第十四章　内能的利用
热机
知识目标：
1、了解四冲程汽油机的基本工作原理。
2、从能量转化的角度认识燃料的热值。
3、了解内能的利用在人类发展史上的重要意义。
4、通过能量的转化和转移认识效率。
一、内能的获得：
通过燃料的燃烧，将燃料内部的
______能转化为_______能。
从能量转化的角度分析：
化学
内
二、内能的利用：
1、直接加热物体
热能除了带给人类温暖以外，还能做什么呢？
试管中的蒸汽将软木塞推出去，软木塞获得了动能，蒸汽的内能________。
减小
水沸腾后：
现象:软木塞______;
______有“白气”产生.
冲出
管口
分析:
________ 对木塞做功,
内能 ____, 温度______
_________成小水珠.
水蒸气
减小
降低
液化
能量转化：_______转化为______。
内能
机械能
总结：内能的利用：
1、利用内能_______。
飞机飞行，汽车行驶，火箭升空，
发动机工作时的能量转化？
2、利用内能_______。
加热
做功
塞子冲出的过程中，能量的转化：
燃料的_____能
水蒸气的_____
塞子运动的______;
热机的能量转换：
燃料的____能
_____
_______；
热机是把____能转化为____能的机器。
一、热机的定义
化学
内能
机械能
化学
内能
机械能
内
机械
二、热机的种类：
蒸汽机、内燃机、汽轮机、喷气发动机、火箭
内燃机
1、工作原理：

2、分类：
燃料在_____内燃烧，产生高温高压的气体对活塞_____。
______和__________ 两种 。
汽缸
做功
汽油机
柴油机
1、汽油机的构造
火花塞
汽缸
进气门
活塞
连杆
排气门
曲轴
1、汽油机的构造
1、观察图回答汽油机的构造：
上部有 和 ，

