资源简介

(共41张PPT)
幻灯片 1：封面
标题：14.2 热机
幻灯片 2：学习目标
知道热机的定义和作用，了解常见热机的种类。
理解内燃机的工作原理，能描述四冲程内燃机的工作过程。
知道热机效率的概念，了解影响热机效率的因素及提高效率的方法。
认识热机在人类社会发展中的重要作用，以及热机使用带来的环境问题。
幻灯片 3：引入 —— 从蒸汽机到现代汽车
情景展示：展示瓦特改良的蒸汽机、蒸汽火车、汽车发动机、飞机发动机的图片或视频片段。
问题提出：这些机器是如何工作的？它们共同的特点是什么？为什么说蒸汽机的发明推动了工业革命，而内燃机的出现改变了现代交通？
幻灯片 4：热机的定义与种类
定义：热机是把内能转化为机械能的机器。
工作原理：通过燃料燃烧获得内能，再将内能转化为机械能对外做功。
常见种类：
蒸汽机：最早的热机，通过燃烧燃料加热水产生水蒸气，利用水蒸气膨胀做功。
内燃机：燃料在气缸内燃烧，如汽油机、柴油机，广泛应用于汽车、摩托车等。
汽轮机：利用高温高压蒸汽推动叶轮转动，应用于火力发电站、大型轮船。
喷气发动机：燃料在燃烧室燃烧产生高温高压气体，高速喷出产生反作用力，应用于飞机、火箭。
图示：展示不同类型热机的实物图，标注其主要应用场景。
幻灯片 5：内燃机的构造（以汽油机为例）
主要结构：气缸、活塞、连杆、曲轴、进气门、排气门、火花塞、油箱等。
各部分作用：
气缸：燃料燃烧和气体膨胀的场所。
活塞：在气缸内做往复运动，将气体的内能转化为机械能。
连杆和曲轴：将活塞的往复运动转化为曲轴的旋转运动。
进气门和排气门：控制燃气的进入和废气的排出。
火花塞：点燃气缸内的可燃混合气（汽油机特有）。
示意图：展示汽油机的构造图，标注各部件名称及位置。
幻灯片 6：汽油机的工作过程 —— 四冲程
吸气冲程：
过程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，气缸内体积增大，吸入汽油和空气的混合物。
能量变化：无能量转化，主要是吸入燃料混合物。
压缩冲程：
过程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，体积减小，温度升高。
能量变化：机械能转化为内能（活塞的机械能转化为混合物的内能）。
做功冲程：
过程：在压缩冲程末，火花塞产生电火花，点燃燃料混合物，产生高温高压燃气，推动活塞向下运动，带动曲轴转动。
能量变化：内能转化为机械能（燃气的内能转化为曲轴的机械能），是唯一对外做功的冲程。
排气冲程：
过程：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气缸。
能量变化：无能量转化，主要是排出废气。
动画演示：播放汽油机四冲程工作动画，清晰展示各冲程的气门状态、活塞运动方向和能量变化。
幻灯片 7：柴油机与汽油机的对比
相同点：都属于内燃机，都有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，都是将内能转化为机械能。
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
火花塞点燃（点燃式）
压缩空气做功使燃料自燃（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 8：热机的效率
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，叫作热机的效率，用\(\eta\)表示，\(\eta=\frac{ ¨ }{ ¨ § è é } 100\%\)。
能量损失：热机工作时，能量损失主要包括：
废气带走的内能（最大的能量损失）。
热机部件散热损失的内能。
克服机械摩擦消耗的能量。
燃料不能完全燃烧损失的能量。
实例：汽油机效率约 20%~30%，柴油机效率约 30%~45%，蒸汽机效率更低（约 6%~15%）。
幻灯片 9：提高热机效率的方法
减少能量损失：
让燃料充分燃烧（如改进燃烧装置，优化燃油喷射方式）。
减少废气带走的能量（如安装废气涡轮增压装置，利用废气能量）。
减少散热损失（如给发动机加装保温层，采用高效冷却系统）。
减小机械摩擦（如使用润滑剂，改进机械结构）。
技术改进：
采用多缸发动机，使工作更平稳，能量利用更充分。
研发新型热机材料，提高耐高温、耐磨损性能。
意义：提高热机效率可以节约能源，减少燃料消耗，降低环境污染。
幻灯片 10：热机与环境
贡献：热机的发明和发展推动了工业革命和现代交通的进步，极大地提高了生产力，方便了人们的生活。
环境问题：
空气污染：热机燃烧燃料会产生一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等污染物，造成雾霾、酸雨等。
温室效应：燃烧化石燃料释放大量二氧化碳，加剧全球气候变暖。
解决措施：
开发清洁能源（如电动汽车、混合动力汽车）。
安装尾气净化装置，减少污染物排放。
提高热机效率，减少燃料消耗。
研发新型环保热机（如氢燃料发动机）。
幻灯片 11：课堂小结
热机定义：将内能转化为机械能的机器，常见种类有蒸汽机、内燃机、汽轮机等。
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，做功冲程是能量转化的核心（内能→机械能）。
热机效率：有用功与燃料完全燃烧放出能量的比值，存在多种能量损失，效率低于 100%。
效率提升与环保：通过技术改进提高效率，减少污染，开发清洁能源是发展方向。
幻灯片 12：课堂练习
热机是将______能转化为______能的机器，四冲程内燃机的一个工作循环包括______、、、______四个冲程，其中______冲程实现了能量的转化。
下列关于汽油机和柴油机的说法中，正确的是（ ）A. 汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是柴油和空气的混合物 B. 汽油机用火花塞点火，柴油机用压燃式点火 C. 汽油机效率比柴油机高 D. 汽油机和柴油机的点火方式相同
某汽油机工作时，消耗汽油 0.5kg，汽油的热值为 4.6×10 J/kg，若该汽油机的效率为 25%，则这些汽油完全燃烧放出的热量是______J，对外做的有用功是______J。
幻灯片 13：课后作业
