14.3热机（课件）2025-2026学年九年级物理全册沪科版（2024）

幻灯片 1：封面标题：14.3 热机副标题：探索热能与机械能的转换奥秘姓名：[你的名字]日期：[具体日期]幻灯片 2：课程导入展示图片：蒸汽机推动火车前进的历史图片。提问引导：同学们，在这幅图中，是什么力量推动火车前进呢？热蒸汽为何能产生如此强大的推力？从能量的角度看，这里发生了怎样的转化？引出主题：这种利用热蒸汽做功的机器就是热机的一种。今天，我们将深入学习热机的相关知识。幻灯片 3：热机的定义定义阐述：热机是把内能转化为机械能的机器。举例说明：就像我们刚才看到的蒸汽机，燃料燃烧释放出化学能，先转化为蒸汽的内能，蒸汽膨胀对活塞或叶轮做功，将内能转化为机械能，从而驱动机器运转。动画演示：简单动画展示燃料燃烧加热水产生蒸汽，蒸汽推动活塞的过程，强化对热机能量转化过程的理解。幻灯片 4：热机的工作原理（以蒸汽机为例）原理剖析：燃料在锅炉中燃烧，将化学能转化为内能，使水变成高温高压的蒸汽。蒸汽通过管道进入汽缸，推动活塞做往复运动，将内能转化为机械能。活塞的往复运动通过连杆、曲轴等机械装置转化为旋转运动，输出动力。视频播放：播放蒸汽机工作原理的科普视频，让学生更直观地观察整个过程。总结强调：热机工作的核心是通过燃料燃烧获取内能，并利用内能对外做功，实现内能到机械能的转化。幻灯片 5：热机的种类展示图片：展示蒸汽机、内燃机（汽油机、柴油机）、汽轮机、喷气发动机的图片。分类介绍：蒸汽机：最早广泛应用的热机，利用蒸汽膨胀做功，曾推动了第一次工业革命，如蒸汽机车、蒸汽轮船等。内燃机：燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力，包括汽油机和柴油机。汽油机常用在汽车、摩托车上；柴油机常用于卡车、拖拉机、船舶等，因其热效率较高。汽轮机：利用蒸汽冲击叶轮转动，广泛应用于大型发电站，效率较高，能产生强大的动力。喷气发动机：常见于飞机，燃料燃烧产生高温高压气体向后高速喷出，利用反作用力推动飞机前进，具有功率大、速度快的特点。幻灯片 6：汽油机的工作过程构造展示：展示汽油机的结构示意图，标注出进气门、排气门、火花塞、活塞、汽缸、连杆、曲轴等主要部件。动画演示：通过动画分四个冲程演示汽油机的工作过程：吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入汽油和空气的混合气体。压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩混合气体，使其温度升高，内能增大，机械能转化为内能。做功冲程：火花塞点火，混合气体剧烈燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能，这是汽油机获得动力的冲程。排气冲程：进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，将燃烧后的废气排出汽缸。总结归纳：四个冲程为一个工作循环，每个工作循环活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。幻灯片 7：柴油机的工作过程构造对比：展示柴油机结构示意图，与汽油机对比，说明主要区别在于柴油机没有火花塞，而是喷油嘴。动画演示：同样以动画展示柴油机的四个冲程：吸气冲程：进气门打开，排气门关闭，活塞向下运动，吸入空气。压缩冲程：进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，压缩空气，使空气温度升高到柴油的着火点以上。做功冲程：喷油嘴喷出雾状柴油，柴油遇到高温空气迅速燃烧，产生高温高压气体，推动活塞向下运动，对外做功，内能转化为机械能。排气冲程：与汽油机相同，进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，排出废气。对比总结：柴油机和汽油机工作过程相似，但在吸气、点火方式上有区别。柴油机压缩比高，热效率更高，常用于对动力要求较大、负荷较重的设备。幻灯片 8：热机效率效率定义：热机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，用公式表示为：\(\eta=\frac{W_{有用}}{Q_{放}}\times100\%\)。举例计算：假设一台汽油机消耗了 10kg 汽油（汽油热值为\(4.6\times10^{7}J/kg\)），对外做了\(1.84\times10^{8}J\)的有用功，计算其热机效率。先计算汽油完全燃烧放出的热量：\(Q_{放}=mq = 10kg\times4.6\times10^{7}J/kg = 4.6\times10^{8}J\)。