第2节 热机课件

第14章内能的利用第2节热机人教版

九年级物理（上）导入新课我们出行时使用的交通工具：汽车、火车、轮船、飞机……为什么能在交通运输方面大展神威呢？合作探究探究点1热机演示：观察现象，讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。点击图片播放视频橡胶塞冲出去，试管口出现“白雾”燃料的化学能燃烧水的内能做功塞子的机械能实验现象：能量转化：如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把胶塞冲开。交流讨论：这个实验虽然简单，却展示了蒸汽机的工作原理，同学们交流讨论此实验中能量的转化过程，以此来分析出蒸汽机的工作过程。

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。瓦特视频：蒸汽机的运行原理（1）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知识点：归纳总结：利用内能做功的机械叫热机。热机工作时将燃料的化学能转化成内能再转化成机械能。热机种类很多，有蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机等，内燃机又分为汽油机和柴油机两大类。材料拓展内燃机的起源第一台实际使用过的内燃机，是1859年法国工程师勒努瓦制造的，这是一台煤气机，效率很低。1876年德国工程师奥托制成了按四冲程原理工作的煤气机，这是内燃机划时代的进步。后来，人们也把内燃机的四冲程循环称为“奥托循环”。1892年，德国工程师狄塞尔提出了压缩点火式内燃机的设计原理，经过多次试验和改进，于1897年制成第一台压燃式内燃机，使用液体燃料，热效率比以前的内燃机都高。内燃机的发明，使热机的效率由蒸汽机的10%左右，提高到了40%左右。而且由于内燃机轻巧，适于用在交通工具上，对促进交通运输业的发展起了关键的作用。探究点2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2.工作原理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。归纳总结：(1)汽油机的构造：气缸、进气门、排气门、活塞、连杆、曲轴、火花塞等。(2)活塞在气缸内往复运动时，从气缸的一端运动到另一端的过程，叫作一个冲程。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。交流讨论：讨论四个冲程的具体工作情况，并完成表格。四个冲程吸气冲程压缩冲程做功冲程排气冲程进气门开闭情况

排气门开闭情况

能量转化情况

进气门排气门活塞冲程的作用能量转化打开关闭自上向下运动吸入汽油和空气的混合物无吸气冲程：进气门排气门活塞冲程的作用能量转化关闭关闭自下向上运动压缩燃料混合物，使其内能增加、温度升高机械能转化为内能压缩冲程：做功冲程：进气门排气门活塞冲程的作用能量转化关闭关闭自上向下运动压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，带动曲轴转动，对外做功。内能转化为机械能进气门排气门活塞冲程的作用能量转化关闭打开自下向上运动排出废气机械能转化为内能排气冲程：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。想想议议：归纳总结：(1)汽油机的一个工作循环是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成的。(2)在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，燃气对外做功一次；在压缩冲程中，机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能。(3)在这四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的冲程是吸气、压缩和排气冲程。材料拓展走马灯的原理及制作方法原理：

在一个或方或圆的纸灯笼中，插一铁丝作立轴，轴上方装一叶轮，其轴中央装两根交叉细铁丝，在铁丝每一端黏上人、马之类的剪纸。当灯笼内灯烛点燃后，热气上升，形成气流，从而推动叶轮旋转，于是剪纸随轮轴转动，它们的影子投射到灯笼纸罩上。方法/步骤：①取一个普通的纸杯，在纸杯底部沿半径方向剪出8条缝。(八条缝不能贯通，按照顺时针方向，把每条缝隙和杯壁连接处的二分之一割断，从而形成八个角，把八个角向上折成45度)②在纸杯侧面贴上四幅喜欢的动物的图案。如老虎、狮子、猴子等等(动物的头部朝着左边)③用针线将纸杯吊在铅笔上，放在点燃的蜡烛上，走马灯就制作完成。探究点3

柴油机四冲程柴油机的剖面图1.构造进气门排气门喷油嘴气缸活塞连杆曲轴2.工作原理柴油在汽缸里面燃烧时生成高温高压的燃气，推动活塞做功。3.工作过程柴油机的工作过程也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程，且四个冲程构成一个工作循环。四冲程柴油机的剖面图在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周,对外做功一次。点火方式：压燃式提出问题：(1)观察柴油机的剖面图，分析比较汽油机与柴油机在构造上有哪些区别？(2)对照汽油机的工作过程，分析柴油机的工作过程。汽油机与柴油机的比较相同点：（1）都是燃料在汽缸内燃烧。（2）都是将内能转化为机械的机器。（3）汽油机的火花塞与柴油机的喷油嘴的工作时刻都是压缩冲程末。（4）都是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程构成一个工作循环，一个工作循环曲轴和飞轮均转两圈，对外做功一次。（5）排气冲程排出废气的过程相同。（6）启动时都是靠外力使飞轮和曲轴转动起来。归纳总结汽油机与柴油机的区别：

