初三物理《熱機(jī)》

1、教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo) 第一課時(shí)：第一課時(shí)： 1、了解熱機(jī)的種類及工作原理。、了解熱機(jī)的種類及工作原理。 2、知道內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程，會(huì)看圖區(qū)分是、知道內(nèi)燃機(jī)的四個(gè)沖程，會(huì)看圖區(qū)分是 那個(gè)沖程。那個(gè)沖程。 3、知道壓縮沖程、做功沖程中能量的轉(zhuǎn)化。、知道壓縮沖程、做功沖程中能量的轉(zhuǎn)化。 4.汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同 第二課時(shí)：第二課時(shí)： 5、了解熱機(jī)的效率及熱機(jī)的效率低的原因、了解熱機(jī)的效率及熱機(jī)的效率低的原因、 提高熱機(jī)的效率的方法。提高熱機(jī)的效率的方法。 6、了解熱機(jī)對(duì)環(huán)境的影響。、了解熱機(jī)對(duì)環(huán)境的影響。 熱機(jī) 1.1.熱機(jī)的種類 蒸氣機(jī)蒸氣機(jī) 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī) 汽輪機(jī)汽輪機(jī) 噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)

2、噴氣發(fā)動(dòng)機(jī) 火箭等火箭等 內(nèi)燃機(jī)內(nèi)燃機(jī)： 熱機(jī)熱機(jī)：把燃料燃燒時(shí)釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)：把燃料燃燒時(shí)釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī) 械能的裝置械能的裝置。 燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn)燃料直接在發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸內(nèi)燃燒產(chǎn) 生動(dòng)力生動(dòng)力 的熱機(jī)的熱機(jī)。 常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)常見(jiàn)的內(nèi)燃機(jī)： 汽油機(jī)汽油機(jī) 柴油機(jī)柴油機(jī) 2.2.內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)造 (1)(1)汽油機(jī)汽油機(jī) (2)(2)柴油機(jī)柴油機(jī) 構(gòu)造構(gòu)造 工作原理工作原理 汽油機(jī)完整工作過(guò)程汽油機(jī)完整工作過(guò)程 構(gòu)造構(gòu)造 工作原理工作原理 (1)(1)汽油機(jī)的構(gòu)造汽油機(jī)的構(gòu)造 火花塞火花塞 氣缸氣缸 進(jìn)氣門進(jìn)氣門 活塞活塞 連桿連桿 排氣門排氣門 曲軸曲軸 吸氣吸氣 壓縮壓

3、縮 做功做功 排氣排氣 內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)燃機(jī)的 沖程沖程和和工作循環(huán)工作循環(huán) (2)(2)汽油機(jī)工作原理汽油機(jī)工作原理 吸氣沖程吸氣沖程壓縮沖程壓縮沖程做功沖程做功沖程排氣沖程排氣沖程 吸氣沖程吸氣沖程 汽油和空氣汽油和空氣 進(jìn)氣門打開(kāi)，排進(jìn)氣門打開(kāi)，排 氣門關(guān)閉。活塞由上氣門關(guān)閉。活塞由上 端向下端運(yùn)動(dòng)，端向下端運(yùn)動(dòng)，汽油汽油 和空氣組成的燃料混和空氣組成的燃料混 合物合物從進(jìn)氣門吸入氣從進(jìn)氣門吸入氣 缸。缸。 壓縮沖程壓縮沖程 進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)進(jìn)氣門和排氣門都關(guān) 閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，燃料閉，活塞向上運(yùn)動(dòng)，燃料 混合物被壓縮，壓強(qiáng)增大混合物被壓縮，壓強(qiáng)增大 ，溫度升高。，溫度升高。 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)

4、能。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 做功沖程做功沖程 在壓縮沖程末尾，在壓縮沖程末尾， 火花塞產(chǎn)生電火花，使火花塞產(chǎn)生電火花，使 燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高燃料猛烈燃燒，產(chǎn)生高 溫高壓的燃?xì)猓苿?dòng)活溫高壓的燃?xì)?，推?dòng)活 塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連 桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。桿帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 排氣沖程排氣沖程 燃燒后的廢氣 進(jìn)氣門關(guān)閉，排進(jìn)氣門關(guān)閉，排 氣門打開(kāi)，活塞向上氣門打開(kāi)，活塞向上 運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣運(yùn)動(dòng)，把廢氣排出氣 缸。缸。 (3)(3)柴油機(jī)的構(gòu)造柴油機(jī)的構(gòu)造 噴油嘴噴油嘴 進(jìn)氣門進(jìn)氣門 活塞活塞 連桿連桿 排氣門排氣門 氣缸氣缸 曲軸曲軸 (4)(4)柴油

