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第2节 热机
第十四章 内能的利用
初/中/物/理 人教版——九年级全一册 —————————————————————
1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理；
2.理解热机将内能转化为机械能的本质特征，熟练区分热机与其他机械装置；
3.掌握汽油机和柴油机装置构造；
4.能完整、准确地描述汽油机和柴油机从吸气冲程到排气冲程的完整工作过程，明确每个冲程中各部件的运动情况，强化能量转化的物理观念。；
5.深刻感受内能利用对人类生产力提升、社会进步的巨大推动作用，激发对物理学科和科学技术的热爱。
学习目标
难点
重点
新课引入
你觉得，蒸汽机和火车的动力装置是如何提供机械能的？
蒸汽机火车
新课引入
你觉得，蒸汽机、汽车和火箭的动力装置是如何提供机械能的？
蒸汽火车的动力装置通过燃烧煤带动火车向前行驶。
现代汽车需要经常加“油”，才能让车持续行驶。
火箭一般靠燃料燃烧排出高温高速燃气来获得推力。
实验探究
现象2：橡胶塞被水蒸气推出，同时试管口出现大量“白雾”。
思考：这个过程中你会观察到什么现象？
现象1：试管中的水在长时间的加热下沸腾了。
实验探究
试着分析这些实验现象产生的原因？
点燃酒精灯，加热试管中的水。
实验分析：
酒精燃烧时，将燃料的化学能转化为内能，火焰又通过热传递将内能传递给试管中的水，使水的内能增加，温度升高，水沸腾，产生大量高温高压的水蒸气。
现象1——水沸腾：
高温高压的水蒸气对外做功，将塞子推出去，水蒸气的内能转化为塞子的机械能，水蒸气的内能减少，温度降低，试管口处的水蒸气遇冷液化成小水滴，这就是实验中试管口的白雾。
现象2——塞子冲出，试管口出现大量“白雾”：
实验探究
思考：这个过程能量是怎样转化的？
点燃酒精灯，加热试管中的水。
蒸汽机的工作原理
燃料的化学能
火焰的内能
水的内能
塞子的机械能
燃烧
热传递
做功
能的转化
能的转化
能的转移
知识构建
1782 年，瓦特研制成功新式双向蒸汽机；1788 年，英国政府正式授予瓦特制造蒸汽机的专利证书；到了 19 世纪 30 年代，蒸汽机更是推向了全世界，人类社会由此进入了 “蒸汽时代” 。
传说一天，小瓦特在厨房里看祖母做饭，灶上坐着一壶开水，随着水温升高，壶里渐渐有蒸汽冒出。起初，壶盖很安稳，可当水快要开时，发出了哗哗的响声，紧接着，壶里大量的水蒸汽冒出来，推动壶盖跳动起来，蒸汽不住地往上冒，壶盖也不停地跳动，就好像里边藏着个调皮的魔术师在变戏法。他的好奇心被彻底点燃。
科学小贴士
蒸汽的力量好大，顶起了壶盖！
一、热机
知识构建
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人们发现了内能可以做功，所以制造了各种利用内能做功的机械——热机。
蒸汽机
汽轮机
内燃机
火箭发动机
喷气发动机
1.热机：利用内能做功的机械就是热机。
2.热机的种类包括：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
柴油机
知识构建
一、热机
3.内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。
一种内燃机剖面图
内燃机
汽油机
柴油机
——用汽油做燃料
——用柴油做燃料
汽油机
二、汽油机
1.定义：用汽油作燃料的内燃机叫做汽油机。
2.实例：一般的交通工具使用的是汽油机，比如小型汽车、快艇、摩托车等。
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汽车
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快艇
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摩托车
二、汽油机
3.原理：利用气缸内燃烧汽油产生高温高压气体推动活塞做功。
4.构造:（如图）。
四冲程汽油机的构造原理图
火花塞
气缸
进气门
排气门
活塞
曲轴
连杆
汽油机构造实物图
二、汽油机
5.冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。
6.工作循环：多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环来保证连续工作的。
汽油机实物原理视频
汽油机动画原理视频
二、汽油机
7.汽油机的工作过程：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
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
二、汽油机
汽油机的工作过程：吸气冲程。
吸气冲程
吸气冲程
吸气冲程：
阀门：进气门打开
排气门关闭
活塞运动的方向：向下运动。
气缸内的物质：汽油和空气的混合物。
二、汽油机
汽油机的工作过程：压缩冲程。
压缩冲程：
阀门：进气门关闭
排气门关闭
活塞运动的方向：向上运动。
燃料混合物：压强增大，温度升高。
做功情况：活塞对气缸内的气体燃料做功。
能量转化：活塞的机械能转化为燃料的内能。
压缩冲程
压缩冲程
做功冲程
二、汽油机
汽油机的工作过程：做功冲程。
做功冲程：
阀门：进气门关闭
排气门关闭
活塞运动的方向：向下运动。
点火过程：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。
做功情况：燃料对活塞做功。
能量转化：燃料的内能转化为活塞等机械的内能。
做功冲程
二、汽油机
汽油机的工作过程：排气冲程。
排气冲程：
阀门：进气门关闭
排气门打开
活塞运动的方向：向上运动。
排气过程：向上运动的活塞将燃料产生的废气排出气缸。
排气冲程
排气冲程
二、汽油机
四冲程汽油机一个工作循环：
活塞往复运动2次
曲轴、连杆带动飞轮转动2圈
经过4个冲程
对外做功1次
除了做功冲程，其他三个冲程都是依靠飞轮的惯性完成。
二、汽油机