顶部有 。

主体是 ，内有 ,
它通过 ___ 与 相连。
汽缸
活塞
连杆
曲轴
进气门
排气门
火花塞
内燃机（汽油机）的工作原理
冲程：
1、活塞从汽缸的一端
运动到另一端的过程，
叫做一个冲程
2、内燃机的一个工作循环
有四个冲程,分别是：
______冲程、_____冲程、
______冲程、_____冲程。
2、
吸气
压缩
做功
排气
内燃机（汽油机）的工作原理
吸气冲程：
进气门____，
排气门____，
活塞向___运动，________的混合物进入气缸。（怎样进入汽缸的？）
曲轴转____周。
2、
打开
关闭
下
汽油和空气
半
内燃机（汽油机）的工作原理
压缩冲程：
进气门和排气门_______，
活塞向__运动，
燃料混合物被____。内能变______
能量转化：_________
都关闭
上
压缩
曲轴转____周。
半
机械能
内能
大
第一冲程： 。进气门 ，排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动， 和 的混合物从 被吸入汽缸。当活塞运动到汽缸的最下端，_____ 关闭， 曲轴转动 圈。
第二冲程： .进气门 和排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动，燃料的混合物被 ，汽缸内温度 ，气压 。曲轴转动 圈。在此过程中， 转化 。
吸气冲程
打开
关闭
上端
下
汽油
空气
进气门
进气门
半
都关闭
下端
上
压缩
升高
增大
半
机械能
内能
压缩冲程
2、 内燃机（汽油机）的工作原理
做功冲程：
在压缩冲程结束时，火花塞产生电火花，使燃料猛烈燃烧产生高温高压的气体。
高温高压的气体推动活塞向___运动，带动曲轴转动,对外________。
下
做功
内能
机械能
能量转化：
2、 内燃机（汽油机）的工作原理
排气冲程：
进气门_____，
排气门_____，
活塞向____运动，
把______排出气缸。
废气
上
打开
关闭
半
曲轴转____周。
第三冲程： 。在压缩冲程末，火花塞产生电火花（点燃式），燃料混合物剧烈燃烧，产生 的燃气，推动活塞由汽缸向 运动，并通过连杆驱使曲轴转动， 曲轴转动 圈。
在此冲程中， 转化 。
第四冲程： 。进气门 ，排气门 ，活塞由汽缸最 向 运动， 把废气排出汽缸。当活塞运动到汽缸的最上 端， 关闭， 曲轴转动 圈。
内燃机 MP4_320x240_clip.mp4
做功冲程
高温高压
下
半
内能
机械能
排气冲程
关闭
打开
下端
上
排气门
半
小结：汽油机一个工作循环包括 冲程，活塞往复 次，曲轴转动 圈，与曲轴相连的飞轮也转_____圈，做功 次。有 次能量转化。
汽油机工作的四个冲程中，只有_____ 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 ________ 来完成。必须靠外力来启动.
做功冲程
飞轮的惯性
4
2
2
1
2
2
问题
汽车在开动前，是如何使内燃机起动的？
答：通过_____先使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，消耗____能来帮助内燃机完成吸气、压缩两个冲程.内燃机一旦开始做功，___能就会转化成曲轴的______能。这时曲轴获得的机械能一部分通过做功，一部分通过飞轮（与曲轴相连的质量较大的轮子）保存起来。然后依靠飞轮的____性再反过来向外输出带动曲轴转动，靠消耗飞轮的______能完成排气以及下一循环的吸气、压缩。这样内燃机就可连续工作下去了。
分析得结论：
在做功冲程燃气对活塞做功，____能转化为_____能。其余三个冲程靠消耗飞轮的________来完成.
内燃机（汽油机）的工作原理
内燃机的连续工作
汽油机的工作原理-4 好.exe
汽油机工作原理
思考：
1. 在四个冲程中，哪些冲程发生能量的转化？
压缩冲程：
机械能
内能
做功冲程：
机械能
内能
2. 哪个冲程获得动力？
做功冲程。（其它三个冲程又叫做辅助冲程。）
3、一个工作循环由四个冲程组成，每个工作循环活塞往复运动__次，曲轴和飞轮转动___周，对外做___次功。辅助冲程是靠飞轮的___性完成的。
3、柴油机
柴油机也是常见的热机。它是用_____作为燃料来工作的热机。
柴油机的构造
______
______
____
_____
______
_____
_____
3、柴油机
柴油机的工作原理与汽油机大致相同，如图是柴油机的结构图，
与汽油机比较一下,想一想它是怎样工作的。
吸气冲程
空气
进气门____，
排气门_____。
活塞由___端向____端运动，将_____吸进气缸。
空气
压缩冲程
进气门和排气门____，
活塞向____运动，活塞把空气压缩得很小，空气的压强更___，温度更____。
在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
大
高
做功冲程
在压缩冲程末，从______
喷出的雾状____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____运动，并通过连杆带动曲轴转动。
喷油嘴
柴油
排气冲程
燃烧后的废气
进气门____，排气门______，活塞向____运动，把_____排出气缸。
吸气冲程：柴油机吸入汽缸中的只是___而不像汽油机那样吸入的是___________的混合物。
