资源简介

(共44张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：10.4 热机
学科：物理
年级：九年级
授课教师：[你的姓名]
幻灯片 2：课程引入
展示图片或视频：
行驶的汽车、火车、飞机。
运转的拖拉机、柴油机发电站。
提问：
这些交通工具和机械设备是如何获得动力的？
它们工作时能量是如何转化的？
幻灯片 3：热机的定义和作用
定义：热机是把内能转化为机械能的机器。
作用：热机的发明和改进极大地推动了工业革命和社会发展，为人类提供了强大的动力，广泛应用于交通运输、工业生产、发电等领域。
能量转化：燃料燃烧释放内能，热机将内能转化为机械能。
幻灯片 4：热机的分类
蒸汽机：
最早的热机，通过燃烧燃料加热水产生水蒸气，利用水蒸气推动活塞做功。
效率较低，体积庞大，现已逐渐被淘汰，但在历史上具有重要意义。
内燃机：
燃料在气缸内燃烧，产生的燃气直接推动活塞做功。
常见的有汽油机和柴油机，效率较高，广泛应用于汽车、摩托车、拖拉机等。
汽轮机：
高温高压的水蒸气或燃气推动汽轮机的叶片转动做功。
效率高，功率大，常用于发电站、大型船舶等。
喷气发动机：
燃料在燃烧室燃烧产生高温高压燃气，高速喷出时产生反作用力推动机身前进。
适用于飞机、火箭等高速飞行器。
幻灯片 5：内燃机 —— 汽油机的构造
主要部件：
气缸：燃料燃烧和活塞运动的场所。
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：将活塞的往复运动转化为旋转运动。
连杆：连接活塞和曲轴，传递动力。
进气门和排气门：控制燃气的进入和废气的排出。
火花塞：产生电火花，点燃汽油和空气的混合物。
图示：展示汽油机的构造示意图，标注各主要部件。
幻灯片 6：汽油机的工作过程 —— 吸气冲程
过程：
进气门打开，排气门关闭。
活塞由上端向下端运动，气缸内的体积增大，气压减小。
外界的汽油和空气的混合物通过进气门进入气缸。
能量变化：无能量转化，主要是吸入燃料和空气的混合物。
图示：展示吸气冲程的示意图，标注活塞运动方向、气门状态。
幻灯片 7：汽油机的工作过程 —— 压缩冲程
过程：
进气门和排气门都关闭。
活塞由下端向上端运动，气缸内的体积减小，混合物被压缩，温度升高，气压增大。
能量变化：机械能转化为内能。
特点：压缩冲程结束时，气缸内温度达到汽油的着火点。
图示：展示压缩冲程的示意图，标注活塞运动方向、气门状态。
幻灯片 8：汽油机的工作过程 —— 做功冲程
过程：
进气门和排气门都关闭。
在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，点燃汽油和空气的混合物，产生高温高压的燃气。
燃气推动活塞由上端向下端运动，通过连杆带动曲轴转动。
能量变化：内能转化为机械能，是汽油机获得动力的冲程。
图示：展示做功冲程的示意图，标注活塞运动方向、气门状态、燃气推动方向。
幻灯片 9：汽油机的工作过程 —— 排气冲程
过程：
进气门关闭，排气门打开。
活塞由下端向上端运动，气缸内的体积减小，将燃烧产生的废气通过排气门排出气缸。
能量变化：无能量转化，主要是排出废气。
特点：一个工作循环包括四个冲程，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
图示：展示排气冲程的示意图，标注活塞运动方向、气门状态。
幻灯片 10：柴油机与汽油机的对比
相同点：
都属于内燃机，工作过程都包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程。
都是将内能转化为机械能的机器。
不同点：
对比项目
汽油机
柴油机
燃料
汽油
柴油
吸入气体
汽油和空气的混合物
空气
点火方式
火花塞点火（点燃式）
压缩空气使温度达到柴油着火点（压燃式）
压缩比
较小
较大
效率
较低（20% - 30%）
较高（30% - 45%）
应用
小汽车、摩托车等
卡车、拖拉机、轮船等
幻灯片 11：热机的效率
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。
公式：η = （W 有用 / Q 放）× 100%
其中：W 有用是热机做的有用功，Q 放是燃料完全燃烧放出的热量。
说明：热机的效率总小于 1，因为存在能量损失。
幻灯片 12：热机效率低的原因及提高方法
能量损失原因：
废气带走大量能量。
热机部件之间的摩擦消耗能量。
热机外壳等向周围散热损失能量。
燃料不能完全燃烧。
提高效率的方法：
减少废气带走的能量，如利用废气的余热加热水或空气。
减小机械摩擦，如加润滑油。
改进热机的结构和燃烧方式，使燃料充分燃烧。
采用涡轮增压等技术，提高燃料的利用率。
幻灯片 13：热机与环境
环境污染：
