热机和内燃机

1、2.1热机 观察实验：观察实验：在一个试在一个试 管中装一些水，用软管中装一些水，用软 木塞塞紧。对试管加木塞塞紧。对试管加 热使水沸腾，会看到热使水沸腾，会看到 什么现象？你想到了什么现象？你想到了 什么？什么？ 现象：现象： 塞子被试管内热气推出，试管塞子被试管内热气推出，试管 口有口有“白雾白雾”生成。生成。 你能说出在这一过程中你能说出在这一过程中能量能量如何转化呢？如何转化呢？ 2 2、水蒸汽对活塞做功，、水蒸汽对活塞做功， 又将内能转化成机械又将内能转化成机械 能，从而使活塞获得能，从而使活塞获得 了动力。了动力。 1、酒精燃烧的化学能、酒精燃烧的化学能 转化为水和水蒸汽的转化为水

2、和水蒸汽的 内能；内能； 1 1、看到了什么现象？、看到了什么现象？ 塞子被冲塞子被冲 出，并且瓶口有出，并且瓶口有 生成生成 2 2、整个过程中，能量是怎样转化的：、整个过程中，能量是怎样转化的： 燃料燃烧将燃料燃烧将_能转化为能转化为_ 能；传给水和水蒸气，水蒸气将塞子推能；传给水和水蒸气，水蒸气将塞子推 出，将它的出，将它的_能转化为塞子的能转化为塞子的_。 3 3、上面的装置就是一个简单原始的热机。、上面的装置就是一个简单原始的热机。 雾雾 化学化学内内 内能内能机械能机械能 通过这个实验原理，瓦特在通过这个实验原理，瓦特在1769年改年改 进完善了进完善了纽科门纽科门蒸汽机，这种蒸汽

3、机蒸汽机，这种蒸汽机 在之后的一百多年里对工业的发展起在之后的一百多年里对工业的发展起 了极其重要的作用。了极其重要的作用。 如果把试管变成汽缸，把如果把试管变成汽缸，把 水换成燃料，让水换成燃料，让燃料在汽燃料在汽 缸内燃烧，形成高温高压缸内燃烧，形成高温高压 的燃气来推动活塞做功的燃气来推动活塞做功， 便产生了便产生了内燃机内燃机，如右图。，如右图。 像这种能够将像这种能够将内能内能转转 化为化为机械能机械能的机器统称的机器统称 为为热机热机。 燃 气 废气 蒸汽机蒸汽机 简单内然机简单内然机 （二冲程汽油机工作原理） 四冲程汽油机 模型 四冲程柴油机 模型 四缸内燃机六缸内燃机 喷气式发

4、动机 2 2、热机的种类：、热机的种类： 蒸气机、内燃机、蒸汽轮机、喷气发动机、蒸气机、内燃机、蒸汽轮机、喷气发动机、 火箭发动机等。火箭发动机等。 1 1、定义：、定义： 通过燃料燃烧获取通过燃料燃烧获取内能内能并转化为并转化为机械能机械能的的 机械机械 燃料燃料 内能内能 机械能机械能 燃烧燃烧做功做功 化学能化学能 3 3、热机的定义和能量转化、热机的定义和能量转化 一、热机一、热机 二、蒸汽机二、蒸汽机-最早的热机最早的热机 由于采矿业和纺织业的需求，蒸汽机的出由于采矿业和纺织业的需求，蒸汽机的出 现推动了现推动了18世纪末期第一次工业革命，全球进世纪末期第一次工业革命，全球进 入了入

5、了“蒸汽时代蒸汽时代”。欧美国家率先完成工业革。欧美国家率先完成工业革 命，成为世界强国。工业发展迅速，需要大量命，成为世界强国。工业发展迅速，需要大量 的原材料和市场。的原材料和市场。 中国就是由于在这个时候闭关锁国，没有中国就是由于在这个时候闭关锁国，没有 进行工业革命，导致生产力落后，进行工业革命，导致生产力落后，1840年鸦片年鸦片 战争开启了中国半殖民地和半封建社会的时期。战争开启了中国半殖民地和半封建社会的时期。 1、蒸汽机工作原理、蒸汽机工作原理 视频视频 2.2内燃机 1.如图所示在一个试管中装一些如图所示在一个试管中装一些 水水,用软木塞塞紧。用酒精灯对试用软木塞塞紧。用酒精