名称区别

汽油机柴油机构造吸入的物质燃料点火的方式火花塞喷油嘴吸入空气和汽油的混合物只吸入空气点燃式压燃式柴油机的工作过程：①柴油机一个工作循环也包括四个冲程。②在一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，燃气对外做功一次；在压缩冲程中，机械能转化为内能，在做功冲程中，内能转化为机械能。③在这四个冲程中，利用曲轴的惯性来完成的冲程是吸气、压缩和排气冲程。课堂小结热机原理内燃机内能转化为机械能工作循环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四个冲程吸气、压缩、做功、排气随堂检测1.下图展示的是我国传统的走马灯。点燃底部的蜡烛，上升的热空气驱动扇叶转动，带动纸片小人转动。在这一过程中，不同形式的能量是如何转化的？这一能量转化过程与四冲程汽油机的哪个冲程相似？点燃底部的蜡烛，化学能转化为内能和光能，热空气驱动扇叶转动，内能转化为机械能，扇叶带动纸片小人转动，扇叶的机械能转移到纸片上.热空气驱动扇叶转动的能量转化过程与四冲程汽油机的做功冲程相似。2.除了飞机、汽车、摩托车之外，你还知道哪些地方用到了热机？你列举的这些热机中哪些是内燃机？解：除了飞机、汽车、摩托车外，还有轮船、拖拉机、收割机、推土机、压路机、坦克等都使用了热机，这些热机都是内燃机。火车可分为电力机车、内燃机车和蒸汽机车，其中内燃机车使用的是内燃机。3.在下图中，甲为四冲程内燃机吸气冲程的示意图，图中画出了吸气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。请在图乙、丙、丁中，分别画出压缩、做功、排气冲程中活塞和曲轴的位置和进气门、排气门的开闭情况。4.从能量转化的角度看，一台四冲程内燃机在一个循环中（1）哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程？（2）哪个冲程存在着内能转化为机械能的过程？（3）哪个冲程具有很明显的机械能转化为内能的过程？解：（1）做功冲程；（2）做功冲程；（3）压缩冲程。5.某同学看到爸爸启动汽车时，转速表如图所示转速表中的示数反映了发动机曲轴每分钟的转动次数。如果汽车用的是四冲程汽油机，请根据图中信息计算此时发动机一个气缸每分钟完成做功冲程的次数。

一、选择题(本大题共10个小题：每小题的四个选项中，只有一个选项

符合题意，每小题2分，共20分)1.下列机械工作过程中使用热机的是(

A

)A.“山东舰”上的战斗机B.奥运会上的帆船C.共享单车D.电动新能源汽车A一二三四2.如图所示，关于这个实验下列说法中正确的是(

D

)A.用酒精灯给水加热是通过热传递的方式使水的内能减少

的B.水沸腾后，水蒸气推动活塞迅速冲出管口，水蒸气的内能将增大C.在活塞被推出的过程中，水蒸气对活塞做功，机械能转化为内能D.在活塞被推出的过程中，能量转化的情况与内燃机的做功冲程相同D一二三四3.汽油机的四个冲程中，哪个冲程存在着化学能转化为内能的过程

(

C

)

C一二三四4.为使舰载机在短时间内达到起飞速度，航母上安装了蒸汽弹射装置，

如图所示为其简化原理图。汽缸内蒸汽体积膨胀对外做功，同时推动活

塞，从而使舰载机获得巨大的牵引力，弹射出去。从能量转化的角度来

看，蒸汽弹射装置的原理与汽油机工作的四个冲程中相似的是(

C

)A.吸气冲程B.压缩冲程C.做功冲程D.排气冲程C一二三四5.关于燃料的热值，以下说法正确的是(

A

)A.0.5g和5kg的同种汽油的热值是相同的B.当燃料未燃烧时，其热值为零C.燃料的热值越大，完全燃烧放出的热量越多D.燃料燃烧越充分，其热值越大A一二三四6.2023年5月30日，

“神舟十六号”载人飞船在酒泉卫星发射中心，由“长征二号F”

改进型“遥十六”运载火箭发射升空。火箭使用燃料必须具备的特点是(

A

)A.较大的热值B.较低的沸点C.较大的比热容D.较高的凝固点A一二三四7.一台单缸四冲程柴油机的飞轮转速是1800r/min，则它每秒钟向汽缸

喷油的次数、对外做功的次数分别是(

B

)A.30次，15次B.15次，15次C.30次，30次D.15次，30次B一二三四8.关于图中四个事例涉及的能量转化，以下说法错误的是(

D

)

DA.甲：风机桨叶带动发电机发电，把机械能转化为电能B.乙：自行车运动员奋力蹬车时，把化学能转化为机械能C.丙：行驶的高速电动列车，把电能转化为机械能D.丁：古人“钻木取火”，把内能转化为机械能一二三四9.关于热机的知识，下列说法中错误的是(

