14.1 热机 教学课件 2022-2023学年人教版物理九年级全一册(共40张PPT)

(共40张PPT)
第十四章 内能的利用
14.1 热机
人教版·九年级上册
学习目标
1.了解热机的概念
2.了解汽油机与柴油机的构造及其特点（重点）
3.掌握热机与热量的相关计算（难点）
预习检测
1.热机：人们发现______可以做功，并制作了各种利用内能的机械——热机。热机的种类有很多，例如_______、_______、______、喷气发动机等。
内能
蒸汽机
内燃机
汽轮机
2.汽油机：顶部有______、下部有______，汽油在气缸里面燃烧生成高温高压的燃气，推动活塞______。汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环。
火花塞
活塞
做功
3.柴油机：柴油机的构造和汽油机相似，但是柴油机顶部没有_______，而有一个_______。柴油机的工作过程也分为______、______、______、______四个冲程。
火花塞
喷油嘴
吸气
压缩
做功
排气
新课导入
想一想：内能是如何转化成其他机械能的呢？
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柴火传递大量的内能到瓶里
热传递
内能最终可以转换成动能，顶开瓶盖
走进新课
我们已经知道任何物质都有内能，就像小说里的武林高手具有的内力一样
你了解内能如何转换成其他能吗？
光有内力没用，如何转换成武功才最重要。
内能也是一样，转换成能利用的机械能才重要。
蒸汽机：蒸汽机是蒸汽时代的标志物，它能够将燃烧放出的蒸汽转换成机械能。
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！
蒸汽机的遗憾——体积太庞大！效率太低！
　　用什么来代替高温高压的水蒸气呢？那样，锅炉就可以不要啦！
想一想
知识点1
热机
蒸汽机的体型大，笨重，转化效率低的缺点
为了使劳动力能彻底解放出来。
内燃机——电气时代　第二次工业革命
耗能少、体积小的内燃机（热机）便诞生了
最早的汽车（1886年）
人类利用内能的方式主要有两种：
（一）：利用内能加热，内能可以直接用来加热物理，物体获得内能后，温度会升高，其实质是能量转移过程，如烧水等
（二）：利用内能做功，使内能转换成我们需要的机械能，其实质是能量的转化过程，如火车利用燃料释放的内能来推动机械做功。
1、工作原理：
燃料在_____内燃烧，产生高温高压的气体对活塞_____。
_______和_________ 两种 。
汽缸
做功
汽油机
柴油机
利用内能来加热非常简单，我们只需要形成温度差即可，那利用内能来做功，我们就必须借助一些工具了，那就是——内燃机（热机）
2、分类：
热机的概念
热机实质都相同,利用内能来做功
巧计歌诀
小练笔
如图所示,在试管内装些水,用橡皮塞塞住,加热使水沸腾后,试管内的水蒸气会将橡皮塞冲出.水蒸气将橡皮塞冲出的过程中( )
A．化学能转化为内能
B．内能转化为机械能
C．机械能转化为内能
D．内能转化为化学能
B
知识点2
汽油机的结构与特点
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我们知道内燃机分为汽油机和柴油机
汽油机是怎样工作的呢？内部结构又是什么样的呢？
观察图回答汽油机的构造：上部有 和 ，
顶部有 。
主体是 ，内有 ,它通过 与 相连。
进气门
汽缸
活塞
连杆
曲轴
排气门
火花塞
　　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。活塞移动带动曲轴转动。
活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫做一个冲程。
曲轴转一圈对应两个冲程
转两圈对应一个工作循环（四个冲程）
汽油机如何运作
吸气冲程：
进气门______，
排气门______，
活塞向___运动，___________的混合物进入气缸。
曲轴转____周。
打开
关闭
打开
关闭
下
汽油和空气
半
压缩冲程：
进气门和排气门________，
活塞向____运动，
燃料混合物被_____。内能变_______
能量转化：_________ _
曲轴转____周。
关闭
关闭
都关闭
上
压缩
半
机械能→动能
大
压缩冲程：发生第一次能量转化
压缩冲程完成后，曲轴转了一圈
做功冲程：在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧产生高温高压的气体。（定义）
高温高压的气体推动活塞向 运动，带动曲轴转动,对外________。（过程）
下
做功
关闭
关闭
特点：1.曲轴转____周。（第2圈）
2.能量转化：内能→机械能
半
一个工作循环中，只有做功冲程对外做功，其他三个冲程都不做功
排气冲程：
进气门_____，
排气门_____，
活塞向____运动，
把______排出气缸。
打开
关闭
关闭
打开
曲轴转____周。
废气
上
半
汽油机四冲程记忆口诀
一个循环四冲程,吸压做功和排气;
一循曲轴转两周,燃气做功只一次;
能量转化有两次,压缩做功正相反.
