第四節(jié)熱機(jī)的基本原理熱和能概述

1、 第四節(jié)熱機(jī)的基本原理熱和能概述觀察討論：如圖所示，在試管內(nèi)裝一些水，用橡皮塞塞住。對(duì)試管加熱使水沸騰，會(huì)看到什么現(xiàn)象？討論這個(gè)過(guò)程中能量轉(zhuǎn)化的情況。這個(gè)實(shí)驗(yàn)，展示了人類利用內(nèi)能的過(guò)程。 燃料的化學(xué)能通過(guò)燃燒轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，傳給水和水蒸氣，水蒸氣膨脹做功把塞子沖出去，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為塞子的機(jī)械能。問(wèn)題思考： 熱機(jī)的種類很多，例如蒸汽機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、汽輪機(jī)、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)等。目前大多數(shù)現(xiàn)代化的交通工具仍然是依靠熱機(jī)把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能來(lái)工作的；現(xiàn)代化的火電站、熱電站也同樣是靠熱機(jī)把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，然后帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。內(nèi)燃機(jī)是熱機(jī)的一種；分為汽油機(jī)和柴油機(jī)。一、內(nèi)燃機(jī)1、工作原理：讓燃料在汽缸中燃燒，生成高溫高壓的

2、燃?xì)?，推?dòng)活塞做功，將內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。2、汽油機(jī)的工作過(guò)程:以一個(gè)工作循環(huán)為單元。3、沖程：活塞從汽缸一端運(yùn)動(dòng)到另一端的過(guò)程叫做一個(gè)沖程。 根據(jù)觀察回答：汽油機(jī)工作過(guò)程中，四個(gè)沖程的氣門(mén)關(guān)閉情況；活塞的運(yùn)動(dòng)方向；曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)幾圈；如果有能量轉(zhuǎn)化，說(shuō)處具體的轉(zhuǎn)化過(guò)程；點(diǎn)火方式是什么。 6熱機(jī)的工作原理吸氣沖程 在吸氣沖程中，進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉活塞由上端向下運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，汽油和空氣組成的燃料混合物從進(jìn)氣門(mén)吸入氣缸。汽油和空氣壓縮沖程 進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉，活塞由下向上運(yùn)動(dòng)，燃料混合物被壓縮，混合氣體的壓強(qiáng)增大溫度升高，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。做功沖程 在壓縮沖程結(jié)束時(shí)，火花塞產(chǎn)生電火花，使燃料猛烈燃燒，

3、產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，高溫高壓的燃?xì)馔苿?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，對(duì)外做功，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。排氣沖程 進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞由下向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣缸?；钊窒蛳逻\(yùn)動(dòng)，開(kāi)始下一個(gè)工作循環(huán)。燃燒后的廢氣 汽油機(jī)的四個(gè)沖程中只有做功沖程對(duì)外做功，其它三個(gè)沖程要靠飛輪的慣性來(lái)完成。汽油機(jī)完成四個(gè)沖程叫一個(gè)工作循環(huán)。完成一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。 在四沖程汽油機(jī)中，每個(gè)工作循環(huán)都一樣，依次由吸氣、壓縮、做功、排氣四個(gè)沖程組成。4、研究汽油機(jī)的工作原理：在表格中填寫(xiě)汽油機(jī)四沖程的特點(diǎn)沖程名稱進(jìn)氣門(mén)排氣門(mén)活塞運(yùn)動(dòng)方向 作用有無(wú)能量的轉(zhuǎn)化吸氣沖程壓縮沖程做功

4、沖程排氣沖程開(kāi)關(guān)向下吸入汽油和空氣無(wú)關(guān)關(guān)向上壓縮氣體提高溫度關(guān)關(guān)向下高溫氣體膨脹推動(dòng)活塞做功關(guān)開(kāi)向上排出廢氣無(wú)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能看一看，想一想一個(gè)工作循環(huán)里，活塞往返 次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng) 周。 沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功，其他三個(gè)沖程是靠 來(lái)完成。兩做功兩飛輪的慣性 想想議議：1、在四個(gè)沖程中，哪些沖程發(fā)生了能量的轉(zhuǎn)化？如何轉(zhuǎn)化？2、哪個(gè)沖程使汽車獲得動(dòng)力？3、哪個(gè)沖程排出了汽車的尾氣？汽油機(jī)柴油機(jī)的構(gòu)造噴油嘴進(jìn)氣門(mén)活塞連桿排氣門(mén)氣缸曲軸柴油機(jī)工作原理吸氣沖程 壓縮沖程 做功沖程 排氣沖程吸氣沖程空氣 進(jìn)氣門(mén)打開(kāi)，排氣門(mén)關(guān)閉?；钊缮隙讼蛳露诉\(yùn)動(dòng)，將空氣吸進(jìn)氣缸。壓縮沖程 進(jìn)氣門(mén)和排氣門(mén)都關(guān)閉