6、灯对试 管加热使水沸腾管加热使水沸腾,会看到会看到什么现象现象, 利用这个装置能得到什么？利用这个装置能得到什么？ 2.将几滴酒精滴入盒内，让将几滴酒精滴入盒内，让 其燃烧会发生什么现象呢？其燃烧会发生什么现象呢？ 试试 管管 热热 机机 知识回顾知识回顾 发生一起强有力的爆炸发生一起强有力的爆炸 像这种把燃料放入内部燃烧从而获得更为像这种把燃料放入内部燃烧从而获得更为 强大动力的热机，我们把它叫做强大动力的热机，我们把它叫做内燃机内燃机。 对比可知：对比可知：将燃料放入内部燃烧可以大大地提高将燃料放入内部燃烧可以大大地提高 燃料的利用率。即消耗更少的燃料，燃料的利用率。即消耗更少的燃料，可获

7、得更为可获得更为 强大的动力。强大的动力。 3.3.对比分析对比分析 （1 1）所耗酒精一样多吗？谁多谁少？）所耗酒精一样多吗？谁多谁少？ （2 2）所获得力量谁大谁小？）所获得力量谁大谁小？ 为什么呢？为什么呢？ 一、内燃机一、内燃机 1 1、内燃机的定义：、内燃机的定义： 汽油机汽油机、柴油机柴油机 汽油机柴油机 燃料在燃料在气缸内气缸内燃烧生成高温高压的的燃气燃烧生成高温高压的的燃气, ,使使 燃气推动活塞而做功的机器燃气推动活塞而做功的机器. . 2、内燃机的种类：、内燃机的种类： 吸气吸气 压缩压缩 做功做功 排气排气 1 1、汽油机（内燃机）、汽油机（内燃机） 的冲程和工作循环的冲

8、程和工作循环 二、汽油机二、汽油机 2、一个、一个冲程冲程： 4、一个、一个工作循环工作循环： 活塞在汽缸内往复运动时，从汽缸的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。一端运动到另一端的过程。 把这四个冲程称为发动机的一个工把这四个冲程称为发动机的一个工 作循环。作循环。 3、四个冲程：、四个冲程： 进气、压缩、做功、排气进气、压缩、做功、排气 火花塞火花塞 气缸气缸 进气门进气门 活塞活塞 连杆连杆 排气门排气门 曲轴曲轴 1 1、构造、构造 三、汽油机的结构和工作原理三、汽油机的结构和工作原理 汽油机工作原理视频汽油机工作原理视频 2、吸气冲程、吸气冲程 汽油和空气汽油和

9、空气 进气门进气门 ，排，排 气门气门 。活塞由。活塞由 运动运动 ， 组成的燃组成的燃 料混合物从进气门吸入料混合物从进气门吸入 气缸。气缸。 打开打开 关闭关闭 上端向下端上端向下端 汽油和空气汽油和空气 3、压缩冲程、压缩冲程 进气门和排气进气门和排气 门都门都关闭关闭，活塞，活塞向向 上上运动，燃料混合运动，燃料混合 物被压缩，压强增物被压缩，压强增 大，温度大，温度升高升高。 4、做功冲程、做功冲程 在压缩冲程在压缩冲程结束结束 时，火花塞产生时，火花塞产生电火电火 花花，使燃料猛烈燃烧，使燃料猛烈燃烧 ，产生，产生高温高压高温高压的燃的燃 气，推动活塞气，推动活塞向下向下运运 动，

10、并通过连杆带动动，并通过连杆带动 曲轴曲轴转动转动。 5、排气冲程、排气冲程 燃烧后的废气燃烧后的废气 进气门进气门关闭关闭， 排气门排气门打开打开，活塞，活塞 向上向上运动，把废气运动，把废气 排出气缸。排出气缸。 四、飞向太空四、飞向太空 1、火箭发动机、火箭发动机 2、三级火箭、三级火箭喷气式发动机喷气式发动机 汽油机工作原理小结汽油机工作原理小结 A、吸气冲程：吸进汽油与空气的混合物。、吸气冲程：吸进汽油与空气的混合物。 B、压缩冲程：燃料混合气体被压缩，温度升高、压缩冲程：燃料混合气体被压缩，温度升高、 压强增大。此冲程将压强增大。此冲程将机械能转化为内能机械能转化为内能 C、做功冲