压缩冲程：活塞将汽缸内的空气压缩成高温的气体，其温度超过柴油的燃点。
做功冲程：在压缩冲程的最后状态，由____向汽缸内喷射雾状的_____，这些雾状的____在汽缸内高温的空气中燃烧起来，这种点火方式称为____式。由于雾状柴油的燃烧，使得汽缸内的压强急剧增大，气体对活塞做功，将活塞推向汽缸的下端。
排气冲程：与汽油机的情况相同，都是把废气排出汽缸，为下一个循环做好准备。
与汽油机的异同？
柴油机比汽油机要笨重些，但柴油机的效率___，功率____，并且柴油的价格又比汽油便宜，因而多用在拖拉机、坦克、轮船、内燃机车、载重汽车以及小型发电机上。
柴油机
柴油机分别在火车,坦克,轮船和挖土机上的运用.
汽油机和柴油机的异同
课堂小结
1.热机.
2.内燃机分为汽油机和柴油机.
3.汽油机和柴油机的相同点和不同点.
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( ).
思考:
知识应用
2某四冲程汽油机,曲轴转速1200转/分,则该汽油机每秒做功 次,有 个冲程, 飞轮转 周.
1.单缸四冲程内燃机完成40个冲程,关于做功和飞轮转动的情况,下列说法正确的是( )
A.做功10次,飞轮转40周
B.做功40次,飞轮转20周
C.做功10次,飞轮转20周
D.做功20次,飞轮转10周
C
10
40
20
你会吗？
机械
内
机械
内
5
吸气
2
压缩
做功
排气
1
利用飞轮的惯性完成其他三个辅助冲程
汽轮机.mpg
第二课时 燃料及其热值：
柴、煤炭、煤油、煤气、天然气；
一、燃料的分类：
固体燃料、液体燃料和气体燃料。
例如：
二、 燃料燃烧的化学反应：
能量转化：
作用：
猜测：
化学能-内能/热能；
给人类提供绝大部分能量，来加热或做功；
相同质量的不同燃料，完全燃烧时放出的热量相同吗 ？
三、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完全燃烧放出的热量是不同的。
1、定义：
2、单位，符号：
（类比：速度或密度的单位 ）
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。
J/kg, (J/m3)
3、燃料的热值表、意义：
P139一些燃料的热值
木炭: 3.4×107J/kg
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.
物理意义:
练习：
1kg汽油的热值小，2kg汽油的热值大？
1m³天然气完全燃烧的热值大，未完全燃烧的热值小？
1kg干木柴完全燃烧放出的热量？2kg？
四、计算热量公式：
1，公式：
Q放=mq
(即质量乘以热值)
2，例题：
小明某次用火炉烧水时，共消耗了1.5kg的烟
煤，试计算这些烟煤完全燃烧放出多少焦的
热量（烟煤的热值q=2.7×107J/kg)?
解：Q=mq=1.5kg×2.7×107J/kg
=4.05×107J
答：这些煤完全燃烧放出的热量为4.05×107J
Q=mq
5kg40℃的水烧开，需要完全燃烧的多少kg的干木柴？（燃料完全燃烧放热全部被水吸收）
五、燃料的利用率：
思考：
上例中小明烧水用了1.5kg的烟煤，这些煤
完全燃烧放出的热量为4.05×107J，实际放
出的热量是4.05×107J吗？为什么？水实际
吸收的热量呢？
水实际吸收的热量，称为有效利用的热量。
五、燃料的利用率：
1、炉子的效率：
1)定义：
2）公式：
有效利用的热量（水吸收的热量）与
燃料完 全燃烧放出的热量之比。
五、燃料的利用率：
2、提高燃料利用率，节约能源的措施：
1）使煤充分燃烧：将煤磨成煤粒，加大
送风量。
2）加大受热面积，减少烟气带走的热量：
五、燃料的利用率：
3、热机的效率：

1）定义：
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。
2）公式：
η=
Q放
W有
3）在内燃机中，燃料所释放的能量都到哪里去了？
做有用功的能量
废气带走的能量
汽缸散热及摩擦损失的能量
损耗1：
_____
损耗2：
——————
损耗3：
______________
燃料燃烧产生能量
在热机的各种能量的损失中, ____带走的能量最多.
设法利用热机_____的能量，是提高燃料利用率的重要措施。
做有用功
燃烧不完全
废气带走
机件发热散失
机件摩擦损失
废气
废气
热机中的能量损耗：
废气带走的热量；
气缸部件吸热后的热量散失；
克服摩擦做功而消耗的能量；
燃料的不完全燃烧；
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。
蒸气机效率最低：6%~15%；
汽油机效率：20%~30%；
柴油机效率：30%~45%。
五、燃料的利用率：
4）、提高热机效率的途径和节能方法：　（l）尽可能减少各种热损失，如保证良好的润滑，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。
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
科学世界： P137
STS: P140

动手动脑学物理： 1,2,3
小结：
1、内燃机的四个冲程及功能。
2、燃料的热值。
3、热机的效率总小于100%。
你认为在火箭里使用热值高的燃料还是热值低的燃料？