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第七章 内能
华师大版九年级上册
第3节 热 机
教学目标
科学观念：知道热值并能进行简单的计算；知道热机中能量的转化；理解四冲程汽油机的构造
和工作原理；
科学思维：通过观察、操作汽油机模型演示，理解热机工作过
程中的能量转化；能够简单描述汽油机的四个冲程；
探究实践：通过观察、操作汽油机模型演示，培养学生观察理
解问题、小组合作、自主探究的能力；
态度责任：学习热机的应用，激发学生的学习兴趣，培养学生
将科学知识应用于人类社会的意识。
新课导入
我们都知道地球上的绿色植物以二氧化碳和水为原料，通过光合作用生成 淀粉等有机物，把能量以化学能的形式贮存起来。
肉类、奶类和蛋类所含的能量是动物（包括人类）在生长过程中吃植物或其他动物所得来的。
煤、石油和天然气等燃料都是由埋藏在地下的生物，受地层压力和热的作用长期演变而成的。
所以食物和燃料都具有化学能。
讨论
小汽车是重要的交通工具，除了一部分汽车使用电能外，大部分还是要加注燃油，但是同样是燃油，为什么有的汽车用汽油，有的汽车用柴油？而家里烧饭时，有的又使用天然气而不用汽油、柴油，这是什么原因？
不同燃料的热值是不同。
（相同条件下，相同质量的汽油、柴油、天然气等放出的热量是不同的。）
新知讲解
一、燃料的热值
1、燃料：
燃料是指燃烧时能产生热能或动力和光能的可燃物质。分类固体燃料（如煤）、液体燃料（如石油）与气体燃料（如天然气）。
2、燃料燃烧时，化学能以热量形式释放，转化为周围物体增加的内能。
3、燃料的热值：
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量，叫做这种燃料的热值。 在国际单位制中热值的单位是焦/千克，符号为J/kg。
活动;
阅读下表，说一说有什么发现：
1）不同的燃料燃烧释放热量的能力不同；
2）不同的燃料具有不同的热值；
3）常见燃料中氢气的热值最大。
新知讲解
4、燃料燃烧放热的计算方法：
1）热值所表达的含义：
热值表示燃料放热能力强弱的物理量,反映了不同燃料在燃烧过程中化学能转化为内能的本领大小。
如，q干木柴＝1.2×107 J，表示1kg的干木柴完全燃烧放出的热量是1.2×107 J。
2）热值是燃料的一种特性，只与燃料的种类有关。
3）燃料燃烧放出的热量可用以下方法进行计算：
固体燃料：Q放＝mq
气体燃料：Q放=Vq
其中，q表示燃料的热值，m表示燃料的质量。
视频：
燃料的热值
（点击图片播放）
例题：
把质量为2 kg，温度为 25℃的水加热到 100℃，需要完全燃烧多少酒精？
解：
由于加热2kg水温度升高吸收的热量为：
Q吸=cm（t-t0） =4.2×103 J/（kg·℃）×2kg×（100℃ -25℃）
= 6.3×105 J
查表得q酒精=3.0×107 J/kg，设所需酒精质量为m2，则完全燃烧酒精放出的热量为： Q放=m2q=m2×3.0×107 J/kg ；
利用Q吸 = Q放得 m2=2.1×10-2kg
答：需要完全燃烧酒精21g。
新知讲解
5、燃料的充分利用：
实际上燃料很难完全燃烧，同时燃料燃烧放出的热量也不可能完全得到利用。一方面燃料不可能完全燃烧，另一方面燃料燃烧时放出的热量一部分散失到空气中，一部分为设备等装置所吸收。
对策：
改善燃烧条件，使燃料尽可能充分燃烧，同时根据热传递的三种方式尽可能减少各种热损失，使燃料得到有效利用，十分重要。
同时还要注意尽量减少矿石燃料燃烧对空气造成的污染。
讨论交流
下列交通工具一般使用什么燃料提供能量的？
普通家庭小轿车
摩托车
农用车、拖拉机
大型捕鱼船
汽油或电
汽油
柴油
柴油
这里，汽车、摩托车、拖拉机等的发动机都属于热机中的内燃机。
新知讲解
二、热机
1、热机：
热力发动机简称为热机。
凡是利用燃料燃烧时释放出热量，使工作物质的内能转化为机械能的发动机都叫做热机。
2、热机的种类：
蒸汽机、内燃机、汽轮机、燃气喷气发动机和火箭喷气发动机等都是热机。
3、内燃机：
