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第三节：热机
十四章 内能与热机
沪科版2024
物理观念 知道热机的概念，初步了解热机的工作原理；知道内燃机是热机的一种；了解四冲程内燃机的构造及工作过程。
科学思维 知道内燃机各冲程的工作状态和能量转化；体会内能的利用对人类发展的重要作用。
科学探究 通过演示实验了解可以利用内能做功；通过实物模型结合课堂活动，自主探究学习理解四冲程内燃机的基本结构和原理。
科学态度 与责任 通过演示实验培养学生观察和分析问题的能力；通过阅读“科学世界——现代汽车”扩展学生的知识面。
核心素养
它们有什么
共同特点？
情境导入
情境导入
汽车
汽车是常见交通工具，能在城市道路自由穿梭。它动力强劲，方便人们日常出行。
飞机
飞机能翱翔天空，快速抵达远方。它大大缩短了城市间的距离，让出行更高效。
——各种利用内能做功的机械叫做热机。
热机
火箭
火箭能突破地球引力，探索宇宙奥秘。它代表着人类对未知的勇敢探索。
轮船
轮船在江河湖海航行，可运输大量货物和乘客。它是水上运输的重要工具。
——各种利用内能做功的机械叫做热机。
热机
动力来源
■ 汽车：靠内燃机燃烧汽油产生动力。
■ 飞机：喷气发动机燃烧燃料推动飞行。
■ 轮船：柴油机或汽轮机提供动力。
■ 火箭：火箭发动机燃烧燃料产生推力。
能量转化
■ 汽车：化学能转化为内能再转化为机械能。
■ 飞机：燃料化学能转化为内能和机械能。
■ 轮船：化学能转化为机械能。
■ 火箭：化学能转化为内能和机械能。
1
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热机
加热
① 原理：内能可用于加热物体，实现能量的传递。
② 例子：烧水时，火焰的内能传递给壶中的水，使水温升高。
③ 应用：在日常生活中，做饭、取暖等都离不开内能的加热利用。
④ 内能加热是一种常见且实用的能量利用方式
做功
① 原理：内能可以转化为机械能，对外做功。
② 例子：水蒸气推动风车转动，就是内能做功的体现。
③ 应用：热机就是利用内能做功的典型设备。
④ 内能做功为我们的生活带来了诸多便利
3
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热机
① 现象展示：如蒸汽顶起壶盖，这是内能做功的直观体现。
② 能量转化：燃料燃烧产生的化学能转化为内能，内能再推动物体运动，转化为机械能。
③ 重要意义：这种能量转化为热机的发明奠定了基础。
了解内能做功的能量转化过程至关重要
热机
1.定义：通过长期的经验积累，人们发现内能可以做功，由此制造了各种利用内能做功的机械——热机。
2.工作原理：
热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3.种类：
蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
热机
现象：
① ;
② 。
瓶塞被冲出来
管口出现“白雾”
蒸汽机模型
基本展示了蒸汽机的工作原理
实验中的能量转化过程为：
① 酒精燃烧放出热量，酒精的_______能转化为水的 能；
② 水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的 能转化为
瓶塞的 能 .
化学
内
内
机械
利用内能做功的机械
热机
①定义：燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫作内燃机。
内燃机是现代社会中最常见的一种热机。
②分类：汽油机和柴油机
汽油机以汽油为燃料
柴油机以柴油为燃料
内燃机
利用汽油在汽缸内燃烧，生成高温高压的燃气,
燃气推动活塞做功。
1.工作原理
2.汽油机的构造
由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆等组成。
化学能转化为内能
内能转化为机械能
四冲程汽油机剖面图
3.汽油机的工作过程
要使汽油机连续工作，活塞必须能在气缸内往复运动。
①冲程：
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，叫作一个冲程。
②多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
汽油机
③汽油机的工作过程分析
【吸气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，气压 。
· 汽油和空气的混合物从进气门进入 。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
向下
汽缸
半
增大
减小
内燃机
【压缩冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动。
· 汽缸内气体的体积 ，温度 。
· 活塞的 能转化为燃料混合物的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向上
机械
半
压缩
升高
内
内燃机
【做功冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 火花塞产生电火花点燃燃料，使燃料猛烈燃烧，
