资源简介

(共29张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：14.3 热机
副标题：探索热能与机械能的转换奥秘
姓名：[你的名字]
日期：[具体日期]
幻灯片 2：课程导入
展示图片：蒸汽机推动火车前进的历史图片。
提问引导：同学们，在这幅图中，是什么力量推动火车前进呢？热蒸汽为何能产生如此强大的推力？从能量的角度看，这里发生了怎样的转化？
引出主题：这种利用热蒸汽做功的机器就是热机的一种。今天，我们将深入学习热机的相关知识。
幻灯片 3：热机的定义
定义阐述：热机是把内能转化为机械能的机器。
举例说明：就像我们刚才看到的蒸汽机，燃料燃烧释放出化学能，先转化为蒸汽的内能，蒸汽膨胀对活塞或叶轮做功，将内能转化为机械能，从而驱动机器运转。
动画演示：简单动画展示燃料燃烧加热水产生蒸汽，蒸汽推动活塞的过程，强化对热机能量转化过程的理解。
幻灯片 4：热机的工作原理（以蒸汽机为例）
原理剖析：
燃料在锅炉中燃烧，将化学能转化为内能，使水变成高温高压的蒸汽。
蒸汽通过管道进入汽缸，推动活塞做往复运动，将内能转化为机械能。
活塞的往复运动通过连杆、曲轴等机械装置转化为旋转运动，输出动力。
视频播放：播放蒸汽机工作原理的科普视频，让学生更直观地观察整个过程。
总结强调：热机工作的核心是通过燃料燃烧获取内能，并利用内能对外做功，实现内能到机械能的转化。
幻灯片 5：热机的种类
展示图片：展示蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机的图片。
分类介绍：
蒸汽机：最早广泛应用的热机，利用蒸汽膨胀做功，曾推动了第一次工业革命，如蒸汽机车、蒸汽轮船等。
内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力，包括汽油机和柴油机。汽油机常用在汽车、摩托车上；柴油机常用于卡车、拖拉机、船舶等，因其热效率较高。
汽轮机：利用蒸汽冲击叶轮转动，广泛应用于大型发电站，效率较高，能产生强大的动力。
喷气发动机：常见于飞机，燃料燃烧产生高温高压气体向后高速喷出，利用反作用力推动飞机前进，具有功率大、速度快的特点。
幻灯片 6：汽油机的工作过程
构造展示：展示汽油机的结构示意图，标注出进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等主要部件。
动画演示：通过动画分四个冲程演示汽油机的工作过程：
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气体。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩混合气体，使其温度升高，内能增大，机械能转化为内能。
做功冲程：火花塞点火，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能，这是汽油机获得动力的冲程。
排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸。
总结归纳：四个冲程为一个工作循环，每个工作循环活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。
幻灯片 7：柴油机的工作过程
构造对比：展示柴油机结构示意图，与汽油机对比，说明主要区别在于柴油机没有火花塞，而是喷油嘴。
动画演示：同样以动画展示柴油机的四个冲程：
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩空气，使空气温度升高到柴油的着火点以上。
做功冲程：喷油嘴喷出雾状柴油，柴油遇到高温空气迅速燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能。
排气冲程：与汽油机相同，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。
对比总结：柴油机和汽油机工作过程相似，但在吸气、点火方式上有区别。柴油机压缩比高，热效率更高，常用于对动力要求较大、负荷较重的设备。
幻灯片 8：热机效率
效率定义：热机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，用公式表示为：\(\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}\times100\%\)。
举例计算：假设一台汽油机消耗了 10kg 汽油（汽油热值为\(4.6\times10^{7}J/kg\)），对外做了\(1.84\times10^{8}J\)的有用功，计算其热机效率。
先计算汽油完全燃烧放出的热量：\(Q_{放}=mq = 10kg\times4.6\times10^{7}J/kg = 4.6\times10^{8}J\)。
再根据公式计算热机效率：\(\eta=\frac{1.84\times10^{8}J}{4.6\times10^{8}J}\times100\% = 40\%\)。
影响因素分析：热机效率受多种因素影响，如燃料是否充分燃烧、废气带走的热量、机件散热损失、机件间摩擦等。
幻灯片 9：提高热机效率的途径
措施列举：
使燃料充分燃烧：改进燃烧设备，如优化燃烧室结构、采用先进喷油技术等，让燃料尽可能完全燃烧，释放更多能量。
减少热量损失：加强热机部件的隔热性能，减少散热；利用废气的余热，如安装热交换器，回收废气中的部分热量用于预热空气或水。
减小机械摩擦：使用优质润滑油，改善机件的加工精度和装配工艺，减小机件间的摩擦阻力，降低额外的能量损耗。
实际应用案例：介绍一些汽车发动机采用涡轮增压技术回收废气能量、优化发动机结构提高燃油经济性等提高热机效率的实际应用，让学生了解这些措施在现实中的应用效果。
幻灯片 10：热机对环境的影响
污染问题：热机使用过程中会排放大量废气，其中包含一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）等污染物，会造成大气污染，引发雾霾、酸雨等环境问题，危害人体健康和生态环境。