再根据公式计算热机效率：\(\eta=\frac{1.84\times10^{8}J}{4.6\times10^{8}J}\times100\% = 40\%\)。影响因素分析：热机效率受多种因素影响，如燃料是否充分燃烧、废气带走的热量、机件散热损失、机件间摩擦等。幻灯片 9：提高热机效率的途径措施列举：使燃料充分燃烧：改进燃烧设备，如优化燃烧室结构、采用先进喷油技术等，让燃料尽可能完全燃烧，释放更多能量。减少热量损失：加强热机部件的隔热性能，减少散热；利用废气的余热，如安装热交换器，回收废气中的部分热量用于预热空气或水。减小机械摩擦：使用优质润滑油，改善机件的加工精度和装配工艺，减小机件间的摩擦阻力，降低额外的能量损耗。实际应用案例：介绍一些汽车发动机采用涡轮增压技术回收废气能量、优化发动机结构提高燃油经济性等提高热机效率的实际应用，让学生了解这些措施在现实中的应用效果。幻灯片 10：热机对环境的影响污染问题：热机使用过程中会排放大量废气，其中包含一氧化碳（CO）、碳氢化合物（HC）、氮氧化物（NOx）、颗粒物（PM）等污染物，会造成大气污染，引发雾霾、酸雨等环境问题，危害人体健康和生态环境。能源消耗：大量使用热机消耗大量化石燃料，而化石燃料是不可再生能源，过度开采和使用会导致能源危机，影响人类社会的可持续发展。图片展示：展示热机废气排放导致环境污染、能源枯竭等相关图片，增强学生的直观感受。幻灯片 11：课堂小结知识回顾：回顾热机的定义、工作原理、种类、汽油机和柴油机的工作过程、热机效率、提高热机效率的途径以及热机对环境的影响等重点知识。思维导图展示：以思维导图形式呈现本节课知识框架，帮助学生构建系统的知识体系。幻灯片 12：课堂练习题目展示：热机是将_____能转化为_____能的机器。汽油机的四个冲程中，将内能转化为机械能的是_____冲程。一台柴油机的热机效率为 35%，表示_____。提高热机效率的方法有哪些？（至少写出两条）答案讲解：逐一展示答案并进行讲解，帮助学生巩固知识，及时发现问题。幻灯片 13：课后作业作业布置：完成课本上相关练习题。查阅资料，了解一种新型热机（如斯特林发动机、燃料电池发动机等）的工作原理和特点，写一篇简短的科普报告。幻灯片 14：结束页感谢语：感谢同学们的认真听讲！希望大家通过本节课的学习，对热机有更深入的了解，感受物理知识在生活中的广泛应用。鼓励语：探索物理世界的奥秘永无止境，期待大家在后续的学习中有更多的收获和发现！2024沪科版物理九年级全册14.3热机第十四章 内能与热机授课教师： . 班 级： . 时 间： . 汽车、轮船、飞机是常见的交通运输工具，你知道它们的动力来自哪里吗？它们工作过程中能量是如何转化的吗？发动机是把其他能量转化为机械能的机器，其中能将燃料燃烧时释放的内能转化为机械能的发动机则称为热机。常见的热机有蒸汽机、汽轮机、喷气发动机、内燃机、火箭发动机等，如图。燃料直接在发动机气缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。内燃机最常见的是汽油机和柴油机。1.定义用汽油作燃料的热机。2.构造由气缸、火花塞、进气道、进气阀、排气道、排气阀、活塞、连杆和曲轴组成。活塞在气缸内做一次单向运动叫做一个冲程（或行程）。（1）吸气冲程：曲轴通过连杆带动活塞，使活塞从气缸上部向下运动，进气阀开启，空气和汽油的混合气体通过进气道进入缸内。（2）压缩冲程：两个气阀关闭，活塞在曲轴带动下，从气缸下部向上运动，缸内混合气体被压缩，机械能转化为内能，因此，气体内能增加、温度升高、压强增大。3.工作过程（3）做功冲程：压缩冲程结束后，做功冲程开始时，气缸顶部的火花塞发出电火花，缸内气体爆发性燃烧，高温高压气体迅速膨胀，使活塞向下运动，内能转化为机械能。（4）排气冲程：曲轴因为惯性继续转动使活塞上升，排气阀打开，将燃烧后的废弃排出缸外。3.工作过程四冲程汽油机一个工作循环中，活塞往复运动两次，曲轴转动两周，对外做功一次。（简记为“4221”）小结如图是汽油机一个工作循环的四个冲程，其中图________是将内能转化为机械能的冲程。现有一台四冲程汽油机，飞轮的转速为2 400r/min,这次汽油机每秒钟内完成_______个冲程，对外做了________次功。丙8020例题用柴油作燃料的热机。1.定义2.构造柴油机结构和汽油机相似；它与汽油机在结构上的主要不同是气缸顶部的火花塞换成了喷油嘴。四冲程柴油机的一个工作循环也分为吸气、压缩、做功、排气四个冲程。活塞来回往复两次，曲轴转动两周，对外做一次功。在压缩冲程，将机械能转化为内能，在做功冲程，把内能转化为机械能。3.柴油机的工作过程柴油机的吸气冲程进入气缸的只有空气。压缩冲程中，缸内气体被压缩的程度比汽油机更大，缸内气体温度更高，压强更大。压缩冲程末，喷油嘴喷出雾状柴油，进行压燃式点火。