趣味记忆四冲程：
气纳百川
运气压缩
如来神掌
二、汽油机
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压缩冲程中发生了怎样的能量转化？
哪个冲程排出了气缸的废气？
免作业一次
做功冲程中发生了怎样的能量转化？
汽油机一个工作循环，活塞往返运动几次？
哪个冲程使汽车获得了动力？
辣条一包
再来一次
点击上面“点击按钮”用来抽奖和停止
演亦文化
课堂小游戏——想想议议
点击抽奖，回答问题。
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大家踊跃参加呦。
三、柴油机
1.定义：用柴油作燃料的内燃机叫做柴油机。
2.实例：柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
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起重机
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拖拉机
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坦克
柴油机构造实物图
三、柴油机
喷油嘴
进气门
排气门
气缸
活塞
连杆
曲轴
柴油机构造图
3.原理：利用气缸内燃烧汽油产生高温高压气体推动活塞做功。
4.构造：（如图）。
三、柴油机
吸入新鲜空气
空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点（压燃式）。 机械能转化为内能。
压缩冲程
做功冲程
把废气排出气缸
吸气冲程
排气冲程
在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
三、柴油机
5.柴油机和汽油机的区别与联系
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柴油机和汽油机有什么区别？
我们先观看下视频，在来总结下。
三、柴油机
5.柴油机和汽油机的区别与联系
燃料
结构
工作循环
吸气冲程
点火方式
能量转换
优缺点
汽油机
柴油机
汽油
柴油
火花塞
喷油嘴
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。
吸进汽缸的是汽油和空气
吸进汽缸的只有空气
点燃式
压燃式
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
科学世界
走
马
灯
如图展示的是我国传统走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。这一过程中，不同形式的能量是如何转化的？这一能量转化过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似？
蜡烛的化学能
火焰的内能
空气的内能
扇叶的机械能
转化
转移
转化
与做功冲程相似
随着电子技术的发展，许多燃油汽车已经采用了电子燃油喷射系统。微电脑可以根据内燃机的工作状态和空气的温度等多种因素精确控制喷油的数量和时机，以提高燃烧效率，减少有害气体的排放，降低燃料的消耗，同时提高发动机的功率。电子技术的应用，使燃油汽车有了更广阔的发展空间。此外，利用电能、氢能等的各种新能源汽车也在快遠发展。未来的汽车将更加节能、安全，对环境的
影响会更小。
燃油汽车由发动机、底盘、车身和电气设备四大部分组成。
发动机把燃料燃烧产生的内能变为机械能，再通过底盘上的传动机构，将动力传给车轮，使汽车行驶。
燃油汽车一般采用三缸、四缸或六缸等多缸发动机，如图所示为四缸发动机），每个气缸都进行四冲程循环，由于各个气缸交替做功，所以发动机运转比较平稳。
科学世界
现代汽车
HYUNDAI MOTOR
Future cars will be more energy-efficient and safer, and will have less impact on the environment.
”
”
知识迁移
1.如图所示是内燃机工作循环中的一个冲程，它是（ ）
A.压缩冲程，将化学能转化成内能
B.做功冲程，将机械能转化成内能
C.压缩冲程，将机械能转化成内能
D.做功冲程，将内能转化成机械能
解：压缩冲程的过程中，活塞的机械能转化为汽缸内气体的内能；做功冲程的过程中，燃料燃烧，燃料的化学能转化为燃气的内能，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，燃气的内能转化为机械能。故选C。。
C
知识迁移
2.某同学看到爸爸启动汽车时，转速表如图所示。转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机一个气缸每分钟完成做功冲程的次数。
解：在四冲程汽油机中，完成一个工作循环，飞轮转2圈，对外做功1次。已知转速表显示0.75×1000r/min=750r/60s=12.5r/s，则1分钟内飞轮转动的圈数为12.5r/s×60s=750r。因为每2圈对外做功1次，所以1分钟内对外做功的次数为750/2=375次。故答案为375次。
1000r/min
知识小结
热机
柴油机
汽油机
热机
热机的种类：蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等。
热机的原理：将内能转化为机械的机械能。
内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
实例：小型汽车、快艇、摩托车等。
定义：用汽油作燃料的内燃机叫做汽油机。
冲程：由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环。
实例：坦克、起重机、拖拉机等。
定义：用柴油作燃料的内燃机叫做柴油机。
冲程：由吸气、压缩、做功、排气四个冲程不断循环。

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