完成课本上关于热机的练习题。
观察家中或身边的汽车、摩托车等交通工具，思考它们使用的是汽油机还是柴油机，结合本节课知识分析其工作特点。
查阅资料，了解新能源汽车（如电动汽车、氢燃料电池汽车）的工作原理，与传统内燃机汽车进行对比，写出一篇简短的科普短文。
2024人教版物理九年级全册
14.2热机
第十四章 内能的利用
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
1.理解热机的原理就是将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。
2.了解汽油机和柴油机的工作过程及能量转化。（重点）
3.知道汽油机和柴油机的区别，以及各自的优缺点。
4.体会内燃机的一个工作循环中，活塞往复运动次数，曲轴转动圈数。（难点）
热蒸汽为我们提供了强大的推力，把人们从繁重的体力劳作中解放出来。
蒸汽机带来一场革命！第一次工业革命！
新课探究
演示 观察现象，讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。
试验现象
橡胶塞冲出去，试管口出现“白雾”
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1 热机　
（1）定义：
利用内能做功的机械。
（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
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于 1 世纪发明的汽转球，但它只不过是一个玩具而已。
　　瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机作出一系列重大改进，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，标志着工业革命的开始。
瓦特
蒸汽机的原理演示
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机
内燃机
定义：
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。
[绍兴中考改编]如图所示，在试管内装适量的水，用橡胶塞塞紧管口，加热一段时间后橡胶塞冲出，同时管口附近产生“ 白气”。以下分析不正确的是（ ）
A. 水温上升时，水的内能增加
B. 试管口的“白气”是水蒸气
C. 管内气体对橡胶塞做功，其内能减少
D. 这个实验基本展示了热机的工作原理
B
知识点2 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
2. 工作原理
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。
3. 工作过程
汽油机工作原理
　　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。
吸气冲程
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
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。
想想议议
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。
练 习
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
知识3 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
柴油机工作原理
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
汽油机与柴油机的比较
不同点 比较 汽油机 柴油机
燃料
构造
点火方式
吸气冲程
效率
应用
汽油
柴油
火花塞
喷油嘴
点燃式
压燃式
吸入汽油和空气的混合物
只吸入空气
效率低
效率高
机体轻便，主要用于摩托车、小型汽车、飞机等
机体笨重，主要用于载重汽车、火车等
汽油机与柴油机的比较
相同点：
（1）都是燃料在汽缸内燃烧。
（2）都是将内能转化为机械的机器。
（3）汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。
（4）都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，一个工作循环曲轴和飞轮均转两圈，对外做功一次。
（5）排气冲程排出废气的过程相同。
（6）启动时都是靠外力使飞轮和曲轴转动起来。
阅读教材P28《科学世界》——“现代汽车”
现代汽车多数采用四缸或六缸等多缸发动机，每个汽缸都进行这种四冲程循环。
汽车的动力系统
知识点1 热机
1. 下列我国的“大国重器”中属于热机的是( )
A
A.歼战机的涡扇 发动机 B.新一代高铁的永磁同步牵引电机
C.天宫空间站装备的霍尔推进器 D.白鹤滩水电站的水轮发电机组
2. 如图所示，试管内装有水，橡皮塞塞住管口，加热使水沸
腾，水沸腾后看到的现象是__________，在这个过程中____能转化为
______能，热机就是根据这种原理制成的。
塞子冲出
内
机械
3.火箭升空时，将燃料燃烧产生的____能转化为______能，火箭的发动
机____（填“是”或“不是”）热机。
内
机械
是
知识点2 汽油机
4.如图所示，这是四冲程汽油机的剖面图。下列关于其四个冲程的描述
正确的是( )
D
A.吸气冲程中，只有空气进入气缸
B.压缩冲程中，气缸内温度降低
C.做功冲程中，曲轴依靠惯性带动活塞向下运动
D.排气冲程中，废气带走燃料释放的大量能量
5.［2024 常州］在汽油机的工作循环中，将内能转化为机械能，对外
提供动力的冲程是( )
C
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
6. ［2024临沂］2024年4月20日，我国研制的全球首款本体
热效率达 的柴油机正式亮相世界内燃机大会，刷新了柴油机热
效率的世界纪录。下图所示内燃机的四个冲程，气缸内气体的内能最小
的是( )