废气污染：热机燃烧燃料会产生一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物、烟尘等有害物质，污染空气，危害人体健康，造成酸雨、温室效应等环境问题。
噪声污染：热机工作时会产生较大的噪声，影响人们的生活和工作。
环境保护措施：
改进燃烧技术，减少有害气体的排放，如安装尾气净化装置。
开发新能源热机，如使用天然气、乙醇、氢气等清洁能源。
加强对噪声的控制，如安装隔音设备。
推广电动汽车等新能源交通工具，减少对传统热机的依赖。
幻灯片 14：课堂练习
选择题：
下列关于热机的说法中，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. 热机的效率可以达到 100% D. 柴油机是压燃式内燃机
在汽油机的一个工作循环中，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
填空题：
热机是把__________能转化为__________能的机器，常见的内燃机有__________和__________。
汽油机的一个工作循环包括__________、、、__________四个冲程，其中将内能转化为机械能的是__________冲程。
简答题：为什么热机的效率总是小于 1？如何提高热机的效率？
幻灯片 15：课堂总结
热机定义：将内能转化为机械能的机器。
内燃机工作过程：汽油机和柴油机都有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中做功冲程实现内能到机械能的转化。
热机效率：有用功与燃料完全燃烧放出热量的比值，效率总小于 1，可通过多种方法提高效率。
热机与环境：热机会造成废气和噪声污染，需采取措施保护环境，开发清洁能源。
核心意义：热机推动了社会发展，但也面临效率和环保问题，需要不断改进和创新。
幻灯片 16：课后作业
书面作业：完成课本中关于热机的练习题，巩固热机的工作原理、效率等知识。
实践作业：
观察家中或身边的汽车、拖拉机等使用热机的设备，了解其工作时的现象，如尾气排放、噪声等。
查阅资料，了解新能源汽车与传统燃油汽车在能量转化和环境保护方面的区别，撰写一篇简短的对比报告。
2024北师大版物理九年级全册
10.4热机
第十章 机械能、内能及其转化
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
汽车奔驰
列车飞驶
飞机凌空飞去
舰船劈波斩浪
你知道它们为什么能大展神威吗？
观察与思考
了解汽油机和柴油机都是内燃机，知道两者在构造和工作过程中的异同点。
02
知道热机的概念，了解热机的种类与工作原理。
01
03
了解火箭的构造和工作原理。
热机
讨论这个实验中能量转化的情况。
酒精燃烧时化学能转化为内能，传递给水，使水的内能增大，温度升高，产生大量水蒸气，水蒸气把塞子冲出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能。
热机的种类
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。
种类：
蒸汽机车
喷气发动机
火
箭
发
动
机
热机的发明和使用，对人类社会的发展起到了重要作用。
汽油机的构造
汽油机工作时，活塞在汽缸内做一次单向运动，叫作一个冲程。
观察汽油机的工作过程
汽油机的工作过程
吸气
压缩
做功
排气
汽油机一个工作循环有四个冲程：
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
进气门 ；
排气门 。
吸入气体: 。
活塞运动方向： 。
吸气冲程
汽油和空气的燃料混合物
打开
关闭
向下
阀门：
活塞运动方向： 。
进气门 ；
排气门 。
压缩冲程
燃料混合物：压强 ，温度 。
关闭
关闭
增大
向上
升高
能量转化：
能
能
机械
内
阀门：
活塞运动方向： 。
能
能
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
向下
机械
内
做功冲程
能量转化：
活塞运动方向： 。
排气冲程
进气门 ；
排气门 。
关闭
打开
阀门：
向上
活塞往复运动 次；
对外做功 次；
曲轴转动 圈；
经过 个冲程。
四冲程内燃机一个工作循环：
2
1
2
4
除了做功冲程以外，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成的。
1．在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？
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？
压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能。
做功冲程
排气冲程
练一练
