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(共41张PPT)
第十章 机械能、内能及其转化
第四节 热 机
第五节 火 箭
热机
汽油机 (利用汽油作为燃料的内燃机)
柴油机(利用柴油作为燃料的内燃机)
火箭的工作原理和能量转化
1. 实验探究——热机的工作原理
(1) 实验现象：如图1 甲，在试管内装些水，用塞子塞住管口，给试管加热。加热一段时间后，出现图1 乙的现象。
知识点
热机
1
(2)现象分析：
① 现象一：塞子被冲开。原因：试管内水沸腾，内部气压不断增大，增大到一定程度，将塞子冲开。
② 现象二：试管口出现“白雾”。原因：管内气体膨胀对塞子做功，气体内能减少，温度降低，一部分水蒸气液化形成白雾。
(3)实验结论：本实验虽然简单，但展示了热机的基本原理。
2. 热机 利用内能做功的机械。
能量转化：燃料的化学能—→内能—→机械能。
3. 常见的热机 蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
4. 内燃机 燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
常见的内燃机：汽油机、柴油机。汽油机是以汽油为燃料的内燃机；柴油机是以柴油为燃料的内燃机。
燃烧
做功
实验详解：
1. 实验中的能量转化过程：
(1)酒精燃烧：化学能转化为内能；
(2)冲开塞子：内能转化为机械能。水蒸气对塞子做功，塞子的机械能增加，水蒸气的内能减少。
2. 实验中的能量转移过程：高温燃气→试管→管内的水和水蒸气。
3. 物态变化：汽化和液化 。
知识链接
内能的两种应用：
●利用内能加热：内能可以直接用来加热物体，其实质是能量的转移过程。
●利用内能做功：使内能转化为机械能，其实质是能量的转化过程。
[中考·百色] 用酒精灯给试管内的水加热至一定程度，发现塞在试管口的木塞被冲出，如图。下列描述正确的是( )
A. 试管中的水是靠做功的方式增加内能的
B. 水蒸气对木塞做功，把机械能转化为内能
C. 水蒸气对木塞做功，与热机的原理相同
D. 水蒸气对木塞做功，水蒸气内能增加
例1
C
解析：实验中酒精燃烧，化学能转化为内能，以热传递的方式传递给水，水吸热内能增大，温度升高，汽化为高温高压的水蒸气，高温高压的水蒸气推动木塞做功，将内能转化为木塞的机械能，水蒸气内能减小。
知识点拨
将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。热机的工作原理是将内能转化为机械能。
1. 主要结构 进气门、排气门、火花塞、汽缸、活塞、连杆、曲轴等 (如图3)。
知识点
汽油机(利用汽油作为燃料的内燃机)
2
2. 四冲程汽油机的工作过程
冲程 图示 气门的开、关情况 活塞运动方向 冲程的作用 能量的转化
吸气 冲程 进气门打开，排气门关闭 向下 吸入汽油和空气的混合物 无能量的
转化
压缩 冲程 进气门关闭，排气门关闭 向上 燃料混合物被压缩，内能增加，温度升高，压强增大 机械能转化
为内能
冲程 图示 气门的开、关情况 活塞运动方向 冲程的作用 能量的转化
做功 冲程 进气门关 闭，排气 门关闭 向下 燃料燃烧产生的高温、高压燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆驱使曲轴转动 燃料的化学能转化为内能；内能转化为机械能
排气 冲程 进气门关 闭，排气 门打开 向上 排出废气 无能量的转化
知识链接
1. 冲程：活塞在汽缸内往复运动时，从一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
2. 四冲程汽油机一个工作循环包括四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
3. 要点提示
(1)四冲程内燃机的一个工作循环中，只有做功冲程是燃气推动活塞做功，其他三个冲程是辅助冲程，要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。
(2)识别汽油机工作所处的冲程，主要是区分吸气冲程与排气冲程，压缩冲程与做功冲程。区分时通常采用对比法。
4 . 汽油机的相关数据
工作循环 次数 冲程 个数 活塞往复 次数 曲轴转动 圈数 飞轮转动 圈数 对外做功
次数
1 4 2 2 2 1
方法详解
对比法识别冲程：
●区分吸气冲程与排气冲程，可以不看活塞的运动情况，只需看打开哪个气门。
●识别做功冲程与压缩冲程，在确定两个气门都关闭的前提下，则只需看活塞的运动情况。活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。
[中考·天津] 某汽油机的四个冲程如图所示，在该汽油机的一个工作循环中，将内能转化为机械能的是( )
例2
C
解析：将内能转化为机械能的冲程是做功冲程，该冲程的特点是两气门都关闭，高温高压的燃气推动活塞从上向下运动。
特别提醒
1. 注意左边的气门不一定是进气门，右边的气门也不一定是排气门。
2. 仅压缩冲程和做功冲程中有能量转化：压缩冲程中机械能转化为内能，而做功冲程中内能转化为机械能。
1. 主要结构和工作过程见下图
(1)主要构造：与汽油机大致相同, 所不同的是汽缸顶部无火花塞而有喷油嘴，如图4 所示。
知识点
柴油机（利用柴油作为燃料的内燃机）
3
(2)工作过程：柴油机的一个工作循环也是由四个冲程组成的，曲轴和飞轮均转两周，对外做功一次，活塞往复两次，除了做功冲程以外的其他三个冲程，也是靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成的。
2. 利用对比法分析柴油机和汽油机的异同点
比较构造 汽油机 柴油机