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。
常见的内燃机有汽油机和柴油机。
新知讲解
三、汽油机和柴油机
（一）汽油机：
1、汽油机的工作物质：汽油。
2、汽油机的工作原理：
燃料（汽油）的化学能转化为机械能。
3、汽油机的构造：
活动：
汽油机模型实验
如图7.3.1所示，在厚壁有机玻璃圆筒内底
装有两根放电针，放电针和静电起电机连接。将
少量汽油喷入管内，用软木塞塞住管口，摇动起
电机，仔细观察产生的现象。
现象：
放电针产生火花、筒内汽油被点燃后，软木塞被筒内点燃的高温高压气体冲出。
这个实验演示了汽油机的一个主要工作过程：
发动机内燃料燃烧产生的高温高压气体对外做功，将内能转化为机械能。
新知讲解
实际的汽油机结构比以上实验模型要复杂一些。
有机玻璃圆筒换成金属汽缸，软木塞换成能上下移动的活塞，放电针换成火花塞，活塞与连杆曲轴相连。 当活塞做连续的上下往复运动时，曲轴就能转动起来。
新知讲解
4、汽油机的一个工作循环：
1）冲程：
活塞在汽缸内向上或向下移动一次叫做内燃机
的一个冲程。
2）一个工作循环：
四冲程汽油机的1个工作循环由个冲程组成：
吸气冲程、压缩冲程、做功冲程和排气冲程。
汽油机工作时，四个冲程周而复始，循环进行，这样四个冲程就组成一个工作循环。
相当于，1个工作循环中，活塞往返2次，曲轴转动2周，对外做功1次。
新知讲解
5、四冲程汽油机的工作过程：
视频：
汽油机的工作过程
（点击图片播放）
新知讲解
（二）柴油机：
1、柴油机的工作物质：柴油机。
2、汽油机的构造：
喷油嘴
新知讲解
3、柴油机与汽油机的比较：
新知讲解
三、热机的效率：
1、热机的效率：
热机做出的有用机械功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比叫做热机的效率。热机效率通常用百分数表示。
2、常见热机的效率：
汽油机的效率是 20％～30％，柴油机的效率是28％～40％。蒸汽机的效率只有6％～15％。
对策：
设计生产出效率高、耗油省的热机；蒸汽机逐步被内燃机替代。同时减少热机对环境的污染。
阅读
活动：
认真阅读教材P155－156有关火箭的内容，找出下列问题的答案：
1）什么是火箭？按燃料与氧化剂火箭可分哪几种火箭？
2）火箭的作用是什么？
3）如何减少火箭的质量、提高速度？
4）说一说我国长征系列火箭的贡献。
新知讲解
四、火箭：
1、火箭（火箭发动机）：
火箭是一种新型的热机。
2、火箭的功能：
火箭是用于发射人造 卫星和宇宙飞船的动
力装置。
3、火箭的工作原理：
利用反冲作用产生动力的发动机，自带的
燃料和氧化剂在燃烧室内燃烧，产生高温高压
燃气，燃气通过喷管向后喷出，同时产生大小
相等、方向相反的推力，把火箭推向前进。
新知讲解
4、火箭的种类：
由于要在缺氧太空中工作，所以火箭要自带氧化剂。火箭使用的燃料、氧化剂有液体和固体两种，火箭分为液体火箭和固体火箭。目前大多数空间运载火箭都是液体火箭。
5、减轻质量，提高速度：
一般的空间运载火箭有几十米高，其中绝大部分容积为燃料和氧化剂所占满。它的质量要占整个火箭质量的 80％以上。因为空间运载火箭主要是把人造卫星或飞船送入空间轨道，所以，火箭设计时总是减小火箭结构部分的质量，携带足够的燃料与氧化剂，使有效载荷进入空间轨道。火箭结构部分在燃料与氧化剂用完后，就自动脱落，坠入大气中焚毁。
现代火箭一般采用二级或三级火箭，当一级火箭工作完成后，空壳脱落，下一级火箭继续工作，推动火箭前进，使火箭得到更高的速度。
新知讲解
7、我国的长征系列火箭：
我国是火箭的故乡，我国火箭技已进入世界
先进行列。具有世界先进水平的“长征号”系列火
箭，把许多国家的人造卫星送入太空，还多次成功
发射神舟系列飞船，2012年成功实现了载人飞船与
航天器的对接。
2022年11月29日，我国长征二号F遥十五运载
火箭搭载神舟15号载人飞船发射成功。11月30日，
神舟十四号、神舟十五号两个航天员乘组首次实现
“太空会师”。
2022年11月29日
我国长征二号F遥十五运载火箭搭载神舟15号载人飞船发射成功
课堂练习