5、機(jī)工作原理柴油機(jī)工作原理 吸氣沖程吸氣沖程 壓縮沖程壓縮沖程 做功沖程做功沖程 排氣沖程排氣沖程 吸氣沖程吸氣沖程 空氣 進(jìn)氣門打開(kāi)，排進(jìn)氣門打開(kāi)，排 氣門關(guān)閉。活塞由上氣門關(guān)閉?；钊缮?端向下端運(yùn)動(dòng)，將空端向下端運(yùn)動(dòng)，將空 氣吸進(jìn)氣缸。氣吸進(jìn)氣缸。 壓縮沖程壓縮沖程 進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活進(jìn)氣門和排氣門都關(guān)閉，活 塞向上運(yùn)動(dòng)，活塞把空氣壓縮得塞向上運(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)。度已超過(guò)柴油的著火點(diǎn)。 機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 做功沖程做功沖程 在

6、壓縮沖程末，從噴油嘴噴在壓縮沖程末，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)?，烈燃燒，產(chǎn)生高溫高壓的燃?xì)猓?推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿推動(dòng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)連桿 帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 排氣沖程排氣沖程 燃燒后的廢氣 進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣進(jìn)氣門關(guān)閉，排氣 門打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng)門打開(kāi)，活塞向上運(yùn)動(dòng) ，把廢氣排出氣缸。，把廢氣排出氣缸。 一個(gè)工作循環(huán)：一個(gè)工作循環(huán)： 活塞：往復(fù)兩次?；钊和鶑?fù)兩次。 曲軸：轉(zhuǎn)動(dòng)兩周。曲軸：轉(zhuǎn)動(dòng)兩周。 完成：四個(gè)沖程。完成：四個(gè)沖程。 對(duì)外做功：一次。對(duì)外做功：一次。

7、 輔助沖程：靠飛輪慣性來(lái)完成。輔助沖程：靠飛輪慣性來(lái)完成。 3.3.內(nèi)燃機(jī)的應(yīng)用內(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。型農(nóng)業(yè)機(jī)械上面。 (1)(1)汽油機(jī)的應(yīng)用汽油機(jī)的應(yīng)用 (2)(2)柴油機(jī)的應(yīng)用柴油機(jī)的應(yīng)用 柴油比較便宜，但柴油機(jī)比較笨重，主柴油比較便宜，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。要用在載重汽車、拖拉機(jī)、坦克上面。 想想議議：想想議議： 汽油機(jī)和柴油機(jī)的工作過(guò)程有什汽油機(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)？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。基本構(gòu)造和主要部件的

8、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。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，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。其余三個(gè)沖程靠飛輪慣性完成。 4 一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，飛輪一個(gè)工作循環(huán)中，活塞往復(fù)兩次，飛輪 轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，做功一次。轉(zhuǎn)動(dòng)兩周，做功一次。 相同點(diǎn)相同點(diǎn) 不同點(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。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，而柴燃料不同

9、：汽油機(jī)的燃料是汽油，而柴 油機(jī)的燃料是柴油。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。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。機(jī)屬壓燃式點(diǎn)火。 二、燃料及其熱值二、燃料及其熱值 燃料的燃燒是一種化學(xué)反應(yīng)，燃燒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)能被釋過(guò)程中，儲(chǔ)存在燃料中的化學(xué)能被釋 放，轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。相同質(zhì)量的不同燃放，轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能。相同質(zhì)量的不同燃 料燃燒放出的熱量是不同的。料燃燒放出的熱量是不同的。 熱值熱值：指單位

10、質(zhì)量的某種物質(zhì)完全燃：指單位質(zhì)量的某種物質(zhì)完全燃 燒所放出的熱量。其符號(hào)是燒所放出的熱量。其符號(hào)是q。 熱值單位：熱值單位：J/kg, (J/m3) 三、燃料的熱值：三、燃料的熱值： (7.18.8) 10 /(Jm )10 /(Jm )天然氣天然氣3.010 /(Jkg )10 /(Jkg )酒精酒精 約約3.910 /(Jkg )10 /(Jkg )煤氣煤氣3.410 /(Jkg )10 /(Jkg )木炭木炭 1.410 /(Jkg )10 /(Jkg )氫氫3.010 /(Jkg )10 /(Jkg )焦炭焦炭 4.610 /(Jkg )10 /(Jkg )汽油汽油約約3.410 /(

