2020-2021学年物理九年级上册 第十章 第四节 热机课件北师大版（共37张PPT）

热机
第十章
机械能、内能及其转化
问题：水沸腾后会怎样？
推动塞子的能量来自哪里？
演示实验:
现象:软木塞冲出；管口有“白气”产生。
说明:
水蒸汽对木塞做功，内能减少，它的温度下降,水蒸汽液化成小水珠。
工作时：内能转化为机械能
应用：热机
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种类
汽油机
柴油机
1.热机的种类
蒸气机
内燃机
汽轮机
喷气发动机
火箭等
内燃机：
热机：把燃料燃烧时释放的内能转变为机械能的装置。
燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力
的热机。
常见的内燃机：汽油机
柴油机
2.内燃机的构造
(1)汽油机
(2)柴油机
①构造
②工作原理
③汽油机完整工作过程
①构造
②工作原理
(1)汽油机的构造
火花塞
气缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
吸气
压缩
做功
排气
内燃机的
冲程和工作循环
(2)汽油机工作原理
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
吸气冲程
汽油和空气
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
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，压强增大，温度升高。
机械能转化为内能。
做功冲程
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，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。
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，把废气排出气缸。
(3)柴油机的构造
喷油嘴
进气门
活塞
连杆
排气门
气缸
曲轴
(4)柴油机工作原理
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
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，将空气吸进气缸。
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。
做功冲程
在压缩冲程末，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。
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，把废气排出气缸。
一个工作循环：
活塞：往复两次。
曲轴：转动两周。
完成：四个冲程。
对外做功：一次。
辅助冲程：靠飞轮惯性来完成。
练习
一台汽油机飞轮转速为3000R/分，则在1秒内完成
个循环，对外做功
次，完成
个辅助冲程。
3.内燃机的应用
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
(1)汽油机的应用
(2)柴油机的应用
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
想想议议：
汽油机和柴油机的工作过程有什么相同点，有什么不同点？
1．基本构造和主要部件的作用相似。
2
．每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。
3
．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。
4
．一个工作循环中，活塞往复两次，飞轮转动两周，做功一次。
相同点
不同点
1．构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴油机气缸顶部有喷油嘴。
2
．燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油机的燃料是柴油。
3
．吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混合气体，柴油机只吸进空气。
4
．点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
5、热机的效率
　　热机的效率：热机所做的做有用功那和燃料完全燃烧放出的热量之比。叫热机的效率。
　　燃料的不完全燃烧、气缸部件吸热后的热量散失、废气带走的热量和克服摩擦做功而消耗的能量，都是引起能量损失的原因。因此，提高热机效率，可提高燃料的利用率。
汽油机的效率：20~30%
柴油机的效率：30~45%
你认为它们的效率比你想象的高？还是低？
你猜想：汽油机、柴油机的效率大约是多少？猜猜看！
　　提高热机效率的途径和方法：
　　（l）尽可能减少各种热损失，保证良好的润滑，减少因克服摩擦所消耗的能量；
　　(2)充分利用废气的能量，提高燃料的利用率，如利用热电站废气来供热。这种既供电又供热的热电站，比起一般火电站来，燃料的利用率大大提高。
6.热机对环境的影响
1.热机对大气的影响。
（1）产生有毒气体。
（2）产生大量二氧化碳，造成温室效应。
（3）产生粉尘。
2.热机产生噪音。
1.四冲程汽油机的工作过程由(
)、(
)、(
)、(
)四个冲程组成的。
2.四冲程汽油机，由机械能转化为内能的是(
)冲程，做功冲程是(
)能转化为(
)能。
3.汽油机吸入汽缸的是(
)，点火方式是(
)。柴油机吸入汽缸的是(
)，点火方式是(
)。
4.某四冲程汽油机飞轮的转速是3600R/min，它每秒钟对外做功(
)次。
课堂练习:
5、压缩冲程混合气体内能增大的原因是什么？
6、做功冲程中，气体的内能如何转化？为什么被称为做功冲程？
7、在吸气冲程、压缩冲程、排气冲程活塞为什么会运动？
8、排气后，下一个工作过程是什么冲程？
9、当燃油还没有燃烧做功的时候，活塞是怎样动起来的？
答：混合气体爆发性燃烧，化学能转变为内能；燃烧产生的高温高压气体迅速膨胀，推动活塞运动，内能转变为机械能。
答：活塞压缩混合气体做功，机械能转变为混合气体的内能。
答：在做功冲程，飞轮获得足够的动能而高速转动，在吸气、压缩、排气三个冲程中，活塞的运动都是靠飞轮的惯性来完成的。
答：吸气冲程
答：通常是先接通了启动机(电动机)，用启动机带动活塞动起来。也可用手柄，人工摇动手柄带动活塞起动。
课堂练习:
二、燃料及其热值
燃料的燃烧是一种化学反应，燃烧过程中，储存在燃料中的化学能被释放，转变为内能。相同质量的不同燃料燃烧放出的热量是不同的。
热值：指单位质量的某种物质完全燃
烧所放出的热量。其符号是q。
热值单位：J/kg,
(J/m3)
热值单位：J/kg,
(J/m3)
P139一些燃料的热值。
木炭:
3.4×107J/kg
物理意义:1千克木炭完全燃烧时放出的热量是3.4×107J
煤气:
3.9×107J/m3
物理意义:1立方米煤气完全燃烧时放出的热量是3.9×107J
计算热量公式：
Q放=mq
(即质量乘以热值)
例题：把5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧多少kg的干木柴？（已知干木柴的热值为1.2×107J/kg，外界为标准大气压，并且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收）
解：
Q吸=cm（t-t0）=4200J/(kg·0C)×5kg×600C
=1.26
×106J；
Q放＝Q吸
m1=Q放/q
=
1.2×106J/(1.2×107J/kg)=0.1kg
热机效率：用来做有用功的那部分能量与燃料完全燃烧放出的能量之比。
燃料燃烧释放的能量用来开动热机，这些能量不会全部用来做有用功。