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1、 第十四章 内能的利用 14.1 热 机 从镰刀到联合收割机从木帆船到远洋巨轮从马车到小轿车 在试管内装些水，用橡皮塞塞住， 加热使水沸腾，会看到什么现象？ 推动塞子的能量来自哪里？推动塞子的能量来自哪里？ 塞子被冲出！ 燃料的化学能水蒸气的内能塞子运动的机械能 热 机热 机 燃料的化学能燃料的化学能内能内能机械能机械能 做功做功燃烧燃烧 热机是把内能转化为机械能的机器。热机是把内能转化为机械能的机器。 能量转化 ： 2、热机的种类： 蒸汽机 汽油机 柴油机 燃气轮机 喷气发动机 火箭发动机 燃料的 化学能 内能 燃烧做功 机械能 共同特点： 种类 汽油机 柴油机 1.内燃机和种类 (1)汽油
2、机 (2)柴油机 构造 工作原理 汽油机完整工作过程 构造 工作原理 汽油机的构造 火花塞 气缸 进气门 活塞 连杆 排气门 曲轴 主体是主体是气缸气缸，它的顶部有，它的顶部有进气门进气门和和排气门排气门，顶部有，顶部有火火 花塞花塞，下部有，下部有活塞活塞，它通过，它通过连杆连杆与与 曲轴曲轴 相连，它的相连，它的 移动通过连杆带动曲轴转动。移动通过连杆带动曲轴转动。 吸气 压缩 做功 排气 内燃机的冲程 和工作循环 活塞在汽缸内往复运 动时，从汽缸的一端运 动到另一端的过程，叫 做一个冲程。 汽油机工作原理 吸气冲程吸气冲程压缩冲程压缩冲程做功冲程做功冲程排气冲程排气冲程 燃料在汽缸中燃烧
3、时，将存储的燃料在汽缸中燃烧时，将存储的化学能化学能转变为高温转变为高温 高压的燃气（蒸汽）的高压的燃气（蒸汽）的内能内能，又通过燃气（蒸汽）推动，又通过燃气（蒸汽）推动 活塞活塞做功做功，由，由内能内能转变为转变为机械能机械能。 吸气冲程 汽油和空气 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。 压缩冲程 进气门和排气门 都关闭，活塞向上运 动，燃料混合物被压 缩，压强增大，温度 升高。 将机械能转化为内能 做功冲程 在压缩冲程末尾，火花塞 产生电火花，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。
4、 将内能转化为机械能 排气冲程 燃烧后的废气 进气门关闭，排 气门打开，活塞向上 运动，把废气排出气 缸。 汽油机工作时，四个冲程周 而复始，然而只有第三个冲程是 对外做功的，其余的三个冲程是 辅助辅助冲程，要靠装在曲轴上的大 飞轮的惯性来带动的。 说明： 4、研究汽油机的工作原理 ： 在表格中填写汽油机四冲程的特点 冲程名称 进进气 门门 排气门门 活塞运 动动方 向 作用有无能量的转转化 吸气冲程 压缩压缩 冲 程 做功冲程 排气冲程 开 关 向下 吸入汽油 和空气 无 关 关 向上 压缩气体 提高温度 关 关向下 高温气体膨胀 推动活塞做功 关开向上排出废气无 机械能转 化为内能 内能转
5、化 为机械能 看一看，想一想： 一个工作循环里，活塞往返 次，曲轴转动 周。 冲程是燃气对外做功，其他三个冲程是靠 来 完成。 两 做功 两 飞轮的惯性 柴油机的构造 喷油嘴 进气门 活塞 连杆 排气门 气缸 曲轴 柴油机工作原理 吸气冲程 压缩冲程 做功冲程 排气冲程 吸气冲程 空气 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 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
6、，推动活塞向下运动，并 通过连杆带动曲轴转动。 排气冲程 燃烧后的废气 进气门关闭，排气门打 开，活塞向上运动，把废气 排出气缸。 想想议议： 汽油机和柴油机的工作过程有什 么相同点，有什么不同点？ 1、基本构造和主要部件的作用相似。 2、每个工件循环都经历四个冲程：吸气冲程、 压缩冲程、做功冲程、排气冲程。 3、四个冲程中，只有做功冲程对外做功，其余 三个冲程靠飞轮惯性完成。 4、一个工作冲程中，活塞往复两次，飞轮转动 两周，做功一次。 相同点 不同点 1、构造不同：汽油机气缸顶有火花塞，而柴 油机气缸顶部有喷油嘴。 2、燃料不同：汽油机的燃料是汽油，而柴油 机的燃料是柴油。 3、吸气不同：