D
A. B. C. D.
7.［2024福建南平期末］如图，礼花筒利用筒内的高压空
气膨胀，将彩带喷向空中，其能量转化过程相当于内燃机
的( )
C
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
知识点3 柴油机
8.学习了汽油机和柴油机后，小华同学通过比较，分析出汽油机和柴油
机在构造和工作过程中的部分异同点，其中错误的是( )
A
A.汽油机吸入的是空气，柴油机吸入的是柴油和空气的混合物
B.在构造上，汽油机采用的是火花塞，柴油机采用的是喷油嘴
C.汽油机的点火方式是点燃式，柴油机的点火方式是压燃式
D.汽油机和柴油机都是将内能转化为机械能的机械
9.［2024福建宁德期末］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 在光照下分解，使气室气压增大，推动活塞右移。
活塞右移过程相当于汽油机的( )
C
A.吸气冲程 B.压缩冲程 C.做功冲程 D.排气冲程
10.［2024兰州］如图所示，用酒精灯对试管加热，等
水沸腾后，可以看到水蒸气把软木塞顶跑。下列说法
正确的是( )
B
A.用酒精灯加热试管，水内能的增加是通过做功的方式实现的
B.水蒸气把软木塞顶跑的过程，实现了内能向机械能的转化
C.水蒸气把软木塞顶跑的过程，相当于汽油机的排气冲程
D.试管口的白雾是水汽化后形成的水蒸气
11.若让一台正在正常工作的柴油机停止转动，应对它进行的操作是
( )
B
A.断开它的电路，停止给它供电 B.关停它的油路，停止给它供油
C.以上两种方法都可以 D.以上两种方法都不行
12.［2024湖南湘西期末］请参照图甲中的吸气冲程示意图，在图乙中画出
压缩冲程示意图，要求画出活塞、连杆、曲轴的位置及阀门的开闭情况。
[答案]
13.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，
某航母上安装了蒸汽弹射装置，如图所示
为其工作原理示意图，高压蒸汽推动活塞
牵引舰载机加速向右运动，用时 左右
舰载机即可达到起飞速度。此过程中，蒸
减小
做功
汽的内能会______（填“增大”或“减小”），其能量转化与汽油机的
______冲程相同。
14.［2024南京秦淮区期中］如图所示为一台单缸汽油机工作时四个冲
程的示意图：
（1）一个工作循环的四个冲程按顺序依次是：B、__________
（对图号重新排序）。
A、D、C
（2） 该汽油机主要技术指标如下表所示，则它工作时每
分钟做功_______次，做功的功率为_____ 。
排量
做功冲程推动活塞一次做功
转速
3 000
120
15. 如图是李老师在物理课上做的热机工
作原理的模拟实验，在玻璃管（底部用橡胶塞密封）
中先加入少量酒精，将一橡胶塞放入玻璃管并向下压，
然后用电子点火器点火，该橡胶塞会向上弹出。
（1）将橡胶塞向下压时，该过程中的能量转化与汽油
机四冲程中的______冲程的能量转化相同。
压缩
（2）如果想让橡胶塞弹得更远，你的方法是_______________________
_____________（答出一条即可）。
将橡胶塞下压更长距离（合理即可）
课堂小结
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
谢谢观看！

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