10.4热机课件2023-2024学年度北师大版物理九年级全册

(共41张PPT)
第4节 热机
九全 物理
北师版
学习目标
新课引入
新知学习
课堂小结
1
2
3
4
教学环节
你知道瓦特与蒸汽机的故事么？你知道蒸汽机的主要动力来源是什么吗？
早期蒸汽机的雏形——汽转球
新课引入
1．知道热机工作时的能量转化情况
2．知道四冲程汽油机和柴油机的构造和工作原理
3．通过观察汽油机、柴油机的工作过程，能够简单描述它们的主要特征
4．通过网络、图书馆等各种途径收集整理蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机的原理、特点和相关资料
重点
学习目标
酒精灯对水加热，水沸腾后， 软木塞飞出，管口有白气产生
你能说一说实验过程中发生了怎样的能量转化？
热机原理
酒精燃烧的化学能转化为水和水蒸气的内能，水蒸气对软木塞做功，又将内能转化为机械能
现 象
解 释
新知学习
种 类
内燃机
喷气发动机
汽轮机
蒸汽机
燃料的化学能
工作物质的内能
工作机器的机械能
燃烧
做功
热机
定 义
将由燃料燃烧产生的高温高压气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机
能量转化
科学家瓦特在1776年制造出了第一台应用内能转化为机械能的实用蒸汽机。他开辟了人类利用能源的新时代，使人类进入“蒸汽时代”，引起了18世纪的第一次工业革命。
蒸汽机需要一个使水沸腾产生高压蒸汽的锅炉，这个锅炉可以使用木头、煤、石油或天然气，甚至可燃垃圾作为热源来加热，使蒸汽膨胀推动活塞做功，蒸汽机车的锅炉与汽缸是分离的，属于外燃机。
蒸汽机的基本原理
蒸汽火车
蒸汽船
缺点：
体积庞大、车身笨重、热量损失大、效率低
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。
内燃机种类：汽油机和柴油机
内燃机
使用汽油作为燃料的叫汽油机。
汽油机
柴油机
使用柴油作为燃料的叫柴油机。
优点：
体积小、
重量轻、
启动快、
效率高
下列关于如图所示实验的说法，错误的是( )
A.试管口出现的白雾是液化的结果
B.该实验基本能反映热机的工作原理
C.木塞冲出的过程中机械能转化为内能
D.该实验可以说明做功能改变物体的内能
C
内能转化为机械能
针对训练
汽油机构造剖面图
二、汽油机
汽油机剖面图
进气门
排气门
火花塞
活塞
连杆
曲轴
气缸
汽油在气缸内燃烧时，产生高温高压燃气，推动活塞做功，将内能转化为机械能，活塞移动带动曲轴转动
汽油机的工作原理是怎样的呢
汽油机工作时，活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程(或行程)。
汽油机工作原理示意图：
压缩冲程
吸气冲程
做功冲程
排气冲程
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
汽油机工作原理示意图：
吸气冲程
1.进气门、排气门是什么状态？
2.活塞向哪个方向运动？
3.吸进的是什么物质？
进气门打开，排气门关闭
向下运动
汽油和空气的混合物
汽油机工作原理示意图：
压缩冲程
1.进气门、排气门是什么状态？
2.活塞向哪个方向运动？
3.发生了什么能量转化？
4.此冲程的作用
缸内混合气体被压缩
进气阀关闭，排气阀关闭
活塞向上运动
机械能转化为内能
做功冲程
汽油机工作原理示意图：
1.进气门、排气门是什么状态？
2.活塞向哪个方向运动？
3.发生了什么能量转化？
4.此冲程的作用
压缩冲程末,气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动
进气阀关闭，排气阀关闭
活塞向下运动
内能转化为机械能
排气冲程
将燃烧后的废气排出缸外
汽油机工作原理示意图：
1.进气门、排气门是什么状态？
2.活塞向哪个方向运动？
3.此冲程的作用
进气阀关闭，排气阀打开
活塞向上运动
吸气
压缩
做功
排气
机械能转化为内能
内能转化为机械能
获得动力
排 出
尾 气
做功冲程使汽车获得动力，其余三个冲程依靠飞轮的惯性来完成。
空气和汽油
一个工作循环
汽油机工作过程
例如：某台汽油机飞轮的转速为2400r/min，在1s内，汽油机完成___ 个工作循环，活塞往复运动 次，对外做功 次，完成 个冲程。
20
40
20
80
内燃机的启动
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
一个工作循环有四个冲程:
吸气、
压缩、
做功、
排气
活塞往复 次，曲轴转动 周，飞轮转动 圈，对外做功 次。
两
两
两
一
思考与交流
1．在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？
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？
压缩冲程把机械能转化为内能；做功冲程把内能转化为机械能
做功冲程
排气冲程
1.区分吸气冲程与排气冲程，可以不看活塞的运动情况，只需看打开哪个气门
识别冲程——对比法
吸气冲程
排气冲程
2.识别做功冲程与压缩冲程
（1）有火花塞点火的是做功冲程，没有的是压缩冲程；
（2）只需看活塞的运动情况。活塞向上运动为压缩冲程，活塞向下运动为做功冲程。
做功冲程
压缩冲程
图1
图4
图2
图3
你能写出对应冲程的名称吗？
图1
做功冲程
图2
排气冲程
图3
吸气冲程
图4
压缩冲程
3
4
1
2
四冲程汽油机的工作过程
冲程示意图
工作冲程
进气阀
排气阀
火花塞
活塞运动方向
归纳
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
打开
关闭
关闭
关闭
关闭
关闭
关闭
打开
未点火
未点火
未点火
点火
向下
向上
向下
向上
冲程示意图
工作冲程 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程
能量的转化 / /
工作循环 一个工作循环，活塞往复运动______，曲轴转动______，对外做功_______ 注意：汽油机在工作时只有做功冲程使机车获得动力，其他的三个冲程均为辅助冲程，依靠安装在曲轴上飞轮的惯性来完成
机械能→内能
内能→机械能
两次
两圈
一次
1.内燃机的工作过程由_________、_________、_________、_________四个冲程组成，其中，将机械能转化为内能的是_______冲程，将内能转化为机械能的是_______冲程。内燃机在一个循环中，活塞往复运动_____次，气缸内的燃油燃烧爆发_____次，对外做功_____次。
压缩冲程
吸气冲程
做功冲程
排气冲程
压缩
做功
2
1
1
针对训练
2.如图是汽油机的_____冲程，它将 ____________________吸入汽缸，在汽油机启动后吸气冲程依靠飞轮的 __________来完成；若该汽油机飞轮的转速为 1 800 r/min，那么该内燃机 1 s 对外做功 _____次，完成 _____个冲程。
汽油和空气混合物
惯性
15
60
吸气
三、柴油机
坦克和轮船上使用的不是汽油机，而是柴油机．
喷油嘴
阅读课本P22，回答问题.
