初中物理第1节 热机优秀备课课件ppt

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第十四章 内能的利用第1课 热机
新课导入
复习：
做功改变内能的实质是什么？
问题：
下面的图片中，他们运行的能量来自于哪里？
视频告诉我们，在一个密闭容器内，容器内气体吸收热量，内能增大，气体压力增大，当压力增大到一定程度时，气体就可以把“盖”顶开，对盖做功。
模拟上述实验，如果能制成一台，可以利用内能对外做功的机器，就可以很好地减轻人们的劳动负担，提高工作效率。这就是热机。
课堂讲解
01
热机
02
汽油机
03
柴油机
汽油机和柴油机的异同
04
热机
视频演示
实验演示
在一个试管中装一些水，用橡胶塞塞紧。对试管加热使水沸腾。
观察
观察到的现象有：① 。②_____________________。
瓶塞被冲出来
管口附近出现白雾
实验演示
实验中的能量转化过程为： ① 酒精燃烧放出热量，酒精的_______能转化为水的 能； ②水吸热沸腾，产生大量水蒸气，气体膨胀对瓶塞做功，气体的 能转化为瓶塞的 能。
化学
内
内
机械
回答下面问题：
我们能否制造一种机器，通过内能做功的方式为我们服务呢？
把由燃料燃烧产生的高温高压气体，气体的内能转化为机械能的机器，统称为热机。
热机工作原理
燃料的化学能 ，
水蒸气
使机械获得动力
转化为内能
内能转变成机械能
1.热机定义：
利用内能做功的机械
2.工作原理：
热机利用内能做功，将内能转化为机械能。
3. 热机种类：
蒸气机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等
蒸汽机
蒸汽机带来第一次工业革命！
　热蒸汽提供了强大的推力，把人们从繁重的体力劳作中解放出来。
1814年，英国人史蒂芬孙把瓦特的蒸汽机装在火车上，蒸汽机的体积庞大、效率很低
4.内燃机
（1）工作原理：燃料直接在发动机气缸内燃烧，产生高温高压的燃气，燃气对外做功，把内能转化成机械能。
（2）种类：
汽油机、柴油机
一种内燃机的剖面图
汽油机
汽油机的构造
由气缸、火花塞、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。
冲程：活塞从气缸的一端运动到另一端的过程。
吸气冲程
压缩冲程
做功冲程
排气冲程
1.汽油机的工作过程
一个工作循环：包括四个冲程
2.吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
3.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。
3.做功冲程在压缩冲程未尾，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气。高温高压燃气推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
4.排气冲程进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
5.一个完整的工作过程汽油机比较轻巧，噪音较低，常用在汽车、飞机和小型农业机械（如插秧机、机动喷雾器）上面。
1.在四冲程汽油机的四个冲程中，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废气？
压缩冲程：机械能转化为内能做功冲程：内能转化为机械能
排气冲程
做功冲程
想一想
随讲随练
1.（2022·山东泰安）如图所示，用酒精灯给试管中的水加热，水温上升，直至沸腾一段时间后，会看到试管口的橡皮塞被冲出。下列描述正确的是（　　）。A. 试管中的水在升温过程中是通过做功的方式增加内能的；B. 试管中的水沸腾时吸收热量，温度升高；C. 水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能增加；D. 水蒸气对橡皮塞做功，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同
D
随讲随练
【解析】A．试管中的水在升温过程中是通过热传递的方式增加内能的，故A错误；B．试管中的水沸腾时吸收热量，温度不变，故B错误；C．水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能减小，故C错误；D．水蒸气对橡皮塞做功，将内能转化为机械能，其能量转化与汽油机做功冲程的能量转化相同，故D正确。故选D。
