九年级物理全册 14.1 热机教学 新人教版 (2)

1、第十四章 内能的利用,第1节热机,知识点一,知识点二,知识点一热机 1.实验探究:利用内能做功 猜想假设: (1)利用内能可以做功。 (2)利用内能不能做功。 设计实验: 在试管中装入适量的水,用橡皮塞塞紧,按如图所示固定在铁架台上,用酒精灯加热。 实验现象:水沸腾后,塞子会冲出来,试管口有白雾出现,知识点一,知识点二,分析归纳:酒精灯燃烧将化学能转化为水蒸气的内能,水蒸气对塞子做功,水蒸气的内能减少,温度降低,水蒸气液化形成“白气”。水蒸气的内能转化为塞子的机械能。 总结结论:利用内能可以做功,知识点一,知识点二,2.热机: 定义:把内能转化为机械能做功的机器。 热机原理:是将燃料的化学能转

2、化成内能再转化成机械能的机器,知识点一,知识点二,例1如图所示的四种交通工具,不用热机作为动力机械的是(,A.自行车,B.轮船,C.卡车,D.飞机,知识点一,知识点二,解析:自行车是消耗人的生物质能,转化为自行车的机械能;轮船、卡车、飞机工作时都要使用燃料,燃料燃烧时将内能转化为机械能,驱使它们运动,所以它们都是使用热机工作的。 答案:A,知识点一,知识点二,知识点二内燃机 内燃机的基本原理:燃料在汽缸内燃烧,产生高温高压的燃气,利用这些燃气推动活塞做功。 最常见的内燃机,以汽油或柴油为燃料,分别叫做汽油机和柴油机。 1.汽油机 (1)构造:如图所示,知识点一,知识点二,2)工作过程 汽油机工

3、作时活塞在汽缸内往复运动。活塞从一端运动到另一端叫做一个冲程。四冲程汽油机的工作过程由吸气、压缩、做功、排气四个冲程组成。 吸气冲程:进气门开启,排气门关闭,活塞在曲轴带动下由上向下运动。当活塞由上向下运动时,活塞上方的容积增大,由于进气门开启,汽缸与进气管相通,汽油和空气的混合气被吸入汽缸。当活塞移动到下端时,汽缸内充满了混合气,知识点一,知识点二,压缩冲程:进、排气门都关闭,活塞由下端运动到上端,汽缸内气体容积逐渐减小,气体被压缩,汽缸内的混合气压强与温度升高。在此冲程中机械能转化为内能,知识点一,知识点二,做功冲程:进、排气门同时关闭,火花塞点火,混合气体剧烈燃烧,汽缸内的温度、压强急剧

4、上升,高温、高压气体推动活塞向下运动,通过连杆带动曲轴旋转。在发动机工作的四个冲程中,只有这个冲程才实现内能转化为机械能,知识点一,知识点二,排气冲程:排气门打开,进气门关闭,活塞从下端移动到上端,废气随着活塞的上行,被排出汽缸,知识点一,知识点二,拓展归纳:四冲程的汽油机,一个工作循环要经历四个冲程,做功一次,曲轴转两圈,活塞往复两次。 四冲程的汽油机,在工作过程中有两次能量的转化,压缩冲程中是机械能转化为内能,做功冲程中是内能转化为机械能。 汽油机的四个冲程中,只有做功冲程中燃气对外做功,其他三个冲程都是辅助冲程,要靠安装在曲轴上的飞轮的惯性来完成。 判断内燃机的四个冲程,应根据进气门的开

5、、闭情况和活塞的运动方向去判断,知识点一,知识点二,2.柴油机 柴油机与汽油机有共同的地方,也有不同之处。柴油机顶部有喷油嘴,没有火花塞。如图所示是四冲程柴油机的工作过程,知识点一,知识点二,1)吸气冲程:此时排气门关闭,活塞在曲轴连杆机构带动下向下移动,汽缸内产生负压,于是空气经进气门进入汽缸。 (2)压缩冲程:此时进、排气门都关闭,活塞向上运动,使汽缸内的空气被绝热压缩,压缩气体的温度升高。 (3)做功冲程:在压缩冲程末,在喷油泵高压下柴油经喷油嘴喷入汽缸,成为雾状的细小油滴接触到高温高压空气,便自行着火燃烧,燃烧膨胀的气体推动活塞向下运动做功。 (4)排气冲程:此时排气门打开,活塞向上运