能源消耗：大量使用热机消耗大量化石燃料，而化石燃料是不可再生能源，过度开采和使用会导致能源危机，影响人类社会的可持续发展。
图片展示：展示热机废气排放导致环境污染、能源枯竭等相关图片，增强学生的直观感受。
幻灯片 11：课堂小结
知识回顾：回顾热机的定义、工作原理、种类、汽油机和柴油机的工作过程、热机效率、提高热机效率的途径以及热机对环境的影响等重点知识。
思维导图展示：以思维导图形式呈现本节课知识框架，帮助学生构建系统的知识体系。
幻灯片 12：课堂练习
题目展示：
热机是将_____能转化为_____能的机器。
汽油机的四个冲程中，将内能转化为机械能的是_____冲程。
一台柴油机的热机效率为 35%，表示_____。
提高热机效率的方法有哪些？（至少写出两条）
答案讲解：逐一展示答案并进行讲解，帮助学生巩固知识，及时发现问题。
幻灯片 13：课后作业
作业布置：
完成课本上相关练习题。
查阅资料，了解一种新型热机（如斯特林发动机、燃料电池发动机等）的工作原理和特点，写一篇简短的科普报告。
幻灯片 14：结束页
感谢语：感谢同学们的认真听讲！希望大家通过本节课的学习，对热机有更深入的了解，感受物理知识在生活中的广泛应用。
鼓励语：探索物理世界的奥秘永无止境，期待大家在后续的学习中有更多的收获和发现！
2024沪科版物理九年级全册
14.3热机
第十四章 内能与热机
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
学习目标
知道汽油机的构造和工作原理。（重点）
02
知道热机中能量的转化。
01
了解汽油机和柴油机的主要区别。（重点）
03
观察与思考
燃料的化学能
工作物质的内能
工作机器的机械能
燃烧
做功
汽车、轮船、飞机是常见的交通运输工具，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？
发动机是把其他能量转化为机械能的机器，其中能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机则称为热机。常见的热机有蒸汽机、汽轮机、喷气发动机、内燃机、火箭发动机等，如图。
蒸汽机车
火箭发动机
喷气发动机
火电站的汽轮机
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机最常见的是汽油机和柴油机。
热机及其分类
1.定义
用汽油作燃料的热机。
2.构造
由气缸、火花塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、活塞、连杆和曲轴组成。
活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。
一、汽油机
（1）吸气冲程：曲轴通过连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。
（2）压缩冲程：两个气阀关闭，活塞在曲轴带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，气体内能增加、温度升高、压强增大。
3.工作过程
一、汽油机
压缩冲程
吸气冲程
（3）做功冲程：压缩冲程结束后，做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。
（4）排气冲程：曲轴因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废弃排出缸外。
3.工作过程
一、汽油机
排气冲程
做功冲程
四冲程汽油机一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。（简记为“4221”）
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
四冲程汽油机
一个工作循环
小结
一、汽油机
如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图________是将内能转化为机械能的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为2 400r/min,这次汽油机每秒钟内完成_______个冲程，对外做了________次功。
丙
80
20
例题
一、汽油机
用柴油作燃料的热机。
二、柴油机
1.定义
2.构造
柴油机结构和汽油机相似；它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。
四冲程柴油机的一个工作循环也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。活塞来回往复两次，曲轴转动两周，对外做一次功。在压缩冲程，将机械能转化为内能，在做功冲程，把内能转化为机械能。
二、柴油机
3.柴油机的工作过程
柴油机的吸气冲程进入气缸的只有空气。
压缩冲程中，缸内气体被压缩的程度比汽油机更大，缸内气体温度更高，压强更大。
压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火。
二、柴油机
柴油机与汽油机工作过程的不同
项目 汽油机 柴油机
构造 火花塞 喷油嘴
燃料 汽油 柴油
吸气冲程 吸入空气和汽油的混合物 只吸入空气
点火方式 点燃式 压燃式
应用 小轿车、摩托车、飞机 挖掘机、轮船、拖拉机
二、柴油机
汽油机和柴油机的比较
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
[补充设问]热机工作时将________能转化为________能。
C
热机
内
机械
2. [新考法]下图表示热机、内燃机、汽油机之间的包含关系，则1是________，3是________。
汽油机
热机
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3．如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，有个同学由这个装置联想到内燃机，请你用连线反映他的联想创新的思维过程。
酒精燃烧 坚固气缸　　
