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第4节 课时1 热机
第十二章 内能与热机
鲁科版（五四学制）（2024）九年级上册同步课件
1.知道热机的概念，初步了解热机的工作原理，体会内能的利用对人类发展的重要作用。
2.了解四冲程汽油机和柴油机的构造。
3.了解内燃机各冲程的工作状态和能量转化。
汽车、火箭等交通工具是如何获得机械能的呢？
知识点一：热机的工作原理
如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住试管口（注意：橡胶塞不要塞得太紧，以免试管炸裂伤人），将水加热一段时间，观察现象。讨论这个过程中不同形式能量之间转化的情况。
同步形式能量之间的转化
现象：橡胶塞飞出
橡胶塞由静止变为斜向上飞出，速度和高度都增大，而质量不变，因此机械能增加。
酒精化学能
转化
内能
管内气体增加的内能
橡胶塞增加的机械能
内能。
橡胶塞的机械能是如何变化的？
什么形式的能量转化为橡胶塞的机械能呢？
蒸汽机的工作原理
1.热机的定义：
利用内能做功的机械。
2.工作时的能量转化
燃料的化学能
燃烧
内能
做功
机械能
3.种类：
蒸汽机
汽轮机
喷气发动机
火箭发动机
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于 1 世纪发明的汽转球，但它只不过是一个玩具而已。
瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机作出一系列重大改进，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源新时代，标志着工业革命的开始。
瓦特
知识点二：内燃机
燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机。
1.定义：
2.分类：
使用汽油作为燃料的叫汽油机。
使用柴油作为燃料的叫柴油机。
汽油机
四冲程汽油机的剖面图
1. 构造
进气门
气缸
火花塞
排气门
活塞
连杆
曲轴
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。
2. 工作原理：
3. 工作过程
点火方式：点燃式
吸气
压缩
做功
排气
甲：吸气
乙：压缩
丙：做功
丁：排气
活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。
吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，汽油和空气的混合物进入汽缸。
吸气冲程为什么能将汽油和空气的混合物吸进汽缸？
答：当活塞向下运动时，汽缸内气体的体积增大，气压变小，大气压把汽油和空气的混合物压进汽缸。
压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩。
答：压缩冲程中，活塞压缩汽油和空气的混合物做功，使其内能增加，温度升高，这是一个机械能转化为内能的过程。
压缩冲程中压缩的是什么？压缩到最后会有什么结果？为什么？能量是如何转化的？
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。高温高压的气体推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。
内能
机械能
（提供动力）
排气冲程：进气门保持关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。
答：当活塞向上运动时，汽缸内气体的体积变小，气压增大，当汽缸内的气压大于大气压时，废气被排出汽缸。
排气冲程中是怎样将废气排出的？
1. 在四个冲程中，压缩冲程和做功冲程各发生了怎样的能量转化？
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？
压缩冲程将机械能转化为内能,
做功冲程将内能转化为机械能。
做功冲程使汽车获得动力。
排气冲程将废气排出。
规律总结
（1）汽油机工作时的“4、2、2、1”规律
冲程个数 活塞往复 次数 曲轴（或飞轮）转动圈数 对外做功次数
4 2 2 1
（2）在四个冲程中，只有做功冲程中燃气对外做功，其他三个冲程是靠飞轮的惯性来完成的。
1.柴油机的构造：
与汽油机的区别：汽缸顶部没有火花塞，而有一个喷油嘴。
柴油机
2.工作原理：
用柴油在汽缸内燃烧所产生的高温高压的燃气来推动活塞做功，将内能转化为机械能。
3. 柴油机的工作过程
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
（1） 吸气冲程
空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进汽缸。
（2） 压缩冲程
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得很小，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。机械能转化为内能。
（3）做功冲程
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，并通过连杆带动曲轴转动。内能转化为机械能。
（4）排气冲程
燃烧后的废气
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出汽缸。
汽油机 柴油机
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
柴油
火花塞
喷油嘴
吸进汽缸的是
汽油和空气的混合物
吸进汽缸的
只有空气
点燃式
压燃式
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
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
汽油机和柴油机的异同点
利用内能做功的机械就是热机
热机
热机的分类
内燃机
蒸汽机、汽轮机等
汽油机
柴油机
火花塞
点燃式
吸入空气和汽油混合物
喷油嘴
压燃式
只吸入空气
1.如图所示是单缸四冲程内燃机的四个冲程的示意图，下列四组关于这种内燃机一个工作循环中四个冲程的顺序排列，正确的是（ ）
A.丙、丁、乙、甲
B.乙、丁、甲、丙
C.乙、甲、丁、丙
D.甲、乙、丙、丁
B
甲 乙 丙 丁
2.如图所示，是单缸四冲程汽油机的________冲程，如果该单缸四冲程汽油机在某工作状态下飞轮的转速为2400r/min，则汽油机在该工作状态下1s内对外做功 _____次。
压缩
20
3.单缸四冲程内燃机完成40个冲程,关于做功和飞轮转动的情况,下列说法正确的是( )
A.做功10次,飞轮转40周
B.做功40次,飞轮转20周
C.做功10次,飞轮转20周
D.做功20次,飞轮转10周
C
4.汽油机和柴油机相比较，下列叙述中正确的是（ ）
A．柴油机吸入汽缸的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气
B．在压缩冲程中它们的压缩程度是一样的
C．柴油机里推动活塞做功的燃气的压强比汽油机里的高
D．在压缩冲程末，汽油机汽缸内的温度比柴油机的高
C