11、程：点火方式：点燃式、做功冲程：点火方式：点燃式 原理：混合气体猛烈燃烧，产生高温高压的燃原理：混合气体猛烈燃烧，产生高温高压的燃 气，燃气推动活塞对外做功。气，燃气推动活塞对外做功。 此冲程将此冲程将内能内能 转化为机械能转化为机械能 D、排气冲程：排出废气，为下一个工作循环做准、排气冲程：排出废气，为下一个工作循环做准 备。备。 喷油嘴喷油嘴 气缸气缸 进气门进气门 活塞活塞 连杆连杆 排气门排气门 曲轴曲轴 1、构造、构造 五、柴油机构造和工作原理五、柴油机构造和工作原理 2、吸气冲程、吸气冲程 进气门进气门打开打开，排，排 气门气门关闭关闭。活塞由。活塞由上上 端向下端端向下端运动，将

12、运动，将空空 气气吸进气缸。吸进气缸。 空气空气 3、压缩冲程、压缩冲程 进气门和排气门都进气门和排气门都关闭关闭 ，活塞，活塞向上向上运动，活塞把空运动，活塞把空 气压缩得很小，空气的压强气压缩得很小，空气的压强 更大，温度更大，温度更高更高。在压缩冲。在压缩冲 程末，缸内空气温度已超过程末，缸内空气温度已超过 柴油的柴油的着火点着火点。 4、做功冲程、做功冲程 在在压缩冲程末压缩冲程末，从，从喷喷 油嘴油嘴喷出的喷出的雾状柴油雾状柴油遇到遇到 热空气立即猛烈燃烧，产热空气立即猛烈燃烧，产 生生高温高压高温高压的燃气，推动的燃气，推动 活塞活塞向下向下运动，并通过连运动，并通过连 杆带动曲轴

13、转动。杆带动曲轴转动。 5、排气冲程、排气冲程 进气门进气门关闭关闭，排，排 气门气门打开打开，活塞，活塞向上向上 运动，把废气排出气运动，把废气排出气 缸。缸。 燃烧后的废气燃烧后的废气 六、内燃机的启动六、内燃机的启动 内燃机不能自行启动。开始运转时，内燃机不能自行启动。开始运转时， 要靠要靠外力外力使使飞轮和曲轴飞轮和曲轴转动起来，由曲转动起来，由曲 轴通过连杆带动轴通过连杆带动活塞活塞运动，以后内燃机运动，以后内燃机 才能自己工作。才能自己工作。 七、内燃机的应用七、内燃机的应用 汽油机比较轻巧，常用在汽油机比较轻巧，常用在汽车、汽车、 飞机和小型农业机械飞机和小型农业机械上面。上面。

14、 1 1、汽油机、汽油机： 2 2、柴油机、柴油机： 柴油比较便宜，但柴油机比较柴油比较便宜，但柴油机比较 笨重，主要用在笨重，主要用在载重汽车、拖载重汽车、拖 拉机、坦克拉机、坦克上面上面。 汽油机和柴油机有什么相同汽油机和柴油机有什么相同 点，有什么不同点？点，有什么不同点？ 思考思考 1 1基本基本构造构造和主要和主要部件部件的作用相似。的作用相似。 2 2 每个工件循环都经历每个工件循环都经历四个冲程四个冲程：吸气冲：吸气冲 程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 3 3 四个冲程中，只有四个冲程中，只有做功冲程对外做功做功冲程对外做功， 其余三个冲程靠其

15、余三个冲程靠飞轮惯性飞轮惯性完成。完成。 4 4 一个工作冲程中，活塞往复一个工作冲程中，活塞往复两次两次，飞轮，飞轮 转动转动两周两周，做功，做功一次一次。 相同点相同点 不同点不同点 1 1、构造不同、构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而：汽油机气缸顶有火花塞，而 柴油机气缸顶部有喷油嘴。柴油机气缸顶部有喷油嘴。 2 2、燃料不同、燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴：汽油机的燃料是汽油，而柴 油机的燃料是柴油。油机的燃料是柴油。 3 3、吸气不同、吸气不同：汽油机吸进汽油和空气的混：汽油机吸进汽油和空气的混 合气体，柴油机只吸进空气。合气体，柴油机只吸进空气。 4 4、点火不同、点火不同：汽

