14.1热机（教学课件）(共42张PPT) -2023-2024学年九年级物理全一册

(共42张PPT)
热机
早期的蒸汽机车
早期的汽车
Bloodhound 超音速车
这些没有被外力拖动、推动的车是如何获得机械能的呢？
观察实验
1．你看到什么现象？
观察实验
1．你看到了什么现象？
水发生沸腾，橡胶塞被推出去了。
2．是什么把橡胶塞推出去了？
水蒸气。
观察实验
　　3．水蒸气把橡胶塞推出去了，水蒸气对橡胶塞做了功，说明水蒸气具有能量，这种能量是_____。
　　在这个实验中，发生了怎样的能量转化？
内能
酒精燃烧放出的热量通过热传递传给水和水蒸气。
酒精的化学能 → 水和水蒸气的内能
水蒸气推动橡胶塞做功。
水蒸气的内能 → 橡胶塞的机械能
观察实验
活塞
连杆
曲轴
自行车的曲轴
4．根据这个实验的现象、原理，能做些什么？
蒸汽机车的机械能就是通过蒸汽机获得的。
燃料的化学能→ 水蒸气的内能 → 活塞、机器的机械能
　　瓦特改良蒸汽机后，由蒸汽机带动的纺织机、蒸汽机车、蒸汽轮船……纷纷出现，第一次工业革命到来，人类进入了蒸汽时代。
物理与社会
用类似风车的叶轮代替活塞，也可以带动机器运动——汽轮机。
　　无论蒸汽机、汽轮机，都需要先将水加热至沸腾，再利用水蒸气间接地将燃料燃烧产生的内能转化为机械能，这一过程往往会导致大量的内能散失。
发电厂的汽轮机排出大量水汽
有直接利用燃料燃烧产生内能的方法吗？
　　将燃料燃烧生成的燃气向后喷出，根据力的作用是相互的，将燃气的内能转化为火箭的机械能——喷气发动机。
古代的火箭(模型)
现代火箭(结构图)
现代火箭
观察实验
1．你看到了什么现象？
针筒内有火光，活塞被推出去了。
2．是什么把活塞推出去了？
酒精燃烧产生的高温高压的气体。
3．这个实验中，能量是怎样转化的？
燃料的化学能
气体的内能
活塞的机械能
燃烧
做功
内燃机
——燃油汽车的机械能来源
　　内燃机相比蒸汽机，体积更小、质量更轻、热损失更少。内燃机的发明解决了交通工具的发动机问题，由内燃机驱动的汽车、远洋轮船、飞机等得到了迅速发展，是第二次工业革命的一项重大成就。
20世纪初的汽车生产流水线
1903年莱特兄弟的试验飞机
物理与社会
一、热机
1．热机：利用内能做功（将内能转化为机械能）的机械。
2．内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
（1）汽油机：用汽油作为燃料的内燃机。
（2）柴油机：用柴油作为燃料的内燃机。
热机 蒸汽机 汽轮机 内燃机 喷气发动机 ……
汽油机 柴油机 二、汽油机
汽缸
火花塞
排气门
进气门
活塞
连杆
曲轴
1．四冲程汽油机的结构
点火装置
汽油和空气混合物进入汽缸的通道
能在汽缸内上下移动
将废气排出汽缸的通道
连接活塞和外部机械，传导力的作用(转移机械能)
二、汽油机
2．四冲程汽油机的工作过程
　　（1）冲程：活塞从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
二、汽油机
2．四冲程汽油机的工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
（2）四冲程汽油机的四个冲程
结构 状态
进气门
排气门
活塞
①观察
吸气冲程
打开
关闭
向下运动
　　连杆向下拉动活塞运动。
　　汽缸内气体压强减小，外界大气压将汽油和空气的混合物压入汽缸。
　　不存在。
吸气冲程
②活塞运动的原因是什么？
③活塞运动的结果是什么？
④这个冲程是否存在能量转化？
压缩冲程
①观察
结构 状态
进气门
排气门
活塞
关闭
关闭
向上运动
压缩冲程
　　连杆向上推动活塞运动。
　　活塞压缩汽缸内的气体做功，使气体的内能增大、温度升高。
　　机械能转化为内能。
②活塞运动的原因是什么？
③活塞运动的结果是什么？
④这个冲程是否存在能量转化？
　　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。
结构 状态
进气门
排气门
活塞
做功冲程
①观察
关闭
关闭
向下运动
做功冲程
　　高温高压的气体向下推动活塞。
　　活塞推动连杆、曲轴运动，并带动外部的机械运动。
　　内能转化为机械能。
②活塞运动的原因是什么？
③活塞运动的结果是什么？
④这个冲程是否存在能量转化？
排气冲程
结构 状态
进气门
排气门
活塞
关闭
打开
向上运动
①观察
排气冲程
