2020-2021学年第十二章 内能与热机12.4 热机与社会发展完整版教学ppt课件

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1. 通过观察、分析内能转化为机械能的实验，知道热机的概念，初步了解其工作原理。2．借助于模型、挂图和动画视频，了解汽油机和柴油机的构造和工作过程。3．通过了解汽油机和柴油机的构造和工作过程，利用对比的方法来认识这两种内燃机的异同点。4．能说出热机工作时燃料燃烧释放能量的主要流向，知道什么是热机效率。5．了解内能的利用对人类社会发展的重要意义。  
哪些是热机？有什么共同的特点？
A. 酒精燃烧时，燃料的化学能转化为内能，内能以热传递的方式传给水和水蒸气；
B.水蒸气对活塞做功，水蒸气的内能转化成活塞的机械能，从而使活塞获得了动力。
物理上把这种能够将内能转化为机械能的机器统称为热机。
讨论这个过程中不同形式的能量之间转化的情况。
如图所示，在试管内装些水，用橡胶塞塞住管口，将水加热一段时间，观察现象。
蒸汽机 汽油机 柴油机 汽轮机 喷气发动机 火箭发动机
热机的共同特点（能的转化）
世界上第一台蒸汽机是由古希腊数学家希罗于 1 世纪发明的汽转球，虽然是一个玩具而已，但它是蒸汽机的雏形。 瓦特在前人的启迪下，对蒸汽机作出一系列重大改进，在工业上得到广泛应用。他开辟了人类利用能源的新时代，标志着工业革命的开始。其实，说瓦特通过观察水壶中的水烧开，推动壶盖，从而发明了蒸汽机，是一个善意的杜撰。
1.燃料直接在发动机汽缸内燃烧产生动力的热机，叫做内燃机。2.内燃机分为汽油机和柴油机两大类，它们分别用汽油和柴油作为燃料。
１. 汽油机的构造及作用
气缸汽油在气缸的顶部燃烧而产生高温、高压燃气
进气门汽油和空气形成的燃料混合物的进口
活塞在气缸内，高温、高压燃气推动活塞做功，将燃气的内能转化为机械能
排气门燃料燃烧后废气的出口
曲轴曲轴与飞轮相连，曲轴带动飞轮转动
汽油机工作时，活塞在气缸里做往复运动，活塞从气缸的一端运动到另一端的过程叫做一个冲程。多数汽油机是由吸气、压缩、做功、排气四个冲程的不断循环来保证连续工作的。
进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，汽油和空气组成的燃料混合物从进气门吸入气缸。
进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，燃料混合物被压缩，气缸内压强增大，温度升高。
在压缩冲程末尾，火花塞产生电火花，将汽油和空气的混合物点燃，使燃料猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
1.在四个冲程中，哪些冲程发生了能量的转化？2.哪个冲程使汽车获得了动力？3.哪个冲程排出了汽车的尾气？
得出结论：在压缩冲程，活塞的机械能转化为燃料混合物的内能；做功冲程燃气对活塞做功，内能转化为机械能。做功冲程使汽车获得动力，其余三个冲程依靠飞轮的惯性来完成。
内燃机不能自行启动。开始运转时，要靠外力使飞轮和曲轴转动起来，由曲轴通过连杆带动活塞运动，以后内燃机才能自己工作。
一个工作循环有四个冲程:
活塞往复 次，曲轴转动 周，飞轮转动 圈，对外做功 次。
例题：一台柴油机飞轮的转速为2400r/min,则在1s内，柴油机完成 个冲程，对外做功的次数是 次。
吸气冲程进气门打开，排气门关闭。活塞由上端向下端运动，将空气吸进气缸。
压缩冲程进气门和排气门都关闭，活塞向上运动，活塞把空气压缩得体积很小，空气的压强更大，温度更高。在压缩冲程末，缸内空气温度已超过柴油的着火点。
做功冲程在压缩冲程末，从喷油嘴喷出的雾状柴油遇到热空气立即猛烈燃烧，产生高温高压的燃气，推动活塞向下运动，并通过连杆带动曲轴转动。
排气冲程进气门关闭，排气门打开，活塞向上运动，把废气排出气缸。
汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞机和小型农业机械上面。
柴油比较便宜，但柴油机比较笨重，主要用在载重汽车、拖拉机、坦克上面。
用煤气灶烧水时，煤气能完全燃烧吗？煤气燃烧放出的热量能全部被水吸收吗？
　　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，叫做热机的效率。
蒸汽机的效率只有6%~15%
汽油机的效率为 20%~30%
柴油机的效率为30%~45%
①改善燃烧环境，使燃料尽可能完全燃烧，提高燃料的燃烧效率。　　
②尽量减小各种热散失。　
③减小各部件间的摩擦以减小因克服摩擦做功而消耗的能量。　　
④充分利用废气带走的能量，从而提高燃料的利用率。　　
热机的效率能达到100%吗？为什么？
不能达到100%，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，因为各种热量损失以及燃烧条件的限制，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值必然小于1，即热机效率小于100%。
热机的发展和应用推动了社会的快速发展。热机在能的转化过程中会对环境造成一定程度的污染。请指出热机工作过程中可能造成哪些环境污染。
热机的利用带来的环境污染
⑴ 控制废气排放总量；
⑵ 提高汽油、柴油的品质；
⑶ 开发污染少和无污染的新能源等；
⑷ 在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染。
热机排出的废气：①废气温度高于环境温度②废气含有铅、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等有害物质。
一、热机：把内能通过做功的形式转化为机械能的装置。
三、汽(柴)油机：1.结构：进气门、排气门、火花塞、气缸、活塞、连杆、曲轴 工作原理：吸气冲程、压缩冲程、做功冲程、排气冲程，四个冲程是一个工作循环。
二、内燃机：汽油机、柴油机是最常见的内燃机
1.内燃机在做功冲程中，高温气体迅速膨胀而做功，此过程中气体的温度、内能、压强的变化的情况是（ ）A．温度升高，内能增大，压强增大B．温度升高，内能增大，压强减小 C．温度降低，内能减小，压强减小D．温度降低，内能减小，压强增大
2.如图为四冲程汽油机工作过程的示意图。其中表示做功冲程的是（　 ）
3.将如图所示试管里的水加热一段时间后，塞在管口的橡皮塞会冲出去，汽油机的四个冲程中与此现象的能量转化情况相同的是（ ）A．吸气冲程 B．压缩冲程C．做功冲程 D．排气冲程
4．下列提高热机效率的方法中，不可行的是（ ）A．减少各种热损失 B．加润滑油减少机器各部件之间的摩擦C．充分利用废气的能量，如建热电站 D．采取少消耗总能量的办法
6.汽油机的工作过程中，将机械能转化为内能的是______冲程。一台单缸四冲程汽油机，飞轮转速是1200r/min，该汽油机每秒钟内做功______次，活塞往复______次，完成______个冲程。
5.关于汽油机和柴油机，下列说法正确的是（ ）A．汽油机气缸顶部有喷油嘴，柴油机气缸顶部有火花塞 B．柴油机吸入的是柴油和空气的混合物，汽油机吸入的是空气 C．汽油机在做功冲程中，进气门关闭，排气门打开 D．汽油机在做功冲程中，是把内能转化为机械能
7.热机是把内能转化为_____能的装置。图是某内燃机的构造示意图，则该内燃机为_______（选填“汽油机”或“柴油机”），此时为______冲程。
8．一台内燃机运行时各种能量损耗大致为：气缸散热损失占25％，废气带走的能量占30％，摩擦等机械损耗占10％，则内燃机的热机效率为__________。