柴油机与汽油机工作过程的不同汽油机和柴油机的比较 知识点11. [立德树人·国家科技进展]下列我国的机械设备的动力装置不是利用热机的是(　　)A．长征系列运载火箭的发动机B．歼­20战机的喷气式发动机C．高铁车头采用的电力机车D．055型导弹驱逐舰配备的燃气轮机[补充设问]热机工作时将________能转化为________能。C热机内机械2. [新考法]下图表示热机、内燃机、汽油机之间的包含关系，则1是________，3是________。汽油机热机3．如图所示，在试管内装些水，用软木塞塞住，加热使水沸腾，水蒸气会把木塞冲开，有个同学由这个装置联想到内燃机，请你用连线反映他的联想创新的思维过程。酒精燃烧 坚固气缸　　高温高压水蒸气 活塞运动做功试管 油料燃烧　　木塞冲出 高温高压燃气知识点2汽油机和柴油机4. [原创题]如图所示的是四冲程汽油机工作时的示意图。(1)图中属于做功冲程的是________。(2)A冲程是将________能转化为________能；C冲程是将________能转化为________能。(3)图A冲程中气缸内气体温度________(填“升高”或“降低”)。(4)一个工作循环正确的顺序为____→____→____→____(前四空均填字母)。这一个循环中曲轴转______圈，活塞往返______次，对外做功______次。C机械D内内机械升高　BAC2215. [立德树人·传统文化]小倩同学对“走马灯”(图甲)产生浓厚兴趣，于是利用身边的物品制作了简易的“走马灯”，如图乙所示，点燃下方纸杯中的蜡烛后，其内部的气体温度升高，上升并推动上方纸杯转动，这一过程是将高温气体的内能转化为纸杯的________能，此能量转化过程与内燃机的________冲程相同。机械做功6．根据汽油机与柴油机的区别，完成下表。喷油嘴空气压燃式7.[2025·漳州模拟]春运时，某地冻雨，大雪封路，高铁停运，内燃机车助力春运牵引复兴号回家感动无数人。如图所示的是内燃机车的内燃机工作时某冲程示意图，该冲程为________冲程，它是________(填“汽油”或“柴油”)机。该内燃机一般还作为__________(填“小汽车”或“挖掘机”)的动力装置。压缩柴油挖掘机8．[2025·芜湖月考]汽油机大多用在一些轻巧的机械上，如图所示的是四冲程汽油机工作时某个冲程的示意图。则该冲程(　　)A．需要火花塞点火B．气缸内的压强降低C．将机械能转化为内能D．可以对外做功C9．[2025·郑州模拟]礼花喷射器原理如图所示。通过扭动气阀可释放压缩气罐内气体产生冲击，将纸管里填充的礼花彩条喷向高处，营造气氛。在喷出礼花彩条的过程中，下列说法正确的是(　　)A．压缩气罐内的气体内能增加B．压缩气罐内气体冲出时，分子的热运动加剧C．该过程相当于汽油机中的做功冲程D．彩条喷向高处是通过热传递获得能量的C10．[2025年1月合肥期末]如图所示的是某单缸四冲程内燃机工作示意图，该内燃机在吸气冲程中把 ________________________(填“燃料”“空气”或“燃料和空气的混合物”)吸入气缸；若该内燃机1 s吸气20次，则曲轴转速为________r/min。燃料和空气的混合物2 400解题思路：飞轮转2转——1个工作循环——做功1次——4个冲程。11. [新考法]小训在学习内能知识后，突发奇想，在家自制了一个内能演示仪，由压力式喷壶、电子温度计、小风车等组成。电子探头内置于喷壶中，喷壶穿线孔处密封，仪表盘外置，如图所示。当小训开始向内打气时，气体内能______(填“增大”“减小”或“不变”)，此过程相当于汽油机四个冲程中的______冲程。小训向壶内压缩完气体后，按下喷气开关时，风车转动，此时气体的内能转化为风车的__________，此过程相当于汽油机四个冲程中的______冲程。增大压缩机械能做功12．[2024·淮北期中改编]某单缸汽油机气缸的活塞面积是120 cm2，做功冲程中活塞移动的距离是35 cm，气体的平均压强是5×105 Pa。曲轴的转速是300 r/min。求：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力；解：(1)做功冲程中燃气对活塞的平均压力：F＝pS＝5×105 Pa×120×10－4 m2＝6 000 N；(2)汽油机每分钟做的功；(3)汽油机的功率。气体每次膨胀对活塞做功：W′＝Fs＝6 000 N×35×10－2 m＝2 100 J，300 r/min表示每分钟汽油机飞轮转动300转，对外做功150次，汽油机每分钟做的功：W＝150W′＝150×2 100 J＝3.15×105 J；热机定义内燃机热机的应用汽油机柴油机将燃料燃烧时释放内能转化为机械能的发动机则称为热机4冲程，活塞往复2次，曲轴转2圈，做功1次谢谢观看！