　　连杆向上推动活塞运动。
　　汽缸内气体被压缩，压强变大，当大于外界大气压时，废气被排出汽缸。
　　不存在。
②活塞运动的原因是什么？
③活塞运动的结果是什么？
④这个冲程是否存在能量转化？
二、汽油机
2．四冲程汽油机的工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
　　启动时，靠外力使曲轴转动。
　　运行过程中，曲轴依靠飞轮惯性继续转动。
高压气体推动活塞使曲轴转动。
曲轴依靠飞轮的惯性继续转动。
（3）四冲程汽油机的工作循环
　　飞轮：在汽油机外部、曲轴后端连接的装置，其转动的惯性很大。
1．辨别汽油机四个冲程的名称，并按工作过程排序：__________。
① ________
② ________
③ ________
④ ________
吸气冲程
做功冲程
压缩冲程
排气冲程
②③①④
　　2．______冲程使汽车获得了动力，______冲程汽车排出了尾气。
　　3．四冲程汽油机的一个工作循环包括____个冲程，活塞往复____次，曲轴转动____周，发生了____次能量转化，对外输出功____次。
4
做功
排气
2
2
2
1
　　现代汽车常用的四缸汽油发动机，四个汽缸分别处于四个不同的冲程，由于各个汽缸交替对外做功，所以发动机转动比较平稳。
三、柴油机
1．四冲程柴油机与汽油机的结构区别
火花塞
喷油嘴
喷出雾状柴油
汽油机
柴油机
三、柴油机
2．四冲程柴油机与汽油机在吸气冲程的区别
喷油嘴
喷出雾状柴油
汽油机
柴油机
空气和汽油
空气
？
？
火花塞
三、柴油机
3．四冲程柴油机与汽油机点火方式的区别
汽油机——点燃式：
在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，点燃燃料。
柴油机——压燃式：
　　在压缩冲程中，柴油机对空气的压缩程度比汽油机更高，活塞把空气的体积压缩得非常小，使得空气的温度很高。
　　在压缩冲程结束时，汽缸内空气的温度已经超过柴油的燃点，此时从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气便立刻燃烧起来。
三、柴油机
4．四冲程柴油机的工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
工作 过程 异同点 汽油机 柴油机
吸气 冲程 相同点 不同点
①进气门打开、排气门关闭、活塞向下运动
②曲轴由于外力或惯性转动，通过连杆拉动活塞
③没有能量转化
吸入汽油和空气
的混合物
只吸入空气
工作 过程 异同点 汽油机 柴油机
压缩 冲程 相同点 不同点
①进气门关闭、排气门关闭、活塞向上运动
②曲轴由于外力或惯性转动，通过连杆推动活塞
③活塞压缩气体做功——机械能转化为内能
压缩程度小，混合物
温度低于汽油燃点
压缩程度大，空气温度
高于柴油燃点
工作 过程 异同点 汽油机 柴油机
做功 冲程 相同点 不同点
①进气门关闭、排气门关闭、活塞向下运动
②燃气推动活塞使曲轴转动，对外做功
③气体推动活塞做功——内能转化为机械能
火花塞点燃燃料
　喷油嘴喷出雾状柴油，
柴油遇热空气燃烧
工作 过程 异同点 汽油机 柴油机
排气 冲程 相同点 不同点
①进气门关闭、排气门打开、活塞向上运动
②曲轴由于惯性转动，通过连杆推动活塞
③没有能量转化
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柴油机与汽油机在应用方面的区别
种类 柴油机 汽油机
应用 载重汽车、拖拉机、坦克、轮船等 家用汽车、小型飞机等
物理与社会
相同阶段汽缸内
的压强：
p柴油机 ＞ p汽油机
柴油机需要更高的结构强度，体积更大
柴油机的噪声更大
优点：柴油机输出的功率比汽油机更大
缺点
1．热机
蒸汽机、汽轮机、内燃机、喷气发动机……
2．汽油机
内能转化为机械能
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
3．柴油机
与汽油机的区别：结构、吸气、压缩、点火
工作过程与能量转化
排气冲程
—— 机械能 → 内能
—— 内能 → 机械能
　　查阅资料，了解生活中常见的机器，如新能源汽车、摩托车、电动自行车、普通火车、动车、轮船、航空母舰、喷气式飞机、直升机等。通过本节课所学知识，分析上述机器中，哪些用到了热机，用到了哪种类型的热机。
辽宁号航空母舰
国产喷气式客机C919