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第4节 热机
第十章 机械能、内能及其转化
北师大版（2024）九年级全一册同步备课
1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理。
2.了解汽油机的构造和工作过程。
3.知道柴油机的构造和工作过程。
4.认识火箭，知道我国航天事业的发展。
汽车、火箭等交通工具是如何获得机械能的呢？
观察思考
如图所示，在试管内装些水，用胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。
橡胶塞冲出去，试管口出现“白雾”
现象
能量转化
燃料的化学能
燃烧
水的内能
做功
塞子的机械能
知识点一：热机的种类
1.热机的定义：
将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。
2.工作时的能量转化
燃料的化学能
燃烧
内能
做功
机械能
3.种类：
蒸汽机
汽轮机
喷气发动机
火箭发动机
蒸汽机
蒸汽机的运行原理
内燃机
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机
（1）定义：
（2）分类：
使用汽油作为燃料的叫汽油机。
使用柴油作为燃料的叫柴油机。
喷气发动机
喷气发动机的燃料在燃烧室内燃烧后产生高温、高压的气体，这种气体从发动机尾部以极高的速度喷出，从而产生很大的反冲推力推动机身向前运动。
（1）空气喷气发动机
（2）火箭喷气发动机（简称火箭）
只携带燃料，需要利用外界空气来助燃，因而飞行的高度受到一定的限制，不宜在空气稀薄的高空飞行。
本身带有燃料和氧化剂，不需要依靠外界空气来助燃，因而飞行高度不受限制。
知识点二：汽油机
四冲程汽油机的剖面图
1. 构造
进气门
气缸
火花塞
排气门
活塞
连杆
曲轴
汽油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
2. 工作原理：
3. 工作过程
点火方式：点燃式
吸气
压缩
做功
排气
甲：吸气
乙：压缩
丙：做功
丁：排气
　　活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
进气门
排气门
活塞
冲程的 作用
能量转化
打开
关闭
自上向下运动
吸入汽油和空气的混合物
无
吸气冲程
压缩冲程
进气门
排气门
活塞
冲程的 作用
能量转化
关闭
关闭
自下向上运动
压缩燃料混合物，使其内能增加、
温度升高
机械能转化为内能
做功冲程
进气门
排气门
活塞
冲程的 作用
能量转化
关闭
关闭
自上向下运动
压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
内能转化为机械能
排气冲程
进气门
排气门
活塞
冲程的 作用
能量转化
关闭
打开
自下向上运动
排出废气
机械能转化为内能
1. 在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？
2. 哪个冲程使汽车获得动力？
3. 哪个冲程排出了汽车的尾气？
压缩冲程将机械能转化为内能,
做功冲程将内能转化为机械能。
做功冲程使汽车获得动力。
排气冲程将废气排出。
思考：
规律总结
（1）汽油机工作时的“4、2、2、1”规律
冲程个数 活塞往复 次数 曲轴（或飞轮）转动圈数 对外做功次数
4 2 2 1
（2）在四个冲程中，只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的。
知识点三：柴油机
四冲程柴油机的剖面图
1. 构造
进气门
排气门
喷油嘴
气缸
活塞
连杆
曲轴
2. 工作原理：
柴油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。
3. 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，且四个冲程构成一个工作循环。
四冲程柴油机的剖面图
在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周,对外做功一次。
点火方式：压燃式
汽油机 柴油机
燃料
结构
工作循环 吸气冲程
点火方式
能量转换 优缺点 汽油
柴油
火花塞
喷油嘴
吸进汽缸的是
汽油和空气的混合物
吸进汽缸的
只有空气
点燃式
压燃式
均有四个冲程。一个工作循环中，活塞往复2次，飞轮转动2周，做功1次。四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余三个冲程靠飞轮惯性完成
压缩冲程：机械能转化为内能
做功冲程：内能转化为机械能
汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高
汽油机和柴油机的异同点
知识点四：火箭
1.火箭构造
现代火箭使用的燃料多为液体燃料.液体燃料火箭主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口组成，如图所示。
2.工作原理
（1）输送系统按时按量地把燃料和氧化剂输送到燃烧室中。
（2）最初用电火花点燃，产生高温、高压气体。
（3）燃烧室的温度很高，之后进入燃烧室的燃料和氧化剂可以自行燃烧。
（4）燃烧产生的气体以很大的速度从喷口喷出，同时对火箭产生强大的反冲推力，使火箭前进。
3.现代火箭的特点
（1）飞得远：自身不仅带有燃料，而且带有氧化剂，所以能在空气极其稀薄的高空和没有空气的太空飞行。
（3）功率大：一枚运载火箭的功率相当于上万架喷气式飞机的总功率，正是因为这一特点，火箭才能承担发射卫星的重任。
（4）由单级发展为多级，多级火箭可以作为星际航行的运载工具。
（2）速度大：要把一颗人造卫星送入绕地球运行的轨道，运载火箭的速度必须达到7.9 km / s，要使一颗人造卫星摆脱地球的引力作用，成为围绕太阳运行的人造卫星，运载火箭的速度必须超过11.2 km / s。
我国的航天事业起步较晚，但经过我国航天人几十年的努力，现在已达到国际领先水平。长征系列运载火箭是我国自行研制的航天运载工具，具备发射低、中、高不同地球轨道，不同类型卫星及载人飞船的能力。
长征五号运载火箭是我国目前运载能力最强的火箭，主要承担空间站建设、探月探火等深空探测重大工程的发射任务，已圆满完成了天问一号、嫦娥五号，以及中国空间站天和核心舱、问天实验舱、梦天实验舱的发射任务。
热机
原理
内燃机
内能转化为机械能
工作循环
汽油机
柴油机
火花塞
点燃式
吸入空气和汽油混合物
喷油嘴
压燃式
只吸入空气
四个冲程
吸气、压缩、做功、排气
火箭
1.如图所示为内燃机四冲程的示意图，下列说法正确的是（ ）
A. 一个工作循环的正确顺序是甲、乙、丙、丁
B. 乙图冲程能获得动力
C. 丁图冲程有明显机械能转化为内能的过程
D. 丙图冲程存在化学能转化为内能的过程
C
2.单缸四冲程汽油机的飞轮转速是1800r/min，此汽油机每秒钟内完成( )
A.30个冲程,做功15次
B.60个冲程,做功15次
C.60个冲程,做功30次
D.120 个冲程,做功30次
B
3.下列关于火箭的说法正确的是（　　）
A．火箭使用的是喷气式发动机，与内燃式发动机的工作原理完全相同
B．火箭在工作时需要像活塞、螺旋桨等那样的传递结构
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机身向前运动
C

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