11、Jkg )10 /(Jkg )無(wú)煙煤無(wú)煙煤 4.610 /(Jkg )10 /(Jkg )煤油煤油約約2.910 /(Jkg )10 /(Jkg )煙煤煙煤 3.310 /(Jkg )10 /(Jkg )柴油柴油約約1.210 /(Jkg )10 /(Jkg )干木柴干木柴 7 7 7 7 7 7 7 7 7 8 7 7 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -1 -3 -3 熱值單位：熱值單位：J/kg, (J/m3) P139一些燃料的熱值一些燃料的熱值。 木炭的熱值木炭的熱值: 3.4107J/kg 物理意義物理意義:1千克木炭完全燃燒時(shí)放出千克木炭完全燃燒時(shí)放出 的熱量

12、是的熱量是3.4107J 煤氣的熱值煤氣的熱值: 3.9107J/m3 物理意義物理意義:1立方米煤氣完全燃燒時(shí)放立方米煤氣完全燃燒時(shí)放 出的熱量是出的熱量是3.9107J 計(jì)算熱量公式：計(jì)算熱量公式： Q放放=mq (即質(zhì)量乘以熱值即質(zhì)量乘以熱值) 燃料燃燒釋放的能量用來(lái)開(kāi)動(dòng)熱機(jī)，燃料燃燒釋放的能量用來(lái)開(kāi)動(dòng)熱機(jī)， 這些能量不會(huì)全部用來(lái)做有用功。這些能量不會(huì)全部用來(lái)做有用功。 例題：把例題：把5kg40的水燒開(kāi)，需要完全燃燒的水燒開(kāi)，需要完全燃燒 多少多少kg的干木柴？（已知干木柴的熱值為的干木柴？（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，外界為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，并且燃

13、料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收）料完全燃燒放出的熱量全部被水吸收） 解解： Q吸吸=cm（t-t0） =4200J/(kg0C)5kg600C =1.26 106J； Q放放Q吸吸 m1=Q放放/q = 1.2106J/(1.2107J/kg)=0.1kg 廢氣帶廢氣帶 走走 機(jī)件發(fā)機(jī)件發(fā) 熱散失熱散失 機(jī)件摩機(jī)件摩 擦損失擦損失 燃料燃燒燃料燃燒 產(chǎn)生能量產(chǎn)生能量 在熱機(jī)的在熱機(jī)的 各種能量各種能量 的損失中的損失中, , 廢氣帶走廢氣帶走 的能量最的能量最 多多. . 設(shè)法利用熱機(jī)廢氣的設(shè)法利用熱機(jī)廢氣的 能量，是提高燃料利能量，是提高燃料利 用率的重要措施。用率的重要措施。 做有做有

14、用功用功 燃燒燃燒 不完不完 全全 熱機(jī)效率：用來(lái)做有用功的那部分能熱機(jī)效率：用來(lái)做有用功的那部分能 量與燃料完全燃燒放出的能量之比。量與燃料完全燃燒放出的能量之比。 蒸氣機(jī)效率最低：蒸氣機(jī)效率最低：6%15%； 汽油機(jī)效率：汽油機(jī)效率：20%30%； 柴油機(jī)效率：柴油機(jī)效率：30%45%。 5 5、熱機(jī)的效率熱機(jī)的效率 熱機(jī)的效率熱機(jī)的效率：熱機(jī)所做的做有用功那熱機(jī)所做的做有用功那 和燃料完全燃燒放出的熱量之比。叫熱機(jī)和燃料完全燃燒放出的熱量之比。叫熱機(jī) 的效率。的效率。 燃料的不完全燃燒、氣缸部件吸熱后燃料的不完全燃燒、氣缸部件吸熱后 的熱量散失、廢氣帶走的熱量和克服摩擦的熱量散失、廢氣帶

15、走的熱量和克服摩擦 做功而消耗的能量，都是引起能量損失的做功而消耗的能量，都是引起能量損失的 原因。因此，提高熱機(jī)效率，可提高燃料原因。因此，提高熱機(jī)效率，可提高燃料 的利用率。的利用率。 四、燃料的利用率：四、燃料的利用率： 思考：思考： 上例中小明燒水用了上例中小明燒水用了1.5kg的煙煤，這些煤的煙煤，這些煤 完全燃燒放出的熱量為完全燃燒放出的熱量為4.05107J，實(shí)際放，實(shí)際放 出的熱量是出的熱量是4.05107J嗎？為什么？水實(shí)際嗎？為什么？水實(shí)際 吸收的熱量呢？吸收的熱量呢？ 水實(shí)際吸收的熱量，稱為有效利用的熱量。水實(shí)際吸收的熱量，稱為有效利用的熱量。 四、燃料的利用率：四、燃料