高温高压水蒸气 活塞运动做功
试管 油料燃烧　　
木塞冲出 高温高压燃气
知识点2
汽油机和柴油机
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4. [原创题]如图所示的是四冲程汽油机工作时的示意图。
(1)图中属于做功冲程的是________。
(2)A冲程是将________能转化为________能；
C冲程是将________能转化为________能。
(3)图A冲程中气缸内气体温度________(填“升高”或“降低”)。
(4)一个工作循环正确的顺序为____→____→____→____(前四空均填字母)。这一个循环中曲轴转______圈，活塞往返______次，对外做功______次。
C
机械
D
内
内
机械
升高　
B
A
C
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思维通法：判断汽油机冲程：
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5. [立德树人·传统文化]小倩同学对“走马灯”(图甲)产生浓厚兴趣，于是利用身边的物品制作了简易的“走马灯”，如图乙所示，点燃下方纸杯中的蜡烛后，其内部的气体温度升高，上升并推动上方纸杯转动，这一过程是将高温气体的内能转化为纸杯的________能，此能量转化过程
与内燃机的________冲程相同。
机械
做功
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6．根据汽油机与柴油机的区别，完成下表。
机种 柴油机 汽油机
构造 __________ 火花塞
吸入物质 __________ 汽油与空气混合物
点火方式 __________ 电火花点燃
喷油嘴
空气
压燃式
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7.[2025·漳州模拟]春运时，某地冻雨，大雪封路，高铁停运，内燃机车助力春运牵引复兴号回家感动无数人。如图所示的是内燃机车的内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为________冲程，它是________(填“汽油”或“柴油”)机。该内燃机一般还作为__________(填“小汽车”或
“挖掘机”)的动力装置。
压缩
柴油
挖掘机
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8．[2025·芜湖月考]汽油机大多用在一些轻巧的机械上，如图所示的是四冲程汽油机工作时某个冲程的示意图。则该冲程(　　)
A．需要火花塞点火
B．气缸内的压强降低
C．将机械能转化为内能
D．可以对外做功
C
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9．[2025·郑州模拟]礼花喷射器原理如图所示。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，下列说法正确的是(　　)
A．压缩气罐内的气体内能增加
B．压缩气罐内气体冲出时，分子的热运动加剧
C．该过程相当于汽油机中的做功冲程
D．彩条喷向高处是通过热传递获得能量的
C
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10．[2025年1月合肥期末]如图所示的是某单缸四冲程内燃机工作示意图，该内燃机在吸气冲程中把 ________________________(填“燃料”“空气”或“燃料和空气的混合物”)吸入气缸；若该内燃机1 s吸气20次，则曲轴转速为________r/min。
燃料和空气的混合物
2 400
解题思路：飞轮转2转——1个工作循环
——做功1次——4个冲程。
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11. [新考法]小训在学习内能知识后，突发奇想，在家自制了一个内能演示仪，由压力式喷壶、电子温度计、小风车等组成。电子探头内置于喷壶中，喷壶穿线孔处密封，仪表盘外置，如图所示。当小训开始向内打气时，气体内能______(填“增大”“减小”或“不变”)，此过程相当于汽油机四个冲程中的______冲程。小训向壶内压缩完气体后，按下喷气开关时，风车转动，此时气体的内能转化为风车的__________，此过程相当于汽油机四个冲程中的______冲程。
增大
压缩
机械能
做功
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12．[2024·淮北期中改编]某单缸汽油机气缸的活塞面积是120 cm2，做功冲程中活塞移动的距离是35 cm，气体的平均压强是5×105 Pa。曲轴的转速是300 r/min。求：
(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力；
解：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力：
F＝pS＝5×105 Pa×120×10－4 m2＝6 000 N；
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(2)汽油机每分钟做的功；
(3)汽油机的功率。
气体每次膨胀对活塞做功：W′＝Fs＝6 000 N×35×10－2 m＝2 100 J，300 r/min表示每分钟汽油机飞轮转动300转，对外做功150次，汽油机每分钟做的功：W＝150W′＝150×2 100 J＝3.15×105 J；
汽油机的功率：P＝ ＝5 250 W。
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热机
定义
内燃机
热机的应用
汽油机
柴油机
将燃料燃烧时释放内能转化为机械能的发动机则称为热机
4冲程，活塞往复2次，曲轴转2圈，做功1次
谢谢观看！

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