产生高温高压的燃气。
· 燃气推动活塞 运动，带动曲轴转动，对外做功。
· 燃气的 能转化为活塞的 能。
· 曲轴转动： 圈。
关闭
关闭
向下
内
机械
半
内燃机
【排气冲程】
· 进气门 ，排气门 。
· 活塞 运动，将废气排出汽缸。
· 由于安装在曲轴上的飞轮转动具有的动能，可以带动活塞继续运动，再次进入到吸气冲程，这样汽油机就实现了连续工作。
· 曲轴转动： 圈。
打开
关闭
半
向上
内燃机
冲程名称 进气门 排气门 活塞 运动 冲程的作用 能量转化
吸气冲程 开 闭 向下 吸入燃料和空气的混合物
压缩冲程 闭 闭 向上 压缩燃料和空气的混合物， 使其内能增大，温度升高 机械能转化为内能
做功冲程 闭 闭 向下 火花塞产生电火花，点燃燃料，高温高压的燃气推动活塞做功，通过连杆、曲轴带动飞轮转动 内能转化为机械能
排气冲程 闭 开 向上 排出废气
4.汽油机四个冲程工作情况总结
汽油机
内燃机的工作循环
内燃机工作时，四个冲程周而复始
在内燃机的一个工作循环中
活塞来回往复两次,曲轴转动两周
对外做功一次
汽油机
通过压缩空气直接点燃柴油，生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
1.工作原理：
2.柴油机的构造
与汽油机大致相同，不同的是柴油机气缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
3.柴油机的工作过程
柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、
排气四个冲程。
柴油机
项目 汽油机 柴油机
构造 气缸顶部有一个火花塞 气缸顶部有一个喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油与空气的混合物 只吸入空气
压缩冲程 压缩程度较小 4----6 压缩程度较大 15-----18
做功冲程 点燃式，内能转化为机械能 压燃式，内能转化为机械能
排气冲程 排出废气
特点与应用 轻巧、功率小；小汽车、摩托车等. 笨重、功率大；载重汽车、轮船等.
相同点 一个工作循环均有四个冲程组成，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能.
汽油机、柴油机的异同点
■ 热机定义：
热机是将内能转化为机械能的装置，实现了能量的转化。
■ 热机分类：
有蒸汽机、汽轮机、内燃机、喷气发动机和火箭发动机等。
■ 蒸汽机原理：
燃料化学能转化为内能，再推动活塞运动转化为机械能。
※ 这些知识是热机学习的关键
知识回顾
应用场景
■ 工业领域：
汽轮机用于发电厂发电，为生产提供动力。
■ 交通领域：
汽车、飞机等交通工具依靠热机提供动力。
■ 能源领域：
热机在能源转换和利用中发挥重要作用。
意义阐释
■ 推动发展：
热机的发明和应用推动了工业革命和社会进步。
■ 促进交流：
使交通更加便捷，促进了地区间的交流和合作。
■ 能源利用：
提高了能源的利用效率，满足了社会需求。
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知识拓展
内能利用与热机定义
■ 内能利用：
内能有加热和做功两种利用方式，加热是常见的能量传递，做功则是能量转化。
● 热机定义：热机利用内能做功，将内能转化为机械能，是基于内能做功发展而来的装置。
热机分类与工作原理
■ 热机分类：
热机分为蒸汽机、汽轮机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机等。不同类型热机应用场景不同。
● 工作原理：以蒸汽机为例，燃料化学能转化为内能，再转化为机械能，各类型热机原理有相似也有不同。
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知识拓展
热机总览
热机是核心概念，包含内能利用、定义、分类和工作原理等方面。它是整个知识体系的基础，为后续学习提供框架。
内能利用
内能利用是热机的基础，分为加热和做功。加热是能量传递，做功是能量转化，为热机工作提供能量来源。
热机分类
热机分为蒸汽机、汽轮机、内燃机、喷气发动机、火箭发动机。不同类型热机有各自特点和应用场景，是热机知识的重要分支。
课堂总结
课堂总结
工作原理
以蒸汽机为例，展示燃料化学能→内能→机械能的转化过程。各类型热机工作原理有共通也有差异，是深入理解热机的关键。
课堂总结
热机
内能的利用
加热
做功
热机定义
内能→机械能
热机分类
蒸汽机
汽轮机
内燃机
喷气发动机
火箭发动机
蒸汽机工作原理
进气管进气
滑块阀门控活塞
排气管排气
基础巩固
★复习热机概念：重新梳理热机定义、分类及典型应用。
★重做错题：针对测试错题，分析原因，再次解答。
★绘制导图：绘制热机知识思维导图，强化知识体系。
能力提升
★拓展阅读：查阅热机发展历史及新技术资料，拓宽知识面。
★案例分析：分析生活中热机应用案例，加深原理理解。
★实验探究：尝试设计简单热机实验，提升实践能力。
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学习规划
下 课
Thanks!
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