16、油机属点燃式点火，柴油：汽油机属点燃式点火，柴油 机属压燃式点火。机属压燃式点火。 它们都离不开燃料。它们都离不开燃料。 燃料燃烧的过程是燃料燃烧的过程是化学能转变为内能化学能转变为内能的过程。的过程。 复习提问复习提问 燃料的热值燃料的热值 1、热值的物理意义：、热值的物理意义： 2、热值的定义：、热值的定义： 符号：符号： 公式：公式： 单位：单位： 强调：强调： Q Qmqmq或或 Q QVq Vq （q为热值）为热值） 表示燃料燃烧放出热量表示燃料燃烧放出热量 的能力强弱的能力强弱 1kg1kg某种燃料某种燃料完全燃烧完全燃烧放出的放出的 热量，叫做这种燃料的热值热量，叫做这种燃料的热

17、值 q q J/kgJ/kgJ/mJ/m3 3 热值是反映燃料燃烧时化学能转化为热值是反映燃料燃烧时化学能转化为 内能的本领的大小的物理量。它是燃内能的本领的大小的物理量。它是燃 料本身的一种料本身的一种特性特性，只与燃料的，只与燃料的种类种类 有关，与燃料的有关，与燃料的形态、质量、体积形态、质量、体积等等 均无关。均无关。 3、炉子的效率：、炉子的效率： 提高炉子效率的措施（以锅炉为例）：提高炉子效率的措施（以锅炉为例）： 炉子炉子有效利用有效利用的热量与燃料的热量与燃料完完 全燃烧全燃烧放出的热量之比。放出的热量之比。 =Q=Q吸 吸/ Q / Q放 放= cm(t-t = cm(t-t

18、0 0)/ qm)/ qm 使燃料尽可能使燃料尽可能充分燃烧充分燃烧（如把煤磨成煤粉，（如把煤磨成煤粉， 加大送风量等）加大送风量等） 减小热量的散失减小热量的散失（如用隔热材料做炉体，加（如用隔热材料做炉体，加 大受热面积等）大受热面积等） 讨论交流：讨论交流：热机工作时，能不能将燃料所蕴热机工作时，能不能将燃料所蕴 藏的化学能全部用来对外做有用功呢？藏的化学能全部用来对外做有用功呢？ 冷却水带走的能冷却水带走的能 量量 燃料很难全部燃烧，燃料很难全部燃烧， 燃料的化学能不能燃料的化学能不能 全部释放全部释放 摩擦与辐射摩擦与辐射 损失一部分损失一部分 能量能量 热机真正热机真正 转变为对转

19、变为对 外做功的外做功的 部分部分 废气排出带走的能废气排出带走的能 量量 热机中燃料释放能量的主要走向示意图：热机中燃料释放能量的主要走向示意图： 1、定义：在热机里、定义：在热机里 的那的那 部分能量跟部分能量跟 的能的能 量之比，叫做热机的效率。量之比，叫做热机的效率。 用来做有用功用来做有用功 燃料完全燃烧所获得燃料完全燃烧所获得 W有用 有用 Q放 放 100%= 想一想 热机的效率能达到热机的效率能达到100%100%吗？为什么？吗？为什么？ 不能达到不能达到100%100%，因为热机中可用于做有用功的能，因为热机中可用于做有用功的能 量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各

20、量只是燃料完全燃烧所放出的能量的一部分，因为各 种热量损失以燃料条件的限制，这部分能量远远小于种热量损失以燃料条件的限制，这部分能量远远小于 总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比总能量，所以其与燃料完全燃烧所放出的总能量的比 值必然小于值必然小于1 1，即，即 2 2、热机效率小于、热机效率小于100%100%。 蒸气机的效率：蒸气机的效率：4 4 8 8 汽油机的效率：汽油机的效率：2626 40 40 柴油机的效率：柴油机的效率：3434 45 45 几种热机的效率几种热机的效率 3、热机在工作过程中造成能量损失的因素有：、热机在工作过程中造成能量损失的因素有： 燃料很难全部燃烧

21、；燃料很难全部燃烧； 废气带走一部分能量；废气带走一部分能量； 冷却水带走一部分能量；冷却水带走一部分能量； 摩擦与辐射带走一部分能量。摩擦与辐射带走一部分能量。 4、提高热机效率的方法：、提高热机效率的方法： 使燃料充分燃烧；使燃料充分燃烧； 减少减少废气带走的能量；废气带走的能量； 减少冷却水带走的能量；减少冷却水带走的能量； 保证良好的润滑；保证良好的润滑； 提高燃料的利用率。提高燃料的利用率。 5、减少环境污染的措施：、减少环境污染的措施： 改进改进燃烧设备燃烧设备；采取；采取集中供暖集中供暖； 城市普及城市普及煤气煤气和和天然气天然气的使用；的使用； 在内燃机的排气管在内燃机的排气管