柴油机结构和汽油机相似，它们的主要区别是：
柴油机通过压缩空气直接点燃柴油。
柴油机的汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
吸入物质也只有空气，在压缩冲程结束时，压缩空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气就立刻燃烧起来。
喷油嘴
柴油机
种类 汽油机 柴油机
相同点 不 同 点 构 造
燃 料
吸入气体
点火方式
都是内燃机，一个工作循环都经历四个冲程
火花塞
喷油嘴
汽油
柴油
汽油和空气
空气
点燃式
压燃式
汽油机和柴油机比较
1．汽油机的应用
2．柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
内燃机的应用
观察与思考
火箭是怎样起源的呢？
火箭起源于中国，是中国古代重大发明之一。最早用于战争，已有约900多年的历史。
原始火箭
神火飞鸦
火箭升空原理
现代火箭使用的是喷气式发动机，其使用的燃料多为液体燃料，喷气式发动机的结构主要由燃料箱、氧化剂箱、输送装置、燃烧室和尾部喷口组成，如图所示。
喷气式发动机的原理：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。
空气喷气发动机 火箭喷气发动机
共同点 高温高压气体从尾部高速喷出 携带物 燃料 燃料、氧化剂
特点 利用外界空气来助燃，飞行高度受到一定限制 不需要外界空气来助燃，飞行高度不受限制
喷气式发动机的分类
现代火箭的构造
长征五号 运载火箭
整流罩
二级火箭
一级火箭
助推器
现代火箭的特点
现代火箭的特点是功率巨大，不仅可以在高空飞行，而且还可以飞出大气层。
多级火箭可以作为星际航行的运载工具。
视频：长征五号B运载火箭首飞
喷气式发动机与内燃机的比较
喷气式发动机 内燃机
构 造 整流罩、氧化剂箱、燃料箱、 输送装置、燃烧室、尾部喷口等 进气门、火花塞(或喷油嘴)、
排气门、汽缸、活塞、连杆、曲轴等
喷气式发动机与内燃机
喷气式发动机 内 燃 机
不同点 助燃剂 自带氧化剂 空气
能量损失 较小 较大
功率 巨大 较小
应用 火箭 汽车、拖拉机、坦克等
相同点 ①都是一种热机； ②能量转化:化学能→内能→机械能 知识点1
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1.[立德树人·国家科技进展]下列我国的机械设备的动力装置不是利用热机的是(　　)
A．长征系列运载火箭的发动机
B．歼－20战机的喷气式发动机
C．高铁车头采用的电力机车
D．055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机
C
热机
2．热机在人类生活中发挥着重要的作用，推动了社会的快速发展，许多现代化的交通运输工具都靠它提供动力。热机工作过程中的能量转化是：燃料燃烧，将化学能转化成________能，再通过________的方式，将其转化成________能。
内
做功
机械
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3．[2025年1月泰安期末改编]如图所示，A、B、C、D是四冲程汽油机的工作示意图。据此回答下列问题。
(1)四个冲程的工作顺序为________________。
(2)汽油机的一个工作循环中，对外做功________次，活塞往复运动________次，
飞轮转________周。
BADC
知识点2
汽油机
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4．如图所示的是四冲程汽油机某冲程的示意图，
有关汽缸内气体的说法正确的是(　　)
A．气体的温度降低
B．气体的温度不变
C．气体的内能增大
D．气体的内能减小
C
思维通法：判断汽油机冲程：
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5. [新考法]下表是小点做的关于柴油机和汽油机区别的表格，请完成下表填写。
知识点3
柴油机
机种 汽油机 柴油机
构造 顶部________ 顶部________
燃料 ________ ________
吸气冲程 吸入____________________ 吸入________
点火方式 ________式 ________式
效率 30%左右 可达40%以上
应用 小型轻便机械 大型设备
火花塞
喷油嘴
汽油
柴油
空气、汽油混合物
空气
点燃
压燃
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6. [中考趋势题]暑假，小明随爸爸去4S店保养车。小明爸爸问师傅：“该换什么了？”师傅告诉小明爸爸：“该换火花塞了。”通过此对话你判断他家的车用的机器是内燃机中的__________(填“汽油机”或“柴油机”)。