随讲随练
2.（2022·湖南邵阳）图是四冲程汽油机其中一个冲程的工作示意图，它表示的是（　）。A. 吸气冲程 B. 压缩冲程 C. 做功冲程 D. 排气冲程
C
随讲随练
【解析】如图所示，进气门排气门都关闭，活塞向下运动，火花塞处有火花，是做功冲程，故C符合题意，ABD不符合题意。故选C。
柴油机
柴油机的构造
由气缸、喷油嘴、进气门、排气门、活塞、曲轴、连杆组成。
1.吸气冲程进气门打开，排气门关闭，活塞由上端向下运动，空气进入气缸。消耗机械能。
2.压缩冲程进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气的体积压缩得很小，空气的压强增大，温度升高，该冲程末，缸内空气的温度已经超过柴油的燃点。机械能转化为内能。
3.做功冲程从喷油嘴喷出雾状柴油，柴油遇到热空气立即燃烧起来，高温高压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.排气冲程进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。消耗机械能。
5.一个完整的工作过程柴油比汽油便宜，但柴油比较笨重，主要应用在载重汽车、火车、拖拉机、坦克、轮船上，有的地方还用它带动发电机发电。
6.柴油机动画模拟
汽油机与柴油机的异同
相同点：1.基本构造和主要部件作用相似。2.每个工作循环都一样，有吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。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，曲轴转动两圈，飞轮转两圈，做功一次。
不同点：1.构造不同：汽油机汽缸顶部有火花塞，而柴油机汽缸顶部有喷油嘴。2.燃料不同：汽油机燃烧汽油，而柴油机燃烧柴油。3.吸气冲程不同：汽油机吸进汽油和空气和燃料混合物，柴油机只吸进空气。4.点火方式不同：汽油机属点燃式点火，柴油机属压燃式点火。
火花塞
喷油嘴
汽油和空气的混合物
空气
压缩程度小
压缩程度大
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
柴油机和汽油机的异同
1．老式摩托在启动时，需踏动启动杆，这是为什么？2．现代汽车里的“马达”起什么作用？
想一想
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，靠飞轮的惯性完成后面的工作循环。
随讲随练
1.（2021·湖南邵阳市）小汽车已成为大多数家庭出行代步的工具，其发动机大多数为汽油机，下列有关汽油机的说法正确的是（ ）。A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气；B．汽油机的效率一般比柴油机的效率高；C．汽油机的点火方式是压燃式；D．汽油机的压缩冲程是把机械能转化为内能
D
随讲随练
【解析】A．汽油机的吸气冲程吸入的是空气和汽油的混合物，故A错误；B．柴油机是压燃式，一般是柴油机的效率高，故B错误；C．汽油机的点火方式是用火花塞点火，故C错误；D．汽油机的压缩冲程中，活塞向上运动，压缩空气和汽油的混合物，混合物内能增大，温度升高，是把机械能转化为内能，故D正确。故选D。
随讲随练
2.关于热机，下列说法正确的是（　　）。A ．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞；B ．汽油机在吸气冲程中，将空气吸入气缸；C ．热机是利用内能做功的装置，可将内能转化为机械能；D ．一般情况下汽油机的压缩比大于柴油机，其功率也更大
C
随讲随练
【解析】A ．汽油机是点燃式，气缸顶部有火花塞，柴油机吸气冲程吸入是空气，燃料通过喷油嘴喷入气缸内，气缸顶部有喷油嘴，故 A 错误；B ．汽油机在吸气冲程中，将汽油与空气的混合气体吸入气缸，故 B 错误；C ．热机是利用内能做功的装置，燃料燃烧产生高温高压的气体，推动活塞做功，可将内能转化为机械能，故 C 正确；D ．一般情况下柴油机的压缩比大于汽油机，其功率也更大，故 D 错误。故选 C 。
课堂总结
思维导图
归类练习
类型1:热机工作原理