5、，活塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞把空氣壓縮得很小，空氣的壓強(qiáng)更大，溫度更高。在壓縮沖程末，缸內(nèi)空氣溫度已超過(guò)柴油的著火點(diǎn)。做功沖程 在壓縮沖程末，從噴油嘴噴出的霧狀柴油遇到熱空氣立即猛烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)?，推?dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。排氣沖程燃燒后的廢氣 進(jìn)氣門(mén)關(guān)閉，排氣門(mén)打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣缸。想想議議： 汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過(guò)程有什么相同點(diǎn)，有什么不同點(diǎn)？1基本構(gòu)造和主要部件的作用相似。2 每個(gè)工件循環(huán)都經(jīng)歷四個(gè)沖程：吸氣沖程、壓縮沖程、做功沖程、排氣沖程。3 四個(gè)沖程中，只有做功沖程對(duì)外做功，其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成。4 一個(gè)工作沖程中，活塞往復(fù)兩次，飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，

6、做功一次。相同點(diǎn)不同點(diǎn)1構(gòu)造不同：汽油機(jī)氣缸頂有火花塞，而柴油機(jī)氣缸頂部有噴油嘴。2 燃料不同：汽油機(jī)的燃料是汽油，而柴油機(jī)的燃料是柴油。3 吸氣不同：汽油機(jī)吸進(jìn)汽油和空氣的混合氣體，柴油機(jī)只吸進(jìn)空氣。4 點(diǎn)火不同：汽油機(jī)屬點(diǎn)燃式點(diǎn)火，柴油機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火。汽油機(jī)柴油機(jī)不同點(diǎn)燃料汽油柴油結(jié)構(gòu)火花塞噴油嘴吸氣沖程吸入的是汽油和空氣的混合氣體吸入的是空氣壓縮沖程氣壓、溫度相對(duì)較低氣壓、溫度相對(duì)較高點(diǎn)火方式點(diǎn)燃式壓燃式相同點(diǎn)工作循環(huán)都有四個(gè)沖程能量轉(zhuǎn)化（1）壓縮沖程：機(jī)械能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能（2）做功沖程：內(nèi)能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能活塞、曲軸運(yùn)動(dòng)每一個(gè)工作循環(huán)，活塞往復(fù)兩次，曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，對(duì)外做功一次。運(yùn)動(dòng)都需要外力優(yōu)

7、缺點(diǎn)汽油機(jī)比柴油機(jī)輕巧，柴油機(jī)比汽油機(jī)效率高。但兩者都帶來(lái)了廢氣和噪聲污染。汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同表想想議議 右圖表示一個(gè)四口人之家使用某種燃料時(shí)的月消耗量。使用不同燃料，消耗量是不同的，為什么？1、燃料的燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，燃燒過(guò)程中，儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能被釋放，轉(zhuǎn)變?yōu)橹車矬w的內(nèi)能。相同質(zhì)量的不同燃料完全燃燒放出的熱量是不同的。2、燃料的熱值：1kg某種燃料完全燃燒放出的熱量叫做這種燃料的熱值。用“q”表示。3、熱值的單位：J/kg (J/m3)二、燃料的熱值說(shuō)明：燃料的熱值：熱值是燃料的特性，不是所有物質(zhì)都具有的特性。它反映的是燃料燃燒過(guò)程中所釋放熱量本領(lǐng)大小的物理量。4、幾種燃料的熱值（

8、焦/千克 J/kg ） 氫1.4 108 汽油4.6 107 酒精3.0107 柴油3.3 107 煤氣（約）3.9 107 煤油4.6 107 沼氣 1.9 107 煙煤（約）2.9 107 無(wú)煙煤（約）3.4 107 焦炭 3.0 107 木炭3.4 107 干木柴（約）1.2 107 （Jm-3 ） （Jm-3 ） 木炭: 3.4107J/kg的物理意義:1kg木炭完全燃燒時(shí)放出的熱量是3.4107J煤氣: 3.9107J/m3物理意義:1m3煤氣完全燃燒時(shí)放出的熱量是3.9107J Q放=mq Q放=Vq (即質(zhì)量乘以熱值) (即體積乘以熱值)5、計(jì)算熱量公式： 6、例題：把5kg 4