不同点 构造 汽缸顶部是火花塞 汽缸顶部是喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入汽油和空气的混合物 只吸入空气
压缩冲程 压缩程度小 压缩程度大
做功冲程 轻巧、效率低 笨重、效率高
主要特点 小汽车等轻巧机械 载重汽车、内燃机车、坦克、轮船等笨重机械
适用范围 相 同 点 ①都是内燃机, 都在汽缸内燃烧燃料，
生成高温高压燃气, 推动活塞做功
②都有四个冲程: 吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。一个工作循环：曲轴和飞轮转两周, 对外做功一次
③压缩冲程都是将机械能转化为内能，做功冲程都是将内能转化为机械能
④汽油机的火花塞产生电火花、柴油机的喷油嘴喷出雾状柴油，都是在压缩冲程末
⑤启动时都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来，工作中都是依靠飞轮的惯性完成除了做功冲程以外的辅助冲程
⑥排气冲程都是把废气排出汽缸
3. 应用 柴油机比汽油机笨重，但柴油机的效率高，功率较大，并且柴油的价格通常又比汽油便宜，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车及小型发电机上。
特别提醒
分子间的作用力不直观，我们不能直接观察到它，但它的特点与弹簧被拉伸或压缩时表现出的力的特点相似，两者加以比较，有助于我们进一步理解分子间作用力的特点，这样的方法叫作类比法。
下列关于汽油机和柴油机的主要区别，说法正确的是( )
A. 构造上，汽油机汽缸顶部有喷油嘴，柴油机汽缸顶部有火花塞
B. 吸气冲程中，柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入汽缸的是空气
C. 在压缩冲程末，柴油机的点火方式是点燃式，汽油机的点火方式是压燃式
D. 在做功冲程中，柴油机的燃气温度和压强比汽油机里的高
例3
D
解析：构造上汽油机汽缸顶部有火花塞，柴油机汽缸顶部有喷油嘴；汽油机吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合物，柴油机吸入汽缸的是空气；在压缩冲程末，汽油机的压缩程度小，缸内气体温度低，压缩冲程末火花塞点火，是点燃式；而柴油机压缩冲程压缩程度大，缸内气体温度高，超过柴油的着火点，喷油嘴喷出柴油即可燃烧，是压燃式。因此做功冲程柴油机的燃气温度和压强比汽油机的高。
方法点拨
汽油机和柴油机的区别可以从以下几个方面去比较：燃料、构造、三个冲程( 吸气冲程吸入的气体、压缩冲程压缩程度、做功冲程燃料燃烧方式)、效率、自重及应用。要将结构和功能相关联理解记忆，重点考查两种内燃机的构造、吸气冲程吸入的气体、压缩冲程压缩程度、燃料的燃烧方式。
1. 火箭是热机的一种，将燃料燃烧产生的内能转化为机械能。
2. 火箭使用的是喷气发动机，将在燃烧室内燃烧产生的高温、高压气体以极高的速度喷出，同时产生很大的反冲推力推动机身向前运动。
知识点
火箭的工作原理和能量转化
4
3. 喷气发动机又分为空气喷气发动机和火箭喷气发动机两类，其中火箭喷气发动机飞行高度不受限制。
4. 现代火箭多用液态燃料。
5. 现代火箭的特点是功率巨大，不仅可以在高空飞行，还可以飞出大气层。
拓展延伸
1. 火箭与内燃机的相同点： 都是热机， 都是化学能→内能→机械能。
2. 多级火箭是由数级火箭组合而成的运载工具，每一级都装有发动机和燃料，目的是提高火箭的连续飞行能力和最终速度。
下列关于火箭的说法正确的是( )
A. 火箭使用的是喷气发动机，与内燃机的工作原理完全相同
B. 火箭在工作时需要像活塞一样的传动结构
C. 火箭是热机的一种，工作时燃料的化学能最终转化为火箭的机械能
D. 火箭升空时不需要反作用力推动箭身向前运动
例4
C
解析：火箭使用的喷气发动机与内燃机的工作原理完全不同，火箭是利用从尾部喷出高速气体的反作用力前进的，而内燃机是利用四个冲程不停地循环对外做功，利用曲轴等传动装置输出机械能。火箭在工作时不需要像活塞一样的传动结构，但它是热机的一种，将燃料的化学能最终转化为火箭的机械能。
易错提醒
火箭在发射时的能量转化：先由燃料的化学能转化为内能，再由内能转化为机械能。火箭发射时机械能不守恒，这是同学们常出错的地方，他们误认为火箭上升，势能增加动能就要减小，忽略了内能转化为机械能这一情况。
1.运－20飞机是我国自主研发的大型隐形飞机，目前已经装上了“中国心”(我国自主制造的航空发动机——涡扇－20)。关于航空发动机，下列说法正确的是(　　)
A．航空发动机属于热机
B．航空发动机属于蒸汽轮机
C．航空发动机将机械能转化为内能
D．航空发动机将电能转化为机械能
A
2.如图所示，用酒精灯给试管里的水加热，水和水蒸气会把软木塞冲出去。在这过程中，酒精燃烧，把酒精的________能转化为________能，再传递给水，水吸热蒸发变为水蒸气，最后转化为软木塞的
________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。
化学
内
机械
做功
3．[2023·郑州期末]我国用自制的“长二捆”火箭，利用“一箭双星”技术，成功地将两颗卫星送到预定的轨道。下列关于火箭发射升空过程中，能量转化的说法正确的是(　　)
A．将燃料的机械能转化为火箭的化学能
B．将燃料的化学能转化为火箭的内能
C．将燃料的机械能转化为火箭的内能
D．将燃料的化学能转化为火箭的机械能
D
4．如图是液体燃料火箭的结构示意图。当火箭发动机工作时，燃料在________内燃烧，产生的高温、高压的____________通过尾部喷口向后
喷出，对火箭产生________把火
箭发射出去。
燃烧室
燃气(或气体)
推力
结构
热机
喷气发动机
汽油机
柴油机
火箭
工作原理、过程

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