如图所示，甲、乙是两个演示实验的示意图，丙、丁是四冲程汽油机工作过程中的两个冲程示意图。下列说法正确的是（　　）。A ．丙图所示的是做功冲程，其工作原理如甲图所示的实验；B ．丙图所示的是压缩冲程，其工作原理如乙图所示的实验；C ．丁图所示的是压缩冲程，其工作原理如甲图所示的实验；D ．丁图所示的是做功冲程，其工作原理如乙图所示的实验
【解析】由甲图知，活塞往下运动，对筒内的空气做功，筒内的空气内能增加，温度升高，活塞的机械能转化为空气的内能；由乙图知，水蒸气对橡皮塞做功，水蒸气的内能减小，橡皮塞由静止变为运动，机械能增加，即水蒸气的内能转化为橡皮塞的机械能；由丙图知，两气门关闭，活塞向上运动，对气缸内的气体做功，活塞的机械能转化为气体的内能，此冲程是汽油机的压缩冲程，其工作原理如甲所示；由图丁知，两气门关闭，火花塞点火，气体对活塞做功，活塞往下运动，此冲程为汽油机的做功冲程，其原理如乙所示的实验。故选 D 。
类型1:热机工作原理
类型2:内燃机工作冲程的判断
如图是汽油机工作的四个冲程，其中表示排气冲程的是（ ）。
类型2:内燃机工作冲程的判断
【解析】A ．两气门都关闭，活塞上行，汽缸容积变小，是压缩冲程，故 A 不符合题意；B ．进气门开启，活塞下行，气体流入汽缸，是吸气冲程，故 B 不符合题意；C ．排气门开启，活塞上行，气体流出汽缸，是排气冲程，故 C 符合题意；D ．两气门都关闭，活塞下行，汽缸容积变大，火花塞喷出电火花，是做功冲程，故 D 不符合题意。故选C。
类型3:汽油机与柴油机的区别
下列关于内燃机说法正确的是 ( )。A． 柴油机吸气冲程吸入的是柴油和空气的混合物；B． 汽油机气缸顶部有喷油嘴；C． 做功冲程中内能转化为机械能；D． 内燃机功率越大，效率越高
类型3:汽油机与柴油机的区别
【解析】A 柴油机在吸气冲程中，吸入气缸的是空气，故 A 错误；B．柴油机气缸顶部有喷油嘴，汽油机气缸顶部有火花塞，故 B 错误；C．内燃机的做功冲程中，内能转化成了机械能，对外做功，故 C 正确；D．功率表示做功的快慢，与热机效率是两个不同的概念，两者没有关系，故 D 错误。故选C。
类型4:内燃机工作循环及做功的简单计算
一台四冲程内燃机的飞轮转速为 1800 r/min ，则下列说法正确的是 ( )。A． 1 min 飞轮转 3600 圈，完成 1800 个冲程；B． 1 min 完成 900 个冲程，做功 450 次；C． 1 s 飞轮转 30 圈，完成 60 个冲程；D． 1 s 完成 30 个冲程，做功 15 次
类型4:内燃机工作循环及做功的简单计算
【解析】A. 飞轮转速为 1800 r/min ，即 1 min 飞轮转 1800 圈，完成 3600 个冲程，故 A错误；B. 飞轮转动两周一个工作循环，所以 1 min 完成 900 个工作循环，做功 900 次，故 B错误；C. D. 飞轮转速为 1800 r/min ，即 3 0 r/s ，所以 1 s 飞轮转 30 圈，每圈有两个冲程，所以 1 s 完成 60 个冲程，做功 15 次，故 C正确，D错误；故选 C。
类型5:热机与做功、压强的综合
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50mm，满负荷工作时做功冲程燃气的平均压强为9.0×105Pa，飞轮1min转动1800周，当汽油机满负荷工作时（不计摩擦），若1min消耗汽油0.01L。汽油的密度ρ=0.8×103kg/m3；汽油的热值为4.6×107J/kg。求：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功；（3）汽油机的功率；（4）该汽油机的效率。
类型5:热机与做功、压强的综合
【解析】（1）燃气对活塞的平均压力：F=PS=9.0×105Pa×30×10-4m2=2700N；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功：W=FS=2700N×0.05m=135J；（3）曲轴每转两圈对外做功一次，所以lmin转动1800周，要做功900次，所以P=（4）该汽油机1min消耗汽油质量：m=ρv=0.8×103kg/m3×0.01×10-3m3=0.008kg，效率：η=答：（1）做功冲程中燃气对活塞的平均压力为2700N；（2）一个做功冲程中燃气对活塞做的功135J；（3）汽油机的功率为2025W；（4）汽油机的效率为33%。
课程结束