柴油机在构造上，和汽油机有哪些不同？燃料是怎么点燃的？
柴油机构造及工作原理
进气门
活塞
连杆
排气门
汽缸
曲轴
柴油机构造
喷油嘴
火花塞
对比
汽油机构造
柴油机吸气冲程只吸入空气；
柴油机也有吸气、压缩、做功、排气四个冲程，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.
请同学们自主学习，比较柴油机和汽油机在构造和工作原理上有何异同
相同点：
都是燃料在汽缸内燃烧，都是将内能转化为机械能的装置，都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，曲轴和飞轮转动两周，对外做功一次，启动时，都是靠外力先使飞轮和曲轴转动起来。
不同点：
内燃机 项目 汽油机 柴油机
燃料 汽油 柴油
构造
工作循环 吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
主要特点
主要用途
汽缸顶部是火花塞
汽缸顶部是喷油嘴
吸入汽油和空气的混合物
吸入纯净的空气
压缩程度较小
压缩程度较大
点燃式
压燃式
轻巧、效率较低
笨重、效率较高
小汽车和小型农业机
械、低速飞机等
载重汽车、
拖拉机、火车、轮船等
思考与交流
1．柴油机为什么能压燃？
在压缩冲程中，活塞向上运动，压缩汽缸内的气体．活塞对气体做功，使气体的内能增加，温度升高，达到了柴油的着火点．在压缩冲程结束后，从喷油嘴喷入柴油时，柴油就会燃烧
2．与汽油机相比，为什么柴油机的效率高，功率大？
由于柴油机的压缩程度高于汽油机，燃烧生成的燃气的温度和压强都高于汽油机，从做功的角度来看，在柴油机里作用在活塞上的压力较大，做的功也较多；从能量的转化角度来看，柴油机燃气的温度较高，内能较大，转化成的机械能也较多，即单位时间里做功较多
下列关于汽油机和柴油机的主要区别，说法正确的是（ ）
A. 柴油机汽缸顶部有喷油嘴，汽油机汽缸顶部有火花塞
B. 柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入汽缸的是空气
C. 吸气冲程是内能转化为机械能
D. 压缩冲程是内能转化为机械能
A
针对训练
热机
内能转化为机械能
热机工作原理
内燃机
汽油机
柴油机
工作过程
吸气冲程
压缩冲程：机械能转化为内能
做功冲程：机械能转化为内能
排气冲程
热机的分类
蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气式发动机
课堂小结
1.如图所示为中国古代二级火箭—“火龙”．发射时，先点燃龙身下部的4个火箭(药)筒，推进火龙向前飞行．当火药烧完后，龙身内的火箭被点燃飞出．火箭飞行时通过燃烧火药，把内能转化为______能为火箭的飞行提供了动力，汽油机的______冲程与此有着相同的能量转化．
随堂练习
做功
机械
2.如图甲、乙、丙、丁是单缸汽油机一个工作循环的四个冲程。以下说法不正确的（　　）
A．图乙冲程是靠飞轮的惯性来完成的
B．图丙冲程吸入的物质是汽油和空气的混合物
C．图甲是压缩冲程，机械能转化为内能
D．图丁是做功冲程，内能转化为机械能
丙
乙
丁
甲
C
排气冲程
无能量转化
3. 关于如图所示的四个冲程，下列说法正确的是(　　)
A. 吸气冲程结束后，下一个冲程可用示意图③表示
B. 汽缸内气体内能增大的冲程可用示意图②表示
C. 将机械能转化为内能的冲程可用示意图④表示
D. 做功冲程可将燃料燃烧放出的热量全部转化为机械能
1 2 4 3
吸气冲程
做功冲程
排气冲程
压缩冲程
进气门开排气门闭
双门紧闭，有火花塞
双门紧闭，无火花塞
进气门闭排气门开
C
4.为实现国家关于“碳达峰”“碳中和”目标，东风汽车集团研发了一款新型汽车．与某款汽车同样油耗和使用条件下，发动机工作时，尾气中“汽油味”明显降低，动力更强劲．如图所示为其发动机某一冲程示意图，下列有关说法错误的是(　　)
A. 尾气中“汽油味”降低，是因为汽油在汽缸中燃烧比较完全
B. 该冲程为压缩冲程，机械能转化为内能
C. 已知该汽油机的飞轮转速为1800r/min,则该汽油机1s对外做功15次
D. 该发动机减少了碳排放，有利于节约能源和环境保护
B
两气门都关闭，火花塞点火，活塞下行——做功冲程