9、0的水燒開(kāi)，需要完全燃燒多少千克的干木柴？（已知干木柴的熱值為 1.2107J/kg，外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，并且燃料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收）解：Q吸=cm（t-t0） =4.2103J/(kg0C)5kg600C=1.26 106J Q放Q吸m1=Q放/q= 1.2106J/(1.2107燃料固體燃料木柴煤液體燃料汽油給汽車加油柴油氣體燃料液化氣瓶天然氣灶2.內(nèi)燃機(jī)的啟動(dòng) 內(nèi)燃機(jī)不能自行啟動(dòng)。開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，要靠外力使飛輪和曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)，由曲軸通過(guò)連桿帶動(dòng)活塞運(yùn)動(dòng)，以后內(nèi)燃機(jī)才能自己工作。3.內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用 汽油機(jī)比較輕巧，常用在汽車、飛機(jī)和小型農(nóng)業(yè)機(jī)械上面。(1)汽油機(jī)的應(yīng)用(2)柴油機(jī)的應(yīng)用

10、 柴油比較便宜，但柴油機(jī)比較笨重，主要用在載重汽車、拖拉機(jī)、坦克上面。熱機(jī)中能量的轉(zhuǎn)化汽油機(jī)的效率：2030%柴油機(jī)的效率：3045%你認(rèn)為它們的效率比你想象的高？還是低？你猜想：汽油機(jī)、柴油機(jī)的效率大約是多少？猜猜看！思 考：如何提高熱機(jī)的效率？1.盡量使燃料充分燃燒2.盡量減少熱機(jī)部件間的摩擦3、機(jī)件間保持良好的潤(rùn)滑以減小摩擦。熱機(jī)的效率：用來(lái)做有用功的能量，與燃料完全燃燒放出的能量之比熱機(jī)與環(huán)境、熱機(jī)的利用帶來(lái)的環(huán)境污染、廢氣污染、怎樣控制熱機(jī)對(duì)環(huán)境造成的污染 a、排出的廢氣溫度較高。使城市溫度升高，會(huì)形成“熱 島效應(yīng)”。 b、廢氣中含有各種對(duì)人體有害的氣體和粉塵，直接影響人們的身體健康

11、和動(dòng)植物的生存。、噪聲污染 改進(jìn)燃燒設(shè)備，消除煙塵； 提高燃料的綜合利用，采取之中供熱 充分利用污染少和無(wú)污染的能源 在內(nèi)燃機(jī)排氣管上安裝消聲器，以減少噪聲污染三、有效利用燃料 通常的鍋爐，燃料利用率比較低，在節(jié)約能源上潛力很大。 提高鍋爐的效率和燃料的利用率的措施有：把煤磨成煤粉，用空氣吹進(jìn)爐膛，可以燃燒得比較完全。把煤粉粘結(jié)成煤粒，加大送風(fēng)量，把煤粒在爐膛里吹起來(lái)燃燒，可以燃燒得更充分。用各種辦法加大受熱面，可以減少煙氣帶走的熱量。3、內(nèi)能的利用和環(huán)境保護(hù) 煤、石油、天然氣等燃料的利用，使人們獲得大量?jī)?nèi)能，給人類文明帶來(lái)進(jìn)步。同時(shí)也造成環(huán)境污染，給人們帶來(lái)危害。 造成污染的主要物質(zhì)有：燃料

12、里含有雜質(zhì)，致使燃燒生成的氣體中含有二氧化硫、氮氧化物等，燃燒不完全還會(huì)產(chǎn)生一氧化碳和粉塵。 工業(yè)企業(yè)、交通運(yùn)輸工具，家庭爐灶和取暖設(shè)備，它們排放的煙塵是大氣污染的主要來(lái)源。 保護(hù)環(huán)境的有效方法：改進(jìn)燃燒設(shè)備，加裝消煙除塵裝置，采取集中供熱，普及煤氣和天然氣的使用。鞏固練習(xí)：、汽油機(jī)工作的四個(gè)沖程中，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的沖程是 （ ） A 吸氣沖程 B 壓縮沖程 C 做功沖程 D 排氣沖程C鞏固練習(xí)：、關(guān)于熱機(jī)的工作物質(zhì)，正確的是 （ ） A 熱機(jī)所使用的燃料就是工作物質(zhì) B 汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作物質(zhì)都是高溫高壓燃?xì)?C 熱機(jī)的工作物質(zhì)都是活塞 D 汽油機(jī)的工作物質(zhì)是汽油B鞏固練習(xí)：3、為節(jié)約能

