吸入纯净的空气
压缩程度较小
压缩程度较大
点燃式
压燃式
轻巧、效率较低
笨重、效率较高
小汽车和小型农业机
械、低速飞机等
载重汽车、
拖拉机、火车、轮船等
柴油机和汽油机的区别与联系
不同点：
◆飞向太空
火箭的工作原理：
火箭发动机工作时，燃料和氧化剂在燃烧室中燃烧，产生高温高压燃气，燃气通过喷管向后高速喷出，对火箭产生强大的反冲推力，从而将火箭发射出去。
中国古代的火箭
人类飞行史上的先驱者——万户
知识点1 热机的种类
1. 下列关于热机的说法错误的是( )
D
A. 人类最早发明的热机是蒸汽机
B. 常见的内燃机通常包括汽油机和柴油机两大类
C. 舰船上的汽轮机是热机的一种
D. 与火箭喷气发动机相比，空气喷气发动机的飞行高度不
受限制
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2. 如图所示，在塑料盒内喷入
少量酒精，将盒盖密封，用压电引火器引
燃盒内酒精与空气的混合气体，盒盖被顶
出。在这过程中，酒精燃烧产生的燃气的
内
机械
做功
____能转化为盒盖的______能。这个实验证明了我们可以利
用内能来______，热机就是利用这个原理来工作的。
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知识点2 汽油机和柴油机
3. ［2025·岳阳月考］单缸四冲程汽油机和柴油机工作时，
下列说法中，正确的是( )
D
A. 汽油机上面是喷油嘴，柴油机是火花塞
B. 汽油机吸气冲程中吸入汽缸的物质是汽油
C. 汽油机的压缩程度要比柴油机的压缩程度大
D. 柴油机做功冲程中，点火方式是压燃式
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（第4题）
4. 如图是一台四冲程内燃机工作循环中的一个
冲程。下列关于该冲程及其能量转化判断正确的
是( )
B
A. 它是柴油机的做功冲程，将机械能转化为内能
B. 它是汽油机的做功冲程，将内能转化为机械能
C. 它是柴油机的压缩冲程，将内能转化为机械能
D. 它是汽油机的压缩冲程，将机械能转化为内能
汽油机和柴油机的比较：
（1）相同点：四个冲程相同，能量的转化相同。做
功冲程都是将内能转化为机械能。
（2）不同点：①吸入的物质不同；②结构不同；③
压强不同，效率不同；④点火方式不同；⑤用途不
同。
（第4题）
返回
（第5题）
5. 如图所示是某种内燃机的
某一冲程，由图可知：
（1）它表示的是______冲程；在这个
冲程中，______能转化为____能；完成
这一冲程，曲轴和飞轮转__转。
压缩
机械
内
（2）这种内燃机是______（选填“柴油”
或“汽油”）机，它每个工作循环对外做
功___次。
柴油
1
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知识点3 火箭
6. 我国古代最早的实用火箭大约出现在唐末宋初，
其组成结构如图甲所示，液体燃料火箭喷气发动机的组成结
构如图乙所示。
甲
乙
（1）图甲中，火药筒里面填充火药，筒上端封闭、下端开
口，筒侧小孔引出导火线。点燃导火线后，火药在筒中燃烧，
产生大量气体，高速向后喷射，产生向前的______。这就是
现代火箭的雏形，其中的火药筒相当于图乙中的________。
推力
燃烧室
甲
乙
（2）图乙中，燃料在________的作用下可以自行燃烧，产
生的高温、高压的气体通过尾部喷口向后喷，使火箭前进。
在此过程中，燃料的______能转化为____能，进而转化为火
箭的______能。
氧化剂
化学
内
机械
甲
乙
返回
7. ［2024·新疆］下列运载工具中，不需要利用热机的是
( )
C
A. 喷气式飞机 B. 柴油拖拉机
C. 纯电动汽车 D. 长征系列火箭
返回
8. ［2024·枣庄］古代的人们曾发明
A
A. 内燃机的做功冲程 B. 内燃机的压缩冲程
C. 钻木取火 D. 流星雨的形成
一种活塞式点火器，如图所示。以牛角作套筒，木质推杆前
端黏附艾绒。取火时，一手握住套筒，另一手猛推推杆，艾
绒即燃。下列事例与猛推推杆入筒的过程中，能量转化情况
不同的是( )
返回
结构
热机
喷气发动机
汽油机
柴油机
火箭
工作原理、过程
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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