16、的利用率： 1、爐子的效率：、爐子的效率： 有效利用的熱量（水吸收的熱量）與燃料完有效利用的熱量（水吸收的熱量）與燃料完 全燃燒放出的熱量之比。全燃燒放出的熱量之比。 公式：公式：= Q吸 吸 Q放 放 = cmt mq 四、燃料的利用率：四、燃料的利用率： 2、提高燃料利用率，節(jié)約能源、提高燃料利用率，節(jié)約能源 1）使煤充分燃燒：將煤磨成煤粒，加大）使煤充分燃燒：將煤磨成煤粒，加大 送風(fēng)量。送風(fēng)量。 2）加大受熱面積，減少煙氣帶走的熱量：）加大受熱面積，減少煙氣帶走的熱量： 提高熱機(jī)效率的途徑和方法：提高熱機(jī)效率的途徑和方法： （l l）盡可能減少各種熱損失，保證盡可能減少各種熱損失，保證

17、良好的潤(rùn)滑，減少因克服摩擦所消耗的能良好的潤(rùn)滑，減少因克服摩擦所消耗的能 量；量； (2)(2)充分利用廢氣的能量，提高燃料充分利用廢氣的能量，提高燃料 的利用率，如利用熱電站廢氣來(lái)供熱。這的利用率，如利用熱電站廢氣來(lái)供熱。這 種既供電又供熱的熱電站，比起一般火電種既供電又供熱的熱電站，比起一般火電 站來(lái)，燃料的利用率大大提高。站來(lái)，燃料的利用率大大提高。 6.熱機(jī)對(duì)環(huán)境的影響熱機(jī)對(duì)環(huán)境的影響 1.熱機(jī)對(duì)大氣的影響。熱機(jī)對(duì)大氣的影響。 （1）產(chǎn)生有毒氣體。）產(chǎn)生有毒氣體。 （2）產(chǎn)生大量二氧化碳，造成溫室效）產(chǎn)生大量二氧化碳，造成溫室效 應(yīng)。應(yīng)。 （3) 產(chǎn)生粉塵。產(chǎn)生粉塵。 2.熱機(jī)產(chǎn)生噪音

18、。熱機(jī)產(chǎn)生噪音。 請(qǐng)你思考！請(qǐng)你思考！ 某汽油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速為某汽油機(jī)飛輪轉(zhuǎn)速為3000r/min3000r/min，那么，那么， 每秒鐘內(nèi)完成每秒鐘內(nèi)完成 個(gè)沖程，活塞往復(fù)個(gè)沖程，活塞往復(fù) 次，燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功的次數(shù)為次，燃?xì)馔苿?dòng)活塞做功的次數(shù)為 次。次。 3000r/min=50r/s 一個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)沖程組成，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周，一個(gè)工作循環(huán)由四個(gè)沖程組成，曲軸旋轉(zhuǎn)兩周， 活塞往復(fù)兩次，對(duì)外做功一次活塞往復(fù)兩次，對(duì)外做功一次 10050 25 1.四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程由四沖程汽油機(jī)的工作過(guò)程由( ).( ).( ).( )四個(gè)沖程組成的四個(gè)沖程組成的. 2.四沖程汽油機(jī)四沖程汽油機(jī),由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是由機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的是( )沖程沖程,做功沖程是做功沖程是( )能轉(zhuǎn)化為能轉(zhuǎn)化為( )能能. 3.汽油機(jī)吸入汽缸的是汽油機(jī)吸入汽缸的是( ),點(diǎn)火方式是點(diǎn)火方式是( ). 柴油機(jī)吸入汽缸的是柴油機(jī)吸入汽缸的是( ),點(diǎn)火方式是點(diǎn)火方式是( ). 4.某四沖程汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是某四沖程汽油機(jī)飛輪的轉(zhuǎn)速是3600R/min, 則它每秒鐘對(duì)外做功則它每秒鐘對(duì)外做功( )次次. 課堂練習(xí)課堂練習(xí): : 5、壓縮沖程