6、动,将汽缸内燃烧过的废气排出汽缸。在四个冲程中,活塞只有在做功冲程中做功,其他三个冲程是靠旋转起来的飞轮惯性而工作。高频率重复上述四个过程,柴油机就可以连续运转了,知识点一,知识点二,拓展归纳:(1)柴油机与汽油机的相同点:都是热机;一个工作循环都要经历吸气、压缩、做功、排气四个冲程。 (2)柴油机与汽油机的不同点: 构造方面不同:柴油机没有火花塞,而在相应位置上安装的是喷油嘴; 吸气不同:吸入的气体不同。汽油机吸入的是汽油和空气的混合物,柴油机吸入的只是空气。 压缩冲程不同:柴油机压缩冲程末,气体体积要小得多。所以压强更大,温度更高,这个温度早已超过了柴油的燃点。故柴油机的效率比汽油机高,知

7、识点一,知识点二,做功冲程:汽油机靠火花塞点火。柴油机由于压缩气体温度已超过柴油燃点,从喷油嘴喷入雾状柴油便可立即燃烧,这种方式称为压燃式。 用途方面不同:柴油机比汽油机便宜,但汽油机一般比柴油机轻巧,所以汽油机通常用在飞机、小汽车、摩托车及一些小型农用机械上。而柴油机一般用在舰船、载重汽车、拖拉机、坦克以及发电机等大型设备上,知识点一,知识点二,例2下图中的四个冲程不是按照热机正常工作的顺序排列的,你认为让汽车获得动力的冲程是 (,知识点一,知识点二,解析:在汽油机的四个冲程中,进气阀和排气阀均关闭的只有压缩冲程和做功冲程,而在压缩冲程中活塞向上运动,做功冲程中活塞向下运动;一个气门打开,另

8、一个气门关闭的是吸气冲程和排气冲程,而在吸气冲程中活塞向下运动,排气冲程中活塞向上运动;压缩冲程中机械能转化为内能,做功冲程中内能转化为机械能,该冲程让汽车获得动力。由图可知:A是排气冲程,B是压缩冲程,C是吸气冲程,D是做功冲程。 答案:D,知识点一,知识点二,例3(多选)(2015辽宁大连中考)在四冲程柴油机的做功冲程中,汽缸内气体的() A.内能减少 B.质量增大 C.压强减小 D.温度降低 解析:内燃机的做功冲程是将内能转化为机械能,故气体的内能减少、温度降低;做功冲程中活塞向下运动,汽缸内气体质量不变,体积变大,故气体的密度减小,压强减小。故选A、C、D。 答案:ACD,考点一,考点

9、二,考点三,考点一判断内燃机的四个冲程 例1(2015青海中考)如图表示四冲程内燃机工作时的示意图,一个工作循环的正确顺序为() A.甲、乙、丙、丁B.丁、丙、乙、甲 C.甲、丁、乙、丙D.甲、丙、乙、丁,考点一,考点二,考点三,解析:甲图中进气门打开,排气门关闭,活塞向下运动,是吸气冲程;乙图中两个气门都关闭,活塞向下运动,是做功冲程;丙图中进气门关闭,排气门打开,活塞向上运动,是排气冲程;丁图中两个气门都关闭,活塞向上运动,是压缩冲程,故选项C正确。 答案:C 名师点评 解决此题要知道内燃机的四个冲程,按照顺序有吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程;判断冲程可用口诀:“先看气门开关情,再

10、看活塞上下行;开下吸气开上排,关上压缩关下功”;其中,气阀门都关闭谓之关,只有一个气阀门打开谓之开,考点一,考点二,考点三,考点二内燃机中的能量转化 例2下图是四冲程汽油机的一个工作循环示意图,其中属于利用机械能转化为内能冲程的是() 解析:在内燃机的四个冲程(吸气、压缩、做功、排气)中,有两次能量的转化。在做功冲程中,是把内能转化为机械能,在压缩冲程中是机械能转化为内能。A是吸气冲程,B是压缩冲程,C是做功冲程,D是排气冲程,故选项B正确。 答案:B,考点一,考点二,考点三,名师点评 解答本题要确定:(1)在做功冲程中,是把内能转化为机械能,在压缩冲程中是机械能转化为内能。(2)判断四个冲程:在内燃机的四个冲程中,进气门和排气门均关闭的只有压缩冲程和做功冲程,而在压缩冲程中活塞向上运动,做功冲程中活塞向下运动;一个气门打开,另一个气门关闭的是吸气冲程和排气冲程,而在吸气冲程中活塞向下运动,排气冲程中活塞向上运动,考点一,考点二,考点三,考点三内燃机的转速与做功次数、冲程数的关系 例3若某四冲程汽油机在工作时3 600 r/min,则每秒() A.曲轴转动30圈 B.共60个冲程 C.活塞来回30次 D.对外做功30次 解析:飞轮转速是3 600 r/min=60 r/s,因一个工作循环