巧计歌诀
关于内燃机,下列说法正确的是( )
A．四个冲程中只有一个冲程发生内能与机械能相互转化
B．压缩冲程主要是通过做功的方式增大缸内气体的内能
C．汽油机和柴油机都是通过火花塞点火的
D．只要技术进步,内燃机有可能不消耗燃料一直做功
压缩冲程和做功冲程都有能量转化
小练笔
B
知识点3
汽油机与柴油机区别
观察与探究
柴油机与汽油机的工作原理大致相同，工作流程也大致相同，但是有哪些地方不同呢？
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柴油机也是常见的热机。它是用_____作为燃料来工作的热机。
柴油
汽油机则是以汽油为燃料
汽油机顶部有火花塞，利用火花塞打火，吸气冲程吸入空气和汽油的混合物点燃汽缸内的汽油和空气的混合气体，这种燃烧方式称为点燃式。
柴油机顶部只有喷油嘴，没有火花塞，吸气冲程只吸入空气，利用喷油嘴喷出柴油，柴油遇到高温高压的空气立马燃烧起来，这种燃烧方式称为压燃式。
结构上的不同
汽油柴油机异同,关键先看汽缸顶. 汽油机用火花塞,柴油机用喷油嘴.
汽油压末塞点火,柴油压末喷油雾. 汽油机轻效率低,用于飞机小农机.
柴油机重效率高,轮船火车拖拉机.
巧计歌诀
汽缸体积不变，空气增加，密度自然增大
小练笔
柴油机压缩冲程中,随着活塞的运动,汽缸内空气密度不断______(选填“增大”“减小”或“不变”),这时活塞的机械能转化为被压缩空气的______能,使其温度更高、压强更大.
增大
内
归纳总结
1.内燃机具有四个冲程，分别是吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。其中压缩冲程和做功冲程涉及能量转换，整个工作循环中只有做功冲程做了一次功。
2.汽油机有火花塞，柴油机有喷油嘴，汽油机压缩程度小，做功方式为点燃式，柴油机压缩程度大，做功方式为压燃式。
随堂练习
热机
1.人们发现内能可以做功,并制造出各种利用内能做功的机械———热机,下面这些机械中不属于热机的是( )
A．电动机 B．柴油机
C．汽油机 D．蒸汽机
A
汽油机
2．汽油机是热机的一种,汽油在汽缸内燃烧时将_______能转化为_______能,如图所示是四冲程汽油机工作状态示意图,由图可以看出,此时 它正处在_______冲程.
内
机械
做功
左右阀门关闭，火花塞打火，活塞向下就是做功冲程。
3．如图所示是四冲程汽油机的两个冲程,甲图显示的是汽油机的_______冲程,乙图中是_______能转化为______能.
压缩
内
机械
柴油机
4、汽油机和柴油机的主要不同点是( )
A．在构造上汽油机汽缸顶部有喷油嘴,而柴油机的汽缸顶部有火花塞
B．在吸气冲程中汽油机吸入汽缸的是汽油,柴油机吸入汽缸的是柴油
C．在压缩冲程末,汽油机用点燃式点火,而柴油机采用的是压燃式点火
D．在做功过程中汽油机里的燃气温度和压强比柴油机里的高
C
课堂小结
热机
内燃机：能够利用内能做功的机器
汽油机：有火花塞，需要打火，一个工作循环转两圈四个冲程，做功冲程做功，吸入的是空气和汽油混合物，点燃式。
柴油机：有喷油嘴，一个工作循环转两圈四个冲程，做功冲程做功，吸入的是空气，压燃式。
课后习题
1.一柴油机的转速是３０００r/min,它１秒钟对外做功______次,它完成吸气冲程时,吸入汽缸里的物质是______ .
25
空气
一个工作循环对应4个冲程，对应两转，其中只有1个冲程做功，50r/s也就是说1秒做功25次
2.如图所示是演示点火爆炸的实验装置,按动电火花发生器的按钮,点燃盒内酒精.盒盖迅速飞出.这个过程与四冲程汽油机中的哪一个冲程的能量转化相同( )
A．吸气冲程
B．压缩冲程
C．做功冲程
D．排气冲程
C
动手动脑学物理
1.除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？
【解析】本题在举例时从热机的定义来考虑，只要是利用内能来做功的机器都是热机。
【答案】除了飞机、汽车、摩托车外，还有轮船、拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克等都使用了热机，这些热机都是内燃机。火车可分为电力机车、内燃机车和蒸汽机车，其中内燃机车使用的是内燃机。
2.在图14.1-6中，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞和曲轴位置和进气门、排气门的开闭情况。
图14.1-6 画出各冲程中活塞、曲轴的位置及阀门的开闭情况
【答案】如图所示：
3.从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中
（1） 哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？
（2） 哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？
（3） 哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？
【解析】在做功冲程中，燃料在汽缸内燃烧，把化学能转化为内能，燃气推动活塞运动，再把内能转化为机械能；在压缩冲程中，把机械能转化为内能。
【答案】（1）做功冲程 （2）做功冲程 （3）压缩冲程
柴油机 汽油机
吸气冲程 不同
相同
压缩冲程 不同
相同
做功冲程 不同
相同
排气冲程
1. 柴油机和汽油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？
【答案】柴油机和汽油机的工作过程的相同点和不同点如下表所示。
吸入汽缸内的只是空气
吸入汽缸内的是空气和汽油的混合物
进气门打开，排气门关闭
空气被压缩得更厉害，空气体积更小，压强更大，温度更高
燃料混合物被压缩，体积变小，压强变大，温度升高
机械能转化为内能，两个气门都关闭
喷油嘴喷出雾状柴油，遇热空气燃烧；压燃式
火花塞产生电火花，将燃料点燃；点燃式
内能转化为机械能；两个气门都关闭
进气门关闭，排气门打开，排出废气