13、源，需提高熱機(jī)的效率。下列措施中不能提高熱機(jī)效率的是 （ ） A 盡量使燃料充分燃燒 B 盡量增加熱機(jī)的工作時(shí)間 C 盡量減少?gòu)U氣帶走的熱量 D 盡量減少熱機(jī)部件間的摩擦B鞏固練習(xí)：5、以下交通工具中，常用汽油機(jī)作為動(dòng)力 的是 （ ） A 輕型轎車 B 重型運(yùn)載卡車 C 手扶拖拉機(jī) D 磁懸浮列車A鞏固練習(xí)：6、一臺(tái)單缸四沖程柴油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速為1800r/min，則柴油機(jī)1s內(nèi) （ ） A 完成30個(gè)沖程，做功30次 B 完成60個(gè)沖程，做功60次 C 完成60個(gè)沖程，做功15次 D 完成120個(gè)沖程，做功30次C1、如圖所示是熱機(jī)的四個(gè)沖程，其中屬于做功沖程的是（ ） 練習(xí)：ABCD2、汽油機(jī)

14、工作過(guò)程中，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的沖程是（ ） A.吸氣沖程 B.排氣沖程 C.做功沖程 D .壓縮沖程3、汽油機(jī)在壓縮沖程中，工作物質(zhì)被壓縮，氣缸中氣體的（ ） A.壓強(qiáng)增大，溫度降低 B.壓強(qiáng)增大，溫度升高 C.壓強(qiáng)減少，溫度降低 D.壓強(qiáng)減少，溫度升高BDB例題：把5kg40的水燒開(kāi)，需要完全燃燒多少kg的干木柴？（已知干木柴的熱值為1.2107J/kg，外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，并且燃料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收）解：Q吸=cm（t-t0） =4200J/(kg0C)5kg600C =1.26 106J；Q放Q吸m=Q放/q= 1.2106J/(1.21073、關(guān)于四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程有以下

15、幾種說(shuō)法：在做功沖程中，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 在做功沖程中，是內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 只有做功沖程是燃?xì)鈱?duì)外做功 汽油機(jī)在吸氣沖程中吸入汽缸的是汽油。 以上說(shuō)法正確的是（ ） A.只有 B.只有 C.只有 D.只有2、熱機(jī)是將內(nèi)能轉(zhuǎn)化成 能的機(jī)器；熱機(jī)一個(gè)工作循環(huán)由 個(gè)沖程組成，其中圖中所示是熱機(jī)的 沖程。A機(jī)械能四做功1、某四沖程汽油機(jī)，曲軸轉(zhuǎn)速1200r/min，則該汽油機(jī)每秒做功 次，有 個(gè)沖程, 飛輪轉(zhuǎn) 周。課堂檢測(cè):1040204、在試管內(nèi)裝些水，用軟木塞塞住，加熱使水沸騰，水蒸氣會(huì)把木塞沖開(kāi)，有的同學(xué)由這個(gè)裝置聯(lián)想到內(nèi)燃機(jī)，請(qǐng)你用連線反映出他的聯(lián)想創(chuàng)新的思維過(guò)程。高溫高壓的水蒸氣 堅(jiān)固氣缸酒精燃燒 活塞運(yùn)動(dòng)做功玻璃試管 高溫高壓的燃?xì)饽救麤_出 油料燃燒5、汽油機(jī)在壓縮沖程中工作物質(zhì)被壓縮，汽缸中的 （）、壓強(qiáng)增大，溫度降低；、壓強(qiáng)減小，溫度升高；、壓強(qiáng)增大，溫度升高；、壓強(qiáng)減小，溫度降低。c6、當(dāng)瓶中的煤油倒去一半后，則煤油的( )A、比熱容不變，熱值和密度都變?yōu)樵瓉?lái)的一半；B、比熱容、熱值和密度都變?yōu)樵瓉?lái)的一半；C、比熱容、熱值都變?yōu)樵瓉?lái)的一半，密度不變