7、汽油机吸进汽油和空气的混合 气体，柴油机只吸进空气。 4、点火不同：汽油机属点燃式点火，柴油机 属压燃式点火。 汽油机柴油机 不 同 点 燃料汽油柴油 结构火花塞喷油嘴 吸气冲程吸入的是汽油和空气的混合气体吸入的是空气 压缩冲程气压、温度相对较低气压、温度相对较高 点火方式点燃式压燃式 相 同 点 工作循环都有四个冲程 能量转化 （1）压缩冲程：机械能转化成内能 （2）做功冲程：内能转化成机械能 活塞、曲轴运动 每一个工作循环，活塞往复两次， 曲轴转动两周，对外做功一次。 运动都需要外力 优缺点 汽油机比柴油机轻巧，柴油机比汽油机效率高。 但两者都带来了废气和噪声污染。 汽油机和柴油机的异同表
8、 内燃机的启动 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。 内燃机的应用 汽油机比较轻巧，常用在汽车、飞 机和小型农业机械上面。 汽油机: 柴油机: 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。 2. 燃料的热值 1千克某种燃料完全燃烧放出的热量 叫做这种燃料的热值。 （2）单位： J/kg（或 J/m3） 焦耳每千克 （1）定义： Q放 = qm（3）公式： 质量热值 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1.2107J/kg，外界为标准 大气压，并
9、且燃料完全燃烧放出的热量全部被水吸收） Q吸=cm（t-t0） =4200J/(kg0C)5kg600C =1.26 106J； Q放Q吸 m=Q放/q = 1.2106J/(1.2107J/kg)=0.1kg 解： 固体燃料 木柴 煤 液体燃料 汽油 给汽车加油 柴油 气体燃料 液化气瓶 天然气灶 热机中能量的转化 汽油机的效率：2030% 柴油机的效率：3045% 你认为它们的效率比你想象的高？还是低 ？ 猜猜看： 汽油机、柴油机的效率大约是多少 ？ 思 考： 如何提高热机的效率？ 1 1、尽量使燃料充分燃烧、尽量使燃料充分燃烧 2 2、尽量减少热机部件间的摩擦、尽量减少热机部件间的摩擦
10、3 3、机件间保持良好的润滑以减小摩擦。、机件间保持良好的润滑以减小摩擦。 热机的效率： 用来做有用功的能量，与燃料完全燃烧放出的能用来做有用功的能量，与燃料完全燃烧放出的能 量之比量之比 热机与环境 、热机的利用带来的环境污染 、废气污染 、怎样控制热机对环境造成的污染 a、排出的废气温度较高。使城市温度升高，会形成“ 热 岛效应”。 b、废气中含有各种对人体有害的气体和粉尘，直接 影响人们的身体健康和动植物的生存。 、噪声污染 改进燃烧设备，消除烟尘； 提高燃料的综合利用，采取集中供热 充分利用污染少和无污染的能源 在内燃机排气管上安装消声器，以减少噪声污染 巩固练习 ： 1、汽油机工作的
11、四个冲程中，内能转化 为机械能的冲程 （ ） A 吸气冲程 B 压缩冲程 C 做功冲程 D 排气冲程 C 巩固练习： 2、关于热机的工作物质，正确的是 （ ） A 热机所使用的燃料就是工作物质 B 汽油机和柴油机的工作物质都是高温 高压燃气 C 热机的工作物质都是活塞 D 汽油机的工作物质是汽油 B 巩固练习： 3、为节约能源，需提高热机的效率。下列 措施中不能提高热机效率的是 （ ） A 尽量使燃料充分燃烧 B 尽量增加热机的工作时间 C 尽量减少废气带走的热量 D 尽量减少热机部件间的摩擦 B 巩固练习： 5、以下交通工具中，常用汽油机作为动力 的是 （ ） A 轻型轿车 B 重型运载卡车
12、 C 手扶拖拉机 D 磁悬浮列车 A 巩固练习 ： 6、一台单单缸四冲程柴油机飞轮转飞轮转 速为为 1800r/min，则则柴油机1s内 （ ） A 完成30个冲程，做功30次 B 完成60个冲程，做功60次 C 完成60个冲程，做功15次 D 完成120个冲程，做功30次 C 1、如图所示是热机的四个冲程，其中属于做功冲程的是（ ） 练习： ABCD 2、汽油机工作过程中，机械能转化为内能的冲程是（ ） A.吸气冲程 B.排气冲程 C.做功冲程 D .压缩冲程 3、汽油机在压缩冲程中，工作物质被压缩，气缸中气体的（ ） A.压强增大，温度降低 B.压强增大，温度升高 C.压强减少，温度降低 D.压强减少，温度升高 B D B 废气带 走 机件发 热散失 机件摩擦 损失 燃料燃烧产 生能量 在热机的各种 能量的损失中 ,废气带走的 能量最多. 设法利用热机废气的 能量，是提高燃料利 用率的重要措施。 做有用 功 燃烧 不完 全