1、柴油机工作一个循环需四个冲程,其中由机械能转化为内能的是 ( )
A. 吸气冲程 B. 压缩冲程
C. 做功冲程 D. 排气冲程
B
课堂练习
2、热机包括内燃机、蒸汽机、汽轮机、燃气喷气发动机等。柴油机和汽油机都属于内燃机，下列关于热机的说法中正确的是( )
A．汽油机顶部有喷油嘴，柴油机顶部有火花塞
B．柴油机在吸气冲程中将柴油和空气的混合气吸入气缸
C．四冲程汽油机在工作过程中，进、排气门同时关闭的冲程是做
功冲程或压缩冲程
D．柴油机的压缩冲程中，机械能转化为柴油和空气混合物的内能
C
课堂练习
3、为了保护环境,控制和消除大气污染,在普及煤气和天然气使用的同时,更要注意安全.一旦门窗紧闭的厨房内发生煤气大量泄漏,极易引起爆炸,当你从室外进入厨房嗅到煤气异味时,下列操作中,你认为最安全的是 ( )
A. 立即给煤气维修部门打电话,关闭煤气源
B. 立即打开电灯,寻找泄漏处
C. 立即开启抽油烟机排出煤气,关闭煤气源
D. 立即打开门和窗,关闭煤气源
D
课堂练习
4、在做功冲程中,某汽油机燃气的平均压强是3×106 Pa,某柴油机燃气的平均压强是7×106 Pa。若汽油机和柴油机活塞面积和活塞移动的距离都相同,则汽油机与柴油机在这个冲程中做功之比是( )
A. 4∶3 B. 3∶4
C. 7∶3 D. 3∶7
D
课堂练习
5、酒精的热值是3.0×107焦/千克，它表示的意义是（ ）
A．酒精燃烧时释放的热量为3.0×107焦
B．1千克酒精燃烧时释放的热量为3.0×107焦
C．1千克酒精完全燃烧时释放的热量为3.0×107焦/千克
D．以上说法都不正确
D
课堂练习
6、如图1所示，在一个配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小团硝化棉，图中的装置其实就是小型的热机，当活塞快速压缩玻璃筒内的空气后，对筒内空气做了功，空气的内能增加，温度升高，棉花燃烧起来。松手后活塞会“反弹”，并从A位置向上运动到B位置，玻璃筒内高温高压的气体提供的压力对活塞做了功.
（1）你判断的依据是 。
（2）以圆点代替图中的活塞，作出活塞的受到
向上的压力F示意图及移动的距离s。
（3）四冲程汽油机工作过程中的其中一个冲程
与上述能量转化过程相同，该冲程即是图2中的
图。
气体对活塞有力的作用，且活塞在力的方向上移动了距离
丙
课堂练习
7、如图所示，某单缸四冲程汽油机的气缸活塞面积为30cm2，一个冲程活塞在气缸中移动的距离是50cm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强是9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作（不计摩擦），汽油的热值为4.6×107J/kg，求：
（1）汽油机每完成一次做功冲程，燃气对活塞做的功；
（2）汽油机的平均功率；
（3）若此汽油机的效率为30%，求一分钟耗油量。
解析：
课堂总结
1、热值：1千克(1立方米）某种燃料完全燃烧发出的热量。
单位：J/kg（J/m3)
2、燃料完全燃烧放出热量计算公式：Q=mq；Q=vq。
3、热机是把内能转化为机械能的机器。
汽油机的工作过程包括四个冲程：吸气冲程，压缩冲程，做功冲程，排气冲程。
4、热机的效率：热机做出的有用机械功的那部分能量跟燃料完全燃烧所放出的能量之比。
5、火箭是火箭发动机的简称，是一种新型的热机。
板书设计
燃料的热值
定义：
单位：
计算：
1kg某种燃料完全燃烧时放出的热量。
J/kg
Q放＝mq Q放＝vq
热机……内燃机
……新型热机：火箭
汽油机
柴油机
一个工作循环包括四个冲程：
吸气
压缩：（机械能→内能）
做功：（内能→机械能）
排气
7.3 热 机
η热机＝ ×100%
有用机械功
燃料放出的热量
作业布置
1、复习本节主要内容；
2、完成作业本中相应练习；
3、完成学案中“课后巩固”；
4、预习“7.4能量的转化和守恒”相关内容。
谢谢
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