汽油机
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9
7．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，与内燃机的工作原理完全相同
B．火箭发动机在工作时需要活塞、螺旋桨等机械装置
C．喷气式发动机是热机的一种，工作时燃料燃烧放出的内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
C
知识点4
火箭
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8．[2025·秦皇岛模拟]如图所示的为汽车汽油机工作循环中的两个冲程，下列说法正确的是(　　)
A．甲图所示冲程为吸气冲程
B．甲图所示的冲程是由内能转化为机械能
C．乙图所示冲程由喷油嘴喷燃料
D．乙图所示的冲程是为汽车提供动力的
D
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9
9．[2025年1月长沙期末]如图所示的是四冲程柴油机的剖面图，关于柴油机四个冲程的描述正确的是(　　)
A．吸气冲程中吸入汽缸的是空气
B．压缩冲程中机械能转化为柴油
和空气混合物的内能
C．做功冲程是依靠飞轮的惯性完成的
D．排气冲程中，废气带走了燃料释放的能量的极少部分
A
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10.[[跨学科·化学　2025·厦门模拟]光发动机可用于卫星的能源补充，原理如图所示，密闭气室中N2O4在光照下会分解，使气室气压增大，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。活塞右移过程相当于汽油机的(　　)
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
C
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11．如图所示的发动机有4个汽缸，通过连杆把4个汽缸的活塞连在一根曲轴上。各个汽缸的做功过程错开，在飞轮转动的每半周里，都有一个汽缸在做功，其他三个汽缸分别在吸气、压缩和排气冲程。如果1号汽缸在做功冲程中，则4号汽缸所处的冲程是(　　)
A．吸气冲程 B．压缩冲程
C．做功冲程 D．排气冲程
A
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12．[2025·厦门模拟]某单缸四冲程汽油机，飞轮每分钟转3 000转，则每秒对外做功______ 次，每次对外做功120 J，则汽油机的功率是______W。
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3 000
方法点睛：单缸四冲程汽油机的1个工作循环完成4个冲程，飞轮和曲轴转2转，对外做功1次。
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13．如图所示的是厨房用的高压锅，在工作过程中高压锅会通过限压阀上的小孔喷出蒸汽，小华将自制的风车放在小孔前方成功让风车转了起来，水蒸气推动风车的能量转化过程与汽油机________冲程的能量转化过程相同，在此冲程中燃气的内能________(填“增加”
“减小”或“不变”)。
做功
减小
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14. [高阶思维]科学家发明了一款单缸六冲程内燃机，它每一个工作循环的前四个冲程与单缸四冲程内燃机相同，在第四冲程结束后，立即向它的汽缸内喷水，水在高温汽缸内迅速汽化成高温、高压的水蒸气，推动活塞再次做功。
(1)在推动活塞做功的过程中水蒸气的温度将________(填“升高”“降低”或“不变”)，内能将________(填“增加”“减少”或“不变”)。
(2)如果这种单缸六冲程内燃机飞轮转速是3 600 r/min，则该汽油机1 s对外做功___次。
(3)为进入下一个工作循环，这款内燃机的第六冲程是________冲程。
降低
40　
点拨:单缸六冲程内燃机一个工作循环完成6个冲程对外做功2次。
排气
减少
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工作过程
热机
内燃机
工作原理
内能转化为机械能
汽油机
柴油机
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
火箭
工作原理
液体火箭的组成
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