C

)A.为节约能源，需提高热机的效率，可尽量减少热机部件间的摩擦B.热机效率高，将燃料燃烧得到的内能转化为有用的机械能的比例就大C.热机所用燃料的热值越大，放出的热量越多，效率越高D.相同质量的不同燃料完全燃烧时，放出热量较多的燃料，热值较大C一二三四10.掉在地上的弹性小球会跳起，但越跳越低。如图所示的是小球弹跳

的频闪照片，小球在A、B位置的高度一样，下列说法正确的是(

D

)A.小球在A、B两个位置时的机械能相等B.小球在C位置时的机械能大于小球在A位置时的

机械能C.小球在C位置时的机械能小于小球在B位置时的机械能D.小球在弹跳过程中减少的机械能转化为内能D一二三四二、填空题(本大题共6个小题：每空1分，共15分)11.最早的热机是

，其工作原理是燃料燃烧把

⁠能转

化为内能，再通过热传递的方式传递给水，水沸腾汽化为水蒸气，水蒸

气把

能转化为活塞的

能，推动活塞运动。蒸汽机

化学

内

机械

一二三四12.如图甲所示，在空气压缩引火仪的玻璃筒底部放一小团干燥的硝化

棉，快速压下活塞，可观察到硝化棉燃烧起来。此过程中活塞对筒内气

体做功，这与四冲程汽油机的

冲程的能量转化相同。某台汽油

机的飞轮的转速为2400r/min，该汽油机每秒钟对外做功

次。图

乙是四冲程汽油机工作状态的示意图，由图乙可以看出，此时它正处在做功冲程。压缩

20

一二三四13.某种新型能源有着巨大的开发使用潜力，1kg该能源完全燃烧放出

的热量为4.2×108J，若需要8.4×109J的热量应该完全燃烧

kg的

该能源，其燃烧一半后，其比热容

(选填“变大”“不变”或

“变小”)。20

不变

一二三四14.诗人陆游的笔记中曾记载如图所示的省油灯，隔层上层盛油，下层

注水，棉绳做灯芯。灯油燃烧时将化学能转化为

。利用水吸热

来

(选填“加快”或“减慢”)油的升温，减少了油的蒸发，达

到省油的目的。内能

减慢

一二三四15.如图所示，这是班里的“智多星”小明同学制作的一款由形状记忆

合金、5根轻杆、转轮、转轴、热水设计而成的装置。他设想轻推转轮

后，进入热水的叶片因伸展而“划水”，推动转轮转动；离开热水，叶

片形状迅速恢复。由此转轮便可以永不停息地自主转动下去。你认为这

个设想

(选填“能”或“不能”)实现，判断的依据是

⁠

定律。不能

能量

守恒

一二三四16.2022年10月，卫星“夸父一号”使用“长征二号”运载火箭发射升空，开启对太阳的探测之旅。运载火箭主要以偏二甲肼作为燃料，其质量为

1500kg，它完全燃烧可以产生的热量为

J。这些能量若全部被温度为20℃的水吸收后，水温升高到35℃，则水的质量为1000t。(q偏二甲肼＝4.2×107J/kg)6.3×1010

1000

一二三四三、实验探究题(本大题共2个小题：第17小题7分，第18小题9分，

共16分)17.制作汽轮机。(1)制作叶轮：在圆形软木塞四周用小刀切几个对称的小缝，将铝片插在小缝中，在叶轮中心用锥子钻一个小孔，将铁丝穿过小孔，使叶轮能在铁丝上自由转动。一二三四(2)组装“汽轮机”：按照图示组装器材，注意调整叶轮的位置，使导

管的管口正对着叶片。(3)将烧瓶中的水加热至沸腾，当大量的“白气”从导管口喷出时可以

看到叶轮转了起来。一二三四(4)探究思考①汽轮机的工作原理是

⁠

⁠。②汽轮机工作时，水蒸气对叶轮

，水蒸气的内能

(选

填“减小”“增大”或“不变”)，温度

(选填“降低”“升高”或“不变”)。③汽轮机工作时，将

能转化为

能。燃料燃烧时将化学能转化为内能，内能再转化

为机械能

做功

减小

降低

内

机械

一二三四18.如图所示，甲、乙和丙三图中装置完全相同。(1)小华同学用甲、丙装置探究不同物质吸热升温的现象。液体a、b吸

收热量的多少是通过

来判断的，实验中通过吸收相

同的热量比较

来判断物质的吸热本领。加热时间的长短

升高的温度

一二三四(2)小丽在“比较不同燃料燃烧时放出的热量”实验中：①应选择

两图进行实验，实验中应控制燃料燃烧的

⁠

(选填“时间”或“质量”)相同。②当燃料燃尽时，小丽记下了各个时刻烧杯中液体的温度，绘制了

如图丁所示的图象，则可初步判断燃料

(选填“1”或“2”)

的热值大。甲、乙

质量

2

一二三四③小丽将烧杯中的液体换成水后，在取燃料和水时都要注意适量，否则

不利于得出实验结论。当燃料的质量一定时，所取水量不能过少的原因

是