22、安装消声器安装消声器。 大气污染大气污染 噪声污染噪声污染 污染污染 1.内燃机的四个冲程中有两个冲程发生了能量的转内燃机的四个冲程中有两个冲程发生了能量的转 化：一化：一 是压缩冲程，二是是压缩冲程，二是 冲程。虽然汽油冲程。虽然汽油 和柴油都是内燃机的工作物质，但是相同质量的汽和柴油都是内燃机的工作物质，但是相同质量的汽 油和柴油完全燃烧时放出的热量却油和柴油完全燃烧时放出的热量却 。 2.柴油机上安装了一个笨重的飞轮，这是为柴油机上安装了一个笨重的飞轮，这是为 了了 。 做功做功 不同不同 利用飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程利用飞轮的惯性完成吸气、压缩、排气冲程 3.转速为转速为18

23、00r/min的四冲程内燃机，每秒经过的四冲程内燃机，每秒经过 个冲程，做功个冲程，做功 次。若该内燃机次。若该内燃机 的功率为的功率为9000W，则一次做功，则一次做功 J。 6015 600 4.金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可金属制成的汽缸中装有柴油与空气的混合物，有可 能使汽缸中柴油达到点燃的过程是：能使汽缸中柴油达到点燃的过程是： A、迅速向里推活塞、迅速向里推活塞 B、迅速向外拉活塞、迅速向外拉活塞 C、缓慢向里推活塞、缓慢向里推活塞 D、缓慢向外拉活塞、缓慢向外拉活塞 5.在公路上有一辆汽车和一台拖拉机发生故障，经检在公路上有一辆汽车和一台拖拉机发生故障，经检 查都是

24、蓄电池坏了，不能启动，把它们推动后查都是蓄电池坏了，不能启动，把它们推动后： A、汽车和拖拉机都能继续行驶、汽车和拖拉机都能继续行驶 B、只有汽车可以继续行驶、只有汽车可以继续行驶 C、只有拖拉机可以继续行驶、只有拖拉机可以继续行驶 D、都不能行驶、都不能行驶 6.甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，这表明：甲柴油机的效率比乙柴油机的效率低，这表明： A、甲的功率小、甲的功率小 B、甲做的功少、甲做的功少 C、甲消耗的柴油多、甲消耗的柴油多 D、甲柴油机内能转化为机械能的百分比小、甲柴油机内能转化为机械能的百分比小 7.关于提高热机效率的途径，下列说法中错误的是：关于提高热机效率的途径，下列说法

25、中错误的是： A、尽量使燃料完全燃烧、尽量使燃料完全燃烧 B、尽量减少输出功率、尽量减少输出功率 C、尽量减小摩擦、尽量减小摩擦 D、尽量减少热量损失、尽量减少热量损失 8.某热机的效率为某热机的效率为20，这表明做，这表明做100J的有用功时：的有用功时： A、要消耗、要消耗20J的燃料内能的燃料内能 B、要向外散失、要向外散失80J的热量的热量 C、要消耗燃烧后能放出、要消耗燃烧后能放出500J内能的燃料内能的燃料 D、要消耗、要消耗80J的燃料内能的燃料内能 9.有一台柴油机的效率为有一台柴油机的效率为40，每小时耗油，每小时耗油2kg，则，则 这台柴油机的功率为多少瓦？这台柴油机的功率

26、为多少瓦？ （已知柴油的热值为（已知柴油的热值为3.3107J/kg） 10.某饰品加工厂用酒精喷灯加工饰品，张峰师傅在某饰品加工厂用酒精喷灯加工饰品，张峰师傅在 1min内用去酒精内用去酒精5g，被加工的质量为，被加工的质量为36g的铜饰品的铜饰品 温度从温度从20上升到上升到1070 。求。求：（：（1）铜饰品吸收）铜饰品吸收 的热量是多少？（的热量是多少？（2）酒精完全燃烧放出的热量是多）酒精完全燃烧放出的热量是多 少？（少？（3）酒精喷灯的效率是多少？）酒精喷灯的效率是多少？ C铜 铜=0.39 103J/（kg） ， q酒精 酒精=3.0 107J/kg W W有 有=cm =cmt t Q Q放 放=m =m燃料 燃料q q燃料燃料 练习练习 1.4742104J 1.5105J 9.8% 11.一台汽油机的功率为一台汽